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杭州湾跨海大桥70米预应力混凝土预制箱梁裂缝控制发表人：崔立企业名称：中铁大桥局股份有限公司小组名称：杭州湾跨海大桥Ⅷ合同项目部QC小组时间：2005年12月目录一、工程概况七、确定对策二、小组简介八、对策实施三、选题理由九、实施效果四、活动目标十、活动效果五、现状调查十一、巩固措施六、原因分析十二、今后努力方向一、工程概况杭州湾跨海大桥是国道主干线－同三线跨越杭州湾的便捷通道，总投资约118亿元。大桥北起嘉兴市海盐郑家埭，跨越宽阔的杭州湾海域后止于宁波市慈溪水路湾，全长36Ｋｍ。中铁大桥局杭州湾跨海大桥Ⅷ合同项目经理部负责540片70m预应力混凝土箱梁的预制，运输和架设。70m箱梁截面为单箱单室，单幅桥主梁顶宽15.8米,底宽6.25米,梁低侧高4.0米，高侧4.316米，最大混凝土方量830m3。70米箱梁在预制场内预制后存放，横移，纵移再横移至出海码头前端，运架一体船海上运输，架设，先简支架设后墩顶连续。预制场占地约163000平米（约245亩）设制梁台座8个,专用存梁台座24个。70米箱梁重达2180吨,采用海工耐久混凝土。由于杭州湾跨海大桥位于自然条件恶劣地区，其裂缝控制是质量控制的主要任务之一。70米成品箱梁二、小组简介为保证70m箱梁达到预制箱梁内实外美的质量要求，配合全桥确保优良工程和争创优质工程鲁班奖的质量目标，在项目部的倡导下，我们成立了箱梁预制QC小组,首次活动针对“预制箱梁裂缝控制”展开技术攻关。小组名称：中铁大桥局股份有限公司杭州湾跨海大桥Ⅷ合同项目部QC小组成立时间：2004年6月1日注册时间：2004年6月1日活动日期：2004年6月----2005年6月小组类型：攻关型小组人数：17人平均年龄：39.6岁序号姓名年龄性别文化程度职务小组职务TQC教育时间（小时）应用程度1谭国顺52男本科项目经理组长48熟练2赵剑发43男研究生项目总工副组长48熟练3王发先57男本科项目副经理副组长48熟练4王贵明39男本科项目副经理副组长48熟练5徐敬淼43男本科工程部长组员48熟练6徐怀安50男本科项目副总工组员48熟练7熊守富34男本科项目副总工组员48熟练8戴友保41男中专试验室主任组员48熟练小组成员：序号姓名年龄性别文化程度职务小组职务TQC教育时间（小时）应用程度9周红霞30女中技试验技师组员48熟练10杨文树25男大专助理工程师组员48熟练11程长江48男高中质检员组员48熟练12杜国庆45男大专作业队长组员48熟练13何之道43男初中施工员组员48熟练14梁正乐38男初中混凝土工组员48熟练15刘云艳41女大专工程师组员48熟练16崔立25男本科见习生组员48熟练17杨钊19男中专见习生组员48熟练小组成员（续）：三、选题理由目前，建桥技术朝着大跨径、大体积、整体预制和整体吊装方向发展，特别是由于跨海大桥的建造，其独特的海洋环境和设计使用寿命的提高，对混凝土提出了新的更高要求，尤其是结构耐久性的要求显得尤为重要。杭州湾跨海大桥70米箱梁使用的是C50高性能海工耐久混凝土，它需要掺入除水泥以外的其它一些胶凝材料如矿粉，粉煤灰，甚至硅灰等；需要使用性能更优的外加剂，以及低水胶比也正是由于这些要求使得混凝土薄壁箱梁在施工过程中更容易产生裂缝。裂缝无疑是对海工混凝土的耐久性及桥梁使用寿命极大的威胁。为此，我们针对杭州湾跨海大桥70m箱梁，在施工伊始就对裂缝问题引起了高度的重视。四、现状调查1、施工过程中二种主要裂缝收缩裂缝温度裂缝2、我们调查了有关资料，并结合多年的施工经验，分析裂缝表现形式如下：①塑性沉降：浇注过程中，处于塑性状态下的混凝土在重力作用下进一步密实，此时混凝土粘附在模板表面或钢筋上，就会产生水平裂缝本文对此不作重点讨论。②塑性收缩：新浇注混凝土表面暴露于空气中，由于风干或蒸发作用使水分脱离混凝土表面进入空气，水分从构件内部迁移到表面的速率低于表面水分损失的速率，则表面会发生干燥，此时，新浇混凝土的抗拉能力几乎为零，塑性收缩就容易出现。