关于现浇预应力混凝土施工结构的裂缝分析

关于现浇预应力混凝土施工结构的裂缝分析
王栋邵燕军
摘要：本文主要针对预应力构件截面尺寸较大引起的裂缝；模板支撑体系施工不当引起的裂缝；预应力张拉工艺而引起的裂缝三种情况，对现浇预应力混凝土大梁施工结构裂缝提出了相应的预防措施。
关键词：
1、在尚未施加预应力之前就产生裂缝的防治
这类裂缝同一般结构工程裂缝，多由混凝土材料和施工方法不当引起，如沉缩裂缝、收缩裂缝、干缩裂缝等，可按一般防治措施防治。
2、由于预应力构件截面尺寸较大引起的裂缝防治
2．1 裂缝的特征
通常情况下，预应力结构构件几何尺寸厚大，例如预应力大梁截面宽度一般在4 00mm一600mm，梁高多在1000mm以上，这样的构件易出现收缩裂缝，其主要特征为：
1）在梁侧梁高中间，呈中间宽、上下窄状，少数裂缝延伸至整个梁高；2）梁侧模板拆除后，开始3d左右，裂缝有增多及扩展的趋势，3d后裂缝发展趋于缓慢；3）裂缝间距沿梁跨基本均匀分布，裂缝间距接近梁内箍筋间距的倍数。
2．2 原因分析
1）截面较大的构件在混凝土硬化过程中，其体积收缩量也大，产生轴向拉应力，在结构体系的约束下形成凝缩裂缝。
2）大截面构件凝固过程中，产生的水化热使构件温度升高，若过早拆除其侧模板，构件温度急降，会出现温差应力，同时构件表面水分迅速风干，混凝土收缩加剧，形成冷缩裂缝。
3）经凿除裂缝处表面混凝土，发现多处裂缝发生在箍筋位置处，说明这种裂缝与箍筋存在一定的联系。a 大梁所选用的箍筋规格较大，如φ12mm，箍筋外的混凝土保护层变薄；b浇筑混凝土前，梁的箍筋已承受了梁自身上层钢筋的重量和次梁、板搁置的重量以及施工人员的活荷载，梁的箍筋受压弯曲，一定程度上呈“鼓”形。这两种情况使箍筋特别是梁中箍筋外的混凝土厚度变薄，形成了相对含砂多、含石少、咬合性差的砂浆层，从而导致裂缝。这种中间宽、两端窄的“枣核”形裂缝，因梁中腰筋小少而粗宽，上下端因主筋的约束而细小或没有。
2．3 控制措施
1）厚大构件的混凝土配合比设计，应考虑减少混凝土体积收缩的措施。力求降低水泥用量，减小水灰比，有条件者可适当掺人改性外加剂。
2）推迟大截面构件模板拆除时间。为减少模板对梁的约束，防止预应力损失，规范规定要在预应力张拉前拆除其侧面模板，大梁侧模应依据执行，并尽可能推迟。
3）应保证箍筋外保护层厚度。对较粗直径的箍筋而言，应保证箍筋外混凝土不少于15mm（最好为17mm）来确定主筋保护层，增加箍筋外混凝土抗裂能力。大梁腰筋设置相对宜粗宜密，规格不宜小于φ18mm，间距不宜大200mm，大梁腰筋的S型拉筋宜改用拉撑结合的办法，拉筋一端弯成90o角，待拉紧后再弯至135o，同时将一部分拉筋改为撑筋，保证梁箍筋不外弯，也不向内弯曲，撑筋也可结合波纹管支架钢筋同时布设。
3、模板支撑体系施工不当引起的裂缝及防止措施
3．1 裂缝现象
预应力结构中，在部分或全部拆模后，出现的大梁承载能力不足的结构性裂缝也很常见，这种裂缝在跨中垂直梁底，下宽上窄，呈正截面受弯裂缝，两端为斜向受剪裂缝。
3．2 原因分析
1）支撑拆除过早。某工程预应力大梁拆底模时，混凝土强度标准值达到设计强度的115％，但没有建立预应力，拆模后大梁和板均出现裂缝，并形成较大的板梁连通裂缝。
2）一般情况下，预应力结构跨度大，构件截面尺寸大，施工荷载也大，支撑体系的承载力不足也是一个原因，尤其对支撑直接搭设在地面或回填土上的工程，支撑系统更易变形或下沉。
3）采用早拆模施工方法时，保留的支撑承载力不足，使结构过早受力。
3．3 控制措施
1）混凝土施工规范规定，侧模宜在预应力张拉前拆除，底模不应在结构件建立预应力前拆除。预应力建立前，即使构件混凝土达到或超过设计值时，仍不可拆除底模，这也是与普通混凝土结构的一点区别，否则，预应力构件即使有承载能力，也易因挠度过大而引起裂缝。在大跨度结构中，构件的主要荷载是自重，其自重弯矩大、自重应力高，提前拆模对结构更不利，更易产生结构裂缝。
