摘要：对铁路箱梁裂纹产生原因进行分析，从材料、环境、工艺、结构等方面分析原因，制定相应控制措施，制定一套切实可行的解决方案，解决箱梁裂纹问题。
关键词：箱梁 裂纹 浇注 振动 配合比 原材料
一 前言
随着我国高速铁路建设的不断进行，铁路箱梁在建设中的使用量越来越大，箱梁预制是铁路箱梁普遍采用的生产方式，在生产中如何保证箱梁产品质量，显得尤为重要。混凝土裂纹在铁路箱梁产品检验中被列为主要项目，如何防止裂纹产生是每个施工单位重点关注的课题。
二、裂纹产生及原因分析
1、箱梁表面裂纹一般发生在混凝土灌注后几小时，由于混凝土强度未达到抗裂强度，受气温升高或降低影响，对混凝土表面产生应力集中，造成表面出现收缩裂纹。一种是因养护不及时，混凝土处于长期暴晒环境出现的干缩裂纹，一种是截面变化造成的应力集中裂纹，一种是混凝土保护层过大，素混凝土不能抵抗结构应力产生裂纹。
2、裂纹出现的部位一般出现在底板底面、底板顶面、腹板与底板倒角处、端部截面变化处（如锚穴、检查孔）、顶板顶面等部位。
3、原因分析
（1）原材料及配合比
箱梁混凝土采用高性能混凝土，原材料一般采用P∙O42.5水泥（低碱）、I级粉煤灰、河砂（2.6-3.2）、5-20mm分级碎石、聚羧酸高性能减水剂、水组成，混凝土强度一般设计为C50，原材料质量要求较高，对含泥量、泥块含量等均有严格要求。但是在配合比设计和使用过程中，配合比对混凝土和易性影响较大，同时砂的细度模数变化、碎石粒径变化、减水剂减水率变化均会对混凝土产生较大影响，因此原材料和配合比不当将造成裂纹产生。
（2）环境温度影响
箱梁生产需在现场进行，所处地理位置、气候、浇注时间等不同造成环境温度差异大，混凝土施工环境变化较大，将造成裂纹的产生。
（3）浇注工艺
箱梁浇注混凝土约300m3左右，箱梁分底板、腹板、顶板进行浇注，浇注时间连续5-6小时，浇注速度、下料顺序先后、振动方式等，也将造成部分位置裂纹发生。
（4）养护工艺
箱梁为预应力结构，但是在强度达到60%时才能进行预张拉，要经过1-2天自然养护，且箱梁为大体积混凝土，养护不当将造成表面裂纹的产生。
（5）结构缺陷
箱梁结构复杂，端头设置锚穴孔、检查孔等、顶板设置吊装孔，这些结构部位因结构缺陷容易造成裂纹。
（6）张拉不及时
箱梁结构为大体积混凝土，预应力施工需要在混凝土达到一定强度后，及时进行，如张拉不及时，将造成混凝土收缩裂纹。
三 裂纹控制措施
1、原材料及配合比控制
对箱梁生产原材料，首先要求满足标准质量要求，并对每批原材料进行检验，同时要求每批材料指标不能差距太大，出现混凝土质量波动。特别对河砂，细度模数在相邻几批材料检验时，控制不能超过0.2。碎石分5-10、10-20两种级配，每级配的粒径变化不能超过5%，保持材料质量稳定。当河砂细度模数、碎石粒径变化较大时，要适当调整配合比，使混凝土中砂浆能自然包裹，不产生泌水、离析等现象。减水剂在冬季和夏季气温不同时，要及时调整各组分掺量，适应环境温度变化，并采取措施进行保温隔热，保持减水剂使用温度。水泥和粉煤灰采用粉罐储存，也要采取保温隔热措施，最终保证混凝土温度在5-30℃。
针对各地区原材料不同，需设计不同配合比；对夏冬季气温不同，需设计不同配合比，气温变化明显时，需及时改变配合比。
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2、做好保温隔热措施
混凝土除原材料要做好保温隔热措施，针对浇注后的混凝土，也必须做好保温措施，防止混凝土受冻、暴晒。
在夏季施工时，选择在当天气温较低时施工，避开高温对模板和混凝土的影响。模板在灌注前要进行遮阳处理，模板温度不高于30℃，最好是在夜间进行施工。灌注完成后，及时进行洒水养护。
在冬季施工时，选择当天气温较高时施工，气温低于5℃以下，需对模板进行加热后灌注。灌注完成后，及时进行蒸汽养护，避免混凝土出现冻胀裂纹。
