预应力混凝土箱梁裂缝原因浅析及处理

1 张拉前结构性裂缝及非结构性裂缝

在后张预应力混凝土结构的工程应用中, 常遇到预应力混凝土结构在张拉前即出现裂缝的问题。当混凝土结构带裂缝工作时, 工程结构的耐久性以及结构性能都将受到影响。尽管张拉前出现的裂缝有可能在张拉后出现闭合, 但是张拉前即出现的裂缝总会对结构产生不利的影响。

裂缝产生的原因有两种, 其一是由荷载引起的, 我们称这类裂缝为结构性裂缝, 是承载力不足的结果;其二是由于变形受到约束引起的, 此类裂缝称为非结构性裂缝, 如温度变化, 混凝土收缩, 基础的不均匀沉降等引起的变形, 当变形受到约束时, 将在结构构件内部产生次应力, 由于混凝土的早期抗拉强度是比较低的, 因此产生的次应力很容易超过混凝土的抗拉强度, 引起混凝土构件的开裂。

1.1 结构性裂缝

预应力混凝土构件中产生的结构性裂缝主要是由于底模支撑不牢靠而使预应力混凝土构件在张拉前受荷载作用而引起的。而预应力混凝土构件在未张拉前同普通钢筋混凝土性质一样, 因为预应力筋还没有张拉不参加受荷, 一般来说预应力混凝土构件都属于体积大, 长度长, 其自重也较大, 但它的普通钢筋比相同使用条件下的一般钢筋混凝土构件要少得多, 因此预应力混凝土构件一旦在施工中承受不必要的荷载, 就很容易产生裂缝, 并且裂缝发展迅速, 裂缝宽度较大, 普通钢筋很可能发生屈服。一般情况下, 预应力结构跨度大, 构件截面尺寸大, 施工荷载也大, 支撑体系的承载力不足也是一个原因, 尤其对支撑直接搭设在地面或回填土上的工程, 支撑系统更易变形或下沉。采用早拆模板施工方法时, 保留的支撑承载力不足, 使结构过早受力。

1.1.1 处理措施

加强预应力混凝土构件的底模支撑。做好支撑地基土的处理, 以较少地基的沉降量。支撑设计时注意减小预应力构件支撑与其他非预应力构件支撑的联系, 在拆除侧模时要小心从事, 防止预应力构件底模支撑松动;禁止使用木支撑。

1.2 非结构性裂缝

混凝土的收缩变形约束产生次应力是混凝土结构产生非结构性裂缝的一个重要原因, 此类裂缝称为收缩裂缝。混凝土的收缩包括干缩及凝缩。混凝土的收缩变形量与混凝土的原材料及其配合比、施工浇筑的方法、混凝土的养护条件以及环境条件等因素有关。例如, 当采用含泥量较大的粉砂配置的混凝土, 会加大混凝土的收缩量;一些商品混凝土供应商为保证混凝土的塌落度和流动性没有加放减水剂而是提高水灰比, 水灰比增大会使收缩量增大;混凝土的振捣过度, 使表面形成的水泥浆较多, 容易出现表面收缩裂缝;由于预应力混凝土构件在张拉前要拆除侧模, 如果过早拆模, 在高温季节, 梁侧面的混凝土将会增大失水干缩;在喷水养护时, 混凝土梁的侧面和底部较难养护周全, 会使构件收缩不均匀。

此外, 大体积混凝土由于截面大、水泥用量大、水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化, 由此形成的温度应力是导致非结构性裂缝产生的另一个主要原因。混凝土结构随着温度变化会产生热胀冷缩变形, 当此变形受到约束, 在混凝土内部即会产生应力, 该应力超过混凝土的抗拉强度, 混凝土就会出现裂缝, 此类裂缝称为温度裂缝。

