鋼筋砼變截面連續(xù)箱梁橋邊跨現(xiàn)澆段與邊跨合龍段施工技術(shù)研究

陳清波 王靈輝 陳文建

（宏遠(yuǎn)建設(shè)有限公司，浙江 溫嶺 317500）

1 概述

在掛籃懸臂施工的鋼筋砼變截面連續(xù)箱梁等懸臂橋均存在邊跨合龍和中跨合龍的工序問題，作業(yè)流程是先施工兩頭邊跨合龍段，最后施工中跨合龍段。在邊跨合龍這個(gè)部位，考慮到已經(jīng)完成的變截面連續(xù)箱梁懸臂部分砼溫度伸縮變形、懸臂端存在風(fēng)載或施工引起的擺動(dòng)以及新澆筑砼干縮等三個(gè)主要原因，可能會(huì)導(dǎo)致新老砼界面開裂，因此，目前該部位的常規(guī)設(shè)計(jì)和施工方法是：把邊跨合龍部位分成“邊跨現(xiàn)澆段”與“邊跨合龍段”兩個(gè)節(jié)段，先提前施工好邊跨現(xiàn)澆段，用勁性型鋼骨架把邊跨現(xiàn)澆段和懸臂澆筑段末段剛性連接，再現(xiàn)澆邊跨合龍段的砼，在邊跨端頭張拉預(yù)應(yīng)力。如果將鋼筋砼變截面連續(xù)箱梁的邊跨現(xiàn)澆段與邊跨合龍段合二為一施工，并能消除可能導(dǎo)致邊跨合龍段砼開裂的三個(gè)主要因素，也就消除了該問題對(duì)施工現(xiàn)場的困擾，無疑在施工的進(jìn)度和現(xiàn)場管理兩個(gè)方面有較大的優(yōu)勢(shì)。

2 施工工藝原理分析

已經(jīng)完成的變截面連續(xù)箱梁懸臂部分的砼溫度伸縮變形、懸臂端因風(fēng)載或施工引起的擺動(dòng)、新澆筑砼干縮等三個(gè)主要原因，可能會(huì)導(dǎo)致箱梁懸臂末端新老砼界面開裂。針對(duì)這三個(gè)因素，研究其導(dǎo)致砼開裂的機(jī)理，并分別采取有效的技術(shù)措施解決：

2.1 砼材料產(chǎn)生溫度應(yīng)力導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫的基本原理：主要是在降溫過程引起砼收縮變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了砼材料本身的抗拉強(qiáng)度（特別是砼初期抗拉強(qiáng)度較低），而在砼體升溫過程所產(chǎn)生的壓應(yīng)力一般不會(huì)把砼壓裂（砼抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高很多）。

溫度應(yīng)力 σ=Eε=E*⊿L/L=E*（L*α*⊿Τ）/L=E*α*⊿T

以上公式說明：

（1）鋼筋砼梁體內(nèi)產(chǎn)生溫度變形與梁體長度L、鋼筋砼材質(zhì)的溫度變形系數(shù)α和梁體內(nèi)溫差⊿T三者成正比關(guān)系。

（2）梁體內(nèi)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力與鋼筋砼材質(zhì)的彈性模量E、鋼筋砼材質(zhì)的溫度變形系數(shù)α和梁體內(nèi)溫差⊿T三者成正比關(guān)系。

（3）梁體內(nèi)溫差⊿T主要是砼澆筑初期的水泥水化熱以及環(huán)境氣溫的變化而產(chǎn)生的溫度差，如果梁體內(nèi)沒有產(chǎn)生溫差，就不會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形；如果梁體內(nèi)溫差⊿T極小，并且鋼筋砼梁體材質(zhì)的溫度變形系數(shù)α也很小，就只會(huì)產(chǎn)生極小的溫度應(yīng)力和溫度變形。

（4）如果鋼筋砼箱梁體內(nèi)溫差⊿T為負(fù)值（由低向高升溫），梁體砼受壓應(yīng)力；如果溫差⊿T為正值（由高向低降溫⊿T），則梁體砼受拉應(yīng)力。