3、改变浇注工艺
箱梁底板面积大，底板宽度达到6m，长度32.6m，为防止裂纹产生，需对浇注顺序和振动做出严格要求。常规浇注工艺中，在混凝土下料时，采用两台布料机进行下料，每台布料机负责16.4m长度范围下料，下料从端头向中间进行，下料后，开启振动器和振动棒进行振动，造成混凝土浆体向跨中方向流动，并集中在跨中位置，一旦出现浆体过多，混凝土强度明显降低，容易造成裂纹产生。因此必须改变下料方式和震动方式。采用布料机在跨中先布料方式，将跨中4-6m范围底板混凝土布满，再对两端进行各自正常下料。
4、采取自动养护喷淋设施
在混凝土灌注后，及时采用土工布覆盖混凝土外露面并进行洒水养护，或直接进行灌水养护。箱梁芯室在模板脱模后及时进行洒水养护，采用自动喷淋装置在芯室内进行养护，保证箱梁腹板内部不产生收缩裂纹。箱梁初张后搬运到存梁台位存放时，需对混凝土外露面进行全方位养护，采用自动喷淋装置在箱梁台位底板、腹板端头等处设置喷淋，设置喷淋间隔时间避免长流水，使混凝土始终处于湿润状态即可，洒水养护必须达到14天以上。
在冬季气温低于5℃时，不能采用喷淋工艺，需对混凝土表面喷涂养护液，保护混凝土不受冻。
5、加强薄弱结构
针对箱梁端头存在锚穴、吊装孔等，在锚穴周围将分布钢筋和加强钢筋布置合理，保证混凝土保护层厚度不大于35mm。对设计确实不易绑扎钢筋位置，采用点焊方式加强和固定，防止灌注中钢筋位置变化。对检查孔倒角处易出现裂纹，采用钢筋网片对该处进行结构加强，并点焊固定。对吊装孔位置，采用螺旋筋加强，并采用井字形钢筋点焊固定。在脱模时注意混凝土强度达到脱模强度后在拆除模板，不能提前拆除，防止裂纹产生。吊装孔制作为有锥度的钢筒，方便拔出。
6、及时进行预张拉
箱梁在灌注后，混凝土达到60%后，及时进行带模预张拉。在生产台位上，将端模拆除、芯模适当收缩，不影响梁体受预应力后的纵向压缩，及时进行预张拉工序，张拉完成后，再拉出芯模，并将两端采用篷布遮盖，防止大风从芯室内穿过。
四 实施效果
1、通过严格控制原材料质量，控制连续批次材料的质量波动，才能有效控制混凝土工作性，防止出现浮浆过多，浆体集中，混凝土离析等现象，造成裂纹产生。
2、通过对环境温度的观察，采取必要措施，降低混凝土浇筑前后受到环境影响，造成裂纹产生。
3、彻底改变浇筑工艺，对底板混凝土浇筑高度重视，特别是跨中部分，防止振动流动浆体集中于跨中，产生裂纹。
4、设置自动喷淋养护设施，有效保证混凝土各外露面均得到充分湿润养护，防止表面干缩裂纹。
5、采取有效的结构加强措施，对截面变化等位置进行有效处理，确定合理脱模时间节点，改进模板结够，防止结构裂纹出现。
6、通过对混凝土强度试验，在达到设计强度60%后，及时进行预张拉，防止混凝土早期收缩裂纹出现。
五 结束语
铁路箱梁在全国各条线路均普遍使用，由于地理位置、环境温湿度、箱梁结构、原材料产地等不同，对产生裂纹的原因也多种多样，不能局限在以上分析中，要根据具体项目、具体问题，进行有针对性分析，并制定解决措施。
本次针对箱梁裂纹的分析，主要从材料、浇注工艺、环境、结构、预张拉进行了简单分析，在人员、设备、工装等方面未进行分析，在实际施工汇总，必须针对裂纹产生部位、形状、时间等，从多方面进行分析，才能找到解决问题的办法。
通过本次裂纹的分析对箱梁裂纹产生原因及控制措施有了初步认识，对以后继续深入研究裂纹的产生及控制，起到较好的指导作用。
作者简介：1、刘志明，（1965---），男，教授级高级工程师，研究方向：桥梁工程
论文作者:刘志明1
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/13
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