实心双薄壁墩身的裂缝成因及控制

　　提要：随着我国基础设施建设步伐的加大，越来越多的实体薄壁墩身应用于公路桥梁工程中。如何采取措施确保大表面积薄壁墩身表面平整光滑、不出现裂缝，使之成为道路交通中一道美丽的风景线，具有现实意义。本文结合实体工程分析了实心双薄壁墩身裂缝产生的机理，提出了相应的控制措施，确保了该类墩身的施工质量。

　　关键词：薄壁墩身 裂缝 变形 控制

　　Abstract: along with the infrastructure construction pace of increase, more and more of the entity thin-wall piers application in highway bridge engineering. How to take measures to ensure that large surface area surface level off is smooth, thin-wall piers not crack, make it become the road traffic in a beautiful scenery line, have realistic significance. This paper analyzes the entity engineering solid double thin-wall piers cracking mechanism and corresponding control measures, to ensure that the quality of the construction of the pier.

　　Keywords: thin-wall piers deformation crack control

　　中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

　　1、前言

　　实心双薄壁墩身是近年来公路桥梁、高等级公路、跨线桥连续刚构较为普遍采用的结构形式，其具有柔性大、造型美观、施工方便、抗撞能力强等优点，是结构和造价完美结合的桥墩。而随着桥梁净宽的加大，墩身宽度相应增加、高度增高，混凝土浇筑后发生裂缝的现象时有发生，针对该类现象目前尚未见到比较准确的定性分析和定量计算，现有的施工技术规范对此类非受力裂缝的有效控制问题也未作详细的规定。在实际工程中对比此类裂缝如果不采取有效的控制措施，轻者会影响工程质量的总评价，重者则可能引发质量事故。尤其是在对质量高度要求的高等级公路建设中，更应引起重视。

　　2、工程背景

　　实心双薄壁墩身结构在某立交桥得到广泛的应用，该桥第一联(58+88+88+58)m、五联(52.5+95+52.5)m连续刚构主墩均采用实心双薄壁结构，设计宽度为10.25m及6.5m，厚度均为1.2m，两薄壁间净距为3.2m，墩身平均高度为15.8m。墩身竖向主筋为Φ28mm，墩顶及墩底6.0m范围内墩身表面铺设10×10cmΦ6带肋钢筋网，钢筋网净保护层为3cm，采用等强度混凝土垫块，墩身采用 C40混凝土，共367m3。

　　首个墩身在11年9月份浇筑完成，该墩身采用一次性浇筑成型，拆模后发现在墩身高度3.0～3.2m段，两正面出现0.03～0.5mm不等的水平裂缝。项目部对该桥出现裂缝十分重视，先后组织了设计、质监、桥梁专家多次进行分析论证。经专家会议研究：为实现业主提出的内实、外美的“精品工程”质量目标，一方面要从施工等方面找出可行的解决办法，同时为今后减少或防止同类裂缝的发生提供有效的技术保障，决定对该桥墩进行推倒重建，但是怎样才能从根本上消除墩身裂缝，首先必须找出其产生的原因，同时在施工方面取得突破，在业主及监理办的大力支持下，项目部成立了专门的调查试验小组，进行全面的针对性处理。

　　3、裂缝成因

　　经现场观察并对裂缝进行持续观测，双薄壁裂缝出现的3.0~3.2m处在首节模板拼缝底20cm位置，呈水平布设，经对裂缝进行实测：长度在5~35cm之间，宽度为0.03~0.5mm，深度在10~25mm之间。现场实测混凝土回弹强度满足设计及规范要求，室内对强度试块检测，其强度亦满足要求。

　　纵观混凝土结构的裂缝通常可分为两类：一类是由于荷载作用产生的结构裂缝，此类裂缝具有破坏性，工程中绝对不应出现，一旦出现必须及时进行处理。另一类是由于结构变形引起的，称为非结构裂缝或变形裂缝，也分为收缩和温缩裂缝。而结合该墩身出现的裂缝及位置，可分析出产生裂缝的原因如下：

