現(xiàn)澆簡支箱梁施工期裂縫成因及預(yù)防措施研究

蔡延喜

【摘 要】預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁因混凝土體量大、施工時間長等原因，施工期間極易產(chǎn)生混凝土裂縫，影響橋梁的外觀及耐久性，甚至對結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生負(fù)面影響。本文就現(xiàn)澆箱梁施工期裂縫成因進(jìn)行分析，提出改進(jìn)及預(yù)防措施，供橋梁工程建設(shè)者參考。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)澆箱梁；混凝土；裂縫；預(yù)防措施

0 前言

近年來我國公路橋梁工程迅速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是單孔跨徑40-50m時，現(xiàn)澆箱梁承載力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)輕盈的優(yōu)點得到了很好的體現(xiàn)。但因現(xiàn)澆箱梁混凝土體量大、施工時間長等原因，施工期間極易產(chