大跨度现浇混凝土箱梁裂缝控制技术研究.pdf

总652期2023年第22期（8月 上）0 引言大跨度现浇混凝土箱梁一般设计为全预应力结构，具有刚度大、抗疲劳、抗裂和防渗漏等优点，设计时考虑了其在直接作用效应、支座下沉、温度应力等多种不利因素综合的影响下梁底混凝土仍处于受压状态1，不会出现梁底混凝土受拉而开裂的情况。因此，施工阶段应采取合理有效的措施，避免现浇混凝土箱梁产生裂缝。本文以光辉大桥50 m预应力现浇混凝土箱梁为例，分析其施工期间的混凝土裂缝控制技术。1 工程概况1）光辉大桥跨越 S119省道设计为 350 m 现浇预应力混凝土连续箱梁。2）主梁设计方案为单箱三室直腹板连续箱梁，混凝土标号为C50，全预应力结构，梁高3 m。3）现浇梁模板支架采用盘扣支架及门洞式支架。4）跨省道部位根据交通需求设置门洞净宽和净高，门洞组合支架结构形式从上至下为：模板系统+工字钢分配梁+工字钢纵梁+双拼工字钢横梁+钢管立柱+条形基础。2 引起裂缝的主要原因1）水泥品种选用不合理，凝固期间因水化热、干缩等引起混凝土表面裂缝、粗骨料含泥量大、配合比设计不合理等问题。2）模板支架强度、刚度或稳定性不足，混凝土浇筑及硬化期间出现支架沉降、模板变形等情况。3）浇筑顺序不合理、振捣工艺不当。4）模板拆除后混凝土表面降温过快，箱梁内外温差产生的温度应力超过混凝土抗拉强度引起混凝土表面开裂。5）预应力张拉时，混凝土强度不足或张拉顺序不当引起混凝土开裂。6）混凝土硬化过程需要充足水分，硬化期间养护不及时或养护方法不当而导致表面收缩开裂。3 避免产生裂缝的技术措施3.1 水泥及粗细集料选用1）为降低水泥硬化过程中产生热量，优先选用低水化热水泥。2）根据规范2要求严格控制骨料含泥量，混凝土用砂含泥量不大于3.0%、含泥块量不大于1.0%。3）根据混凝土设计强度及水泥标号设计配合比，严格控制水胶比，合理掺加减水剂。4）施工期间结合原材料检测数据严格控制施工配合比，尤其雨天施工时应增加检测频次，根据集料含水率数据，精确调整用水量。5）考虑高温天气影响，控制粗集料温度及混凝土拌和温度，必要时可采用预冷却降温措施。6）局部如腹板部位断面尺寸较小，钢筋密布，为确保浇筑顺利，需控制粗集料粒径不超过25 mm。3.2 混凝土模板支架施工要点1）编制支架专项施工方案，并根据规范3要求对模板支架各组件进行安全验算，确保方案合理。2）支架地基处理是确保施工安全和工程质量的关键，需结合支架安全验算结果和地基承载力检测情况考虑地基处理方案。3）盘扣支架基础处理：挖出桩基施工泥浆池部位的残留泥浆后，抽干积水，回填粉质黏土、采用振动压路机分层填筑压实，分层厚度不大于40 cm。压实收稿日期：2023-03-05作者简介：邓鑫宇（1987），男，从事路桥工程现场管理及施工技术研究工作。大跨度现浇混凝土箱梁裂缝控制技术研究邓鑫宇（广州诚信公路建设监理咨询有限公司，广东 广州 511431）摘要：混凝土作为现浇箱梁主要材料之一，因其抗拉强度远低于其抗压强度的特性，使得裂缝成为该类桥梁的质量通病，影响桥梁结构耐久性。基于此，以实际工程为例，对施工期间大跨度现浇混凝土箱梁裂缝控制技术进行研究，首先介绍了工程概况，然后分析引起裂缝的主要原因，最后提出了避免裂缝形成的具体措施，望能为同类工程提供借鉴。关键词：现浇混凝土箱梁；裂缝控制技术；门洞式支架中图分类号：U445.4文献标识码：B168交通世界TRANSPOWORLD至规定标高后，做地基承载力试验，承载力须大于240kPa。将承台基坑部位的水排除，挖除基坑烂泥，利用粉质黏土分层回填至承台顶部，严格按30 cm控制每层回填厚度，用小型夯机夯实，并进行地基承载力试验，地基承载力须大于240 kPa。地基土为淤泥部位：将淤泥层挖至承台底，换填粉质黏土3 m，压实后，地基承载力不小于240 kPa，再回填0.5 m碎石层，随后摊铺压实一层15 cm厚C25混凝土。