预应力连续箱体梁腹板裂隙防范加固技术研究.pdf

收稿日期：文章编号：（）文献标识码：预应力连续箱体梁腹板裂隙防范加固技术研究魏前程（河北高速公路集团有限公司荣乌分公司，河北保定 ）摘要：以某连续箱体梁桥为例，分析了该型桥梁的箱体梁腹板裂隙形成原因，并从混凝土浇注质量控制、水化热影响控制两个方面，研究分析了该型箱体梁腹板裂隙控制措施。结果显示，通过强化浇注过程的质量控制和加强水化热影响控制，能够在很大程度上控制和降低因施工质量原因所导致的箱体梁腹板裂隙问题。关键词：桥梁养护；预应力连续箱体梁；腹板斜裂隙；防范加固；技术研究混凝土预应力箱梁桥以其整体效果好、刚度大、外形小、抗震效果好等优点得到应用。大多数混凝土预应力箱梁桥采用三维预应力结构，这使得箱梁腹板受力相对变得复杂。如果箱梁腹板拉应力控制不到位，突破设计允许值，腹板就会开裂，其中尤其以腹板斜裂隙最为显著。斜裂隙是一种结构裂隙，主要在腹板区和侧跨梁端部 处附近分布，近于 角。裂隙影响桥梁载承能力、美观和应用期限，甚至妨碍交通安全。所以研究混凝土预应力箱体梁腹板斜裂隙构成机理及整治措施，对克服和控制箱体梁腹板裂隙问题，具有工程实用价值。工程概况案例为 跨混凝土预应力连续刚构桥，桥长 ，宽 ，双幅分离式，桥跨配置为 （），共跨。引桥为 预制小箱体梁，主桥主梁采取变断面单室单箱预应力箱体梁。箱体梁混凝土应用高强 混凝土，梁段 采取菱形挂篮悬臂平衡、对称浇注。主桥段施工过程中，箱体梁 块相继发生腹板斜裂隙，大部分裂隙呈现 角度斜向延伸发展，具体见图 所示，裂隙宽度 的居多，裂隙长度 的居多，并且存在一定数量的闭合裂隙。腹板裂隙的原因为施工中的质量控制不当所引发。图 腹板裂隙 梁腹板早期裂隙成因 混凝土浇注质量在桥梁混凝土浇注中，因为诸如材料特性、捣振质量、水化反应控制等因素影响，造成混凝土热力反应而发生收缩形变甚至开裂。漏振或捣振不足，混凝土实密性不足或不均匀，可能导致结构裂隙。捣振时间超长，集料与水泥浆因长时振动容易发生离析，还是造成结构密实性受损，也容易发生结构裂隙。水化热影响块结构属于大体积结构，水化热反应，会造成内外比较大的温度差，进而形成温度应力影响，温度应力影响如果超出允许程度，就可能造成结构局部开裂。温度裂隙是混凝土箱体梁常见的裂隙，威胁和影第 期（总第 期）华东公路 （）年 月 日 响结构稳定性。案例连续箱体梁采用 混凝土。水泥用量 ，释放 混凝土水化热。完成浇注 后，腹板内部温升达到峰值。经现场测量，红水河特大桥箱体梁腹板内部第 后实际测量温度达 。内外温度差超过 ，引发温度裂隙。混凝土箱体梁质量控制措施针对箱体梁腹板悬臂浇注裂隙发生的原因，这里从混凝土浇注、水化热控制 个方面，给出混凝土预应力连续刚构桥的裂隙控制措施。混凝土浇注质量控制根据悬臂浇注特点，严格控制质量，采取以下控制措施：应用不锈钢模板铸造，钢模具有整体性好、组合刚度大、接缝严密、不易变形等性能优势。定期翻新和组合模板措施，以确保模板在浇注中不发生超度变形。在浇注作业过程中，专人监督模板的加固情况，发现变形立即处理。梁段悬臂浇注注意对称、均匀和分层进行。先浇注箱梁底板两端混凝土，关注挂篮可能产生的弹塑变形影响，防止墩身承受偏压。按照图 所示的顺序对称进行悬臂浇注，以控制和缩短间隔。注意吊篮的结构样式和荷载力，以免变得过大，开裂。箱桥主梁悬臂长达 ，荷载不平衡可能会产生很大的弯矩。威胁 构稳定性。因为不平衡载荷，在 块处发生不平衡弯矩，容易导致主墩与 块连接区域发生裂隙甚至失稳。图 对称开展悬臂浇注工序示意浇注过程质量控制要点：（）选用优质料并优化配比。应用高功效混凝土，采取插入式捣振，严格控制振捣时长和振捣质量，防止发生漏振或振捣不实等情况的发生，两腹板必须同步对称进行，以防止墩身受到偏心压力，造成模板偏移，配筋较密区域以高频捣振棒捣振。