超宽鱼腹式现浇箱梁混凝土裂缝控制.pdf

1002024年1月下 第02期 总第422期工程设计施工与管理China Science&Technology Overview0 引言成都博览城综合交通枢纽工程是集地铁、市政道路、商业建筑、园林景观为一体的地下四层的城市交通综合体。其中，福州路桥与地铁 1 号线福州路站交叉，三面邻近地铁车站，桥台基础与同区域的地铁结构同步施工，是施工组织最复杂的分部工程。福州路桥现浇梁采用鱼腹式形式，宽度达 77.4m，单片梁浇筑混凝土 6000m，现浇梁宽度达到国内之最。龚俊、徐攀、王佳源1等在深圳前海观景桥变截面鱼腹式连续箱梁施工方案设计，并利用三维有限元模型进行模拟分析，模拟验算为深圳前海观景桥的现场施工提供了科学合理的依据。李传辉、李慧莹、赵倩2-3等结合清远市北江市区段南岸绿道工程水上 S 形鱼腹式景观桥分析了受力特点，阐述了模板支架体系和现浇箱梁浇筑养护施工实践应用。周庆松4在铁路无砟轨道底座板混凝土防裂上分析了原材料特性是混凝土裂纹的外因，模拟实验了配合比控制技术，现场施工控制措施泵送混凝土优于溜槽施工。李建伟5在高原铁路无砟轨道道床板施工中，分析了裂纹产生的原因，给出了裂纹控制方案，通过原材料优选、优化混凝土配合比、施工过程中拌合、运输、振捣、抹面、养护等工序进行综合管理控制。谢江平6在桥梁承台大体积混凝土温度裂缝控制上通过原材料选用、施工工艺控制、设置冷却管、混凝土养护等措施防止大体积混凝土温度裂纹的产生。综合现有的大体积混凝土裂缝控制技术研究，结合成都博览城福州路桥箱梁大体积混凝土特性，研究应用了 5 种防开裂控制技术。1 工程概况本工程桥梁分为主线桥、北附桥、南附桥。主线桥跨布置为 9m40.5m，采用预应力混凝土等高连续箱梁桥，梁高 2.5m，桥台处横梁采用等高设置，中横梁及边横梁采用波浪形，主线桥共分为 3 联，每联 3 跨，联间设过渡墩，设入桥台长度，主线桥总长 373.5m，桥宽 77.4m。南附桥、北附桥桥跨布置均为 2m40.5m，其中北附桥梁高 3m，南附桥梁高 2.5m，均采用预应力混凝土直腹板连续箱梁桥，桥梁总长度均为 86.9m。2 施工难点及控制重点本桥箱梁为国内多幅四箱室闭合型超宽波浪形鱼腹式箱梁，构造复杂，其结构形式为国内首创，混凝土施工难度较大。一是横桥向超宽，现浇支架基础多台阶且同断面支架高度差异大，支架施工难度大。二是超宽不等高现浇支架，现浇过程中的不均匀沉降容易导致混凝土结构开裂。三是大体量、高标号 C60 现浇箱梁混凝土防开裂，施工控制难度大。3 超宽箱梁裂缝控制技术研究为了解决大体积混凝土浇筑容易出现混凝土开裂的问题，本文提出 5 种优化控制技术。3.1 优化混凝土配合比混凝土的材料选择与配合比组成对于箱梁混凝土的早期抗裂性能有很大影响。针对本工程的具体特点进行专门抗裂混凝土配合比优化设计，选取四川峨胜水泥、粉煤灰、机制砂、当地碎石、缓凝型减水剂、聚丙烯腈纤维等作为原材料，采用基于抗裂性的混凝土配合比设计流程。确定符合混凝土工作性能、抗压强度与氯离子扩散系数的胶凝材料总量、用水量及砂率后，通过胶凝材料水化热试验、混凝土绝热温升试验、混凝土塑性收缩开裂试验及温度应力开裂试验，综合热效应和早期开裂敏感性两个技术指标进行优化选择，并对优化结果进行重复试验测试，确立最终施工配合比。收稿日期：2023-08-24*基金项目：中国中铁股份有限公司2016年度科技开发计划（2016-引导-69），中铁一局集团有限公司2017年度技术研发项目（2017A-014）作者简介：王志刚（1983），男，湖北天门人，硕士研究生，高级工程师，从事桥梁工程施工管理工作。超宽鱼腹式现浇箱梁混凝土裂缝控制*王志刚（中铁一局集团有限公司，陕西西安 710054）摘要：近年来，国内站城综合体 TOD 开发成为一种新型建筑模式，地铁、市政道路、商业综合体等多种大体量建筑形态交叉同步施工成为工程实践难题。基于此，结合已经实施的成都博览城综合交通枢纽工程，解析福州路桥鱼腹式多幅四箱室闭合型超宽箱梁，采取优化混凝土配合比、U 形冷却管布置、后浇带布置、支架沉降控制、箱梁浇筑顺序等 5 种措施，解决大体积 C60 梁体混凝土防开裂难题，并取得明显实践成果，获得国家优质工程奖和土木工程詹天佑奖。关键词：鱼腹式现浇箱梁；大体积混凝土；裂缝控制中图分类号：U445.463 文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2024)02-0100-031012024年1月下 第02期 总第422期工程设计施工与管理China Science&Technology Overview3.2 优化 U 形冷却管布置鱼腹式超宽箱梁混凝土施工期冷却水管通水冷却的温度影响因素很多，如冷却水管的布置方式、通水温度和通水时间等对混凝土冷却效果有显著影响。如果冷却水管布置过多，会导致箱梁的结构不完整，但布置偏少达不到内部降温的目的。