王文輝

（廣州建筑工程監(jiān)理有限公司 廣州 510030）

1 項(xiàng)目概況

某特大橋主橋橋跨承重結(jié)構(gòu)采用變截面波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑組合為78 m+130 m+78 m，主梁為分幅式變截面單箱雙室截面，主梁結(jié)構(gòu)采用雙向預(yù)應(yīng)力體系。箱梁頂板、底板為C55 鋼筋混凝土，腹板采用1600 型波紋鋼腹板，箱梁高度按2 次拋物線變化，箱梁頂板厚為30 cm；箱梁底板厚按2 次拋物線變化，0#梁段厚度為180 cm，懸澆段底板厚度30～92.9 cm。箱梁中支點(diǎn)單側(cè)10.6 m、邊支點(diǎn)3.35 m范圍內(nèi)采用混凝土加厚（鋼混凝土組合腹板段），以增加抗剪、抗扭能力，其厚度按直線漸變。根據(jù)國內(nèi)外同類型工程的成功建造經(jīng)驗(yàn)［1-2］，通過比較傳統(tǒng)懸臂澆筑法或異步懸臂澆筑法（RW 工法）的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合施工單位經(jīng)驗(yàn)、成本核算，本次大跨徑波形鋼腹板PC組合箱梁橋采用傳統(tǒng)掛籃懸臂施工方案。0#節(jié)段采用預(yù)埋件及型鋼將主墩及10 根預(yù)埋在承臺(tái)上的DN800 鋼管（內(nèi)填混凝土）臨時(shí)墩形成支撐體系和臨時(shí)固結(jié)體系。0#節(jié)段現(xiàn)澆完成后，安裝掛籃設(shè)備進(jìn)行懸澆段的施工［3］。

2 節(jié)段梁澆筑過程中底板裂縫的發(fā)現(xiàn)及初步處置措施

2.1 節(jié)段梁澆筑次序

按照施工方案，懸澆節(jié)段從0#段向兩端逐一推進(jìn)，按安裝波紋鋼腹板?移動(dòng)掛籃就位?調(diào)整外模到位?安裝底板、面板鋼筋?安裝內(nèi)模?澆筑底板、面板?縱向體內(nèi)索張拉的次序循環(huán)施工。

2.2 節(jié)段梁底板裂縫的發(fā)現(xiàn)

施工至3#節(jié)段梁時(shí)，監(jiān)理人員在日常巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)移籃后2#節(jié)段梁梁底有局部不太明顯的水痕，判斷為養(yǎng)護(hù)流水影響，要求施工單位注意養(yǎng)護(hù)措施，避免影響外觀質(zhì)量。施工至4#節(jié)段梁時(shí)，監(jiān)理人員通過陸續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)箱梁底板下緣出現(xiàn)了少量縱向水痕且水痕中出現(xiàn)不明裂紋，遂引起警覺，并組織施工單位采用高空作業(yè)車檢查梁底。檢查發(fā)現(xiàn)，節(jié)段梁底板的裂紋呈縱向，從新舊節(jié)段相接處向新澆段方向呈“八字形”延伸，排列較規(guī)則，單條裂紋長度約20～100 cm，裂紋寬度及深度不詳，如圖1所示。

圖1 節(jié)段梁底板裂縫Fig.1 Cracks in the Floor of Section Beam

2.3 對(duì)節(jié)段梁底板裂縫問題的初步排查

通過組織了相關(guān)單位確定了裂縫檢測方案，選取已完成節(jié)段梁底板其中6條長度較長的裂縫（見圖2），由第三方檢測單位對(duì)裂縫進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果表明：裂縫長度為1.60～2.98 m，裂縫寬度為0.12～0.16 mm，裂縫深度為54～90 mm（見表1），屬非結(jié)構(gòu)性裂縫。

表1 小里程側(cè)邊跨懸澆節(jié)段底板裂縫檢測結(jié)果Tab.1 Detection Results of Cracks in the Bottom Plate from Line Starting Direction Side Span

圖2 小里程側(cè)邊跨底板裂縫分布（仰視）Fig.2 Crack Distribution of Bottom Plateline from Starting Direction Side Span（Look up）