（）控制分层浇注厚度和时间间隔，不得超过中断浇注规定，否则该区域按须施工缝进行处理。大体积混凝土分层连续浇注时，一定要做好前后场的协调配合，避免浇注停滞因泌水而导致使混凝土冷缝。混凝土层间浇注间隔以控制在 左右为宜，初凝控制在 。应用贯入阻力法测定混凝土初凝时间。（）最小水泥用量不低于 ，最大水灰比小于等于 ，最大含碱量小于等于 ，最大氯离子剂量小于等于 。（）炎热气条件下浇注大体积混凝土，入模温度应控制在 之内。浇注过程中应随时检测混凝土温度。当温度超出 的时候，应采取冰水或冰等措施保证混凝土温度降低。水泥材料进场后可应用 天。超过 的 不能应用。混凝土浇注后，要及时覆盖洒水养生，以免产生超标水化热作用。大体积混凝土在凝结反应过程中，释放出相当多的水化热量，使内外温差过大，构成梯度温度效应，从而导致开裂，所以要防止超标梯度温度，控制和减少水化热的影响。在配比设计中，应优先采取降低水灰比，以更利于降低水化温度。此外选择低水化热的水泥，采取高强度骨料和外加剂，也利于优化控制和降低水化热影响。由试验室试验选择应用剂量，不选用氯盐类外加剂。（）浇注混凝土时，应使用振捣器加强振捣。施工过程中，先浇注底板，直接泵入模底板两端的混凝土，然后打开天窗浇注腹板，最后浇注顶板混凝土。先浇注形变大的区段，由臂端向根部逐渐浇注，关注和控制连接段的形变或开裂控制。案例大桥的混凝土浇注中，应用插入式振动器。（）系统管理，预防为主，从上到下建立质量控制体系，并在整个施工中实施，全过程严格开展质量控制。水化热影响控制主墩墩顶箱体梁梁段的 块体积比较大，浇注混凝土应应用水化热防控措施，为利于分析 块的水化热温度，控制箱体梁混凝土的内外温度差，更加直观发现其温度应力与温差的变化状态。（）有限元仿真计算以 块结构状态为依托，建立仿真计算模型，现实中通过改变保温层厚度达到保温功效，在模型中则是调节表面放热系数获得所要求的保温功效。选取 （）和 （）两种表面放热系数模式，下面对 块开展水化热温度应变开展模拟分析。块应用 混凝土，配合比和混凝土热学参数分别见表 和表 所示。华东公路 年第 期表 混凝土配比设计（）混凝土 水泥石砂水粉煤灰外加剂用量 表 混凝土主要热学参数标号密度 热胀系数弹塑模 导热 （）比热 （）泊松比 （）浇注保温前后水化热比较 温度。块保温前后测量点的温度变化见图 所示，曲线显示，保温前存在较大的温度波动，保温后则趋向平顺，显然平顺的温变状态利于温度裂隙的防范与控制。图 保温前后温变曲线 温度应力。块各测量点保温前后的应力时变曲线见图 所示，曲线显示，应力变化状态在保温前比较紊乱，保温 后各测量点应力达到峰值，最大为 ，各测量点的应力呈现凸型曲线变化。图 保温前后温度应力时变曲线 微裂隙。模拟分析显示，实施保温处置后，块温度、应力、微裂隙比保温前有了显著降低，保温前比较杂乱，在 保温后达到峰值，随后逐渐平缓降低，有效降低了温度裂隙的发生概率。案例工程冷天采取塑料薄膜，覆盖土工织布等保温措施，热天采取混凝土埋入冷水管通水降温等措施，显著控制和降低了微裂隙的发生。结语综上所述，开展了预应力连续箱体梁腹板裂隙防范控制技术研究。首先分析了预应力连续箱体梁腹板早期裂隙成因，阐述了混凝土浇注质量和水化热的裂隙影响。然后从混凝土浇注质量控制、水化热影响控制两个角度，梳理探讨并给出了混凝土箱体梁腹板裂隙防范控制技术措施。参考文献 夏桂云预应力混凝土箱梁承载力与裂缝研究 中南大学硕士学位论文，顾凯锋，彭卫 预应力混凝土连续箱梁桥腹板斜裂缝研究 公路 ，邹惠琼 大跨预应力混凝土连续刚构桥施工期开裂控制研究 湖南大学硕士学位论文，年第 期魏前程：预应力连续箱体梁腹板裂隙防范加固技术研究