白建雄

貴州路橋集團(tuán)有限公司 貴州 貴陽 550000

雖然連續(xù)剛構(gòu)橋擁有伸縮縫少、剛度大、平順性好等特點(diǎn)，但受跨徑大以及預(yù)應(yīng)力體系復(fù)雜等問題影響，容易出現(xiàn)箱梁裂縫等相關(guān)狀況，且開裂區(qū)域通常為箱梁頂板、腹板、底板等，不利于橋梁整體安全性。所以，怎樣防治裂縫情況，屬于連續(xù)剛構(gòu)橋施工需要重點(diǎn)解決的問題。

1 連續(xù)剛構(gòu)橋優(yōu)勢與不足

對于連續(xù)剛構(gòu)橋而言，其主要整合了連續(xù)梁橋以及T形剛構(gòu)橋所涉及的受力特征[1]。近年來，在大噸位錨固構(gòu)件廣泛運(yùn)用與混凝土性能不斷加強(qiáng)的背景下，連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)崿F(xiàn)了較好的發(fā)展。但在大量修建此類橋梁之后，受前期施工等相關(guān)因素的影響，后期運(yùn)營時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)病害，結(jié)構(gòu)裂縫屬于其中最為常見的類型之一，且多發(fā)生于箱梁位置，不利于橋梁安全性、可靠性。所以，連續(xù)鋼構(gòu)橋施工時(shí)，需加強(qiáng)對施工質(zhì)量的控制，降低裂縫的形成。

2 工程概況

某橋梁處在四川丘陵地區(qū)，全長193m。該橋梁在上部結(jié)構(gòu)方面選取預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，頂寬、底寬以及梁高分別為19.3m、8.5m、6.4-3.0m。具體設(shè)計(jì)過程中，載荷確定為公路I級，地震烈度VII級。對于箱梁頂面而言，設(shè)計(jì)了鋼筋混凝土調(diào)平層，厚度為6cm，然后按照順序?qū)Ψ浪畬?、瀝青混凝土層予以了設(shè)置，最終厚度10cm。該工程正式動(dòng)工的時(shí)間為2015年7月，2017年9月通車，圖1為具體的施工工藝流程。在主橋鋼構(gòu)過程中，發(fā)現(xiàn)箱梁腹板出現(xiàn)裂縫的情況，一些裂縫閉合。裂縫具體表現(xiàn)為45°斜向狀態(tài)，長度50—290cm，寬度0.01—0.26mm。

圖1 主梁施工工藝流程

3 連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫的形成原因

3.1 混凝土澆筑

本連續(xù)剛構(gòu)橋項(xiàng)目在具體施工中，對施工質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格控制，混凝土拌和站到主橋施工的運(yùn)輸時(shí)間不超過10min，所以不涉及運(yùn)輸混凝土方面的問題。具體問題主要有以下幾點(diǎn)：第一，混凝土在澆筑周期方面存在偏長的情況，當(dāng)混凝土初凝結(jié)束后，因上部分持續(xù)澆筑，再加上擾動(dòng)、加載的共同作用，久而久之便產(chǎn)生了裂縫。第二，澆筑過程中隨意添加水分，改變了配合比，水分主要被蒸發(fā)掉，則會(huì)引發(fā)混凝體收縮裂縫的問題出現(xiàn)。第三，澆筑振搗十分耗時(shí)，混凝土骨料分層現(xiàn)象極易出現(xiàn)，同時(shí)導(dǎo)致強(qiáng)度不均，而上層細(xì)骨料會(huì)造成收縮裂縫問題出現(xiàn)。第四，澆筑振搗時(shí)間不長，會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不均，促使收縮裂縫問題出現(xiàn)。

