現(xiàn)澆連續(xù)梁混凝土裂縫的預(yù)防與控制

曹正杰 李 仲 陳耀華

(中鐵十七局四公司，重慶 400000)

1 工程概況

臨吉高速公路鄉(xiāng)寧互通立交工程橋梁總長(zhǎng)121 m，凈高5.2 m，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、肋板橋臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)跨徑組合為:(19.95+25+25+25+19.95)m，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，箱梁高1.7 m，箱室高1.15 m，底板厚 0.25 m，頂板厚0.3 m，腹板寬0.4 m;箱梁內(nèi)沒(méi)有設(shè)計(jì)齒板，預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，各預(yù)應(yīng)力束在梁端處張拉。工程于2010年8月份開(kāi)始現(xiàn)澆，10月份整體施工完成。

2 裂縫的類(lèi)別及成因

在支架現(xiàn)澆連續(xù)梁施工中，混凝土裂縫往往是一個(gè)難以完全克服的通病，主要表現(xiàn)在:底板腹板橫向裂縫，頂面橫向裂縫，接槎處水平裂縫，混凝土收縮裂縫，張拉錨固處和沿波紋管裂縫等。由于施工不當(dāng)產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾個(gè)方面:1)地基的不均勻沉降和支架的非彈性變形;2)上下層澆筑間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混凝土收縮徐變?cè)鲩L(zhǎng)相差大;3)混凝土初凝后持續(xù)的支架變形和地基沉降;4)鋼筋保護(hù)層厚度過(guò)大或過(guò)小，不滿足設(shè)計(jì)要求;5)預(yù)應(yīng)力張拉控制不合理，致使梁體受力不均勻或受力分布變化過(guò)快;6)支架整體卸落及卸落順序不合理，梁體受力狀態(tài)突變。

3 現(xiàn)澆連續(xù)梁裂縫的預(yù)防與控制

3.1 地基沉降的分析與控制

地基的沉降可分為絕對(duì)沉降和相對(duì)沉降，絕對(duì)沉降過(guò)大，連續(xù)箱梁支座負(fù)彎矩處會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫，而跨內(nèi)不同部位沉降量相差過(guò)大，將導(dǎo)致無(wú)規(guī)則裂縫的產(chǎn)生。鄉(xiāng)寧互通立交工程在實(shí)施地基處理時(shí)先對(duì)地表進(jìn)行清理，清除垃圾、雜草等有機(jī)物，然后用壓路機(jī)進(jìn)行了碾壓，部分地表土含水率較高的進(jìn)行了翻曬晾干，因受力較為集中，承臺(tái)基坑周?chē)M(jìn)行了分層回填壓實(shí)處理。在壓實(shí)的地表上，先鋪設(shè)了50 cm 5%灰土墊層，反復(fù)碾壓，確保壓實(shí)度達(dá)到95%以上，然后澆筑了15 cm的C25混凝土層，做好排水措施。良好的地基硬化處理可以有效減小地基沉降絕對(duì)量，增強(qiáng)整跨地基穩(wěn)定性，控制不同部位的相對(duì)沉降。

3.2 支架變形分析與控制

支架變形分為兩種:彈性變形和非彈性變形。一般情況下，彈性變形量很小，可以通過(guò)理論計(jì)算或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到，非彈性變形因其變化速度快，人為因素多，沒(méi)有緩沖余地，常常是導(dǎo)致梁體裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鄉(xiāng)寧互通立交工程現(xiàn)澆連續(xù)梁采用滿堂式碗扣支架進(jìn)行施工，為有效控制支架變形，施工前要通過(guò)計(jì)算確定搭設(shè)方案，并借鑒同類(lèi)型條件下的變形數(shù)據(jù)優(yōu)化支架方案，確保支架變形得到有效的控制。

