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        支架現(xiàn)澆混凝土箱梁施工裂縫成因分析和控制措施

        2020-03-01 05:30:19李育林梁清麗
        西部交通科技 2020年5期
        關(guān)鍵詞:箱梁支架措施

        李育林 梁清麗

        摘要:為解決支架現(xiàn)澆混凝土箱梁出現(xiàn)施工裂縫的常見問(wèn)題,文章通過(guò)對(duì)一些公路項(xiàng)目的橋梁施工進(jìn)行調(diào)查,分析了箱梁施工產(chǎn)生裂縫的原因,并提出了相應(yīng)的控制措施。

        關(guān)鍵詞:支架;混凝土;箱梁;裂縫;措施

        0 引言

        早些年,在我國(guó)公路橋梁中,采用箱型的截面形式作為上部結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛,特別是在支架現(xiàn)澆梁中尤為普遍,由于混凝土相對(duì)其他材料有取材便利、造價(jià)更低等優(yōu)勢(shì),故一般為混凝土箱梁。近幾年,由于支架現(xiàn)澆混凝土箱梁應(yīng)用過(guò)程中,在施工和運(yùn)營(yíng)階段產(chǎn)生裂縫的通病一直未能得到很好的解決,且部分結(jié)構(gòu)裂縫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力和耐久性影響較大,使鋼箱梁的應(yīng)用數(shù)量和比例不斷增加,但其經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)不如混凝土箱梁。在降低造價(jià)的同時(shí)又要提高橋梁使用周期,則對(duì)于混凝土箱梁裂縫產(chǎn)生的末端原因分析和采取措施避免或減少裂縫具有較大意義。

        1 裂縫成因分析

        經(jīng)過(guò)對(duì)廣西六景至欽州港公路、廣西沿海改擴(kuò)建高速公路、廣西六寨至河池高速公路、廣西河池至百色高速公路等公路沿線的二十多座支架現(xiàn)澆混凝土箱梁橋施工圖、方案設(shè)計(jì)、施工跟蹤及后期檢查進(jìn)行調(diào)研和分析,發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)澆混凝土箱梁橋支架的主要形式為滿堂支架(包括扣件式小鋼管支架、碗扣式小鋼管支架、盤扣式小鋼管支架等)和柱梁式支架(螺旋管立柱+工字鋼橫梁+貝雷梁或大工字鋼縱梁+工字鋼分配梁等)兩種。通過(guò)調(diào)研分析,得出支架現(xiàn)澆混凝土箱梁產(chǎn)生施工裂縫的主要因素有以下幾點(diǎn):

        1.1 預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)不合理

        一般箱梁截面高度隨跨徑增大而變高,對(duì)于跨度較大的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,由于箱梁截面高度增加,縱向預(yù)應(yīng)力筋彎起角度變大和張拉力增大。而且縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉過(guò)程中,在箱梁腹板沿波紋管位置會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生較大并集中的豎向拉應(yīng)力,如果設(shè)計(jì)考慮不周全,就會(huì)造成箱梁腹板混凝土沿波紋管彎起方向產(chǎn)生斜向裂縫。這種現(xiàn)象在掛籃懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工中也比較常見。

        1.2 支架不均勻沉降

        支架不均勻沉降是對(duì)現(xiàn)澆混凝土箱梁質(zhì)量影響較大的因素之一,根據(jù)其位置不同主要分為以下3種情況:

        (1)由于支架基礎(chǔ)承載力不滿足要求或差異較大造成的。①原地基承載力達(dá)不到要求,未進(jìn)行換填或加固處理;②樁基、樁系梁等施工時(shí),對(duì)其周邊地基開挖后,回填的土或片石等地基承載力達(dá)不到要求或與其他支架地基承載力存在較大差異;③未對(duì)支架基礎(chǔ)表面采取有效的防排水措施,水滲入地基后,軟化地基,造成地基承載力不足。

        (2)支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理造成的。這種情況主要是發(fā)生在柱梁式支架,由于部分支架結(jié)構(gòu)或桿件跨徑太大(大跨徑門洞等),設(shè)計(jì)的貝雷梁或型鋼梁雖然強(qiáng)度滿足要求,但剛度不夠,造成跨中與立柱支點(diǎn)位置支架沉降量相差較大。

        (3)整體支架與墩柱或蓋梁頂支撐的沉降量不一致造成的?,F(xiàn)澆箱梁模板支撐直接作用在墩柱或蓋梁混凝土上,其相對(duì)支架來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)有沉降,如果支架與墩柱或蓋梁之間沒(méi)有聯(lián)系或連接桿件剛度不夠,在支架與墩柱或蓋梁便形成了一個(gè)沉降量的突變截面,從而在這個(gè)截面產(chǎn)生腹板甚至底板的豎向裂縫。

        1.3 分階段澆筑混凝土?xí)r間間隔太長(zhǎng)