（5）由環(huán)境氣溫變化而引起砼體內(nèi)產(chǎn)生溫差（從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力）與鋼筋砼材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ（λ=1.5-1.7w/m.k，約為鋼材的1/40，體現(xiàn)材質(zhì)體內(nèi)的熱量或溫度傳遞速度）及砼溫度變形系數(shù)α（α=1*10-5/℃，約為鋼材的1/10，體現(xiàn)材質(zhì)的溫度膨脹或收縮變形性質(zhì)）有關(guān)，與純鋼材相比較，鋼筋砼材質(zhì)的這兩個(gè)系數(shù)都很小，對(duì)溫度變化的敏感性較低。

2.2 根據(jù)在現(xiàn)場連續(xù)7天不間斷的溫度監(jiān)測，砼澆筑的前3天一直處于水化熱升溫狀態(tài)，在大約第3天之后開始降溫，在第5天左右降到與環(huán)境溫度基本一致，也就是說，在砼澆筑的前5天，砼體內(nèi)溫度一直高于環(huán)境溫度，新澆筑砼基本上處于膨脹的受壓狀態(tài)，而5天之后，新澆筑的砼已經(jīng)具備了一定的抗拉強(qiáng)度。

2.3 根據(jù)工地現(xiàn)場連續(xù)7天不間斷的溫度觀測數(shù)據(jù)（表4.0.1）可以看出，在砼水化熱已經(jīng)穩(wěn)定的情況下（第5天），盡管24小時(shí)環(huán)境氣溫有10℃以上的溫差，但鋼筋砼結(jié)構(gòu)體表面下20-25cm以內(nèi)的砼溫度變化卻沒有超過±2℃。所以，對(duì)鋼筋砼材質(zhì)而言，在短時(shí)間（2-3天）內(nèi)，懸臂梁體長度砼體內(nèi)幾乎沒有溫度變化（不隨氣溫迅速變化而波動(dòng)，只與近期的平均氣溫值有關(guān)），也就不會(huì)產(chǎn)生（或產(chǎn)生極小的）溫度伸縮變形和溫度應(yīng)力。標(biāo)注說明：變截面連續(xù)箱梁各節(jié)段的腹板、頂板、底板等結(jié)構(gòu)厚度尺寸一般為40-60cm居多，溫度計(jì)的數(shù)據(jù)以砼埋深20-25cm深度比較具有代表性。

在1天或幾天內(nèi)的環(huán)境大氣溫差可能較大，但砼體內(nèi)的溫度卻是近期（5-7天）氣溫的平均溫度（鋼筋砼材質(zhì)對(duì)溫度的敏感性較低），即:對(duì)體積較大的箱梁鋼筋砼體而言，環(huán)境氣溫變化只能引起砼表面的溫度變化，而砼體內(nèi)的平均溫度在短期內(nèi)是基本不變或變化極小的（±2℃）。

而且，通過在現(xiàn)場懸臂梁端底模板上刻線，實(shí)際觀察了一段時(shí)間（10天左右），發(fā)現(xiàn)60-70m長的已澆筑懸臂梁端并沒有產(chǎn)生任何的水平縱向伸縮位移，至少是肉眼看不到任何變化。

2.4 在施工中，我們?cè)趹冶鄱祟^位置的邊跨合龍段底模板上做了刻（畫）線觀察了一周，確實(shí)沒有發(fā)現(xiàn)鋼筋砼變截面箱梁懸臂端與支架底模板之間有任何相對(duì)移動(dòng)，至少是肉眼看不出。

所以，綜合以上1-4條對(duì)現(xiàn)場的實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)和對(duì)溫度應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理的理論研究、分析和實(shí)地觀測，說明鋼筋砼梁體在砼澆筑初期5-7天短期內(nèi)一直沒有受到拉應(yīng)力，新澆筑砼不存在受環(huán)境溫差產(chǎn)生拉應(yīng)力而開裂的理論機(jī)理，也即：針對(duì)已完工的懸臂梁老砼可能因環(huán)境日溫差變化而隨時(shí)產(chǎn)生較大的收縮變形和拉應(yīng)力，或者是由于新澆筑砼溫度應(yīng)力原因而會(huì)導(dǎo)致新老砼界面開裂的假設(shè)，其實(shí)是一個(gè)誤解！

