建筑混凝土箱涵產生裂縫的原因

當鋼筋混凝土箱涵用作疏水工程或地下通道工程時，要求具有足夠的強度和良好的防水性能。從結構上看，施工并不困難。但要滿足設計要求，達到優良工程的質量標準，并非易事。特別是對鋼筋混凝土箱涵易出現裂縫的問題，應引起足夠的重視。在金牛山莊道路箱涵工程在施工過程中，出現了側墻裂縫的問題。
　　1、工程概況
　　金牛山莊道路箱涵位于長沙河西金牛嶺附近，為金牛山莊道路工程的上為保證水塘向下排水需要設置。箱涵設計為現澆雙孔鋼筋混凝土結構，混凝土標號為C25，采用商品砼，單孔斷面：凈寬×凈高＝3.2×2.4（m），墻為0.35m、底板、頂板厚度均為0.5m，全長約10m，共一節，工程地處長沙河西的山地，地表為農田和水塘。地基頂面設計標高為3m，處沖積層粘土及強風化巖交接部位。沖積層粘土屬中壓縮性土。工程在2003年12月至施工。
　　2、施工方案
　　（1）基坑開挖深度約6m.采用一臺挖掘機開挖，自卸汽車運土。基坑邊坡坡度1∶1.2.
　　（2）采用竹夾板模板，鋼架管支撐。模板經過設計后，在現場制作安裝。兩模板之間用對拉螺栓連接。對拉螺栓用Φ12的鋼筋制作（中間設止水鋼板），上下左右間距均為85cm.
　　（3）箱涵混凝土采用商品混凝土。分兩次澆注，先澆注底板混凝土，后澆注側墻和頂板混凝土。施工縫設在底板以上30cm處，縫中安裝鍍鋅鋼板止水片。
　　（4）施工的重點是后澆部分，而后澆部分的施工重點是側墻混凝土澆注。后澆部分的側墻深度為2.1m，且頂板鋼筋密布，澆注振搗十分困難。混合料用串筒送入模板中，每間隔1.5m移動一次串筒。串筒處的頂板鋼筋先不綁扎，便于安放串筒。待側墻混凝土澆注完畢后，再綁扎鋼筋。
　　（5）側墻混凝土以50cm的層厚逐層澆注。混合料從一端向另一端均勻地送入模板中，定人定位用插式振動棒振搗。每層均按先邊墻，后中墻，再另一邊墻的順序，依次輪流澆注振搗。
　　（6）側墻澆注完成后，緊接著澆注頂板混凝土。從一端向另一端一次澆注成形。
　　（7）在頂板最后一道收漿后，用麻袋覆蓋，人工澆水養護14d.
　　（8）非承重模板3d后拆除，承重模板14d后拆除。
　　3、裂縫發現于控制措施
　　為保證箱涵施工質量，以便總結經驗，確定合理的施工方案。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，攪拌站距施工現場5km.
　　砂石：砂石材料質量檢驗結果見表1.42.5級水泥：湖南長沙坪塘產，質量檢驗合格。
　　粉煤灰：湖南湘潭產，質量檢驗合格。
　　外加劑：湖南產，質量檢驗合格。鋼筋：漣鋼產，質量檢驗合格。
　　分兩次澆注箱涵混凝土，在底板以上30cm處設施工縫。先澆注底板和30cm高的側墻，相隔5d后澆注側墻和頂板混凝土。養護3d后，拆除外模板。通過對箱涵表面進行檢查，發現箱涵側墻在施工縫以上每隔3m～7m有一條豎向長3m左右的裂縫。縫寬0.1mm～0.3mm貫穿整個墻厚。裂縫位置的分布，三側墻均不相同。每條裂縫的寬度也不一樣。但每條裂縫的長度基本相同。都是起于施工縫處，止于側墻與頂板相交處。施工縫處裂縫較寬，向上逐漸變窄，最后在與頂板相接處消失。
　　控制措施
　　（1）根據現場氣候情況和材料現狀，每天早中晚、雨后都要對砂石材料抽樣檢測。根據檢測結果，及時調整配合比將粉煤灰用量增加到51kg，在滿足施工和易性的條件下，將水灰比降至0.55.