　　3.1、模板拼缝薄弱

　　该裂缝出现在首节模板拼缝处底部20cm位置，宽度及深度均超出规范要求。由于15.2m高薄壁墩身混凝土为一次浇筑完成，在混凝土上升过程中，由于模板拉杆施拧紧固不均匀，在浇筑至上层混凝土时对底节模板产生较大的侧压力，在拼缝附近产生微小变形，由于浇筑时间相差4~5小时，底层混凝土处于初凝状态，底节模板拼缝处较为薄弱，同时加之双薄壁两部分模板连接在一起，在进行砼浇注时相互影响，对模板变形产生一定副作用，从中可以看出：模板拼缝薄弱变形是导致此处砼出现裂缝的主因。

　　3.2、温度变形

　　由于薄壁墩身的壁厚为120cm，结构厚度较小，截面的抗拉能力低，在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，而构造物表面由于受外界影响，温度下降较快，出现了内外温差而产生拉应力，当大面积的墩身表面受到温度和收缩的作用时，产生的收缩力很容易超过混凝土的抗拉力，同时加之裂缝出现在墩身底部，该部位受到承台与墩身间大量钢筋的固结，约束的刚度极大，造成了墩身混凝土在变形时产生比较大的应力，在原有裂缝基础上不断恶化，这也是形成裂缝的原因之一。

　　3.3、收缩徐变

　　混凝土的收缩是一个长期的过程，最终收缩完成大约需要要20天，但是混凝土在硬化初期3～5天的收缩最大，对其产生的损害也最严重。当混凝土浇筑后，表面的水分蒸发，而混凝土内部的水分通过泌水和毛细管的作用上升到表面补充，随着混凝土中水分的蒸发而收缩。对该类采用泵送且含水量较大的混凝土而言，表面水分较多，受到夏天温度高、模板日照强和干燥环境的影响，表面的水迅速被挥发或吸干，而内部的水分补充不及，造成了表面体积收缩过大，而此时混凝土尚未具备足够的抗拉强度，因而产生塑性收缩裂缝。

　　4、控制措施

　　大量的事实表明，薄壁墩身出现裂缝主要是由于施工中对其认识不足和对预防措施不重视所致，在施工过程中，只注重达到混凝土的设计强度指标和其它设计要求，而忽略了对裂缝的控制。针对该墩身施工中出现的裂缝并结合其成因，调查小组制定了一系列的控制措施，在施工中进行逐一解决，从根本上控制了裂缝产生的根源。如下：

　　4.1、模板拼缝处加强

　　不可否认，当大面积模板受到混凝土侧压力及外界因素影响时，在模板表不可避免的产生一定的变形，而该变形是处在模板所设计的允许变形范围之内，尤其是在模板拼缝位置，由于受到模板的扰动影响，相对的变形加大，从而导致了裂缝的出现。为了避免该裂缝的出现，调查小组从以下两个方面着手增加模板拼缝处的刚度。

　　4.1.1、在保持该模板现有结构的基础上，采取对拼缝加固的原则(如下图)，该加固采用新增2[12分配梁，通过对拉螺杆固定于上下两节模板，形成有效连接，同时在拼缝上下位置，采用型钢进行抄垫并严格控制其密实性，加强拼缝处模板上下连接刚度。

　　4.1.2、在模板拼装过程中，在墩身的四面拉设两层钢丝揽风绳，该揽风绳分别设置在首节模板拼缝处及模板顶部，拼缝处揽风与承台四角预埋的钢筋进行锚固，顶部揽风根据其高度在承台外设置地锚，该地锚应具备足够的强度及抗拔力。揽风绳与地面夹角宜控制在45°～60°，同时揽风绳的拉设与拆除应对称进行，并保持其松紧一致，以减少其偏心作用而造成模板局部偏位、受力不均等影响。

　　采取上述两种加固措施后，当模板受到较大侧压力时，有效的减少了由模板变形及其它外力影响而产生的扰动，成功解决了模板上下连接薄弱的影响，但在这个实施过程中，该项控制可在最初的模板设计角度着手，在保证模板强度、刚度及稳定性要求的同时，重点加强拼缝处的连接刚度，以最大程度的减小由变形而对初凝状态混凝土产生的扰动。

