预应力混凝土结构裂缝分析及控制措施

　　摘要：预应力混凝土结构中裂缝现象很普遍。尽管多数裂缝宽度在0.2mm以下，不会影响结构安全以及建筑物的使用功能，但对预应力结构的重要性而言，出现裂缝易引起业主和监理的担心与不满，甚至引发法律纠纷。裂缝毕竟是不利的，直接影响结构的耐久性，不管何种原因产生的裂缝，都应引起工程建设人员的重视，把裂缝作为主要通病之一进行综合防治，减少和避免裂缝现象的出现。本文分析预应力结构裂缝的原因及控制措施。
　　1、由混凝土本身性质引起的裂缝
　　1.1  裂缝现象混凝土是由水泥、砂、石组成的非均质材料，收缩是混凝土的重要特性之一。由于预应力工程在原材料、构件规格、施工工艺等方面的具体情况，使预应力工程中出现收缩裂缝也很普遍，有时甚至很严重。
　　1.2  原因分析
　　（1）在预应力工程中，通常对混凝土强度要求较高，多采用商品混凝土，使混凝土中水泥用量大，坍落度大，出现收缩裂缝的概率增加。在混凝土板上，终凝前期常表现为不规则的干缩裂缝。当混凝土强度有所发展后，收缩裂缝变得有一定的规律，通常是平行板的短边，形成横向凝缩裂缝。
　　（2）在柱、梁、板同时浇筑的工程中，柱梁节点或梁板腋下易出现沉实裂缝；当坍落度过大或模板较粗糙时，这些部位在模板的“模箍”作用下，有时也会出现水平裂缝。
　　1.3  控制措施
　　（1）控制混凝土组成级配、水灰比和坍落度，在满足浇筑要求的前提下，坍落度应尽量小。
　　（2）柱梁或梁板同时浇筑时，应先浇筑柱、梁，尽量给出混凝土的沉实时间。
　　（3）对厚大构件或坍落度较大的商品混凝土构件，应分层浇筑。混凝土初凝前后应进行二次振捣，终凝前再对表面进行二次抹压。
　　（4）浇筑整板基础、现浇板等裸露面积较大的混凝土构件时，应避免大风或烈日直射的天气，否则应及时对混凝土表面进行覆盖保护。
　　（5）通常情况下，收缩裂缝发生在混凝土凝固的初期，特别是混凝土浇筑后一周左右，实践证明，加强混凝土早期的养护工作，是克服这类裂缝最有效的办法。
　　2、由于预应力构件截面尺寸较大引起的裂缝
　　2.1  裂缝特征通常情况下，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400-600mm，梁高多在1000mm以上，这样的构件易出现收缩裂缝，如某工程预应力梁发生收缩缝，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）裂缝间跟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。其一是大梁所选用的箍筋规格较大，如Ф12，箍筋外的混凝土保护层变薄；其二是浇筑混凝土前，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，有条件者可适当掺入改性外加剂。
　　（2）推迟大截面构件模板拆除时间。为减小模板对梁的约束，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。大梁侧模拆除应依据执行，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Ф18，间距不宜大于250mm，大梁腰间的S形拉筋宜改用拉撑结合的办法，拉筋一端弯成90o角，待拉紧就位后再弯至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，撑筋也可结合小组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
　　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）采用早拆模板施工方法时，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，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，首先，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。其次，在预应力框架大梁宽1.8-2.0m的范围内，应铺设道渣，设置垫木。
　　（3）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，可在大梁下铺设塑薄膜防水层，并及时排走场内雨水，防止雨水对土层和支撑系统的影响。此外，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。
　　（4）预应力工程施工周期长，整体拆模时间较普通结构迟，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。另一方面，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
　　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的斜向裂缝。
　　4.2  原因分析
　　（1）在梁端非预应力区内出现的拉剪裂缝，是由于锚固区局部受压过大，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，以降低预压总应力，否则应视情况增加承压钢筋网片。
　　（2）张拉结束后，预应力并没有停止工作。甚至仍然继续在增长。因此除了在张拉操作中必须严格按照张拉顺序及张拉力伸长量来控制之外还应在张拉结束后，继续观察具体变化，禁止张拉一结束就进行钢绞线的切割施工作业。禁止立即在梁体上施加荷载。