基于冷却管的材质、壁厚、直径、长度、埋设间距、冷却水温度、流速、流向等不同因素组合，对不同制冷设备、施工进度、经济效益等方案进行逐一对比，从中选取最优的方案，冷却管布置方式如下。在各跨主梁的横梁内分上、中、下 3 层加设 U 形蛇状冷却水管，上下两层水路流向为顺桥向，中层水路流向为横桥向，每层冷却水管间距 0.7m，同一层的冷却水管水平间距为 1m。当混凝土浇筑过各层冷却水管时，开始通水降温，初期采用直取自来水降温，后期根据测温情况采用循环水作为冷却水。在通水过程中，严格控制冷却水管的进水温度，保证与箱梁混凝土芯部最高温度的温差 10。施工时，分别设置提供冷却用水和收回冷却用水的水箱，保证 2 个蓄水箱体积 20m。混凝土升温期可定期向进水箱补充自来水以降低进水温度，增强降温效果。当遇到混凝土内部最高温度与冷却水管的进水温度的温差 25时，应及时停止补充冷水，必要时可补充热水以满足温度要求。浇筑时，混凝土温度过高会导致混凝土升温幅度变大。因此，混凝土浇筑前，估算出浇筑时的混凝土温度。当温度过高时，需采取措施降低混凝土温度。（1）使用水泥前，应充分冷却水泥，保证在使用水泥时其温度 50。（2）混凝土中的骨料在使用前应堆放在阴凉处，同时对骨料进行洒水处理。（3）尽量在夜间进行混凝土施工，监控浇筑混凝土温度，保证其 28。（4）适当提高混凝土的运输和入仓速度，以控制混凝土的温度回升，同时对混凝土输送管覆盖土工布遮阳，并对其洒水降温。（5）在浇筑混凝土时，采取洒水降温等措施对模板表面降温7。3.3 后浇带优化布置后浇带是为防止现浇钢筋混凝土结构由于温度、收缩不均可能产生的有害裂缝，按照规范要求，在结构相应位置留设临时施工缝，将结构暂时划分为若干部分，经过构件内部收缩，在一段时间后再浇捣该施工缝微膨胀混凝土，将结构连成整体。规范要求后，浇带设置在受力较小的部位，借鉴悬臂施工合拢段长度 1 3m，后浇带宽度取 1.5m，后浇带间距应为 30 40m，后浇带宽度800 1000mm，后浇带留置时间不低于 45 天，后浇带混凝土强度应比两侧混凝土高一个等级。结合本箱梁结构特点，鱼腹式主梁的后浇带设置在主梁纵桥向应力较小部位，即 1/4 跨径处，且间距为 30m，后浇带宽度为 900mm，后浇带混凝土等级 C65。3.4 支架不均匀沉降控制研究（1）由于鱼腹式超宽现浇混凝土结构横向质量不一样，满堂支架受力大小不均。具体表现为中间混凝土厚度大、两边厚度薄，满堂支架的沉降量也不同，故采用横向分段设置满堂支架的方法解决沉降不一致的问题，在用支架分段处设置后浇带解决横向分段接缝问题。（2）由于鱼腹式超宽现浇混凝土结构横向厚度不同，浇筑时横向的沉降量也不同，故采用下、中、上 3 层分层浇筑。浇筑面积较大时，需采用 U 形冷却管的布置降温。（3）超宽比梁，面积大，应力集中。鱼腹梁不规则，墩顶梁较高薄厚变化频繁问题，易产生竖向荷载不均匀，使其杆件的弹性变形不均匀，导致早期裂缝。由于支撑立杆（或立柱）不均匀分布，各部分刚度分布不一致，支架结构搭设难度大，易产生变形。施工过程产生的不规则水平力，导致支架水平方向有不规则的变形问题。承台顶至箱梁底最高 29m，支架搭设平均高度为 27.36m，支架系统属于高大模板支撑系统，需要编制专项方案，并经过专家论证。综合各种因素后采用的支架体系为 2.5m 高箱梁，3.0m 高箱梁采用纯碗扣式支架，支架设计以 3.0m高箱梁为例设计计算，端横梁段支架采用“483.0mm纯碗扣式支撑系统”和“60916mm 钢支撑+型钢挑梁+贝雷梁+分配梁+碗扣式组合支架”两种。跨坡普通段组合支架采用“609mm 壁厚 16mm 钢支撑立柱+工字型钢挑梁+贝雷梁+纵向工字型钢分配梁+横向槽钢分配梁+碗扣式组合支架”。3.5 优化箱梁浇筑顺序为了减少混凝土浇筑产生荷载过大引起支架结构变形过大而产生反射裂缝和温度裂缝，选择纵向分联、横向分层的方式进行浇筑。现浇箱梁浇筑时纵向施工顺序如下。从梁的中部向两边分两班同时对称进行，一次连续浇筑完成，并在横梁处预留 1.5m 宽的后浇带。混凝土用插入式振动器振捣，加强边角处和钢筋密集处混凝土的振捣，钢筋较密处可采用插入式振动器进行振捣。桥墩位置的横梁均采用波浪形，高 3.2 4.56m，箱梁总宽度 77.4m。根据本工程箱梁结构尺寸特点，混凝土浇筑顺序分 3 步。第一步先浇筑墩顶处的端横梁及桥台处的端横梁，浇至箱梁的底面高度线平齐处。第二步浇筑箱梁的底板及腹板部分，浇至腹板与顶板结合线以上 2cm的高度。第三步浇筑箱梁顶板，采用分步浇筑混凝土对支架的要求相比一次性浇筑相对较低，第一次浇筑的混凝土，减少支架的地基不均匀沉降引起现浇箱梁的早期裂缝。混凝土浇筑后，水分蒸发很快，要及时洒水养护。顶板顶内模尚未拆除，内腔温度较高，为使内外温差不超规1022024年1月下 第02期 总第422期工程设计施工与管理China Science&Technology Overview范的 25，内腔室要求覆水，水深不得小于 10cm。