2.4 對(duì)節(jié)段梁底板裂縫問題的初步措施

根據(jù)檢查情況，組織項(xiàng)目建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、健康監(jiān)測、科研等單位技術(shù)人員召開專題會(huì)議，共同分析裂縫的成因，研究裂縫防治及初步處理意見。經(jīng)充分討論，會(huì)議認(rèn)為底板產(chǎn)生裂縫的主要原因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力布置及張拉順序不合理、掛籃支間點(diǎn)相對(duì)變形、箱梁混凝土澆筑內(nèi)外溫差、大體積混凝土水化熱效應(yīng)及混凝土收縮效應(yīng)等［4］，并提出下列初步處理措施：

⑴根據(jù)施工記錄及現(xiàn)場判斷，主橋節(jié)段梁懸澆施工符合設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)規(guī)范要求。

⑵經(jīng)過委托第三方檢測單位對(duì)裂紋進(jìn)行檢測，通過檢測數(shù)據(jù)輔助分析和判斷，底板裂縫主要是沿節(jié)段梁縱向分布，但在縱向節(jié)段梁間未有貫通，均是從新舊澆筑節(jié)段梁接縫位置且向懸臂端方向延伸，從而初步判斷現(xiàn)有的底板裂紋是非結(jié)構(gòu)性裂縫，與會(huì)各方一致同意可以繼續(xù)施工。

⑶要求施工單位提供掛籃主桁架及鋼吊桿等相關(guān)力學(xué)參數(shù)，由設(shè)計(jì)、科研單位對(duì)掛籃設(shè)備的受力、變形等進(jìn)行計(jì)算復(fù)核。

⑷要求施工單位進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)懸澆梁段混凝土的后期養(yǎng)護(hù)措施，尤其是需加強(qiáng)底板底面落模后的養(yǎng)護(hù)，盡可能減少內(nèi)外溫差；同時(shí)在施工過程中加強(qiáng)對(duì)底板裂紋的觀察、測量，做好裂紋變化的檢查及記錄。

⑸加強(qiáng)現(xiàn)場施工管控，進(jìn)一步提高鋼腹板的安裝精度，減少可能產(chǎn)生裂紋的內(nèi)應(yīng)力。

⑹要求施工單位將下一節(jié)段梁作為試驗(yàn)段，在設(shè)計(jì)單位的指導(dǎo)下，通過在底板設(shè)置一定數(shù)量的防裂鋼筋網(wǎng)，作為下一步抑制裂縫產(chǎn)生的措施，并觀察相應(yīng)的效果。

⑺委托健康監(jiān)測單位在試驗(yàn)段布設(shè)測溫點(diǎn)，進(jìn)行溫度監(jiān)測，并對(duì)現(xiàn)有裂縫的發(fā)育情況進(jìn)行監(jiān)控，將相關(guān)記錄及時(shí)送科研單位進(jìn)行研究分析。

⑻委托健康監(jiān)測單位對(duì)掛籃三幅主桁吊桿加設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，對(duì)施工過程中主桁吊桿的應(yīng)力、伸長量等是否均勻進(jìn)行監(jiān)測和對(duì)比分析，及時(shí)提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3 新澆試驗(yàn)節(jié)段梁施工質(zhì)量控制及效果

根據(jù)初步處理措施，安排分別對(duì)2 個(gè)試驗(yàn)段（1 個(gè)在新澆底板靠近新舊底板交接處1/2底板面積設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)，另1個(gè)在全面積設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)）防裂鋼筋網(wǎng)的安裝、溫控點(diǎn)和應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)等進(jìn)行了檢查，對(duì)模板、鋼筋、預(yù)應(yīng)力及混凝土等檢驗(yàn)批嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙和施工方案進(jìn)行驗(yàn)收［5］，對(duì)各監(jiān)測點(diǎn)預(yù)埋、混凝土澆筑過程及預(yù)應(yīng)力張拉灌漿進(jìn)行全過程旁站，并加大對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)的巡視檢查頻率。

安排主橋健康監(jiān)測單位開展專項(xiàng)監(jiān)測，對(duì)試驗(yàn)段混凝土澆筑前后的水化熱溫度變化和底板掛籃吊桿變形值進(jìn)行監(jiān)測。其中溫度測量布置如圖3所示。

