大體積混凝土梁裂縫控制技術探討

熊太忠

（中鐵二局第四工程有限公司，四川 成都 610300）

1 大體積混凝土梁的裂縫及其產生

橋梁工程中，對于大體積混凝土梁所出現的裂縫，按其深度不同可以分為:貫穿性裂縫、深層裂縫、表面裂縫，溫度裂縫所產生的危害主要為：影響橋梁的安全與使用功能。

混凝土產生裂縫的原因很多，包括混凝土自身的因素、環境的因素、人為的因素等。混凝土自身的因素包括水泥水化放熱后混凝土降溫過程中產生的溫度裂縫、水泥漿硬化時體積收縮所產生的硬化收縮、混凝土干燥時產生的干縮等；環境的因素包括外界的約束、外界溫度升降使混凝土膨脹或收縮；人為的因素包括設計的不合理、混凝土配合比不當、材料質量不合格、施工質量差等。

水泥水化時會產生大量的熱量，所釋放的水化熱會引起混凝土澆筑塊內部溫度和溫度應力的劇烈變化，是混凝土產生裂縫的主要原因。造成混凝土產生自身收縮的原因主要有混凝土澆筑后至凝結前的收縮、硬化過程中的收縮。

2 大體積混凝土裂縫的控制技術探討

2.1 混凝土材料方面

2.1.1 水泥

大體積混凝土所用水泥應采用水化熱低、凝結時間長、后期強度高的水泥，大體積混凝土中嚴禁使用體積安定性不良的水泥，水泥安定性不穩定，水泥硬化后，會使結構產生膨脹性裂縫，影響工程質量。

2.1.2 骨料

對于大體積混凝土工程，由于抗裂度要求高，施工時宜采用碎石作為粗骨料。石子的選擇可根據施工條件，盡量選用結構致密、具有足夠強度、粒徑較大、級配較好的石子材料，以減少用水量和水泥用量，減少混凝土的收縮和泌水性。

2.1.3 摻合料

為節約水泥，改善混凝土性能，在拌制混凝土時摻入的礦物粉狀材料，稱為摻合料。大體積混凝土施工中，摻加適量的優質粉煤灰，可以改善混凝土的性能、減少混凝土的水化熱，還可以降低工程成本。

2.1.4 外加劑

為保證大體積混凝土工程質量，提高混凝土的耐久性，混凝土外加劑是指在混凝土拌和過程中摻入的，用以改善混凝土性能的物質。如摻用減水劑，可最大限度的減少水泥用量。摻用緩凝減水劑可延長混凝土的初凝時間，延遲水化放熱速度和熱峰值出現的時間，有利于防止裂縫的出現。

2.2 梁體的配筋控制方面

2.2.1 縱向預應力筋設置

縱向配直線束的做法既優化了設計和施工，又減少了摩阻損失，對建立縱向有效預應力有利，而剪應力需配置密排的豎向預應力束來克服。剪應力和主拉應力沿縱向是連續分布的，配直線束加密排豎向束組合，一定存在一段應力空白區。作者建議應合理布置箱形梁腹板內縱向預應力的彎束現象，讓預應力提供的抗剪能力沿縱向有一個連續分布，并盡可能多地將預應力束布置在腹板內;建立起足夠的縱向有效預應力和彎起束提供的豎向預應力，有效減少或消除主拉應力，減少或消除腹板裂縫。

2.2.2 豎向預應力筋設置

豎向預應力筋設置能顯著地減少或消除主拉應力，但力筋太短，難以建立有效預應力，雖在施工工藝上加以改進，如采用超張拉或反復3次張拉，仍存在一些問題。經過對該橋梁的梁體做了相關方面的試驗，并從測試的結果來看效果不錯，但難免多少存在著人為因素，這與施工人員的素質分不開，如緊固螺母、壓漿飽不飽滿等。不過這從加強管理、提高工人素質和技術水平上可得到控制。

2.3 施工中裂縫控制方面

2.3.1 拌制與振搗施工

在混凝土攪拌時，采用二次投料新工藝，這種攪拌工藝的主要優點是無泌水現象，混凝土上下層強度差減少，可有效地防止水分向石子與水泥砂槳界面的集中，使硬化后的界面過渡層的結構致密、粘結加強，從而可使混凝土強度提高10%左右。

