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桥梁空心薄壁墩裂缝成因与预防

发布时间：2023-01-19 16:04:50 来源：文档文库

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桥梁空心薄壁墩裂缝成因与预防
摘要：山西临汾张台地方铁路海子沟大桥主跨为（48+80+48）m预应力混凝土连续梁，主墩6#墩高度为59m，7#墩高度为70m，均为空心薄壁圆形墩。该桥为全线的控制工程，高墩混凝土的施工质量对该桥影响巨大。本文对空心薄壁墩裂缝成因进行了分析，提出了预防措施，为今后的工程施工提供指导作用。关键词：薄壁墩；裂缝；成因；预防 1 引言
空心薄壁墩结构以其墩受力合理、工程量少、对地基承载力要求不高等优点，在桥梁设计中得到了广泛的应用，但是空心薄壁墩结构表面积相对更大，在施工及使用过程中容易出现裂缝，而薄壁墩一旦开裂，将对整个桥的耐久性、抗渗抗腐性及美观产生一定影响，整个桥的使用寿命也将大为缩减。因此研究空心薄壁墩裂缝的成因及其预防措施，成为工程界长期关注的问题。其中，武汉理工大学的蒋玉龙对寒冷干燥地区桥梁混凝土薄壁墩防裂技术进行了研究，研究表明：混凝土的材料特性、混凝土配合比、施工过程和施工方法，都会对薄壁墩的裂缝开展产生影响；郑州大学的史永涛对变截面空心薄壁墩混凝土的收缩徐变进行了试验研究，建立了混凝土收缩徐变理论模型，给出了收缩徐变效应对高墩变形、内力重分布等方面的影响；中国长江三峡开发总公司王云等对双河口特大桥杯形空心薄壁墩身底部裂缝的成因进行了研究，并提出了相关的预防措施。

本文结合山西临汾张台地方铁路海子沟大桥项目（见图1），对空心薄壁墩裂缝形成的原因进行了分析，并给出了设计阶段和施工阶段具体的预防措施。工程概况如下：山西临汾张台地方铁路海子沟大桥孔跨布置为5-32m预应力混凝土简支梁+（48+80+48）m预应力混凝土连续+2-32m预应力混凝土简支梁，全桥共设2个台9个墩，其中6#墩墩高59m，墩底为11.14m直径的圆形，7#墩墩高70m，墩底为12m直径的圆形，6#墩和7#墩墩顶均为直径7.8m的圆形，该桥墩在浇筑实心段（4m，混凝土为方）的施工过程中出现细小的裂缝。
2 裂缝形成的原因分析 2.1 温度
置于自然环境中的混凝土结构，长期经受自然界气温的变化和日辐射等剧烈作用。由于混凝土结构的热传导性能差，其周围环境气温以及日辐射等作用，将使表面温度迅速上升或下降，但结构的内部温度仍处于原来状态，在混凝土结构中形成较大的温度梯度，混凝土结构的各部分处于不同温度状态。由此产生的温度变形，当被结构的内、外约束阻碍时，会产生相当大的温差应力。在桥梁结构中，由于这种温度荷载产生的应力，有时甚至比荷载产生的应力还要大，甚至使混凝土结构物发生严重裂损。由温度变化产生裂缝情况一般有以下两种：（1）承台（或基础）浇筑与薄壁墩墩身浇筑间隔时间比较长。此种情况下，由于承台（或基础）浇筑时产生的温度变形已经趋于稳定，薄壁墩墩身新浇混凝土在温度应力作用下，受
到底板约束产生压应力，这时，由于早期混凝土弹模小、徐变度大还处在塑性状态，压应力很快就被松弛掉，而当混凝土温度下降时，由于承台（或基础）对降温引起的收缩的约束，混凝土内部出现较大的拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，薄壁墩墩身便会出现裂缝。（2）内外温差及气温骤降情况。混凝土浇筑温度较高，在早龄期遇昼夜温差显著或寒潮袭击等内外温差较大的情况下，在混凝土表层引起急剧的降温。由于混凝土为热量的不良导体，这时内部混凝土仍处于高温阶段，混凝土仍处于高温阶段，因而，在表层将形成很陡的温度梯度，严重限制表层混凝土的急剧收缩，使混凝土的徐变性能不能发挥作用，从而在混凝土表层产生拉应力。这个拉应力可能会导致混凝土表面开裂。施工期间实测温度如图2所示。
2.2 混凝土收缩
混凝土收缩是一个长期的过程，最终收缩完成大约要20d，但是混凝土在硬化初期3d～5d的收缩最大，对混凝土的损害也最严重。收缩变形裂缝从时间上可分为塑性收缩裂缝和干燥收缩裂缝。 2.2.1 塑性收缩裂缝。混凝土浇筑后，未硬化仍处塑性状态时就出现的裂缝。混凝土在浇筑成形后，表面的水被蒸发，而混凝土内部的水分通过泌水和毛细管的作用上升到表面补充，混凝土随着水分的蒸发而收缩。对含水量较大的混凝土（如泵送混凝土等）而言，表面水分较多，如果处在温度高、风速大和干燥的环境中，或者被模板及基础吸收，表面的水迅速被挥发或吸干，而内部的水分补充

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