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浅谈混凝土箱涵产生裂缝的原因

0152建筑材料2021-07-18 12:03:23


  前言

 
  当钢筋混凝土箱涵用作疏水工程或地下通道工程时,要求具有足够的强度和良好的防水性能。从结构上看,施工并不困难。但要满足设计要求,达到优良工程的质量标准,并非易事。特别是对钢筋混凝土箱涵易出现裂缝的问题,应引起足够的重视。在金牛山庄道路箱涵工程在施工过程中,出现了侧墙裂缝的问题。
 
1、工程概况
  金牛山庄道路箱涵位于长沙河西金牛岭附近,为金牛山庄道路工程的上为保证水塘向下排水需要设置。箱涵设计为现浇双孔钢筋混凝土结构,混凝土标号为C25,采用商品砼,单孔断面:净宽×净高=3.2×2.4(m),墙为0.35m、底板、顶板厚度均为0.5m,全长约10m,共一节,工程地处长沙河西的山地,地表为农田和水塘。地基顶面设计标高为3m,处冲积层粘土及强风化岩交接部位。冲积层粘土属中压缩性土。工程在2003年12月至施工。
2、施工方案
  (1)基坑开挖深度约6m.采用一台挖掘机开挖,自卸汽车运土。基坑边坡坡度1∶1.2.
  (2)采用竹夹板模板,钢架管支撑。模板经过设计后,在现场制作安装。两模板之间用对拉螺栓连接。对拉螺栓用Φ12的钢筋制作(中间设止水钢板),上下左右间距均为85cm.
  (3)箱涵混凝土采用商品混凝土。分两次浇注,先浇注底板混凝土,后浇注侧墙和顶板混凝土。施工缝设在底板以上30cm处,缝中安装镀锌钢板止水片。
  (4)施工的重点是后浇部分,而后浇部分的施工重点是侧墙混凝土浇注。后浇部分的侧墙深度为2.1m,且顶板钢筋密布,浇注振捣十分困难。混合料用串筒送入模板中,每间隔1.5m移动一次串筒。串筒处的顶板钢筋先不绑扎,便于安放串筒。待侧墙混凝土浇注完毕后,再绑扎钢筋。
  (5)侧墙混凝土以50cm的层厚逐层浇注。混合料从一端向另一端均匀地送入模板中,定人定位用插式振动棒振捣。每层均按先边墙,后中墙,再另一边墙的顺序,依次轮流浇注振捣。
  (6)侧墙浇注完成后,紧接着浇注顶板混凝土。从一端向另一端一次浇注成形。
  (7)在顶板最后一道收浆后,用麻袋覆盖,人工浇水养护14d.
  (8)非承重模板3d后拆除,承重模板14d后拆除。
3、裂缝发现于控制措施
  为保证箱涵施工质量,以便总结经验,确定合理的施工方案。使用材料如下。
  混凝土:由湖南省六建混凝土公司提供商品混凝土,搅拌站距施工现场5km.
  砂石:砂石材料质量检验结果见表1.42.5级水泥:湖南长沙坪塘产,质量检验合格。
  粉煤灰:湖南湘潭产,质量检验合格。
  外加剂:湖南产,质量检验合格。钢筋:涟钢产,质量检验合格。
  分两次浇注箱涵混凝土,在底板以上30cm处设施工缝。先浇注底板和30cm高的侧墙,相隔5d后浇注侧墙和顶板混凝土。养护3d后,拆除外模板。通过对箱涵表面进行检查,发现箱涵侧墙在施工缝以上每隔3m~7m有一条竖向长3m左右的裂缝。缝宽0.1mm~0.3mm贯穿整个墙厚。裂缝位置的分布,三侧墙均不相同。每条裂缝的宽度也不一样。但每条裂缝的长度基本相同。都是起于施工缝处,止于侧墙与顶板相交处。施工缝处裂缝较宽,向上逐渐变窄,最后在与顶板相接处消失。
  控制措施
  (1)根据现场气候情况和材料现状,每天早中晚、雨后都要对砂石材料抽样检测。根据检测结果,及时调整配合比将粉煤灰用量增加到51kg,在满足施工和易性的条件下,将水灰比降至0.55.
  (2)控制了混凝土搅拌时间,规定搅拌时间2min,不能过短,也不能过长。搅拌时间短,混合料拌合不均匀;时间过长,会破坏材料的结构。如砂石材料被磨损,混凝土配合比被改变等。
