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谈对混凝土箱涵施工裂缝原因的分析
2009/01/16 00:00
来源：刘佳学 杨涛
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摘要：钢筋混凝土箱涵在施工过程中，易产生裂缝。其影响因素有：温度应力，原材料质量，地基不均匀沉降，模板支撑不稳，结构配筋，混凝土振捣及养护达不到要求等。针对疏水箱涵侧墙裂缝产生的原因，改进了施工方案，加强了各个环节的监控管理，消除了裂缝产生的原因。
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。疏水箱涵工程在施工过程中，就出现了侧墙裂缝的问题。
一、工程概况
某疏水箱涵工程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。
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：商品混凝土，搅拌站距施工现场2km。525#水泥：烟台产，质量检验合格。粉煤灰：珠海产，质量检验合格。
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。
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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。
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
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。
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。
（中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处）
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。疏水箱涵工程在施工过程中，就出现了侧墙裂缝的问题。
一、工程概况
某疏水箱涵工程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。
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：商品混凝土，搅拌站距施工现场2km。525#水泥：烟台产，质量检验合格。粉煤灰：珠海产，质量检验合格。
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。
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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。
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
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。
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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投稿：news@ccement.com
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