高性能混凝土（HPC）泌水少，水胶比低，更容易产生这方面的问题。③外部干燥：是由于表面水份散失造成的，在混凝土刚浇注的数月内，一般不会出现，它可以通过良好的配合比设计来解决。④自身收缩：这是内部干燥引起的，在水泥浆凝固和形成刚性骨架后，继续进行的水化反应消耗水，反应产物的体积小于参与反应物的总体积，导致孔隙中水发生干燥，此时产生收缩力，导致拉应力裂缝，这一般在混凝土凝结一天内最为强烈。低水胶比的混凝土反应会更为显著。⑤温度裂缝：此问题非常复杂。当温度升高或降低时，混凝土发生膨胀或收缩，结构的体积变化受到约束，应力就会出现，它与水化热产生的结构内部温度峰值有很大关系，特别是弹性模量的变化等。施工时应设法减少约束，如底模、侧模表面涂润滑剂等，并控制体内与体表温差或体表与环境温差。如果体内外温差超过15~20℃就可能产生裂缝。2、以前箱梁施工常见裂缝对照分析：①箱梁顶板裂缝：此种裂缝一般产生在混凝土浇注完毕12h~24h②箱梁翼缘板横向裂缝：主要指翼缘板，一般在几天内或模板拆除一天内即会出现，这是在硬化阶段形成的温度应力裂缝。此类裂缝严重时会贯穿翼缘板，有时从顶板向下渗水，非常明显。③箱梁腹板内外侧竖向裂缝：此类裂缝大约出现在3天左右，此类裂缝也是由于箱内混凝土温度达最高点后，然后开始下降，由于体内外的温差变化，混凝土体积变小，但由于受模板特别是不规则的内模如变截面、锯齿块等各方面的约束，不能自由收缩引起的此时混凝土的强度、弹模均较低，特别是混凝土的抗拉强度不足以抵抗由于体内温度变化引起的混凝土的拉应力，致使箱梁腹板内、外侧产生裂缝。3、前期预制箱梁裂缝情况统计：1）我们对已预制的二片箱梁作了详细调查，裂缝共计89条，统计数据如下：项目名称条数备注收缩裂缝55温度裂缝34统计892）为确定活动主要目标方向，突出工作重点，我们根据以上调查数据进行统计分析，做出统计表及排列图如下：统计表项目名称频数频率累计频率收缩裂缝5561.8061.80温度裂缝3438.20100.00排列图0102030405060708090100收缩裂缝温度裂缝频数频率累计频率4、第一片箱梁裂缝情况：五、活动目标1、目标设定（1）有效控制箱梁表面裂缝，预应力部位不允许有裂缝，非预应力部位裂缝0.1mm，确保混凝土耐久性满足设计要求。（2）我们必须达到公司向业主承诺的分项工程合格率100％，分部工程优良率95％以上（含95％），单位工程优良率90％以上的质量目标确保优良工程，力争优质工程鲁班奖。（3）施工人员素质提高一个档次，为今后的发展打下良好的基础。2、目标论证：（1）混凝土裂缝主要是施工过程、原材料及混凝土养护方面的原因造成的，对此只要加强施工过程控制，强化质量管理，严格控制进场材料质量，就会大大消除此方面的影响。另一方面的原因是周围环境变化及施工方案不当。初凝阶段失水发生塑性收缩裂缝，混凝土早期失水养护不当发生干缩裂缝，后期移运、安装过程中也可能发生裂缝。因此如何控制砼裂缝，减少裂缝造成的有害影响，对提高砼内在质量确保砼耐久性是十分重要的一环。在砼裂缝中收缩裂缝、温度裂缝是其中的重点，本活动中应重点进行控制。（2）杭州湾项目部是由有丰富施工和现场管理经验的项目经理，总工、质检员、技术员、施工员组成的，有完整的质量保证体系和专业化的桥梁施工队伍。QC小组成员由有多年施工实践经验的老工程技术人员和年轻的大学生组成，具备丰富的实践经验和创新能力。经全体成员对现状进行认真分析，裂缝控制虽然难度很大，但通过优化施工方案，科学管理，严格按照工艺要求施工，完全有达到目标的能力。六、原因分析1．理论分析：大体积混凝土裂缝中主要是因温差和收缩而产生的。高强度的混凝土其负面效应最突出的是混凝土收缩裂缝。因为弹性模量高，在相同变形下，会引起较高的拉应力，其徐变能力低，应力松弛量较小，抗裂性能相对较差，所以容易产生裂缝。2．