張久東

（貴州橋梁建設(shè)集團有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋具有剛度大、平順性好、伸縮縫少等優(yōu)點，得到了較快的發(fā)展。但在大量修建此類橋梁后，由于跨徑大、預(yù)應(yīng)力體系復(fù)雜等問題，箱梁裂縫現(xiàn)象較為常見，開裂部位大多在箱梁的頂板、腹板和底板，降低了橋梁的安全性，使得橋梁的正常使用受到嚴重的威脅。因此，如何提升工程的施工質(zhì)量，防止箱梁裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生成為當(dāng)前連續(xù)剛構(gòu)橋施工中面臨的主要問題。

1 連續(xù)剛構(gòu)橋優(yōu)勢與不足

連續(xù)剛構(gòu)橋是墩梁固結(jié)的連續(xù)梁橋，為橋梁施工中主要的結(jié)構(gòu)組成部分，該施工技術(shù)具有材料應(yīng)用少、成本造價低、工藝簡單、性價比高等特點，常被廣泛應(yīng)用于大跨度路橋工程中[1]。當(dāng)前，隨著大噸位錨固構(gòu)件的應(yīng)用以及混凝土性能的不斷提升，連續(xù)剛構(gòu)橋發(fā)展態(tài)勢良好，為我國交通工程的快速發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。在大量修建這類橋梁后，由于前期施工中的各種原因，導(dǎo)致后期運營過程中出現(xiàn)了種種病害，最突出的就是結(jié)構(gòu)裂縫，裂縫部位大多出現(xiàn)在箱梁，使橋梁使用安全性受到威脅。因此，在連續(xù)剛構(gòu)橋施工中要嚴格控制施工質(zhì)量，減少裂縫的產(chǎn)生[2]。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁裂縫原因與控制實例分析

2.1 工程概況

該橋梁位于我國貴州省中部的低山丘陵區(qū)。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用（32+55+32）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全長為182 m。箱頂寬18.4 m，底寬9.4 m，梁高7.3~3.0 m。設(shè)計荷載采用公路Ⅰ級，箱梁設(shè)計采用C55混凝土，地震烈度Ⅶ度。箱梁頂面設(shè)置6 cm鋼筋混凝土調(diào)平層，其上設(shè)置防水層，防水層上設(shè)10 cm瀝青混凝土面層，鋪裝層共厚16 cm。該項目2014年6月開始施工，2016年8月通車，施工工藝流程如圖1所示。在主橋剛構(gòu)期間發(fā)現(xiàn)箱梁腹板有大量裂縫，部分裂縫閉合。裂縫呈45° 斜向狀態(tài)，長度在40~280 cm之間，寬度在0.01~0.25 mm之間。

圖1 主梁施工工藝流程圖

2.2 連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁腹板裂縫成因分析

2.2.1 混凝土澆筑

該橋梁項目施工過程中，嚴格控制施工質(zhì)量，且混凝土拌和站到主橋施工只有10 min距離，運輸混凝土上不存在問題?？赡艽嬖趩栴}有：

（1）混凝土澆筑周期過長，先澆筑的混凝土剛開始初凝，上部持續(xù)澆筑，不斷加載和擾動，使初凝混凝土最后產(chǎn)生裂縫[3]。

（2）在澆筑過程中，由于私自添水，促使混凝土配合比變化，水蒸發(fā)后混凝土產(chǎn)生收縮裂縫[4]。

（3）澆筑振搗時間過長，導(dǎo)致混凝土骨料分層，強度不均勻，上層的細骨料易發(fā)生收縮裂縫[5-6]。

（4）澆筑振搗時間不足，混凝土強度不均勻，發(fā)生收縮裂縫[7]。

2.2.2 預(yù)應(yīng)力張拉

（1）張拉頂板下彎預(yù)應(yīng)力時，腹板內(nèi)配置鋼筋少，預(yù)應(yīng)力鋼束強度不夠，導(dǎo)致縱向頂板預(yù)應(yīng)力管道定位出現(xiàn)偏差，造成腹板開裂。

（2）橋梁0#塊高度原因，采用先縱向后豎向張拉預(yù)應(yīng)力的分段施工，在腹板預(yù)應(yīng)力筋處出現(xiàn)水平裂縫。

（3）前期橋梁0#~1#塊預(yù)應(yīng)力張拉齡期不夠，導(dǎo)致混凝土強度和彈性模量不足，在預(yù)應(yīng)力錨固端處，由于混凝土的收縮徐變導(dǎo)致斜向裂縫。