圖3 溫度測點(diǎn)布置Fig.3 Arrangement of Temperature Monitoring Points（mm）

通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)水化熱溫度最大值發(fā)生澆筑后約22 h，底板水化熱溫度最大值為69.1 ℃，頂板水化熱溫度最大值為71.8 ℃，如圖4所示；底板掛籃吊桿變形介于1.305～2.346 cm 之間，變形最大值發(fā)生在小里程左室近中腹板吊桿，不均勻變形差值最大為1.041 cm。

圖4 溫度變化曲線Fig.4 Temperature Curve

4 底板開裂成因研究分析及處治意見

根據(jù)檢測、監(jiān)測、施工單位分別提供的成果資料，首先對(duì)底板掛籃吊桿變形值進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)論為：此次混凝土澆筑掛籃吊桿最大變形值為2.346 cm，但由于箱梁寬度較大，混凝土澆筑時(shí)間較長（10～12 h），該變形會(huì)產(chǎn)生一定影響，但不至于使箱梁底板混凝土產(chǎn)生裂縫，根本原因?yàn)樵搮^(qū)域主拉應(yīng)力過大。

為確保施工過程的安全，建立有限元模型［6-7］分析在混凝土水化熱下其應(yīng)力分布狀況，分析其造成裂縫的成因。

4.1 有限元模型建立與分析

⑴選取1#梁段布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，采用專業(yè)橋梁有限元軟件Midas/FEA進(jìn)行分析，建立實(shí)體有限元模型。

⑵在結(jié)構(gòu)溫差作用下，對(duì)節(jié)段梁底板的上緣橫向應(yīng)力、上緣主拉應(yīng)力、下緣橫向應(yīng)力、下緣主拉應(yīng)力進(jìn)行量測。

⑶利用有限元模型分析在頂板、底板澆筑后，在混凝土水化熱作用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布。再根據(jù)實(shí)測資料、已有經(jīng)驗(yàn)、模型和荷載條件進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)顯示，在水化熱作用下，1#梁段底板上緣的橫向應(yīng)力和主拉應(yīng)力均為壓應(yīng)力，不會(huì)產(chǎn)生裂縫；而1#梁段底板下緣的橫向應(yīng)力主要集中在為8～11 MPa，主拉應(yīng)力大小為9～12 MPa，兩者均為拉應(yīng)力，且方向基本一致；1#梁段底板的下緣主拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了混凝土開裂的應(yīng)力水平，完全能引起箱梁底板的開裂，其裂縫的發(fā)展方向如圖5 所示；同時(shí)隨著箱梁靠近跨中底板厚度的減小，混凝土水化熱引起的溫度值越低，結(jié)構(gòu)的溫度梯度越小，底板的裂縫也隨之減少。

圖5 有限元分析裂縫發(fā)展Fig.5 Finite Element Analysis of Crack Development

4.2 對(duì)裂縫性質(zhì)的判定及治理

4.2.1 裂縫性質(zhì)的判定

大橋箱梁底板出現(xiàn)的縱向裂縫，屬于非結(jié)構(gòu)性裂縫，且裂縫寬度均在0.15 mm左右，裂縫深度最大不超過90 mm 且正好位于鋼筋中心位置或表面，長度均不超過各特征懸澆長度，因此認(rèn)為目前的裂縫不足以影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但對(duì)其耐久性會(huì)產(chǎn)生影響，應(yīng)該盡快對(duì)其進(jìn)行處理，超過0.1 mm 的裂縫采用壁可法處理，小于0.1 mm的封閉即可。

針對(duì)裂縫成因及特點(diǎn)，在后續(xù)施工過程中應(yīng)采取措施減小混凝土水化熱，加強(qiáng)箱梁結(jié)構(gòu)混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)工作，嚴(yán)格控制箱梁混凝土內(nèi)外溫度梯度［8-10］。