　　（2）控制了混凝土攪拌時間，規定攪拌時間2min，不能過短，也不能過長。攪拌時間短，混合料拌合不均勻；時間過長，會破壞材料的結構。如砂石材料被磨損，混凝土配合比被改變等。
　　（3）將竹模板更換為鋼模板，以利散熱。盡量縮短底板混凝土與側墻混凝土澆注的間隔時間。在底板混凝土澆注完成后，2d-3d之內澆注側墻混凝土。這就要求鋼筋、模板工序改進操作方法，連續作業。
　　（4）在溫度比較高的中午時間澆注混凝土，降低混凝土的入模溫度。確保入模溫度控制在20℃以內。采用降溫、緩凝等措施降低水化熱引起的溫度上升，將混凝土內的溫度控制在40℃以內。
　　（5）現場振搗按部位責任到人，防止漏振、少振現象。底板、頂板澆筑速度可適當加快，而側墻澆注速度不易過快。一般控制在25m3／h，分層振搗，每層厚30cm.混凝土澆注時的傾落高度控制在2m以內。均勻出料，均勻放料，不能堆積成堆，以免發生離析現象。振搗完成，通過檢查后，再澆注上一層混凝土。
　　（6）改變了混凝土養護方法，設置了專人負責噴水。在澆注混凝土時就開始向模板上連續不斷地噴水。由于水泥在水化過程中產生很大的熱量，在澆注過程中向側墻模板噴水散熱，以免混凝土由于溫度過高，體積膨脹過大，在冷卻后體積收縮過大。頂板在最后一道收漿后，用草袋覆蓋后灑水。養護時間14d.
　　由于采取了有效措施，加強了各個環節的控制與管理，消除了箱體側墻裂縫產生的原因，施工進展順利。竣工驗收被評為優良工程。正式投入使用以來，運行情況良好。
　　4、裂縫原因分析
　　（1）對商品混凝土進行調查、分析
　　通過對材料進行抽樣檢驗，沒有發現質量問題。混凝土攪拌站距現場不到5km，混凝土運輸與等候時間之和約為15min～25min，現場測定混凝土的坍落度為10cm～14cm，符合規范要求。又對混凝土試塊進行抗壓、抗滲試驗，均符合質量要求，混凝土不存在質量問題。
　　（2）檢查地基承載力情況
　　基底土質為粘土，開挖基坑后，由勘測院取三處土樣進行試驗，允許承載力分別為0.253MPa，0.276MPa，0.297MPa，都能滿足設計要求。經計算，箱體對土基的作用力為0.048MPa.該段范圍內沒有軟土地基。箱涵兩側按規定設有排水邊溝和積水井，用水泵及時抽出積水。因此，人工澆水養護不會對地基產生影響。通過以上分析，地基承載力滿足要求，不會產生不均勻沉降。對箱涵頂面四個角點的水平監測，也沒有發現有下沉現象。
　　（3）對支架進行檢查
　　防止因支撐不牢，混凝土在沒有達到一定強度時，箱體產生位移，使混凝土產生過大的剪應力而開裂。模板內支架為鋼架管支架，底下設置墊板。經檢查，沒有發現損壞、滑移等現象。
　　（4）由人工運送混凝土
　　先澆注底板混凝土計89m3，相隔5d后，再澆注側墻及頂板混凝土計160m3.混凝土入模溫度為8℃～25℃，凝結過程中的最高溫度為35℃。澆注速度35m3／h，人工操作插式振動棒振搗。在頂板混凝土收漿后，用草袋覆蓋，人工澆水養護。
　　根據以上資料，排除了混凝土質量，地基承載力，支架水平移動因素對混凝土裂縫的影響，最有可能的是混凝土收縮及溫度應力引起的裂縫。
　　箱涵混凝土分兩次澆注，底板澆注后，對施工縫進行鑿毛、清理，再綁扎側墻、頂板鋼筋，安裝模板。5d后澆注側墻及頂板混凝土。
　　由于澆注混凝土是在上午進行，氣溫低。由人工送入模板中振搗，澆注速度慢，水泥在水化過程中釋放出大量熱量，積聚在混凝土中，使混凝土體內的溫度最高達到了45℃，而環境溫度白天15℃左右，夜間8℃左右。最大溫差達37℃，導致混凝土體積收縮過大。而在收縮時，遇到先期澆注的底板混凝土和結構鋼筋的約束，不能形成整體收縮，在側墻混凝土中產生巨大的拉應力，從而導致箱涵側墻被拉裂。
　　5、結語
　　5.1裂縫是鋼筋混凝土箱涵致命的質量問題。特別是用作地下通道或疏水工程的箱涵，一旦裂縫，很難修復。雖然現在有各種補縫措施，但效果并不理想。如某地下人行通道，由于裂縫漏水，無法使用。經過幾次修補仍不盡人意。
　　5.2影響鋼筋混凝土箱涵裂縫的原因很多，其中溫度應力為主要因素。在施工實踐中，要根據工程所處的環境條件，認真分析每一個影響因素，采取相應的對策和措施，鋼筋混凝土箱涵施工裂縫是可以控制的。