某预应力桥梁施工裂缝产生的原因及防治措施

前 言

1、选题背景和意义

混凝土是应用最广泛最重要的工程材料之一，具有取材广泛、价格低廉、抗压强度高、耐火性好、不易风化、养护费用低等优点，当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。在应用混凝土材料进行建筑结构、公路、桥梁及隧道等工程建设中，混凝土开裂是最常见的一种病害，并且已成为影响工程结构使用寿命的重要影响因素之一。但大部分裂缝都可以通过修补使混凝土结构物恢复原有功能，保证结构安全和使用寿命。

2、调研

园博园1#桥位于市园博园主进口处，上跨北溪引水干渠，南接进口弧形广场，北接园博园大道，2006年4月开工，于2007年6月建成通车。主桥为340m后张法预应力混凝土连续箱梁，桥梁宽度34.5m,灌注桩基础,柱式墩。2006年4月至2007年6月本人作为现场技术员，参与工程建设的全过程，质量缺陷责任期间经常进行工程回访，竣工验收前跟随省建筑科学研究院对整个桥梁进行专项检查，并对工程病害进行处理，所以对整个桥梁混凝土裂缝情况比较清楚。

第一章 园博园1#桥裂缝的成因

混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝的种类大致可划分如下几种：荷载引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、收缩引起的裂缝、地基基础变形引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、冻

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胀引起的裂缝、施工材料质量引起的裂缝、施工工艺质量引起的裂缝。 1.1 荷载引起的裂缝

混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

1、直接应力裂缝产生的主要原因有：

⑴ 设计阶段：结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。

⑵ 施工阶段：不加限制地堆放施工机具、材料，特别是较重的材料如钢筋；不了解预制结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式等。 ⑶ 使用阶段：超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。园博园1#桥在使用阶段经常有重型超重车辆过桥。

2、次应力裂缝产生的主要原因有：

⑴ 在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。 ⑵ 桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。因此在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

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次应力裂缝是由荷载引起的，多属张拉、劈裂、剪切性质，是产生荷载裂缝的最常见原因。 1.2 温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，结构则将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。年温差、日照、骤然降温、水化热、洒水养生措施不当都可能造成混凝土构件上下、内外、不同侧面等温度变化不均，温度梯度呈非线形分布，受到自身约束作用，局

部拉应力较大，出现裂缝。 1.3 地基础变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。地质勘察精度不够、试验资料不准，地基地质差异太大，结构荷载差异太大，结构基础类型差别大，分期建造的基础，地基冻胀，原有地基条件浸水后土体强度下降，地基土层固结下沉等均可能造成不均匀沉降。 1.4 钢筋锈蚀引起的裂缝

混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层炭化至钢筋表面，或由于氯化物介入等引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍，导致保护层混凝土开裂、剥离。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，加剧钢筋锈蚀，结构承载力下降，最终导致结构破坏。

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1.5 施工材料质量引起的裂缝

1、水泥：水泥安定性、细度模数、凝结时间不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标，水泥出厂时强度不足，受潮或过期等都可能产生裂缝。

2、碎石、砂骨料：砂石的粒径、级配、压碎值、针片状、含泥量、泥块含量、细度模数不合格等都可能产生裂缝。

3、拌和水及外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响或海水、含碱泉水、含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响等导致混凝土开裂。

1.6 施工工艺质量引起的裂缝

混凝土桥梁工程中无非使用预制和现浇结构两种形式，采用预制构件具有施工速度快、构件尺寸易控制、便于工业化集中施工等优点，采用现浇结构具有整体性好、抗震性好、空间分隔随意等优点，但在施工过程中，施工工艺不合理、质量控制措施不当，容易产生各种形式的裂缝，而且由于这种原因引起的质量隐患还相当普遍。

1、支架地基未压实、基础承载力不够，浇筑混凝土后支架产生不均匀沉降。园博园1#桥在施工时，支架地基采用回填1米的沙作为基础,基础较为牢固；

2、支架刚度、强度、稳定性不足或模板刚度不足，浇筑混凝土中，混凝土自重及侧向压力迫使模板变形；过早拆模或野蛮拆模引起的裂缝。园博园1#桥在施工时，支架预压重量为箱梁重量的1.5倍进行预压。

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3、混凝土搅拌、运输时间长，引起混凝土坍落度过低，和易性不好；

4、混凝土配合比不符合规范要求，水泥、碎石、砂、外加剂、外掺料等不符合规范要求；

5、混凝土未能严格按规范要求分层、分段浇筑，混凝土浇筑不连续；施工缝处理不到位；

6、混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞等，削弱了截面承载力引起钢筋锈蚀等；

7、混凝土养护措施不当，使得混凝土的结构强度未达到设计目标。

2010年4月福建省建筑科学研究院专门对该桥进行竣工验前专项检查,桥面铺装和防撞护栏等局部都发现有细小裂缝，大多数裂缝在0.15mm以下,个别达到0.2mm,长度一般5-10cm；底板局部0.1-0.2 mm,长度几十厘米不等的不规则裂缝,腹板侧面两道明显纵向钢筋保护层不够引起的绣蚀裂纹达2-3m。

该桥主体完工以后,园内其它道路和园区主要建筑都还没有完成，该桥做为主要进出园区通道，大量运输土石方、建筑材料、设备的超限车辆频繁从桥上通过，预应力混凝土徐变产生次应力裂缝等,荷载原因引起底板的裂缝可能性大；其它温度变化、收缩、施工材料、施工工艺质量也可能是引起裂缝的原因。腹板侧面有两处长达2-3m可见钢筋绣蚀痕迹为钢筋保护层不够产生的裂缝。桥梁防撞护栏裂缝系收缩裂缝。该桥所有的灌注桩都是嵌岩桩，基础变形引起的裂缝可能性小。

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