4）门洞式支架跨内支墩基础处理措施：省道车行道位置。根据现场实际地基承载力检测，原有省道路基地基基底承载力为400 kPa以上，并有30 cm厚水泥混凝土硬化，直接立模浇筑1 m0.8 m高条形基础，基础按照3m设置一道断缝，并在顶部设置两个吊环，方便施工完成后拆除。省道中央分隔带位置。既有道路存在中央分隔带及侧分带等绿化带，支架施工前将绿化带内素土开挖清除，开挖深度不小于1m，并对该部位地基进行压实，满足承载力清除后的基础表面碾压密实度，采用动力触探法检测承载力，确保地基承载力不小于340 kPa，浇筑高宽为0.8 m1.4 m的通长条形基础，基础混凝土标号为 C25混凝土。省道边坡处理。将表层土清理后，用夯机夯实，确保地基承载力能达到270 kPa后，再立模浇筑整体条形基础，基础截面尺寸为1.5 m0.8 m。5）为确保安全支架整体安全，基础采用素混凝土浇筑，需考虑强度、刚度、稳定性，施工期间支架周边有车辆通行时，基础高度要考虑防撞要求。6）为保证支架基础地基稳定，需要考虑周边排水问题。一般在原地面基础硬化时设置1%横坡，坡向架体外侧，排水沟沿支架四周布置，沟边距离支架硬化的基础边距离50 cm。7）为保证支架的强度、刚度和稳定性满足安全要求，避免支架非弹性变形引起梁体高程误差，测算施工荷载时的弹性变形，支架搭设完毕、箱梁底侧模安装好后，对支架进行预压。预压根据专项方案进行，注意分级预压及变形监测。8）支架预压前需结合混凝土浇筑顺序确定压重顺序，二者顺序一般相同。本项目堆载预压顺序为由箱梁跨中处向墩身方向顺序分级加载，至满足要求为止。9）结合支架在预压工序中的变形测量数据，调整底模铺设高程，确保现浇梁施工完成后线形满足设计要求。3.3 根据受力特点控制混凝土浇筑顺序由于箱梁混凝土浇筑量大、难以一次性浇筑成型，施工时需考虑分次浇筑，先行浇筑底板、腹板及横梁混凝土，第二次浇筑箱室顶板及翼板。考虑施工便捷及设备适用，采用2台汽车泵对称浇筑，为确保浇筑连续性，减少施工冷缝，每台泵车配备5辆混凝土罐车。由于场地受限，左幅现浇梁浇筑时，需采用68 m天泵，在20#墩右侧支腿，第三跨部分区域无法浇筑的区域，泵车前移，2次支腿满足浇筑需要。1）第一次浇筑第一次浇筑现浇梁的底板、腹板及横梁，浇筑至内模顶板下倒角位置。混凝土浇筑分段、分层进行，顺桥向由箱梁中部向两端浇筑，横桥向由两侧向梁中线浇筑。具体浇筑顺序如下：第一阶段浇筑箱室底板，顺桥向由跨中向现浇梁方向，横桥向由现浇筑两侧箱室底板，然后浇筑中间箱室底板，浇筑过程交替进行；第二阶段浇筑腹板与底板倒角处位置，左右两侧对称进行，由跨中向现浇梁方向浇筑，浇筑过程交替进行；第三阶段浇筑腹板，左右两侧对称进行，由跨中向现浇梁方向浇筑，浇筑过程交替进行。图1 顺桥向浇筑顺序图2 第一次浇筑范围（1/2截面示意图）2）第二次浇筑第二次浇筑现浇梁箱室顶板及翼板，考虑施工缝位置新旧混凝土黏结，对第一次浇筑部分混凝土表面进行凿毛处理，且外露的粗集料应分布均匀，表面凹凸宜在220 mm。混凝土浇筑顺桥向由中部向两端浇筑，横桥向由梁中线向两侧浇筑。施工需结合天气情况合理确定分段、分层长度，确保在已浇筑的下层混凝土初凝前完成上一层混凝土浇筑。图3 第二次浇筑范围（1/2截面示意图）3.4 混凝土振捣控制措施1）混凝土坍落度控制在160200 mm，分层浇筑时，每层浇筑厚度应不超过30 cm。2）通常箱梁腹板尺寸较小，需结合断面尺寸、钢筋净距等选用振捣棒尺寸。根据设计参数，本项目腹板和横隔板部位混凝土振捣时选用50振捣棒，从预应力筋管道两侧插入振捣。局部空隙狭小时，采用30振捣棒，如仍无法顺利完成振捣，可选用插钎振捣，确169总652期2023年第22期（8月 上）保混凝土振捣质量。