（4）橋梁0#~1#塊出現(xiàn)腹板斜裂縫后，推斷塑料波紋管是造成主拉應(yīng)力變大的原因。在實際施工過程中，塑料波紋管外徑大、管壁薄，并且在澆筑過程中已變形，無法達到設(shè)計的混凝土保護層厚度，管道處的應(yīng)力集中，混凝土?xí)谥骼瓚?yīng)力作用下發(fā)生與管道平行的開裂，盡管目前采用真空壓漿工藝，無法達到100%的效果。

2.2.3 后期養(yǎng)護

混凝土澆筑后，在氣候炎熱的天氣下養(yǎng)護不及時，會使混凝土中水分快速蒸發(fā)，導(dǎo)致水泥顆粒不能充分水化，缺乏足夠的黏結(jié)力，發(fā)生脫粉現(xiàn)象。另外，混凝土水分過早的蒸發(fā)，無法使混凝土轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)晶，產(chǎn)生較大的收縮變形，出現(xiàn)干縮裂紋[8]。

2.3 連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁腹板裂縫控制措施

2.3.1 提高混凝土澆筑質(zhì)量

針對該項目的懸臂施工特點，采取以下措施控制混凝土裂縫問題。

（1）為了確保模板不變形，采用鋼模板，并且定期檢查、更換、加密模板肋等，如發(fā)現(xiàn)有問題的模板應(yīng)立即處理。

（2）掛籃變形過大會導(dǎo)致澆筑段混凝土的變形也大，因此，掛籃的變形控制應(yīng)按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGTF—2011）規(guī)定，掛籃的最大變形應(yīng)不大于20 mm。在混凝土澆筑過程中，如果該塊段混凝土澆筑時間超過混凝土的初凝時間，底板已澆筑混凝土接縫位置容易變形，產(chǎn)生裂縫，如圖2所示。

圖2 澆筑塊段變形示意圖

（3）澆筑箱梁采用分層連續(xù)澆筑法，不采用推移式連續(xù)澆筑法，分層連續(xù)澆筑法與推移式連續(xù)澆筑法施工示意圖如圖3~4所示，澆筑順序為按照數(shù)字從小到大順序進行。

圖3 分層連續(xù)澆筑法

圖4 推移式連續(xù)澆筑法

分層連續(xù)澆筑便于振搗，并且有利于降低大體積混凝土澆筑塊的溫升。在分層連續(xù)澆筑法過程中，應(yīng)嚴格控制懸臂兩端對稱澆筑，按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGTF—2011）規(guī)定，懸臂不平衡荷載差值應(yīng)控制在塊段重量的1/4之內(nèi)，如果不平衡荷載過大，會造成0#塊產(chǎn)生不平衡彎矩，與主墩連接處開裂。另外，澆筑盡量縮短間隔時間，在前層混凝土初凝之前，將其次層混凝土澆筑完畢，防止因間隔時間過長產(chǎn)生“冷縫”。層間間隔時間按照《鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范》（GBJ204—83）規(guī)定，以貫入阻力值為3.5 MPa時為混凝土的初凝時間為準(zhǔn)。特殊情況下，層面間隔時間超時可按施工縫處理。澆筑時，先澆筑外側(cè)的混凝土，使掛籃產(chǎn)生彈性變形，降低節(jié)段接縫后澆筑混凝土二次擾動產(chǎn)生的裂縫，澆筑示意圖如圖5所示。

圖5 懸臂施工混凝土澆筑示意圖

（4）混凝土配合比首先要考慮水泥的水化熱，水泥水化作用會產(chǎn)生大量的熱量，使混凝土內(nèi)部的溫度升高，造成大體積混凝土表面產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使正在凝結(jié)硬化的混凝土產(chǎn)生裂縫，因此水泥首選礦渣水泥，并在合理的范圍內(nèi)摻入粉煤灰。此外，為了降低水化熱，選擇緩凝高效減水劑，推遲溫峰的出現(xiàn)。該連續(xù)剛構(gòu)橋項目要嚴格檢查水溫以及水冷機組，確保入模溫度低于30 ℃。由于橋梁懸臂較長，溫度變化造成的標(biāo)高變化比較大，在豎向溫度梯度與橫向溫度梯度的作用下，會產(chǎn)生較大結(jié)構(gòu)性偏差。對于該橋梁的每一塊段立模，均應(yīng)該考慮溫度效應(yīng)，在第i+1塊段進行立模時，應(yīng)考慮溫度效應(yīng)對于第i塊段產(chǎn)生向下的撓度fT，如果不考慮溫度效應(yīng)，則會在接縫處產(chǎn)生一個fT的凸起，發(fā)生局部應(yīng)力過大，出現(xiàn)裂縫問題，溫度效應(yīng)影響立模標(biāo)高如圖6所示。

