浅析我国西北部地区后张法预应力铁路简支箱梁

　　摘要本文从地域气候、施工工艺等方面分析探讨了我国西北部地区某铁路简支箱梁预制场混凝土常见裂缝形成原因，并提出了改善混凝土外观质量的方法及措施。
　　关键词混凝土，裂缝，原因，措施
　　前言
　　中国第一条铁路客运专线---秦沈客运专线的建设及投入运营，标志着中国铁路开始步入高速化，随着中国铁路综合技术水平的大幅提高，各种管理手段的不断加强与完善，桥梁工程的内在施工质量已经有了长足的提高，外观质量就成为反映施工企业技术水平的最重要的一个方面，如何提高混凝土的外观质量与减少裂缝则成为建设单位、监理部门及施工企业需要解决的重点问题。
　　地域环境概况
　　该箱梁预制场所在地区属中温带干旱大陆性气候区，以气候干燥，降雨量小，冰冻期长，昼夜温差变化较大，春、秋多风，夏季短促而炎热，冬季漫长且严寒为主要特征，年均大风日数（≥8级）为156.8天，沿线土壤最大冻结深度1.62m。年平均气温6.3℃～6.9℃，极端最高气温42.1℃，极端最低气温-41.5℃；年平均雨量271.4mm。最大积雪厚度48cm。
　　1. 常见的混凝土裂缝分类及原因分析
　　裂缝可分为结构性裂缝及非结构性裂缝两大类型。其中结构性裂缝通常表现为施工结构性裂缝；非结构性裂缝分为塑性裂缝、温差裂缝、长期干缩裂缝、龟裂及其它侵害性裂缝。
　　1.1结构性裂缝的形成原因
　　施工结构性裂缝是指由于施工原因造成的结构性裂缝，如箱梁后期预施应力时的张拉裂缝，二次混凝土灌注间隔时间过长产生的裂缝等等。预施应力时的张拉裂缝通常会出现在梁端底板下缘及锚穴内锚垫板处：梁端底板下缘处出现的裂缝多平行于箱梁底板，是由于箱梁张拉起拱，梁端承重并向跨中产生位移，与底模摩擦产生顺桥向拉应力所致；锚穴内锚垫板处出现的裂缝多为发散型，是由于锚垫板位置未按设计位置布置、锚垫板后螺旋筋未紧靠锚垫板、锚垫板处混凝土不密实或混凝土抗压强度未达到设计值，而外在荷载带来的局部压应力集中而产生裂缝；二次混凝土灌注时间间隔过长，首层灌注的混凝土已出现初凝，与第二次灌注的混凝土不能结为一体，而产生裂缝或裂缝，即施工“冷缝”。
　　1.2非结构性裂缝的形成原因
　　塑性裂缝
　　塑性裂缝，即混凝土在可塑状态下出现的裂缝，分为沉降裂缝和收缩裂缝两种形式。
　　沉降裂缝产生的原因：一是由于混凝土在塑性状态下其基础、支架等有不均匀沉降，使局部地方的混凝土变形受约束导致裂缝；二是由于重力作用使混凝土中较重颗粒下沉，而使水泥浆上浮，当这种下沉受到钢筋、模板拉杆约束时导致局部拉应力过大就会产生裂缝。
　　收缩裂缝产生的主要原因是由于大风高温致使混凝土表面快速干燥,出现假凝现象，混凝土内水份的蒸发速率大于其泌水速率，混凝土失水收缩所产生的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度而导致裂缝。收缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，箱梁多为沿短向分布。
　　温差裂缝
　　温差裂缝，即由于混凝土自体的温度变化及混凝土自体温度与环境温度的差异使混凝土自体收缩不均而产生的裂缝。混凝土浇筑后，聚积在内部的水泥水化热不易散发，造成混凝土的内部温度升高，而混凝土表面散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度，就会引起较大的表面拉应力，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，一旦温差产生的表面拉应力超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。温度裂缝的走向通常无一定规律，箱梁裂缝多平行于短边。
　　长期干缩裂缝
　　长期干缩裂缝，即混凝土长期暴露于不饱和的空气中由于物理的、化学的失水使混凝土体积缩小，当缩小受到约束时产生的裂缝。通常来讲，干缩产生的混凝土应变速率非常慢，而且混凝土徐变产生的松弛可抵消部分干缩应变。但混凝土设计的体积与表面积的比值、分布钢筋的布置、混凝土的配合比及混凝土所处环境的温度、湿度等都会导致干缩裂缝。
　　龟裂缝