        大部分支架現(xiàn)澆箱梁都是分兩次進(jìn)行混凝土澆筑的,第一次澆筑底板和腹板混凝土,再安裝箱內(nèi)支架、頂板模板、鋼筋及預(yù)應(yīng)力等,第二次澆筑頂板和翼板混凝土。由于一些原因,第一次和第二次混凝土澆筑時(shí)間間隔太長(zhǎng),澆筑頂板和翼板混凝土?xí)r,底板和腹板混凝土已經(jīng)基本完成了早期的混凝土收縮和徐變,在頂板和翼板混凝土發(fā)生收縮和徐變的時(shí)候,腹板會(huì)對(duì)頂板產(chǎn)生較大的約束力,但此時(shí)頂板和翼板混凝土強(qiáng)度較低,當(dāng)此約束力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)導(dǎo)致箱梁頂板和翼板下緣產(chǎn)生橫向裂縫。

        1.4 混凝土澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng),澆筑順序不合理

        由于混凝土澆筑準(zhǔn)備灌注不充分,澆筑過(guò)程出現(xiàn)了各種問(wèn)題,導(dǎo)致了混凝土澆筑時(shí)間超過(guò)了混凝土初凝時(shí)間,混凝土在不斷加載的過(guò)程中,對(duì)已初凝的混凝土產(chǎn)生應(yīng)力,剛初凝的混凝土強(qiáng)度非常低,稍有拉應(yīng)力產(chǎn)生就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

        1.5 混凝土坍落度過(guò)大

        混凝土澆筑方式主要為泵送,要求混凝土坍落度值較大,水泥用量也會(huì)因此增加?;炷磷杂墒湛s試驗(yàn)表明,水泥用量越多,水灰比越大,骨料的彈性模量越低,則收縮也越大。當(dāng)混凝土收縮變形受到支架、模板等的約束作用時(shí),混凝土?xí)a(chǎn)生拉應(yīng)力。坍落度過(guò)大,還會(huì)加速水化熱反應(yīng),釋放出大量的水化熱,使混凝土內(nèi)部溫度不斷上升,加大混凝土內(nèi)外溫差,其表現(xiàn)是使混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土收縮和水化熱一起作用產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)了允許拉應(yīng)力時(shí),混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

        2 控制措施

        支架現(xiàn)澆混凝土箱梁產(chǎn)生的大部分施工裂縫都是可以通過(guò)采取有效措施避免的。避免這些裂縫的產(chǎn)生,首先要有正確、合理的施工圖紙,施工單位設(shè)計(jì)合理、滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的支架結(jié)構(gòu)和專項(xiàng)施工方案,按要求通過(guò)專家評(píng)審并報(bào)批,施工人員嚴(yán)格按照方案執(zhí)行等過(guò)程是保證箱梁不產(chǎn)生施工裂縫的關(guān)鍵因素。對(duì)于施工過(guò)程中的細(xì)節(jié)應(yīng)采取以下措施:

        2.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理

        設(shè)計(jì)單位應(yīng)認(rèn)真、仔細(xì)進(jìn)行橋梁實(shí)地勘察,收集地質(zhì)、水文資料,根據(jù)這些資料、交通流量、車輛荷載以及業(yè)主的其他要求進(jìn)行箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)更加重視縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力波紋管與鋼筋的空間位置,注意是否有交叉影響??刹捎肂IM技術(shù)手段進(jìn)行碰撞檢查,減少施工過(guò)程中因經(jīng)常糾偏、改變鋼筋位置而對(duì)整個(gè)箱梁結(jié)構(gòu)造成影響。整個(gè)箱梁混凝土應(yīng)盡量避免出現(xiàn)拉應(yīng)力,如果混凝土的抗拉強(qiáng)度較小,很容易被拉裂。

        2.2 設(shè)計(jì)合理的支架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)形式

        (1)施工單位應(yīng)認(rèn)真勘察橋梁支架位置的地質(zhì)、水文資料,采取換填、加大加厚立柱基礎(chǔ)的方式處理和加固地基,保證地基承載力滿足要求,一般其安全系數(shù)≥1.5,且應(yīng)盡量縮小支架所在位置基礎(chǔ)的地基承載力差異。

        (2)除模板外,最好是整個(gè)支架受力結(jié)構(gòu)材料都采用鋼材,包括木模板后附肋和調(diào)節(jié)標(biāo)高的材料。

        (3)支架和支架以外3m范圍內(nèi)應(yīng)做好防排水措施,保證不積水且不滲水。

        (4)支架與墩柱或蓋梁相鄰位置,應(yīng)采用可靠的鋼結(jié)構(gòu)將支架與墩柱或蓋梁連成整體,減少相互之間支架的不均勻沉降,且有一個(gè)過(guò)渡區(qū)間,避免在此處對(duì)箱梁產(chǎn)生較大的豎向拉應(yīng)力。