3.2 預(yù)應(yīng)力張拉

第一，張拉頂板下彎預(yù)應(yīng)力時(shí)，只能在腹板中植入少量鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼束剛度與標(biāo)準(zhǔn)不相符，進(jìn)而造成縱向頂板預(yù)應(yīng)力管道無法正確定位，誘發(fā)腹板逐漸出現(xiàn)裂縫。第二，受橋梁0#塊高度的影響，采取先縱向后豎向的方式開展張拉預(yù)應(yīng)力分段施工，可能會(huì)引起水平裂縫。第三，施工初始階段，橋梁0#-1#塊預(yù)應(yīng)力張拉齡期方面存在不足的情況，使得混凝土強(qiáng)度等不符合要求，并且預(yù)應(yīng)力錨固端會(huì)因?yàn)榛炷潦湛s引起斜向裂縫。第四，橋梁0#-1#塊產(chǎn)生腹板斜裂縫后，通過分析判斷塑料波紋管屬于引起主拉應(yīng)力增大的根本原因。具體施工中，塑料波紋管外徑大、管壁薄，且澆筑時(shí)已變形，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)計(jì)的混凝土保護(hù)層厚度，導(dǎo)致管道處應(yīng)力集中，受主拉應(yīng)力作用影響，混凝土出現(xiàn)和管道平行的開裂，雖然現(xiàn)階段運(yùn)用的真空壓漿工藝，但難以實(shí)現(xiàn)100%效果。

3.3 后期養(yǎng)護(hù)

當(dāng)混凝土澆筑完成后，如果遇到氣溫較高的天氣，會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)的水分出現(xiàn)迅速蒸發(fā)的情況，若此時(shí)不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，那么就會(huì)導(dǎo)致水泥顆粒難以實(shí)現(xiàn)順利的水化，不利于黏結(jié)力的提高，進(jìn)而出現(xiàn)脫粉的問題。同時(shí)，混凝土中的水分蒸發(fā)時(shí)間太早，不能形成穩(wěn)定結(jié)晶，促使其發(fā)生變形，引發(fā)干縮裂紋。

4 連續(xù)剛構(gòu)橋橋梁裂縫的防治策略建議

4.1 增強(qiáng)混凝土質(zhì)量

鋼纖維是一種強(qiáng)度高、韌性好的短纖維材料，將其加入到混凝土中，可以顯著提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、韌性和抗沖擊性等力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)研究表明，鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度可提高 20%-50%，韌性提高 50%-100%，抗沖擊性提高 50%-70%。這意味著，在同樣強(qiáng)度等級的混凝土中，添加鋼纖維后的混凝土具有更好的抗裂性能和耐久性能。鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度提高，主要是因?yàn)殇摾w維在混凝土中起到橋接作用。當(dāng)混凝土受到拉應(yīng)力時(shí)，鋼纖維能夠傳遞和分散拉應(yīng)力，從而提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。同時(shí)，在鋼纖維混凝土中，鋼纖維可以阻止混凝土裂縫的擴(kuò)展，并通過斷裂面的摩擦作用，使混凝土在斷裂過程中消耗更多的能量，從而提高混凝土的韌性和抗沖擊性[2]。另外，鋼纖維混凝土的抗裂性能和耐久性能也得到了顯著提高，原因在于鋼纖維的加入可以限制裂縫的形成與演變。一方面，鋼纖維能夠分散混凝土內(nèi)部應(yīng)力，降低裂縫尖端的應(yīng)力集中程度，從而延緩裂縫的產(chǎn)生。另一方面，鋼纖維可以增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性能，減少水分滲透對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的侵蝕，延長混凝土的使用壽命。

值得注意的是，鋼纖維的加入對混凝土的力學(xué)性能提高并非越多越好。在混凝土中添加適量的鋼纖維（通常為水泥質(zhì)量的 1%-5%）可以達(dá)到較好的效果。過多的鋼纖維會(huì)導(dǎo)致混凝土的流動(dòng)性和可泵性降低，影響混凝土的施工性能。此外，過高的鋼纖維含量還可能會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部應(yīng)力集中，反而降低其抗拉強(qiáng)度和韌性。