　　龟裂缝，即混凝土表面形状不规则的微细裂缝。它的产生一般是由于相对湿度低、模板的渗透性低、混凝土中水泥用量过大等原因造成的。通常在箱梁上出现龟裂缝的地方主要体现在箱梁底板底面、翼缘板底面，是由于振捣时振捣棒与模板接触产生呈白色的“棒点”，此处混凝土无骨料，基本为粉料混合浆体，水泥相对用量大。
　　侵害性裂缝
　　侵害性裂缝是由于有害的化学反应、混凝土中的钢筋生锈等原因造成的。如混凝土骨料中的活性硅与水泥、外加剂、地下水中的碱发生膨化反应、硫酸盐与水泥水化时产生的铝酸钙反应、由于钢筋保护层不足导致氯离子侵蚀使钢筋锈蚀产生氧化铁和氢氧化物等都会因体积膨胀而使混凝土产生很高的局部拉应力，最终导致混凝土裂缝、由于低温产生的冰冻现象对混凝土亦能产生破坏性裂缝。
　　2.减少裂缝的预防、改善措施
　　2.1结构性裂缝防止措施
　　在设计方允许的情况下，在梁端侧模与底模交接的部位通过加设倒角的方式避免张拉时因起拱梁端发生位移而产生的横向裂缝。箱梁预施应力之前，锚垫板、螺旋筋的安装埋设必须符合设计要求。锚垫板后布筋较密，混凝土必须振捣密实，必要时加设附着式高频振动器铺助振捣。张拉时，混凝土必须达到设计或规范规定的张拉强度，且混凝土试块要做到随梁同条件养护；二次混凝土浇筑施工，需合理安排布料顺序，尽量缩短二次时间间隔，如鉴于该地区气候特征情况，按照传统顺序，箱梁底板补料是在箱梁腹板浇筑至上倒角以后，但考虑大风高温干燥的影响，将补料提前至腹板浇筑之前，如此一来，则很好的改善了箱梁腹板与底板交接部位的混凝土外观质量。若因突发事件影响，可间歇对首层混凝土进行振捣，延长混凝土凝结时间，在二次混凝土浇筑后，振捣棒插入深度须插入至第一层混凝土中，以保证两次浇筑的混凝土能充分结合为一体，避免产生施工“冷缝”。
　　2.2非结构性裂缝防止措施
　　防止塑性沉降裂缝的措施：严把基础处理关，通过计算所需的地基承载力来确定地基处理方式并严格执行，生产及存放台座设计需科学、经济、合理并严格施工，底模铺设后应进行预压并检查抄垫情况，以满足沉降及预设反拱的要求，建立沉降观测台帐，对台座使用前后进行定期、有规律的沉降观测并作好记录。
　　防止塑性收缩裂缝的措施：严把混凝土质量关，对进场的骨料、外加剂进行严格检验，确保骨料粒径、级配合理，外加剂减水性能稳定且合格，这样从源头上保证了混凝土质量，也一定程度的减少了塑性沉降裂缝的产生。该地区日照强烈，常年大风且干燥，空气湿度多为<30%，对混凝土表面进行二次赶压收光后，传统的混凝土养护工艺并不能很好的防止因表面失水过快而产生的收缩裂缝，通过加设防风遮阳棚（如图1），使得浇筑完毕的箱梁混凝土处于一个相对比较稳定的环境中，降低了因阳光直射、大风造成的急剧蒸发率，配合喷淋设备及表面覆盖土工布保湿，则能很好的防止混凝土收缩裂缝。
　　图1防风遮阳棚安装剖面
　　（注：防风遮阳棚采用节段式，通过龙门吊机分段吊装至模板上，与侧模外侧安装的竖向苯板交接，使浇筑完成的箱梁处于相对稳定环境当中）
　　防止温差裂缝的措施：合理安排混凝土浇筑时间及浇筑速度，应尽量避开夏季白天高温及冬季凌晨严寒时浇筑；在过程中消除部分温差，如夏季施工时骨料要遮阳降温，对模板背面进行洒水降温，确保混凝土入模温度不超过10~30℃等措施；箱梁拆模确保混凝土表面与环境之间的温差、混凝土芯部与表面之间的温差不大于15℃，大风或急剧降温时不拆模等措施。
　　防止干缩裂缝的措施主要是施工完成后加强混凝土的湿治养护。
　　防止龟裂缝的措施：振捣要密实而不过振，混凝土表面泌水及浮浆要及时清除并注意及时养护，振捣时应尽量避免振捣棒抵触模板等。
　　防止侵害性裂缝的措施：严把材料采购关，使用合格原材料。制作配合比时应对所用原材料进行碱—骨料反应试验，试验合格方可采用，钢筋存放时应分类堆码及进行有效覆盖，避免其锈蚀。
　　结束语
　　混凝土外观质量还包括色差、蜂窝麻面、气泡、刻损等，本文所分析的缺陷仅从施工裂缝而引起的，预防产生混凝土施工裂缝的措施也不尽完善，仅仅是作者在施工、管理工作中的一点心得。

《浅析我国西北部地区后张法预应力铁路简支箱梁》

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