在大體積混凝土基礎的垂直施工縫處留縫與接縫時，均宜采用二次振搗。混凝土二次振搗的最佳時河與水泥品種、水灰比、坍落度、氣溫、混凝土運輸距離、澆筑速度、振搗條件等有關，一般宜在混凝土澆筑后lh左右。

2.3.2 澆筑施工

在施工時間允許的條件下，可將大體積混凝土結構采用分層多次澆筑，施工層之間的結合按施工縫處理，即薄層澆筑技術，它可以使混凝土內部的水化熱得以充分地散發。分層厚度一般控制在0.6-2.0m的范圍內，具體取值根據工程情況及溫度收縮應力計算來定。選擇上層混凝土覆蓋的適宜時間，應是在下層混凝土溫度己降到一定值時，即上層混凝土溫升傳遞到下層后，下層混凝土溫度回升值不大于原混凝土最高溫升，根據經驗，一般約取5-7天為宜。

2.3.3 溫度方面的控制

在高溫季節日光直射的混凝土，入倉溫度比日平均氣溫高5℃左右，而在夜間澆筑則入倉的溫度和分平均溫度大致相同，所以把重要部分和易裂部位安排在夜間施工將會有較好的效果。在大體積混凝土溫度、溫差監測工作中引入了計算機技術，提高了監測速度與監測精度，并可進行不間斷的自動監測，實現監測工作自動化。在程序編制中輸入最大溫差控制值，可以實施溫差超值聲、光自動報警，根據打印的監測數據、變化曲線可以預測溫度及其變化的趨勢，及時采取有效措施對混凝土的內外溫差、溫度陡降與內部溫差進行控制。

2.4 裂縫后期的補強處理控制措施

斷面錨固是最常用的錨固方式，預應力筋伸出、并直接支承于構件端面，與構件端部一起形成一種理想的錨塊構造。除構件端部正常配筋，端面錨固區內配置的附加鋼筋為錨墊板下的局部加強鋼筋，其主要采用螺旋鋼筋，也可采用空間鋼筋網。理想的錨塊應以螺旋鋼筋形成錨下局部承壓加強作用，錨具間附加適量的空間鋼筋網構成整體加強作用。這種空間鋼筋網是以橫向鋼筋為主的，主要限制錨塊整體橫向膨張，根據錨下應力傳遞規律，空間鋼筋網可從螺旋中下部開始布置。

齒塊錨固的加強鋼筋應由兩部分組成，錨固塊自身加強鋼筋，基本構造與端面錨塊相似，但橫向環齒塊的鋼筋應力為錨固于板內的閉合箍筋，并由網格鋼筋對拉。加強鋼筋布置在齒塊所在處的頂板或底板內，縱向按兩層分布，橫向范圍約兩個齒塊寬度，間隔布置在原板上、下層縱向分布鋼筋之間。

在節段施工預應力混凝土梁頂板與底板的端面上往往需要錨固預應力筋，由于箱梁截面較大、板壁薄而寬，預加力需要沿力線方向經一定長度才能逐步擴散至全截面。在預加力逐步擴散的區段內，主壓應力形成斜向擴散力線，但垂直力線的主拉應力則可能導致混凝土開裂。

3 結語

混凝土裂縫問題十分復雜，它涉及到和工程結構相關的方方面面。大體積混凝土橋梁的梁結構裂縫形成的原因，涉及設計計算、施工工藝、養護管理、材料性質、氣候環境等各個方面。在大體積混凝土基礎施工中，應從原材料的合理選擇、配合比的科學確定、施工方法的恰當選擇、加強混凝土的養護及溫度監測等方面，采取相應措施控制裂縫。對混凝土的裂縫控制更是涉及到結構、建筑材料、施工、環境等多專業、多學科。隨著各種新材料的不斷涌現，各種檢測手段的不斷發展，對大面積混凝土裂縫問題的研究也在不斷更新變化，裂縫的開展日益受到學術界及工程界人士的關注。

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