4.2 做好混凝土澆筑工作

根據(jù)本連續(xù)鋼構(gòu)橋梁項(xiàng)目的施工特點(diǎn)，選取以下方式對混凝土裂縫問題進(jìn)行防治：第一，為避免模板變形，選用鋼模板，且定期進(jìn)行檢查和更換，并對加密模板板肋予以加密處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在問題的模板后，需及時(shí)處理。第二，掛籃變形過大會(huì)引起澆筑段混凝土變形，所以掛籃變形控制需要嚴(yán)格執(zhí)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》之中的要求，即最大變形不可超過20mm。對混凝土進(jìn)行具體澆筑時(shí)，若該塊段混凝土澆筑時(shí)間高于混凝土初凝時(shí)間，那么就可能引起底板已澆筑混凝土接縫位置出現(xiàn)變形的情況，最終形成裂縫，具體見圖2。

圖2 澆筑塊段變形示意圖

第三，澆筑箱梁在澆筑過程中并未選擇推移式連續(xù)澆筑法，而是運(yùn)用分層連續(xù)澆筑法。兩種澆筑方法見圖3、圖4。具體澆筑順序參考圖中的數(shù)字序號。

圖3 分層連續(xù)澆筑法

圖4 推移式連續(xù)澆筑法

對于分層連續(xù)澆筑而言，有利于振搗，以及讓大體積混凝土澆筑塊溫升能夠?qū)崿F(xiàn)有效的降低。具體應(yīng)用時(shí)，需重視合理控制懸臂兩端對稱澆筑，并嚴(yán)格遵循《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》內(nèi)設(shè)置的具體規(guī)定，對懸臂不平衡載荷差值進(jìn)行科學(xué)的控制，使之處在塊段重量的25%內(nèi)，當(dāng)存在不平衡的問題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致載荷上升，使得0#塊彎矩缺乏平衡性，在主墩連接之處可見裂縫[3]。在實(shí)際澆筑時(shí)，需要將間隔時(shí)間減少，確保能夠在前層初凝前結(jié)束混凝土澆筑工作，這樣就不會(huì)出現(xiàn)受間隔時(shí)間長影響產(chǎn)生的“冷縫”。同時(shí)，在層間間隔時(shí)間方面，需要按照相關(guān)要求與標(biāo)準(zhǔn)，將貫入阻力值3.5MPa時(shí)混凝土表現(xiàn)出來的初凝時(shí)間為基礎(chǔ)。實(shí)際澆筑過程中，需先對外側(cè)混凝土開展相應(yīng)的澆筑工作，使得掛籃不會(huì)出現(xiàn)變形的趨勢，避免接縫處混凝土在擾動(dòng)情況下出現(xiàn)裂縫，圖5為澆筑示意圖。

圖5 懸臂施工混凝土澆筑

第四，混凝土配合比需對水泥水化熱進(jìn)行綜合考慮。在水泥水化作用過程中，會(huì)形成許多熱量，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度也隨之提高。基于此種情況，大體積混凝土表面會(huì)形成溫度應(yīng)力，讓還處在凝結(jié)硬化狀態(tài)中的混凝土出現(xiàn)裂縫，所以水利可選用礦渣水泥，根據(jù)合理范圍添加粉煤灰。同時(shí)，要想讓水化熱得到有效降低，需運(yùn)用緩凝高效減水劑，讓溫峰的出現(xiàn)推遲。對于本連續(xù)鋼構(gòu)橋梁項(xiàng)目而言，需要對水溫、水冷機(jī)組進(jìn)行嚴(yán)格檢查，保證入模溫度高于30℃。因?yàn)闃蛄簯冶燮L，溫度變化引起的標(biāo)高變化偏大，受豎向、橫向等的干擾，結(jié)構(gòu)性偏差會(huì)增大。本橋梁的所有立模，都需要對溫度效應(yīng)進(jìn)行綜合考慮，對i+1塊段開展立模工作的過程中，應(yīng)重視溫度效應(yīng)對i塊施加的向下?lián)隙萬T，不然會(huì)導(dǎo)致接縫處出現(xiàn)fT凸起，最終形成裂縫。第五，確保混凝土振搗質(zhì)量，設(shè)置充足的現(xiàn)場施工人員，確保能夠迅速完成振搗工作，體現(xiàn)出密實(shí)混凝土以及提高混凝土強(qiáng)度等相關(guān)作用，并將混凝土內(nèi)包含的空氣排出，防止產(chǎn)生蜂窩麻面等[4]。具體而言，混凝土在澆筑時(shí)間方面需控制在6-7h內(nèi)完成。具體振搗時(shí)，如果選用的振搗器為插入式，則需要避免與模板之間出現(xiàn)距離過近和過遠(yuǎn)的情況，即不可超過振搗器有效作用半徑的0.5倍，不然會(huì)與預(yù)埋件、鋼筋等發(fā)生碰撞的情況。對于開窗位置的高度而言，需要設(shè)置在內(nèi)模的1/3抑或是2/3處，以便于混凝土振搗。另外，應(yīng)設(shè)置4個(gè)振搗孔，振搗時(shí)間為25s，混凝土沒有展現(xiàn)出較為明顯的下沉后，方可停止振搗。

