Crack Controlling in Concrete Girder of Cable-stayed Bridge

張濤1，趙德海1，劉瑞均1，周路露2（1重慶城建控股(集團(tuán))有限責(zé)任公司，重慶　400010；2重慶景帝園林藝術(shù)有限公司，重慶　401147）

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斜拉橋塔梁固結(jié)混凝土裂縫控制

Crack Controlling in Concrete Girder of Cable-stayed Bridge

張濤1，趙德海1，劉瑞均1，周路露2
（1重慶城建控股(集團(tuán))有限責(zé)任公司，重慶400010；2重慶景帝園林藝術(shù)有限公司，重慶401147）

摘要：大體積混凝土的裂縫控制是工程上一道難題，橋梁主梁0#節(jié)段固結(jié)于塔柱，易出現(xiàn)裂縫是一種通病。閬中嘉陵江四橋主梁0#節(jié)段是這兩種情況的疊加，問題就更加突出。在實(shí)施過程中，主要從混凝土原材料、配合比、施工工藝等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，混凝土質(zhì)量得到保證。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；塔梁固結(jié)；裂縫；0#節(jié)段

Abstract:The crack control of mass concrete is a thorny engineering problem, while cracks easily occurs in the 0# segment of the main girder consolidated to tower column, which is a common engineering problem. The 0# segment of the main girder of the fourth Jialingjiang River Bridge has both the problems, and the control mainly focuses on processes like raw concrete materials, mix proportion and construction technology, and the concrete quality can be ensured.

Keywords:cable-stayed bridge; tower column consolidation; crack; 0# segment

1　概況

四川省閬中嘉陵江四橋?yàn)楠?dú)塔斜拉橋，塔梁固結(jié)體系，主梁0#節(jié)段作為索塔下橫梁。主梁橫向?qū)挾葹?2.5m，塔梁結(jié)合部實(shí)體尺寸為7.75m×6.88m×5m，為大體積實(shí)體多向混凝土，主梁0#節(jié)段橫向兩側(cè)受塔柱約束，超靜定結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生收縮裂紋(主梁0#節(jié)段見圖1)。

圖1　主梁0#節(jié)段橫斷面

主梁混凝土為C60，摻入聚丙烯腈纖維，采用普通硅酸鹽水泥，Ⅱ級粉煤灰，S90礦粉。經(jīng)多次試驗(yàn)，水泥用量為386kg，膠凝材料總量達(dá)530kg。

0#節(jié)段澆筑時(shí)正值冬季，氣溫較低，混凝土體內(nèi)外溫差較大，易產(chǎn)生溫縮裂紋。

2　控制措施

在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)確定的情況下，為了防止混凝土裂縫產(chǎn)生，主要從混凝土原材料、配合比、施工工藝等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，并選取合理澆筑時(shí)間。

2.1原材料

水泥選用廣元海螺水泥有限公司生產(chǎn)的P.Ⅱ52.5，比表面積、水泥堿含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對進(jìn)場溫度進(jìn)行測定，提前備料貯存，使水泥溫度低于60℃。

粗集料采用當(dāng)?shù)丶瘟杲穆咽?，?jīng)破碎機(jī)加工為破碎卵石，篩選用直徑大于15cm卵石，保證破碎后的粗集料表面85%以上的破碎糙面，光滑面≤15%，增大粗集料的包裹性。破碎機(jī)采用加工產(chǎn)品粒型好、生產(chǎn)能力強(qiáng)的圓錐破碎機(jī)，調(diào)控精準(zhǔn)，恒定排料口控制。

破碎卵石采用連續(xù)級配，要求針、片狀含量≤8%，含泥量≤0.5%[1]。

細(xì)集料采用嘉陵江天然細(xì)砂與機(jī)制砂混合摻配，其中天然砂含泥量≤1%，機(jī)制砂采用JYS/T高效制砂機(jī)加工，成品粒型好，呈六面多棱體，級配合理，摻配后為中粗砂Ⅱ區(qū)，混合砂石粉含量≤2%。

粉煤灰為Ⅱ級，細(xì)度、需水量比、燒失量和三氧化硫含量等指標(biāo)滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596的有關(guān)規(guī)定。礦粉采用S75，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合《水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》BG/T18046-2008的要求。

外加劑使用聚羧酸高性能減水劑，具有高減水率、更好坍落度保持性能、較小干燥收縮，各項(xiàng)指標(biāo)滿足《混凝土外加劑》GB8076-2008規(guī)定。

2.2配合比

配合比的基本要求是，具有良好的工作性能，坍落度、擴(kuò)展度滿足施工工藝的要求，力學(xué)性能、長期性和耐候性符合設(shè)計(jì)要求，盡可能減小水泥用量，使水泥水化熱降低，從而降低混凝土內(nèi)部溫度。膠凝材料總量控制在550kg/m3，減小混凝土收縮。

在混凝土內(nèi)按1kg/m3摻入聚丙烯腈纖維，使混凝土具有防裂的能力。但摻入聚丙烯腈后，為了滿足混凝土的力學(xué)性能和工作性能，水泥用量較未摻入前增加，膠凝材料總量相應(yīng)增加，對混凝土的收縮有不利影響。

經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，確定了混凝土配合比(見表1)。

2.3施工工藝

針對大橋主梁0#節(jié)段橫向?qū)挾却?、塔梁結(jié)合部為大體積混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取了外保內(nèi)降的溫度控制[2]，外部塔柱撐拉鎖定，分層分次澆筑，混凝土原材料及配合比嚴(yán)格控制，選定適宜澆筑日期的措施。