        2.3 嚴(yán)格控制混凝土材料、配合比及其性能

        箱梁混凝土的各類原材料性能都應(yīng)較穩(wěn)定,散裝水泥進(jìn)入拌和站后,應(yīng)存放7d以上才能使用,起到降低水泥的溫度和活性作用;碎石和砂材料最好是同一廠家生產(chǎn),強(qiáng)度、級(jí)配、針片狀等指標(biāo)符合規(guī)范和配合比要求,且每批次材料的各項(xiàng)指標(biāo)差異較小,材料存放地和拌和站料倉(cāng)都應(yīng)設(shè)置雨棚,避免材料含水率經(jīng)常性變化;一次澆筑箱梁采用的減水劑盡可能是同一批次的,應(yīng)保證使用的減水劑均勻、穩(wěn)定。澆筑箱梁混凝土前,應(yīng)進(jìn)行混凝土適配,經(jīng)檢測(cè)坍落度、和易性等各項(xiàng)指標(biāo)合格后(混凝土坍落度一般≤180),方能正式拌和混凝土并運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。施工過(guò)程中出現(xiàn)有不符合要求的混凝土必須及時(shí)廢棄。

        2.4 做好澆筑混凝土前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

        澆筑箱梁混凝土一般有混凝土方量大、澆筑時(shí)間長(zhǎng)、不確定因素多等不利問(wèn)題,因此在施工前,應(yīng)充分做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。除做好其他必要準(zhǔn)備工作外,還應(yīng)確保各類原材料應(yīng)不小于本次澆筑混凝土需要量的1.3倍。根據(jù)施工要求配備好足夠的施工設(shè)備外,每種設(shè)備都應(yīng)有備用設(shè)備或應(yīng)急方案,如拌和站、混凝土運(yùn)輸車、泵車或地泵、吊車、振動(dòng)棒等。

        2.5 采用正確方法澆筑箱梁混凝土

        澆筑箱梁混凝土的方法應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則:

        (1)如果一次澆筑成型,則由每跨按底板→腹板→頂板的順序澆筑混凝土,固定好支撐頂板的支架,間隔2m左右開一個(gè)天窗澆筑底板混凝土。

        (2)如果是分兩次裝模澆筑成型,則第一次澆筑底板和腹板混凝土,第二次澆筑頂板混凝土,兩次澆筑混凝土?xí)r間間隔應(yīng)盡量縮小,一般≤7d,降低齡期差,從而保證上下層混凝土強(qiáng)度、彈性模量相差不大,減小上下層混凝土因收縮徐變產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。

        (3)根據(jù)澆筑的速度、天氣情況、混凝土初凝時(shí)間、混凝土方量等因素決定每次分段澆筑的長(zhǎng)度,保證澆筑腹板混凝土?xí)r,箱內(nèi)倒角不冒漿即可,避免澆筑冷縫的出現(xiàn)。

        (4)澆筑混凝土順序應(yīng)遵循由低往高的原則,減少混凝土流動(dòng)距離,避免其產(chǎn)生離析。

        (5)對(duì)于鋼筋和波紋管密集部位,應(yīng)提前采取措施確保振動(dòng)棒位置。如安裝鋼筋和波紋管時(shí),采用一根比振動(dòng)棒稍大的管固定好振動(dòng)棒的位置,待完成鋼筋綁扎和波紋管固定后或澆筑混凝土前拔出。

        (6)箱梁底板倒角位置可封一塊水平板,使倒角位置不容易出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象,底板和腹板混凝土銜接更緊密。

        3 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)以上對(duì)支架現(xiàn)澆箱梁裂縫產(chǎn)生的主要原因和控制措施分析,對(duì)后續(xù)的廣西梧州至柳州高速公路、廣西都安至巴馬高速公路、松旺至鐵山港高速公路等項(xiàng)目的支架現(xiàn)澆箱梁橋施工起到了很好的指導(dǎo)作用。采用了以上施工措施后,目前未發(fā)現(xiàn)支架現(xiàn)澆箱梁橋出現(xiàn)裂縫,效果明顯,有較好的借鑒意義。

        本文只針對(duì)廣西路建集團(tuán)承建的一部分高速公路項(xiàng)目支架現(xiàn)澆橋梁施工進(jìn)行調(diào)研和分析,得出支架現(xiàn)澆箱梁裂縫產(chǎn)生的主要原因和控制措施,或許這對(duì)于其他單位或地區(qū)的現(xiàn)澆箱梁施工指導(dǎo)還不夠全面,下一步我們將繼續(xù)加大調(diào)研和分析范圍,總結(jié)更多施工經(jīng)驗(yàn)和措施。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]伊恩浩,吳曉旭.現(xiàn)澆箱梁的裂縫控制[J].中小企業(yè)管理與科技,2014(27):115.

        [3]丁 勇,趙啟林,馬方圓,等.普通鋼筋混凝土箱梁橋腹板豎向裂縫成因分析[J].工業(yè)建筑,2009(S1):919-922.

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