桥梁薄壁墩台裂缝成因与预防
2010-12-01
1、裂缝形成的一般规律
1.1温度变形裂缝
混凝土在硬化过程中，拌合物中的水泥要产生大量的水化热，而构造物的表面由于受外界影响，温度下降较快，出现内外温差产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就出现温度应力裂缝。环境温差的影响也会产生裂缝，一般在冬期施工时，白天的温度较高，而夜晚的温度下降较快，外部的气温与砼内部会产生较大的温差而导致出现裂缝。
1.2收缩变形裂缝
砼的收缩是一个长期的过程，最终收缩完成大约要20a，但是砼在硬化初期3d～5d的收缩最大，对砼的损害也最严重。收缩变形裂缝从时间上可分为塑性收缩裂缝和干燥收缩裂缝。
（1）塑性收缩裂缝。混凝土浇筑后，未硬化仍处塑性状态时就出现的裂缝。砼在浇筑成形后，表面的水被蒸发，而砼内部的水分通过泌水和毛细管的作用上升到表面补充，砼随着水分的蒸发而收缩。对含水量较大的砼（如泵送砼等）而言，表面水分较多，如果处在温度高、风速大和干燥的环境中，或者被模板及基础吸收，表面的水迅速被挥发或吸干，而内部的水分补充不及，造成表面体积收缩过大，而此时砼尚未有足够的强度抵抗，因而产生塑性收缩纹。
（2）干燥收缩裂缝。砼在硬化后，一般在3d～5d的时间，如果养护不足或处于高温干燥的环境，砼的收缩较大，而此时砼的水化热已达到或经过了最大值，砼的膨胀作用消失，砼开始整体地均匀收缩，受到外部约束时，砼会产生收缩应力，如果应力超过砼自身的抗拉强度，则会产生干燥收缩裂缝。
2、裂缝形成的原因分析
2.1构造
由于薄壁墩台的结构厚度较小，一般在60cm～100cm之间。厚度小，截面的抗拉能力低，大面积的表面由于温度和收缩的作用，产生的收缩力很容易超过混凝土的抗拉力，因而导致出现贯通的裂缝。薄壁墩台的底部设计一般与大体积的承台固结，承台与墩台之间由大量的钢筋联结，约束的刚度极大，造成墩台混凝土在变形时产生较大的应力，这也是形成裂缝的主要原因。
2.2材料
水泥质量不符合要求，混凝土出现了离析与泛浆现象。骨料中含有泥土或使用了不符合要求的骨料，墩台身较高，混凝土拌和料从上往下卸落时，容易离散，并由于振捣困难，混凝土的均匀性难以得到保证，造成表面或局部位置的砂浆较多，收缩大而不均匀，引起收缩裂缝。
2.3环境
薄壁墩台表面积大，混凝土受外界环境的影响明显，随着温度与湿度的变化，表面的水分容易蒸发，表面的温度降低较快，内外的温度差过大，表面收缩大，导致裂缝的形成。
2.4施工
薄壁墩台身较高，钢筋稠密，混凝土搅拌不均或搅拌时间过长，水灰比过大，混凝土捣不充分，保护层厚度不够，硬化前受震动或荷载作用等。由于壁薄、钢筋密，为保证施工质量，混凝土的施工坍落度一般较大，以便于流动，对施工地面条件较差的墩台（如水中墩），常采用泵送混凝土，导致水泥、水和细集料的用量增大，增加了混凝土的收缩量。
3、裂缝的预防措施
3.1设计阶段
薄壁墩台由于自身属容易开裂的结构，预防裂缝如能在设计阶予以详细考虑，解决结构本身的“先天不足”问题，将大大减少在施工阶段预防裂缝的难度。
（1）在满足受力条件的情况下，单幅薄壁墩台的横向结构设计宽度应尽量减小。宽度较大的薄壁墩宜在中间增设永久的变形缝，减少横向的收缩量。
（2）适当增加水平钢筋的配筋率，特别在薄壁墩台的底部位置。在同等配筋率的情况下，建议采用小直径钢筋小间距布置，以增大薄壁墩台的抗裂能力。虽然配筋率的增大对防止裂缝的产生作用有限，但能降低裂缝的宽度和减少出现贯通裂缝。
（3）从预防裂缝的角度，在满足强度要求的情况下，砼的设计标号宜低不宜高。减少施工中的水泥用量和其它外加剂的掺量，并方便施工配合比的配制。
（4）在结构型式上考虑减少基础对墩（台）身的约束度，或采用一些新型的抗拉性能好的砼。
3.2施工阶段
从以上的工程实例和大量的事实表明，薄壁墩（台）出现裂缝主要是由于施工中对裂缝的认识不足和对预防措施不重视所致，往往在施工配合比设计、砼的浇筑和养护时，只注重达到砼的强度指标和其他设计的具体要求，忽略了对裂缝的控制考虑。根据裂缝形成的规律，结合以上实例分析结果，施工阶段预防变形裂缝的主要措施有：
（1）把裂缝控制作为一项重要的技术指标，精心做好砼的施工配合比设计。这是预防变形裂缝首要和根本的措施。①严格减少单方砼的水泥和水的用量，一般情况下水泥用量最好不超过350kg/m3，可考虑采用掺加粉煤灰等活性材料，降低水泥用量和产生的水化热，掺加收缩性小的高效减水剂减少用水量。尽量通过粗、细骨料的良好级配达到设计强度。②采用较低的水灰比、砂率和施工的坍落度，宜采用较大粒径连续级配的粗骨料，尽量使用中粗砂。③外加剂（高效减水剂、缓凝剂等）的掺量不宜过大，更不能超过规定的合理范围，特别对那些收缩性能指标不明确的减水剂，更加要慎重使用。④考虑适当掺加膨胀剂增加砼的抗收缩能力。
（2）施工方案设计时，在施工场地条件允许的情况下，尽量采用普通砼浇筑，不宜采用泵送砼。虽然目前桥梁施工使用泵送砼已是发展趋势，但从预防变形裂缝角度看，特别对高标号或宽度较大的薄壁墩台的砼施工，应尽量使用普通砼浇筑。
（3）尽量缩短墩台身砼和承台砼浇筑的间隔时间，两者龄期差异不宜过大。
（4）在昼夜温差大的天气尽量不安排施工，在炎热天气要注意保持模板的湿润。
（5）严格控制砼水平浇筑，砼不能从高处直接卸落，可采用串筒或流槽等措施保证均匀进仓，并且振捣要充分。
（6）加强养护，宜采用麻袋覆盖淋水的方法养生，达到保温和保湿的作用，不宜采用直接淋水养护。在温差较大的天气，要设置专门的保温措施。建议采用在表面喷养护剂并覆盖麻袋淋水养生双重养护的办法，保证养护的效果。