现浇箱梁顶板较宽，结合现场实际，采用分块从低端向高端齐头推进的施工方案，每台天泵负责 4 5 个箱室的范围，Z 字型推进，每块的宽度不得大于 5m。超宽顶板面积大，二次抹面及时跟进，避免混凝土表面产生收缩裂缝。4 结论（1）通过对混凝土配合比进行优化，特别是混凝土中掺入聚丙烯腈纤维，保证其抗裂性，同时通过胶凝材料水化热试验、混凝土绝热温升试验、混凝土塑性收缩开裂试验及温度应力开裂试验，综合热效应和早期开裂敏感性两个技术指标进行优化选择，并对优化结果进行重复试验测试，以确认所选配合比前期试验的可靠性。（2）梁体宽度较大，混凝土浇筑方量较大，且 C60高强大体积混凝土水化热温升高，自收缩和温度收缩大，在各跨横梁处的 U 形管进行优化布置，可以大幅提升施工期间初期冷却降温效率，减少温度裂缝。（3）通过对后浇带位置进行优化选择设置，防止现浇箱梁结构由于温度、收缩不均产生的有害裂缝。（4）通过支架的设计和计算进行优化，提高施工强度和支架稳定性，组合支架的设置加快了施工进度和支架稳定性，对施工过程的裂缝控制也起到了重要作用。（5）由于梁体长度大、超宽，墩顶梁端横梁采用波浪状梁体界面较高，施工容易产生温差和裂缝。通过分联、分层浇筑等措施可以降低混凝土浇筑过程中产生不均匀沉降的问题。参考文献1 龚俊,徐攀,王佳源.深圳前海观景桥变截面鱼腹式连续箱梁及支架模板施工设计分析C/施工技术杂志社,亚太建设科技信息研究院有限公司.2021年全国工程建设行业施工技术交流会论文集(下册).施工技术(中英文)编辑部,2021:8.2 李传辉,李慧莹,赵倩,等.水上S形鱼腹式景观桥现浇施工技术J.广州建筑,2017,45(1):26-29.3 罗宏.水上曲线形鱼腹式现浇钢筋混凝土箱梁支模技术研究J.建筑技术开发,2017,44(1):99-100.4 周庆松.CRTS型无砟轨道底座板防裂混凝土配合比控制技术研究J.铁道建筑技术,2023(7):49-52.5 李建伟.高原地区铁路无砟轨道道床板裂纹控制技术J.山西建筑,2022,48(5):99-101,104.6 谢江平.桥梁承台大体积混凝土温度裂缝控制技术研究J.福建交通科技,2018(3):103-104,111.7 李育林,梁清丽.支架现浇混凝土箱梁施工裂缝成因分析和控制措施J.西部交通科技,2020(5):112-114.Crack Control of Cast-in-place Box Girder With Super Wide Fish BellyWANG Zhigang(China Railway First Bureau Group Co.,Ltd.,Xian Shaanxi 710054)Abstract:In recent years,the domestic station city complex TOD has developed into a new construction mode,and the cross-synchronous construction of multiple large building forms such as subway,municipal road and commercial complex has become a problem in engineering practice.Combined with the Chengdu Expo City comprehensive transportation hub project,this paper analyzes the fish-bellies multi-panel four-box closed ultra-wide box girder of Fuzhou Road and Bridge,and adopts five measures such as optimizing concrete mix ratio,U-shaped cooling pipe layout,after-pouring belt layout,support settlement control and box girder pouring sequence to solve the problem of cracking prevention of large-volume C60 beam body concrete,and has achieved obvious practical results.He won the National Quality Engineering Award and the Zhan Tianyou Award for Civil Engineering.Key words:fish-belly cast-in-place box girder;mass concrete;crack control