表1　C60混凝土配合比

2.3.1撐拉鎖定

0#節(jié)段橫向?qū)挾冗_(dá)32.5m，與等高區(qū)域塔柱連接成整體，橫向無自由度，混凝土溫縮及干縮受到約束，容易在結(jié)構(gòu)薄弱處產(chǎn)生干縮裂縫。其下已澆筑兩肢塔柱，為向上桿系構(gòu)件，存在自由變形可能，在混凝土澆筑過程混凝土初凝時(shí)造成結(jié)構(gòu)裂縫。

對下塔柱進(jìn)行撐拉鎖定，使塔柱兩肢相對固定，消除相對變形因素(見圖2)。

圖2　塔柱撐拉鎖定體系

在下塔柱雙肢之間設(shè)型鋼支撐與臨時(shí)鋼束的撐拉體系，用大型鋼管對撐塔柱雙肢，鋼絞線組成的鋼束在鋼管的對撐部分施加拉力鎖定。

撐拉體系由兩道橫撐及配合鋼束組成，在承臺以上10m距墩軸線2.47m對稱布置2根Φ820x10mm鋼管，鋼束N1、N2臨近鋼管上下，每束由7Φ15.2鋼絞線組成。第二道撐拉在承臺以上15m，因位置受橫梁支架限制，用2I50b型鋼對撐，鋼束N3對應(yīng)布置，由19Φ15.2鋼絞線組成。

鋼束N1、N2、N3每束張拉力分別為80t、80t、100t，N3在橫梁澆筑到50%時(shí)，再補(bǔ)張100t，使鎖定鋼束在澆筑過程中保持恒定。

2.3.2分次澆筑

塔梁結(jié)合部實(shí)體尺寸為7.75m×6.88m×5m，屬于大體積混凝土。為了減小體內(nèi)外溫差，對混凝土采用分次分層澆筑。第一次澆筑高度4m，完成主梁0#節(jié)段的底板、腹板；第二次澆筑高度2.88m，完成頂板及腹板倒角。

分次分層澆筑，變大體積為小體積，減小水化熱聚集，降低內(nèi)部溫升，縮小混凝土體內(nèi)外溫差。

分次分層澆筑，將豎向高度6.88m分為了4m、2.88m，使實(shí)體體積減小。第一次澆筑后，養(yǎng)護(hù)期7d后再進(jìn)行第二次澆筑。兩次澆筑時(shí)間間隔7d以上，第一次混凝土水化熱基本散盡，不會對第二次澆筑造成溫度疊加，有效地降低了混凝土因水化熱溫升造成的溫縮裂縫風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.3控溫措施

在塔梁結(jié)合部混凝土內(nèi)安裝冷卻水管，水管采用Φ50鋼管間距1.0m，分層布置，每層間距1.5m，設(shè)置進(jìn)出水口，兩端用90°彎頭焊接連成一個(gè)循環(huán)回路(見圖3)。

上下兩層冷卻水管進(jìn)行交錯(cuò)布置，使散熱更加均勻。冷卻水管安裝后進(jìn)行通水試驗(yàn)，檢查是否漏水，達(dá)到閉水條件后在混凝土澆筑時(shí)對進(jìn)出水口進(jìn)行封堵。

圖3　冷卻水管布置

每層循環(huán)水管設(shè)置閘閥控制水的流量，根據(jù)安裝于混凝土內(nèi)部的測溫元件所測溫度，適時(shí)對水的流量進(jìn)行調(diào)控，通水時(shí)間、流量可視混凝土溫升、溫降情況進(jìn)行調(diào)整。在通水期間流量不小于2.0m3/h，中途不得發(fā)生停水事故。通水冷卻過程中，冷卻水管進(jìn)出口的水溫差≤10℃。

對混凝土澆筑體的環(huán)境溫度進(jìn)行控制，用蓬布對主梁0#節(jié)段進(jìn)行四周封閉，利用鋼管架手架掛設(shè)蓬布，蓬布距梁體約0.9m，蓬布圍繞梁體四周形成環(huán)，蓬布豎向高度在梁體的高度尺寸向上、向下各延伸1m。在混凝土澆筑完成后對頂面用蓬布遮蓋。

形成梁體外的一個(gè)穩(wěn)定溫度場，混凝土澆筑前，對此進(jìn)行溫度監(jiān)測，當(dāng)晝夜溫差≥7.5℃時(shí)，在溫度較低時(shí)段用電熱器件升溫，使梁體環(huán)境溫度穩(wěn)定。

同時(shí)，延緩混凝土的脫模時(shí)間，混凝土模板能起到一定的保溫作用，降低混凝土在水化熱峰值時(shí)裸露于外的風(fēng)險(xiǎn)。

3　結(jié)論

閬中嘉陵江四橋主梁0#節(jié)段混凝土分別于2015年1月底、2月初分兩次澆筑完成，在隨后的驗(yàn)收檢測中，未發(fā)現(xiàn)梁體出現(xiàn)規(guī)律性有害裂縫，特別是塔梁結(jié)合部，外觀平整、密實(shí)。

通過上述幾項(xiàng)措施，從設(shè)計(jì)著手，摻入聚丙烯腈纖維，對混凝土原材料、配合比、施工工藝進(jìn)行有效控制，起到了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]建設(shè)部.JGJ52-2006普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]建設(shè)部.GB50496-2009大體積混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

作者簡介：張濤(1978-)，男，重慶人，本科，高級工程師，主要從事市政道路工程、公路橋涵工程及建筑結(jié)構(gòu)的施工及技術(shù)工藝創(chuàng)新。

收稿日期：2016-01-25

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.03.051

中圖分類號：U445.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）03-0051-02