综合分析：我们利用关联图来寻找造成混凝土裂缝的原因(参见下图)：关联图：混凝土裂缝混凝土振捣质量差混凝土拌制质量不稳定早期预应力不及时早期强度增长慢混凝土离析胶凝材料总量过大配合比设计性能差收浆及养护不够水胶比过大胶凝材料组成不当搅拌时间不当原材料计量不准温度控制不当过振分层不当养护材料不当养护方法不当收浆时间和方法不当内模拆除缓慢穿索缓慢下料顺序不当3.要因确认：1）混凝土配合比问题2）混凝土生产质量不稳定3）混凝土振捣质量差4）混凝土收浆抹面和养护不够5）混凝土早期预应力实施不及时序号要因目标措施地点完成时间负责人1混凝土配合比的问题谋求一个经济、工作性能和力学性能良好的合理配合比优化混凝土配合比试验室2004－9－31戴友保2混凝土生产质量不稳定生产出质量稳定的高性能海工混凝土加强混凝土拌制质量控制现场2005－1－31熊守富3混凝土振捣质量差避免由于混凝土振捣方面的原因产生的结构裂缝严格执行灌注和振捣工艺，防止后灌混凝土进入初凝状态后继续振捣现场2005－4－30徐怀安4混凝土收浆抹面和养护不够减少因失水产生的塑性收缩裂缝，防止内外温差产生的温度裂缝采用振动桥提浆整平、二次收浆工艺、针对不同的部位采取不同的养护方式现场2005－4－30王发先5混凝土早期预应力实施不及时避免由于混凝土早期预应力实施不及时造成的裂缝采用低强早期张拉工艺现场2004－11－30赵剑发七、确定对策根据以上要因分析，结合工程实际情况，有针对性地制定预防措施如下表所示:八、对策实施根据对策表中的措施，由相应的责任人负责、组长、副组长监督执行，并在预定的日期内完成。实施对策1：针对混凝土配合比的问题优化混凝土配合比：海工耐久混凝土的设计，包括混凝土的原材料的选用和配比优化设计原则，除满足强度等级、水胶比、胶凝材料用量、含气量、工作性能等普通混凝土的要求外，还应满足混凝土抗裂性和抗氯离子渗透性的要求。在配合比设计阶段：首先要控制原材料的配合比，高度重视配合比的设计工作，尽量避免早强、超强。配合比设计应遵循：试配阶段应进行抗裂性能的对比试验，并从中优选出抗裂性能良好的混凝土配合比，还要进行混凝土弹模、不同龄期自由收缩和徐变等试验。为提高混凝土的结构耐久性，改善混凝土配合比应遵循的一般原则如下：①选用质量稳定并有利于改善混凝土抗裂性能的水泥等原材料。②控制胶凝材料的总用量或胶凝材料总的热量，并设法将水化热的温度峰值朝后推，即推迟水化热温度峰值到来的时间。③适当降低混凝土的水胶比。实施2：针对混凝土生产质量不稳定方面的要因１、原材料的计量控制从混凝土生产过程控制要点入手：粗、细集料称重的允许偏差控制在规范规定的范围内。２、加料顺序的控制混凝土生产时，先加入粗细集料、水泥、掺合料、水搅拌一定时间后，再加入外加剂，以充分发挥外加剂的作用。搅拌时间的控制３、混凝土搅拌时间的控制以达到生产优质高性能混凝土的目的，海工混凝土拌合时间也要比普通混凝土的拌和时间稍长一些，这是因为海工耐久混凝土比较脆弱，波动性较大。４、混凝土关键温度控制控制混凝土的入模温度，不宜超过28℃，不应大于30℃；混凝土与接触物表面的温差不大于15℃；大体积混凝土入模后30分钟的最大温升应小于30℃；混凝土的初始温度及出机温度应控制在5℃~28℃之间。实施3：针对混凝土振捣质量问题的要因加强混凝土振捣作业质量，避免由于振捣问题造成的混凝土裂缝。①混凝土灌注入模下料要均匀，注意与振捣相配合。②操作插入式振动器时应快插慢拔，振动棒移动距离应不超过振动棒作用半径的1.5倍（约40cm），每点振动时间约20s～30s，振动时振动棒上下略为抽动，振动棒插入深度以进入前次灌注的混凝土面层下50～100mm为宜。实施4：针对混凝土收浆抹面和养护不够的要因收浆抹平：桥面混凝土必须执行两次以上的收浆抹平工艺，以防表面裂缝和不平整。及时养护：控制裂缝产生的另一个措施就是良好的养护,等待凝固的时间正是混凝土对塑性收缩裂缝最敏感的时间。因此，需要及时养护。尽量减少暴露：对于海工耐久