4.2.2 治理

根據(jù)上述設(shè)計(jì)復(fù)核和研究單位的研究結(jié)論，及時(shí)對(duì)現(xiàn)有裂縫進(jìn)行治理［11］：

⑴對(duì)施工單位委托專業(yè)分包單位編制并報(bào)審的《箱梁裂縫修補(bǔ)施工方案》中“壁可法”、“封閉”施工工藝和101#封口膠、BL-GROUT 注入膠等材料的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行審查，并提出修改意見：明確對(duì)裂縫表面的處理工藝和要求，明確封口膠及灌注膠拌合后的使用時(shí)間、溫度等參數(shù)，明確灌注膠（BL-GROUT）注入壓力和保障措施，明確對(duì)施工前期準(zhǔn)備（包括裂縫的摸查、統(tǒng)計(jì)、分析及擬定處理方式）、材料的進(jìn)場檢驗(yàn)及驗(yàn)收、作業(yè)所需的輔助設(shè)備或設(shè)施、施工部署與計(jì)劃、處理后的檢查與驗(yàn)收、質(zhì)量保證措施的具體要求［12］。

⑵對(duì)101#封口膠、BL-GROUT 注入膠等材料進(jìn)行見證取樣、送檢，經(jīng)第三方檢測單位檢測合格后同意使用。

⑶對(duì)修補(bǔ)、封閉過程進(jìn)行檢查、記錄。

⑷組織對(duì)處治結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)收［13］。

5 后續(xù)結(jié)構(gòu)施工采取的措施及效果

5.1 后續(xù)結(jié)構(gòu)施工采取的措施

針對(duì)上述研究的情況，對(duì)后續(xù)梁段混凝土澆筑采取了以下措施：

⑴組織材料、結(jié)構(gòu)方面的專家進(jìn)行會(huì)診，提出合理化建議和措施。

⑵組織施工單位對(duì)混凝土設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行了優(yōu)化和驗(yàn)證。

⑶與預(yù)拌混凝土供應(yīng)商進(jìn)行協(xié)商，對(duì)原材料質(zhì)量進(jìn)行有效控制。

⑷ 對(duì)混凝土生產(chǎn)過程采取數(shù)字化質(zhì)量控制措施，確?；炷辽a(chǎn)配合比符合要求。

⑸嚴(yán)格把控混凝土進(jìn)場驗(yàn)收，對(duì)每車混凝土進(jìn)場澆筑前進(jìn)行坍落度、入模溫度、拌和物水溶性氯離子含量等進(jìn)行檢測，混凝土入模溫度控制在30 ℃以下，確保混凝土質(zhì)量符合要求。

⑹加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)措施。嚴(yán)格按照施工方案要求，安排專人養(yǎng)護(hù)混凝土，通過對(duì)噴淋、覆蓋等養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行監(jiān)控，最終將混凝土凝結(jié)期間的里表溫差控制在20 ℃左右且不大于25 ℃。

5.2 新澆筑梁段效果

通過對(duì)脫模移籃的新梁段進(jìn)行跟蹤觀察，直至主橋最終合攏未發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)新增裂紋的情況。對(duì)體系轉(zhuǎn)換后的整橋進(jìn)行外觀檢查，也未發(fā)現(xiàn)新增裂紋。

目前該大橋已經(jīng)過各項(xiàng)實(shí)體檢測和動(dòng)靜載試驗(yàn)，最終通過了竣工驗(yàn)收并投入使用，運(yùn)營效果良好。

6 結(jié)語

⑴通過本大跨徑波形鋼腹板PC 組合箱梁施工過程裂縫的檢測、原因分析和研究，說明了混凝土箱梁水化熱及養(yǎng)護(hù)條件等底板溫度梯度效應(yīng)導(dǎo)致的主拉應(yīng)力方向，與實(shí)際裂縫出現(xiàn)的方向一致，這是引起箱梁底板下緣縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因，且隨著底板厚度的減小，其結(jié)構(gòu)溫差效應(yīng)越不明顯，裂縫也隨之減少。

⑵及時(shí)采用壁可法處理超過0.1 mm的非結(jié)構(gòu)性裂縫及表面封閉小于0.1 mm的裂縫，能減少裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生的影響且效果較好。

⑶通過控制混凝土原材料質(zhì)量、入模溫度以及控制混凝土凝結(jié)期間的里表溫差能有效減少甚至避免出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)表面裂紋。

⑷建議在類似橋梁施工過程中，除需監(jiān)督施工單位嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙、按施工方案施工外，尤須重視采取預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的施工措施，并強(qiáng)化節(jié)段梁結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量的巡視、檢查和驗(yàn)收，對(duì)結(jié)構(gòu)性裂縫進(jìn)行早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早檢測、早處治，以保證橋梁安全。