1)進(jìn)行支架核算確定初步方案。支架計(jì)算的重點(diǎn)是立桿的壓桿失穩(wěn)檢算和接長(zhǎng)部位的扣件傳力檢算及頂部縱向水平桿的受力核算，鄉(xiāng)寧互通立交綜合考慮該跨連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)形式，在中橫梁的位置最重，按箱梁底寬計(jì)算，該斷面面積為20.21×1.7=34.357 m2，該位置長(zhǎng)度為2.5 m。對(duì)該位置進(jìn)行支架檢算:

鋼筋混凝土自重以25 kN/m3計(jì)，則每延米重力為:34.357×1 ×25=858.925 kN，單位面積承重為:q1=858.925 kN/(20.21 ×1)=42.5 kN/m2，鋼筋荷載:取 4.33 kN/m2，人員荷載:取 q2=2 kN/m2，振搗混凝土產(chǎn)生荷載:取 q3=4.0 kN/m2，箱梁芯模:取q4=1.6 kN/m2，竹膠板:取 q5=0.1 kN/m2，方木:取 q6=7.5 kN/m3，經(jīng)過(guò)計(jì)算支架布置以90 cm×60 cm布置考慮，水平連桿層距最大控制在1.5 m，剪刀撐于支架縱橫向@1 500 mm布置增加整體穩(wěn)定性能。支架立桿底部設(shè)置立桿墊板，墊板采用5 cm木板，立桿頂部縱向水平桿上擱置10 cm×10 cm方木，橫向按間距30 cm擱置10 cm×10 cm方木，再鋪設(shè)底模，立桿接長(zhǎng)采用雙扣件，但兩扣件間距不小于75 cm。

2)支架預(yù)壓掌握變形數(shù)據(jù)。堆載預(yù)壓是消除沉降變形和支架非彈性變形的最好方法，設(shè)計(jì)要求澆筑混凝土前應(yīng)對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，便于掌握施工狀態(tài)下地基的沉降和支架變形的數(shù)據(jù)。鄉(xiāng)寧互通立交堆載預(yù)壓材料使用的是混凝土預(yù)制塊，堆載范圍為箱梁底部，堆載重量為不小于箱梁總重量的1.2倍，經(jīng)過(guò)計(jì)算堆載加載按2.0 t/m2考慮，堆載時(shí)間為7 d。在每跨的L/2，L/4及墩頂處布置觀測(cè)點(diǎn)，前24 h每2 h觀測(cè)一次，24 h后每12 h觀察一次。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制每個(gè)點(diǎn)位的變化圖和跨內(nèi)地基沉降曲線圖及支架變形曲線圖。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，掌握最大沉降量和變形量及集中變形的時(shí)間，依據(jù)跨內(nèi)綜合變形圖對(duì)支架設(shè)置預(yù)拱度，以保證構(gòu)筑物的竣工標(biāo)高，7 d后沉降量趨于穩(wěn)定，進(jìn)行卸載。

3)觀測(cè)施工狀態(tài)變形，優(yōu)化支架方案。通過(guò)支架堆載預(yù)壓得到了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，可對(duì)支架方案進(jìn)行初步優(yōu)化。為掌握更詳細(xì)實(shí)際的數(shù)據(jù)，對(duì)先澆筑的梁跨進(jìn)行全過(guò)程觀測(cè)，增設(shè)結(jié)構(gòu)物和箱梁底模觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)的周期自澆筑前到張拉完成，每次澆筑時(shí)增加觀測(cè)頻率，一般為2 h～4 h一次，澆筑后每1 d～2 d觀測(cè)一次。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，沉降和變形在澆筑后結(jié)構(gòu)的最大變形量可以控制在5 mm以?xún)?nèi)。

