建筑混凝土箱涵产生裂缝的原因

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。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。