  (3)将竹模板更换为钢模板,以利散热。尽量缩短底板混凝土与侧墙混凝土浇注的间隔时间。在底板混凝土浇注完成后,2d-3d之内浇注侧墙混凝土。这就要求钢筋、模板工序改进操作方法,连续作业。(4)在温度比较高的中午时间浇注混凝土,降低混凝土的入模温度。确保入模温度控制在20℃以内。采用降温、缓凝等措施降低水化热引起的温度上升,将混凝土内的温度控制在40℃以内。
  (5)现场振捣按部位责任到人,防止漏振、少振现象。底板、顶板浇筑速度可适当加快,而侧墙浇注速度不易过快。一般控制在25m3/h,分层振捣,每层厚30cm.混凝土浇注时的倾落高度控制在2m以内。均匀出料,均匀放料,不能堆积成堆,以免发生离析现象。振捣完成,通过检查后,再浇注上一层混凝土。
  (6)改变了混凝土养护方法,设置了专人负责喷水。在浇注混凝土时就开始向模板上连续不断地喷水。由于水泥在水化过程中产生很大的热量,在浇注过程中向侧墙模板喷水散热,以免混凝土由于温度过高,体积膨胀过大,在冷却后体积收缩过大。顶板在最后一道收浆后,用草袋覆盖后洒水。养护时间14d.
  由于采取了有效措施,加强了各个环节的控制与管理,消除了箱体侧墙裂缝产生的原因,施工进展顺利。竣工验收被评为优良工程。正式投入使用以来,运行情况良好。
4、裂缝原因分析
  (1)对商品混凝土进行调查、分析
  通过对材料进行抽样检验,没有发现质量问题。混凝土搅拌站距现场不到5km,混凝土运输与等候时间之和约为15min~25min,现场测定混凝土的坍落度为10cm~14cm,符合规范要求。又对混凝土试块进行抗压、抗渗试验,均符合质量要求,混凝土不存在质量问题。
  (2)检查地基承载力情况
  基底土质为粘土,开挖基坑后,由勘测院取三处土样进行试验,允许承载力分别为0.253MPa,0.276MPa,0.297MPa,都能满足设计要求。经计算,箱体对土基的作用力为0.048MPa.该段范围内没有软土地基。箱涵两侧按规定设有排水边沟和积水井,用水泵及时抽出积水。因此,人工浇水养护不会对地基产生影响。通过以上分析,地基承载力满足要求,不会产生不均匀沉降。对箱涵顶面四个角点的水平监测,也没有发现有下沉现象。
  (3)对支架进行检查
  防止因支撑不牢,混凝土在没有达到一定强度时,箱体产生位移,使混凝土产生过大的剪应力而开裂。模板内支架为钢架管支架,底下设置垫板。经检查,没有发现损坏、滑移等现象。
  (4)由人工运送混凝土
  先浇注底板混凝土计89m3,相隔5d后,再浇注侧墙及顶板混凝土计160m3.混凝土入模温度为8℃~25℃,凝结过程中的最高温度为35℃。浇注速度35m3/h,人工操作插式振动棒振捣。在顶板混凝土收浆后,用草袋覆盖,人工浇水养护。
  根据以上资料,排除了混凝土质量,地基承载力,支架水平移动因素对混凝土裂缝的影响,最有可能的是混凝土收缩及温度应力引起的裂缝
  箱涵混凝土分两次浇注,底板浇注后,对施工缝进行凿毛、清理,再绑扎侧墙、顶板钢筋,安装模板。5d后浇注侧墙及顶板混凝土。
  由于浇注混凝土是在上午进行,气温低。由人工送入模板中振捣,浇注速度慢,水泥在水化过程中释放出大量热量,积聚在混凝土中,使混凝土体内的温度最高达到了45℃,而环境温度白天15℃左右,夜间8℃左右。最大温差达37℃,导致混凝土体积收缩过大。而在收缩时,遇到先期浇注的底板混凝土和结构钢筋的约束,不能形成整体收缩,在侧墙混凝土中产生巨大的拉应力,从而导致箱涵侧墙被拉裂。
5、结语
  5.1裂缝是钢筋混凝土箱涵致命的质量问题。特别是用作地下通道或疏水工程的箱涵,一旦裂缝,很难修复。虽然现在有各种补缝措施,但效果并不理想。如某地下人行通道,由于裂缝漏水,无法使用。经过几次修补仍不尽人意。
  5.2影响钢筋混凝土箱涵裂缝的原因很多,其中温度应力为主要因素。在施工实践中,要根据工程所处的环境条件,认真分析每一个影响因素,采取相应的对策和措施,钢筋混凝土箱涵施工裂缝是可以控制的。

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