4)澆筑前進(jìn)行支架安全、技術(shù)檢查驗(yàn)收。澆筑混凝土?xí)r變形和沉降發(fā)生集中，容易發(fā)生問(wèn)題，澆筑前的支架安全和技術(shù)性檢查驗(yàn)收極其重要。檢查主要內(nèi)容包括:桿件的連接方式、剪刀撐的數(shù)量位置、扣件的緊固程度、水平連桿的布設(shè)、受力傳接部的牢固程度等。鄉(xiāng)寧互通立交在實(shí)際檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，有部分扣件松動(dòng)，個(gè)別立桿連接不合理等情況，及時(shí)進(jìn)行了緊固和返工。

3.3 收縮徐變分析與控制

相同施工條件下，兩次澆筑的時(shí)間間隔越長(zhǎng)，早期收縮量相差越大，隨著齡期的增長(zhǎng)，收縮差逐漸縮小，最后基本同步?；炷猎缙谑湛s徐變快，縮短兩次澆筑時(shí)間間隔，可降低收縮差，減小施工接縫處收縮裂縫的產(chǎn)生。為了避免出現(xiàn)這類(lèi)裂縫，鄉(xiāng)寧互通立交采用一次性整體澆筑的施工方案，避免了施工縫處收縮裂縫的產(chǎn)生。

3.4 合理安排澆筑順序和時(shí)間

由于鄉(xiāng)寧互通立交是連續(xù)箱梁，采用了一次性整體澆筑，梁體施工從跨中正彎矩處開(kāi)始澆筑，逐步對(duì)稱(chēng)向支座負(fù)彎矩區(qū)延伸，全力避免由于跨中段下沉造成初凝狀態(tài)的支座處混凝土出現(xiàn)裂縫，適當(dāng)分段分層，以消除支架不均勻沉降，避免混凝土開(kāi)裂。由于現(xiàn)澆連續(xù)箱梁每次澆筑的混凝土量較大，往往要連續(xù)施工1 d～2 d，所以要盡量避開(kāi)雨、風(fēng)等不利天氣。鄉(xiāng)寧互通立交在澆筑時(shí)及時(shí)注意了天氣的變化，沒(méi)有由于天氣原因而導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)。

3.5 預(yù)應(yīng)力張拉的施工控制

預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)嚴(yán)格按程序執(zhí)行，預(yù)應(yīng)力張拉后，梁體向上起拱，實(shí)際觀測(cè)，最大起拱量可達(dá)15 mm以上，起拱量過(guò)大，梁面會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫?？刂茟?yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)，可避免梁面裂縫的產(chǎn)生。

預(yù)應(yīng)力張拉實(shí)行兩個(gè)雙控，即應(yīng)力應(yīng)變雙控，強(qiáng)度齡期雙控。強(qiáng)度要求達(dá)到100%，齡期控制在9 d～14 d。由于鋼絞線實(shí)際彈性模量與標(biāo)稱(chēng)值存在一定的誤差，在施工過(guò)程中根據(jù)鋼絞線的進(jìn)料批次分別抽樣進(jìn)行實(shí)際彈性模量的測(cè)定，再取其平均值對(duì)設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量按比例關(guān)系進(jìn)行校正，校正的伸長(zhǎng)量作為張拉時(shí)應(yīng)變控制值，鄉(xiāng)寧互通立交嚴(yán)格按照兩個(gè)雙控?cái)?shù)據(jù)值進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，張拉完后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)箱梁頂面橫向裂紋的產(chǎn)生。

3.6 支架拆除控制

支架的拆除基于安全和結(jié)構(gòu)受力變化考慮，應(yīng)待管道壓漿的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上時(shí)進(jìn)行，遵循全孔多點(diǎn)、對(duì)稱(chēng)、緩慢、均勻的原則，由跨中向支點(diǎn)、由上向下單根漸次拆除，先邊跨后主跨拆除。每次拆卸只允許在一孔內(nèi)進(jìn)行，避免突然變化帶來(lái)?yè)p傷及產(chǎn)生裂縫。