　　4.2、温度变形

　　根据裂缝形成的规律，在温度变形方面主要从材料选择、配合比设计、施工方案、混凝土拆模及养护方面制定相应措施，如下：

　　4.2.1、在满足混凝土设计强度的前提下，减少单方混凝土中水泥和水的用量，同时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，同时通过粗、细骨料的良好级配达到设计强度。

　　4.2.2、在配合比设计中，采用较低的水灰比、砂率和施工的坍落度;选用较大粒径连续级配的粗骨料，尽量使用中粗砂;外加剂的掺量不宜过大，更不能超过规定的合理范围，特别对收缩性能指标不明确的减水剂，更加要慎重使用。

　　4.2.3、在施工方案设计时，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身混凝土施工，应尽量使用普通砼浇筑。同时缩短墩身和承台混凝土浇筑的间隔时间，两者龄期差异不宜过大，在炎热天气浇筑时要特别注意保持模板的湿润;严格控制混凝土的水平浇筑，并保证振捣充分、密实。

　　4.2.4、在混凝土拆模及养护方面，首先要选择好拆模的时间，通过水化热绝热温度公式可计算出浇筑后第三天混凝土内部温度最高，所以拆模宜选择在浇筑后第二天进行，同时选择在一天中气温最高的中午进行。拆模过程中，为迅速降温，在砼表面喷淋温度为35℃～40℃的温水，并测量混凝土内部温度，严格控制拆模时内外温差小于20℃。在养护方式上，宜采用长条土工布自墩顶顺下覆盖、淋水的方法养护，以达到保温和保湿的作用，该养护周期不得小于10天。

　　4.3、收缩徐变

　　该墩身在结构设计上，底部及顶部均设置了防裂钢筋网，该钢筋网增强了薄壁墩身的抗裂能力，但不可否认的是其对防止裂缝产生作用有限。为避免由混凝土收缩而产生的裂缝，在混凝土中掺入了聚丙烯抗裂纤维，其主要为束状单丝，抗拉强度>350Mpa，当纤维掺量为0.1%时砼抗裂性能指标可提高68.8%;在混凝土拌合前，将抗裂纤维均匀的撒到碎石中，每立方米掺量为0.91kg，搅拌时间控制在1.5～2.0分钟，在保证其和易性、流动性的同时，将纤维均匀的分散至混凝土中。在有效地控制混凝土因收缩徐变而产生裂缝，防止并抑制裂缝发展的同时，从而改善混凝土的抗渗、抗裂性能。

　　5、实施效果

　　在首个墩身产生上述裂缝后，结合调研小组所制定的措施，项目部进行了细致、深入的落实。在严格执行各项控制措施的同时，项目部所施工的薄壁墩身内在及外在质量均得到较大的提高，在墩身拆模后所进行的连续15日观测中，无任何裂缝出现，且墩身表面光洁、平整、美观，真正达到达到了内实、外美的“精品工程”质量目标，在赢得业主及监理认可的同时，更将该类墩身施工所面临的裂缝问题彻底解决。

　　6、心得体会

　　薄壁墩身由于自身属容易开裂的结构，在施工中得到控制的同时，我们可以发现在设计方面还可以进行优化，以解决结构本身的“先天不足”问题，将大大减少在施工阶段预防裂缝的难度。

　　6.1、在满足受力条件的情况下，薄壁墩身的横向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。

　　6.2、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。

　　6.3、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，以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设计。

　　7、参考文献

　　7.1、《工程结构裂缝控制》 王铁梦 著

　　7.2、《现代混凝土配合比设计手册》 张应力 主编 人民交通出版社

　　7.3、《新型混凝土技术与施工工艺》 李继业 编著中国建材工业出版社

　　7.4、《薄壁桥台的裂缝成因及防治》侯立

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文章名称： 实心双薄壁墩身的裂缝成因及控制

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