1.2.1 处理措施

(1) 控制混凝土组成级配、水灰比和坍落度, 在满足浇筑要求的前提下, 坍落度应尽量小。

(2) 加强混凝土浇捣的控制和加强混凝土的养护。例如:在振捣过程中既要确保混凝土的密实, 又要避免过度振捣。

(3) 结构设计时要注意减少收缩和温度变形的影响以及加大抵抗变形的能力。例如适当加强腰筋的数量以及增加板面钢筋, 以减小裂缝出现的可能和控制裂缝的发展。

(4) 通常情况下, 收缩裂缝发生在混凝土凝固的初期, 特别是混凝土浇筑后一周左右, 实践证明, 加强混凝土早期的养护工作, 是克服这类裂缝最有效的办法。

2 预应力张拉裂缝

由预应力张拉工艺而引起的裂缝

2.1 裂缝现象

(1) 张拉端裂缝。如端部沿预应力方向的裂缝, 以及在梁端非预应力区内出现的拉剪裂缝。

(2) 在临近构件上产生的裂缝。如在张拉端边梁上出现的垂直裂缝及在板面出现的斜向裂缝。

2.2 原因分析

(1) 在梁端非预应力区内出现的拉剪裂缝, 是由于锚固区局部受压过大, 在该区及边缘产生剪、拉应力。

(2) 在张拉端边梁及板面上出现的裂缝, 是由于预应力张拉后, 在应力传递或次应力作用下产生的。

2.3 控制措施

(1) 设计时应尽量减少预应力的偏心程度, 非预应力筋能解决问题的, 尽量少用预应力, 以降低预压总应力, 否则应视情况增加承压钢筋网片。

(2) 张拉结束后, 预应力并没有停止工作。甚至仍然继续在增长。因此除了在张拉操作中必须严格按照张拉顺序及张拉力伸长量来控制之外还应在张拉结束后, 继续观察具体变化, 禁止张拉一结束就进行钢绞线的切割施工作业。禁止立即在梁体上施加荷载。

3 已出现裂缝的处理措施

对于已出现的裂缝, 对于已出现的裂缝, 要分析裂缝原因, 切忌心慌, 对裂缝不管不顾, 而忽视裂缝的后果。应进行观测、分析, 找出裂缝发生的原因, 选择合适的材料及施工工艺, 对裂缝进行必要的整治, 整治裂缝应以“治本为主, 治标为辅, 标本结合, 综合治理”为原则, 才能达到良好的效果。

(1) 对于表面裂缝, 措施是先将混凝土表面清理, 沿缝凿宽8mm~10mm, 深度大于10mm, 用钢丝刷沿缝槽将灰尘、浮渣及松散层彻底清除, 用丙酮将其油垢擦洗干净、晾晒, 其含水率不大于6%。然后在清洁的混凝土槽内, 薄而均匀地涂刷环氧底胶料, 不得有漏涂和留坠现象。涂完底胶料后, 自然固化12小时后, 然后用玻璃布或嵌刀将环氧砂浆分层封堵, 每层厚度不大于5mm, 用沟缝条压平压实。环氧砂浆自然固化24小时后, 用环氧底胶料封闭, 封闭宽度应大于环氧砂浆缝宽, 且每边要超出2mm~3mm。封堵后要保持干燥, 用碘钨灯烘烤。

(2) 对于深层裂缝, 要重点进行分析计算, 找出裂缝产生的成因。在裂缝处灌注裂缝修补胶封闭, 具体的操作流程:裂缝处理→预埋注胶嘴→密封裂缝→配胶→低压慢注→固化。

4 结语

预应力混凝土箱梁裂缝会影响结构的耐久性, 在施工过程中, 施工单位要针对不同的情况采取措施使裂缝的产生和发展得到有效控制。施工和监理都要认真按照相关规定认真贯彻, 才能真正实现对裂缝的控制。

摘要：预应力混凝土构件出现的裂缝很普遍。尽管多数裂缝宽度在规范控制范围值以下, 不会影响到构件的结构安全以及使用功能, 但对预应力结构的重要性而言, 出现裂缝易引起业主和监理的担心与不满, 甚至引发法律纠纷。裂缝毕竟是不利的, 直接影响结构的耐久性与安全性, 不管何种原因产生的裂缝, 都应引起工程建设人员的重视, 把裂缝作为主要通病之一进行综合防治, 减少和避免裂缝现象的出现。本文分析预应力箱梁裂缝的原因及处理措施。

关键词：预应力,箱梁,裂缝,原因浅析