3.7 使用膨脹混凝土澆筑預(yù)留孔洞

為方便拆除梁內(nèi)模板和支撐，箱梁頂板預(yù)留了600 mm×400 mm的上人孔洞?？锥丛趦?nèi)模拆除及預(yù)應(yīng)力張拉完成后，使用摻加膨脹劑的同標(biāo)號(hào)混凝土懸吊模板及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)澆，這樣可有效防止孔洞混凝土收縮裂縫。

3.8 其他施工控制措施

1)裂縫控制施工檢算。澆筑前根據(jù)配合比、水泥種類(lèi)、養(yǎng)護(hù)環(huán)境等條件，計(jì)算混凝土的最大收縮應(yīng)力，此應(yīng)力應(yīng)低于混凝土的抗拉強(qiáng)度，任意養(yǎng)護(hù)期的降溫收縮應(yīng)力應(yīng)低于最大抗拉強(qiáng)度，如果計(jì)算應(yīng)力偏高，則可能產(chǎn)生裂縫，應(yīng)采取調(diào)整配合比、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、保溫等措施。澆筑后量測(cè)混凝土各階段溫度，根據(jù)實(shí)際溫度變化，計(jì)算各階段的溫度拉應(yīng)力和抗裂安全度，并采取適當(dāng)措施。

2)加強(qiáng)保護(hù)層厚度的控制。波紋管保護(hù)層厚度不小于5 cm;底板縱、橫向的鋼筋保護(hù)層墊塊間距限制在1 m左右，保證底板構(gòu)造鋼筋的間距、保護(hù)層厚度;箱室模板的制作安裝嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的規(guī)格尺寸進(jìn)行控制，同時(shí)加密腹板鋼筋保護(hù)層墊塊，保證腹板鋼筋保護(hù)層厚度，避免沿波紋管位置上下及箱梁底板、腹板由于保護(hù)層厚度不符合設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生裂縫。

3)加強(qiáng)混凝土的振搗。分層分段澆筑時(shí)，分層厚度為30 cm，保證下層混凝土初凝前澆筑完成上層混凝土，振搗時(shí)一定要插入下層混凝土10 cm左右;端橫梁鋼筋直徑大且密集，腹板上波紋管多凈空小，這些部位容易漏振產(chǎn)生孔洞，結(jié)構(gòu)受力后會(huì)產(chǎn)生裂縫，可采用小直徑振搗棒認(rèn)真振搗，加強(qiáng)張拉端錨墊板位置混凝土的振搗，避免錨固處產(chǎn)生裂縫。

4)加強(qiáng)混凝土的收面和養(yǎng)護(hù)。為防止出現(xiàn)現(xiàn)澆箱梁頂面出現(xiàn)龜裂，混凝土澆筑時(shí)一定要進(jìn)行二次收面，并掌握好收面的時(shí)間;同時(shí)現(xiàn)澆箱梁頂面混凝土澆筑硬化后，隨水分的逐步蒸發(fā)，混凝土體積縮小，由于混凝土表層水分損失快，內(nèi)部水分損失慢，產(chǎn)生內(nèi)外收縮不均勻現(xiàn)象，就會(huì)在表面出現(xiàn)收縮裂縫，為此混凝土初凝后應(yīng)及時(shí)覆蓋草袋灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)的時(shí)間宜在7 d以上，降低降溫收縮應(yīng)力控制收縮裂縫，由于我項(xiàng)目在施工中及時(shí)采取了有效的養(yǎng)護(hù)措施，沒(méi)有在表面出現(xiàn)大面積不規(guī)則裂縫。

4 結(jié)語(yǔ)

臨吉高速公路鄉(xiāng)寧互通立交現(xiàn)澆橋工程由于在施工中采取了以上預(yù)防和控制措施，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁底板、腹板、翼板和頂面等部位均沒(méi)有產(chǎn)生任何裂縫，確保了工程質(zhì)量。

［1］王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

［2］吳原宏.泵送混凝土樓板裂縫的原因與防治措施［J］.山西建筑，2010，36(9):155-157.