钢筋混凝土箱涵施工裂缝产生原因分析及控制

一.工程概况

东深疏水箱涵工程位于惠阳市马安镇附近,为深圳市东部疏水工程的一个标段。箱涵设计为现浇双孔钢筋混凝土结构,混凝土标号为C30,单孔断面:净宽×净高=3.2×4.0(m),墙、底板、顶板厚度均为0.5m,全长943m,每23m为一节,共41节。节与节之间设3cm宽的沉降缝,沉降缝处设橡胶止水带。工程地处西枝江一级阶地,地表为农田。地基顶面设计标高为6.9m,处冲积层粘土及砂层交接部位。冲积层粘土属中压缩性土。工程在1998年6月至1999年6月期间施工(见图1箱涵横截面构造示意)。注:标高单位为m图1箱涵横截面构造示意单位:mm

二.施工方案

(1)基坑开挖深度约6m。采用两台挖掘机接力开挖,自卸汽车运土。基坑边坡坡度1∶1,在边坡中部设1.5m宽的操作平台,便于施工作业。

(2)采用木模板,钢支撑。模板经过设计后,在加工场地制作好,运至现场安装。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80cm。

(3)箱涵混凝土采用商品混凝土,泵送。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70cm处,缝中安装镀锌钢板止水片(见图2箱涵横截面示意)。

(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3.8m,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。

三.试验段发现裂缝

为保证箱涵施工质量,先进行试验段施工,以便总结经验,确定合理的施工方案。选取第41节为试验段,使用材料如下。

混凝土:由远发混凝土公司提供商品混凝土,搅拌站距施工现场2km。

砂石:砂石材料质量检验结果见表1。525#水泥:烟台产,质量检验合格。粉煤灰:珠海产,质量检验合格。

外加剂:深圳产,质量检验合格。钢筋:韶钢产线材,质量检验合格。

混凝土搅拌配合比见表2。分两次浇注箱涵混凝土,在底板以上70cm处设施工缝。先浇注底板和70cm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(见图3箱涵侧墙裂缝展开示意)。

四.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2km,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,由质量监督站取三处土样进行试验,允承载力分别为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。试验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。模板内支架为门式钢支架,外斜撑为钢支撑。经检查,没有发现损坏、滑移等现象。

(4)由输送泵运送混凝土先浇注底板混凝土计115m3,相隔5d后,再浇注侧墙及顶板混凝土计180m3。混凝土入模温度为30℃~35℃,凝结过程中的最高温度为54℃。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,用麻袋覆盖,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。(来自:)由于浇注混凝土是在中午进行,气温高。由输送泵送入模板中振捣,浇注速度快,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54℃,而环境温度白天25℃左右,夜间16℃左右。最大温差达38℃,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。

五.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)将木模板更换为钢模板,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,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)在温度比较低的早、晚时间浇注混凝土,降低混凝土的入模温度。确保入模温度控制在30℃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50℃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,设置了专用的自动喷水系统。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,用麻袋覆盖后洒水。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。

六.结语

6.1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。如深圳某地下人行通道,由于裂缝漏水,无法使用。经过几次修补仍不尽人意。

6.2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。