4.3 預(yù)應(yīng)力張拉控制

施工單位需要做好控制工作，確保預(yù)應(yīng)力的張拉時(shí)間合理，在這一過程中，混凝土期齡應(yīng)保持在1周以上。就混凝土彈性模量來說，加載齡期是主要影響因素，其越早那么則越低，再聯(lián)合材料力學(xué)相關(guān)知識(shí)，得知，在施工過程中，彈性模量結(jié)構(gòu)越小，那么變形風(fēng)險(xiǎn)則越大[5]；對于混凝土材料來講，徐變系數(shù)終值、張拉齡期緊密度越高，張拉齡期和終值成正比，前者越早后者越大，如此，在運(yùn)營中則會(huì)出現(xiàn)下?lián)系那闆r。與此同時(shí)，張拉時(shí)間太早，也會(huì)導(dǎo)致懸臂兩段拱起來，隨著張拉的影像部，懸臂兩段的標(biāo)高越來越大；采用懸臂澆筑法，必須重視預(yù)應(yīng)力，當(dāng)錨固區(qū)混凝土承受到壓力后，便會(huì)引發(fā)混凝土徐變現(xiàn)象。其中，混凝土抗壓抗拉強(qiáng)度和加載齡期長短息息相關(guān)，兩則成反比，后者越短，前者越強(qiáng)，同時(shí)具有較大的變系數(shù)，錨頭前混凝土徐變會(huì)導(dǎo)致之后的混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。若是錨后受拉區(qū)缺乏充足的鋼筋配筋量，錨固區(qū)便會(huì)逐漸形成裂縫。所以，應(yīng)對加載齡期引起密切關(guān)注，以免出現(xiàn)裂縫。

除此之外，混凝土早期力學(xué)性能中，很容易受到外界諸多因素的影響，以CEB-FIP相關(guān)混凝土抗壓強(qiáng)計(jì)算公式為基礎(chǔ)，如果把齡期設(shè)置成7天，同時(shí)快硬、普通、慢硬水泥結(jié)構(gòu)都有一定強(qiáng)度，只有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的46.8%、60.6%、67.0%，與要求的80%還有一定距離。

在上述公式中，s指的是水泥類型系數(shù)，慢硬水泥0.38，普通以及快硬水泥0.28，高強(qiáng)快硬水泥0.20。

5 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)階段的新建橋梁工程項(xiàng)目之中，連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)得到了廣泛的運(yùn)用。但由于具體施工時(shí)存在復(fù)雜性、綜合性高的特點(diǎn)，需要掌握大量的細(xì)節(jié)，所以在連續(xù)鋼構(gòu)橋梁施工過程中，施工方需重視對相關(guān)因素開展全面分析，不斷提高施工質(zhì)量，加強(qiáng)對連續(xù)鋼構(gòu)橋梁裂縫的防治，確保橋梁工程能夠維持在安全、穩(wěn)定的狀態(tài)中。