2）对预应力工程应单独编制施工方案，其模板和支撑系统必须进行设计计算。若支撑体系直接支撑在回填土上，还须对支撑面进行特殊处理。a回填土必须分层分批夯填密实，最好用压路机碾压数遍，否则支撑应直接置于基础或基底老土层上。b在预应力框架大梁宽1.8m—2.0m的范围内，应铺设道碴，设置垫木。C 做好场地防排水措施。预应力工程施工工期较长（一般在20d以上），阴雨天气出现的机会多，产生的后果严重。因此，大梁排架施工前要有技术保证措施，可在大梁下铺设塑料薄膜防水层，及时排走场内雨水，防止雨水对土层和支撑系统的影响。d 浇筑混凝土前还要对支撑体系进行全面检查和加固，以确保支撑稳固可靠。
3）预应力工程施工周期长，整体拆模时间比普通结构迟，为提高周转材料的利用率，减少施工投入，常采用主次模板体系分开支设的办法，在符合普通混凝土结构拆模的条件后，可在预应力张拉前拆除非预应力构件的模板及支撑。对预应力大梁，也常采用早拆模板方法施工，根据跨度情况，在适当位置处，保留若干支撑点模板与支撑不拆而拆除其余部位的模板与支撑。采用这种方法施工时，必须对保留支撑进行验算和加固。对保留支撑而言，即使立杆和梁底模板没有拆除和松动，整体排架和牵杠的拆除，也会影响保留支撑的刚度和稳定性，降低承载力，故应进行必要的加固。另外，次梁板等非预应力构件模板和支撑拆除后，这些构件的自重以及上部施工荷载全部通过结构体系传递到主梁上，主梁荷载明显增大，故必须进行支撑验算和加固，加固时不得松动保留的支撑和模板，并且须做到先加固后拆除。
4、由预应力张拉工艺而引起的裂缝及防止措施
4．1 裂缝现象
1）张拉端裂缝。如端部沿预应力方向的裂缝，以及在梁端非预应力区内出现的拉剪裂缝。
2）在临近构件上产生的裂缝。如在张拉端边梁上出现的垂直裂缝及在板面出现斜向裂缝。
4．2 原因分析
1）在梁端非预应力区内出现的拉剪裂缝，是由于锚固局部受压过大，在该区及边缘产生剪、拉应力。
2）在张拉端边梁及板面上出现的裂缝，是由于预应力张拉后，在应力传递或次应力作用下产生的。
4．3 控制措施
1）设计时应尽量减少预应力的偏心程度，非预应力筋能解决问题的，尽量少用预应力，以降低预应总应力，否则应视情况增加承压钢筋网片。施工时，由于锚固区钢筋密集，混凝土下料和振捣困难，浇筑时须专人负责，质检人员现场把关，做到先难后易，确保端部张锚区混凝土密实。
2）结构设计时，要增加薄弱环节的构造措施，通过加筋和加腋，增强局部抵抗力，克服应力集中的弊端。施工过程中，张拉顺序要合理，尽量避免构件产生扭转、侧弯、结构变位和超应力。要遵循对称的张拉原则，保证结构中相邻构件应力值超过总值的50 %，否则应分布张拉，即先张拉一半应力，待相邻构件张拉后，再张拉另一半设计应力。
3）裂缝现象在预应力结构中很普遍，但对裂缝的认识、控制和处理还存在不足，对施工中出现的裂缝，或视而不见，或谈裂色变。验收时裂缝难以定性，对此应建立裂缝观测台账制度。对工程裂缝进行系统全面的观测，特别是结构性裂缝，在分析研究的基础上找出原因，并对有害裂缝进行必要的控制和处理，出示工程裂缝监测检验报告，作为结构验收时的一项重要内容。
5、结语
通过上述裂缝产生原因分析及预防措施实施，大跨度现浇预应力混凝土结构大梁施工中的裂缝是可以避免和防止的，关键是设计和施工单位的重视。施工单位在实施前应编制严密的施工方案，在施工过程中，从原材料、混凝土配合比、模板排架体系、混凝土浇捣和预应力张拉等各方面严格按方案控制实施，就能防止大跨度现浇预应力混凝土结构大梁裂缝的产生，保证混凝土结构的耐久性和结构安全。