因此，在懸臂端頭受到支架的支撐，而且端頭橋面有壓載時(shí)，短時(shí)間內(nèi)（5-7天），可以不考慮受環(huán)境溫度變化而使懸臂梁水平縱向產(chǎn)生伸縮的問題。

2.5 在懸臂狀態(tài)下，可能會(huì)由于風(fēng)載、施工等擺動(dòng)引起懸臂梁末端新老砼界面有相對(duì)位移，另外，短期內(nèi)氣溫變化雖然對(duì)鋼筋砼懸臂梁的水平縱向長度伸縮影響不大，但對(duì)懸臂梁上下?lián)隙扔绊憛s是很大的。對(duì)此，現(xiàn)場通過在懸臂端箱梁橋面加載、箱梁下用剛度較大的支架支撐頂緊，使懸臂末端的上下和左右不能有任何位移，而且將新砼底模板伸進(jìn)至少1m與老砼箱梁底板固定為整體，這樣就完全可以做到新老砼界面不會(huì)出現(xiàn)任何相對(duì)移動(dòng)。而常規(guī)施工僅僅用勁性型鋼骨架懸空加固，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這樣的穩(wěn)定效果的。

2.6 砼本身干縮產(chǎn)生微裂縫在任何情況下都不可避免，即使分成邊跨現(xiàn)澆段和邊跨合龍段兩段現(xiàn)澆也是如此，對(duì)此問題，主要是針對(duì)一次澆筑的節(jié)段較長時(shí)，砼如果出現(xiàn)較大收縮，會(huì)在新老砼界面產(chǎn)生裂縫。針對(duì)此問題的解決辦法及其機(jī)理是：

2.6.1 把邊跨合龍段的砼底模板做到非常平整、光滑（竹膠板刷油），即使出現(xiàn)了整體較大的收縮變形，也會(huì)因?yàn)樵O(shè)置的底模板很光滑及梁端頭的四氟滑動(dòng)支座而整體相對(duì)底模板滑移，不會(huì)使砼梁體內(nèi)產(chǎn)生過大的收縮拉應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。

2.6.2 在懸臂梁端頭增加一些接茬鋼筋，并對(duì)老砼嚴(yán)格鑿毛和充分濕潤，以加強(qiáng)新老砼界面的整體性和砼粘合力。

2.6.3 由于砼干縮的原因，即使出現(xiàn)了微裂縫，但在施加預(yù)應(yīng)力之后，一般可以彌合，不會(huì)影響鋼筋砼的使用壽命，屬于可接受的正?，F(xiàn)象。

綜合以上第1-6點(diǎn)論述，無論是從理論分析還是現(xiàn)場實(shí)際觀測，就鋼筋砼這種對(duì)環(huán)境溫度變化不是很敏感的材質(zhì)而言，可以通過對(duì)鋼筋砼懸臂箱梁邊跨合龍部分另外增加一些施工輔助措施，從而打破傳統(tǒng)觀念，采取“將鋼筋砼變截面連續(xù)箱梁橋的邊跨現(xiàn)澆段和邊跨合龍段合二為一現(xiàn)澆”的施工方法，是完全符合科學(xué)原理并切實(shí)可行的。

3 施工操作技術(shù)要點(diǎn)

3.1 處理支架地基時(shí)必須整平、碾壓、硬化和注意四周排水，確保支架地基牢固；如果邊跨位于水上平臺(tái)，則該平臺(tái)必須進(jìn)行超載預(yù)壓，以保證平臺(tái)穩(wěn)固不再沉降。

3.2 在地基或平臺(tái)上一次搭建邊跨現(xiàn)澆段與邊跨合龍段的現(xiàn)澆支架和鋪筑箱梁砼底模板。現(xiàn)澆砼的支架可以用吊架或托架組合來代替，但是，用于支撐和固定懸臂箱梁末端的必須是有堅(jiān)固地基或平臺(tái)的剛性支架。