3）考虑每处振捣的影响范围，以振捣半径的1.5倍控制各振捣点之间的距离；为避免碰撞模板，振捣时，振捣棒与侧模间保持10 cm间距；振捣棒插入混凝土厚度以30 cm为宜，并垂直等距离插入下层混凝土10 cm。4）振捣时严格执行“快插慢拔”，振捣时间一般控制在2030 s，在混凝土停止下沉、不出现气泡、表面浮浆时可停止振捣；振捣时，需控制振捣点避开模板、垫块、钢筋、波纹管及其他构件，避免碰撞；考虑施工连续性，现场应配备备用振捣棒，避免因其故障影响施工。5）由于箱梁顶面设计有横坡，施工时需考虑横断面各梁顶高程，现场沿顺桥向对称布置7排10 mm的竖直短钢筋，并确保其顶面与所在位置的箱梁顶面标高一致，作为混凝土浇筑标高控制线，后续混凝土表面整平后与此顶面一致。6）为防止混凝土表面出现收缩裂缝，采用木抹子反复搓抹2遍，并对混凝土表面横桥向拉毛处理。7）做好混凝土振捣作业人员交底、培训工作，使其对施工中的关键部位、关键工艺、应急处置措施等均有清晰认识，并可适当制定奖惩措施。3.5 拆模时温差控制措施1）根据相关研究，混凝土模板拆除后表面与外界环境温差超过 20 时，会因表面冷却过快产生收缩裂缝。2）混凝土尽可能晚拆模，确保混凝土内外与环境之间的温差均超过20。3）因工期要求、模板周转等条件限制，无法避免要在相对温差超过20 的条件下拆模时，必须在拆模后对混凝土采取表面保温措施。3.6 预应力张拉工艺控制1）待同条件试块强度达到设计强度90%、混凝土龄期超过7 d后，可进行钢绞线张拉作业。2）拆模时需检查锚垫板下及周边混凝土外观质量，存在蜂窝等缺陷时，需立即进行修复处理，避免影响后续预应力张拉。3）考虑张拉应力损失，应保证确保数据准确，需调整张拉合力作用线轴线预应力筋的轴线重合。锚具、限位板需保证空位分布重合的情况下方可进行安装，并在安装时检查孔位对中情况。4）张拉前，认真核对设计图纸，明确各编号预应力筋张拉顺序。5）为保证预应力筋受力均匀，按每分钟增大10%15%张拉控制力速度控制，对于长度大于50 m的弯束，张拉速率取低值。同时，为保证多个张拉点同步性，可考虑在过程中适当增加停顿点。6）预应力筋张拉控制以变形值为准，张拉实际伸长值与理论伸长值的差值应满足设计要求，设计未明确时，两者差值应在6%之间。当超出此范围时，应及时暂定，分析发生问题的原因并解决后再继续张拉。7）为避免人为和环境等因素的影响，本项目预应力张拉采用智能控制系统，设置好张拉、停顿、持荷等参数后，由计算机控制各工序。3.7 混凝土养护控制措施1）除防水混凝土外，需在混凝土初凝后及时养护，保持其表面湿润，养护期一般不小于7 d。2）混凝土表面水分受气温、湿度及风速影响较大，混凝土浇筑后，结合环境条件适时调整养护措施。由于大体积混凝土浇筑周期长，一般都采用分段浇筑，先期浇筑的混凝土可视天气等情况及早养护。3）夏季施工时，由于气温较高，混凝土面洒水后，水分蒸发速度过快，洒水频率控制不当容易出现表面干湿循环问题，需采用覆盖保水养护措施。冬季施工时，气温较低，浇水养护容易引起冰冻或表面散热过快，可采用薄膜包封措施进行养护。4 结束语桥梁混凝土裂缝不但影响其观感和耐久性，容易诱发钢筋锈蚀，情况严重时可能影响桥梁结构安全。现浇箱梁混凝土裂缝控制是施工期间的重要工作，需结合项目设计方案、施工工艺、气候等情况分析裂缝可能产生的位置、原因，制定合理控制措施，确保施工质量。参考文献：1 叶见曙.结构设计原理（第5版）M.北京：人民交通出版社股份有限公司，2022：372.2 中交一公局集团有限公司.公路桥涵施工技术规范：JTG/T 36502020S.北京：人民交通出版社股份有限公司，2020.3 南通新华建筑集团有限公司.建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准：JGJ/T 2312021S.北京：中国建筑工业出版社，2021.170