圖6 溫度效應(yīng)影響立模標(biāo)高示意圖

（5）重視混凝土的振搗質(zhì)量，加大澆筑現(xiàn)場施工人員的投入，快速完成振搗工作，起到密實混凝土、增加混凝土強度等作用，同時排除混凝土中大量的空氣，避免蜂窩麻面出現(xiàn)和降低混凝土的開裂，確?；炷猎?~7 h內(nèi)完成澆筑?；炷琳駬v使用插入式振搗器，振搗器距離模板不宜太近，不應(yīng)大于振搗器作用半徑的0.5倍，避免碰撞鋼筋、芯管、吊環(huán)、預(yù)埋件等。開窗位置選擇在內(nèi)模1/3、2/3高度處，在腹板預(yù)應(yīng)力筋上方附近，便于預(yù)應(yīng)力筋的混凝土振搗。開四個振搗孔，每一插點振搗時間20~30 s，至混凝土不顯著下沉，停止振搗。

2.3.2 預(yù)應(yīng)力張拉控制措施

根據(jù)材料力學(xué)原理，彈性模量越小產(chǎn)生的變形越大，預(yù)應(yīng)力張拉齡期越早，混凝土的徐變系數(shù)終值越大，彈性模量越小，后期的下?lián)显酱?。對于懸臂澆筑法的連續(xù)剛構(gòu)橋，加載齡期過早在錨固區(qū)施加預(yù)應(yīng)力會引起局部混凝土徐變，使得錨頭后面混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果受拉區(qū)鋼束配筋不足，容易在錨固區(qū)產(chǎn)生裂縫，同時張拉后的懸臂兩端發(fā)生起拱現(xiàn)象。根據(jù)混凝土抗壓強度的發(fā)展規(guī)律公式看出，混凝土齡期7天時，設(shè)計強度達不到要求，因此，預(yù)應(yīng)力張拉齡期不得過早，一般不得小于7天。

式中，s——水泥類型系數(shù)，高強快硬水泥取0.20，普通水泥取0.25，慢硬水泥取0.38。

2.3.3 混凝土養(yǎng)護控制措施

混凝土澆搗后，在水化作用下逐漸凝結(jié)硬化，為了保證混凝土有適宜的溫度和濕度條件，必須對混凝土進行養(yǎng)護。

（1）及時對澆筑完成后的混凝土進行養(yǎng)生，箱梁內(nèi)外采用長度為覆蓋兩個節(jié)段的管噴淋養(yǎng)生，同時做好養(yǎng)生過程中的混凝土溫度變化記錄。

（2）箱梁混凝土脫模時間必須嚴格控制，不得過早，遇到晝夜溫差大時，應(yīng)做好相應(yīng)措施。

（3）在箱梁懸臂澆筑完成后，腹板內(nèi)外側(cè)和箱室兩端口做好保溫措施。

（4）每周對裂縫進行一次觀測記錄，不斷觀察裂縫情況。

3 結(jié)論

我國連續(xù)剛構(gòu)橋施工日趨成熟，連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁裂縫對工程質(zhì)量影響極大，箱梁裂縫的產(chǎn)生是各種因素綜合作用的產(chǎn)物。為了有效防止裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)根據(jù)裂縫的具體原因采取控制措施，確保工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提升工程的使用壽命。通過上述研究得出：

（1）采用模板和掛籃控制、分層連續(xù)澆筑、配合比優(yōu)化和加強振搗管理等措施，可以提高混凝土澆筑質(zhì)量，減小箱梁裂縫的發(fā)生。

（2）嚴格控制預(yù)應(yīng)力張拉齡期不得小于7天，使混凝土有足夠的強度，避免張拉后箱梁腹板產(chǎn)生裂縫。

（3）控制混凝土養(yǎng)護過程中的濕度和溫度，并且做好保溫措施，可以避免混凝土初凝及終凝過程中產(chǎn)生的溫度裂縫及表面干縮裂縫。