該剛性支架和現(xiàn)澆砼的底模板必須伸進(jìn)懸澆段箱梁末段底板至少1m遠(yuǎn)，箱梁下的支架利用天托進(jìn)行高度調(diào)節(jié)，使底模板密貼、頂緊懸臂末端箱梁砼底板，再在懸臂末端的橋面上適當(dāng)加載壓重（15-20t砂袋）。該支架必須比普通承重支架剛度更大、更加穩(wěn)固，務(wù)必使懸臂箱梁不能產(chǎn)生左右上下任何擺動(dòng)。另外，底模板用光面竹膠板刷油，要做到表面很平整、光滑，并在新老砼界面與懸臂箱梁底板砼密貼、壓緊、連為一體。

該點(diǎn)技術(shù)措施是針對(duì)溫度變形、施工震動(dòng)和砼收縮的最主要的有效控制措施，也是本工法的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.3 用砂袋對(duì)現(xiàn)澆砼支架進(jìn)行等載或超載預(yù)壓。

3.4 在支架平臺(tái)上施工鋼筋、預(yù)埋單端張拉P錨預(yù)應(yīng)力鋼絞線及其波紋管、安裝側(cè)模板及內(nèi)模。

3.5 在懸臂箱梁末端端頭預(yù)先增加一些接茬插筋，以增強(qiáng)新老砼界面的整體性；必須對(duì)懸臂端老砼認(rèn)真鑿毛，在澆筑邊跨合龍段砼前充分沖洗濕潤；根據(jù)砼的初凝時(shí)間選擇砼澆筑的時(shí)間，安排砼初凝時(shí)間在一天中氣溫最低的凌晨2-4點(diǎn)鐘為宜；砼澆筑方向由遠(yuǎn)（邊跨墩）到近（懸臂端），最后澆筑新老砼交界面。

該點(diǎn)的幾項(xiàng)輔助施工措施，也是本工法不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)措施。

3.6 砼灑水養(yǎng)護(hù)7天以上。

3.7 等砼強(qiáng)度和齡期都滿足要求后，實(shí)施邊跨預(yù)應(yīng)力張拉（P錨單端張拉）及壓漿。

3.8 待壓漿強(qiáng)度到設(shè)計(jì)值以后，拆除所有模板及支架。

結(jié)語

通過應(yīng)用本技術(shù)，在確保了鋼筋砼變截面連續(xù)箱梁邊跨合龍段施工質(zhì)量和安全的前提下，減少了一個(gè)箱梁節(jié)段的施工周期（二合一施工），更主要是能夠使相鄰跨的預(yù)制梁吊裝及其先簡支后連續(xù)橋面施工不受限制，可以連貫作業(yè)，不需要設(shè)備和輔材等待或回過頭來再施工。這樣，每座橋至少節(jié)省了工程項(xiàng)目的關(guān)鍵線路總工期30-60天以上（可以向業(yè)主提前交工，產(chǎn)生收費(fèi)或其它綜合效益），而且節(jié)省了施工現(xiàn)場大量的管理成本、人力成本和機(jī)械設(shè)備資源。對(duì)于城市高架橋中間分布有很多處變截面連續(xù)箱梁的情況，運(yùn)用本工法所產(chǎn)生的綜合效益就更加可觀。

總之，在公路和市政橋梁中，以鋼筋砼變截面連續(xù)箱梁為主橋、先簡支后連續(xù)預(yù)制箱梁為兩頭引橋的組合橋型被廣泛使用，對(duì)于這種橋型，通過運(yùn)用本技術(shù)，與以前常規(guī)的設(shè)計(jì)施工方法相比較，在縮短工期、降低總體管理成本、簡化施工和管理程序、解決作業(yè)人員心理困擾等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)實(shí)際效果檢驗(yàn)，本工法在施工現(xiàn)場起到了很大的作用，能夠節(jié)省可觀的社會(huì)資源，并能創(chuàng)造出顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]JTG_TF50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[s]人民.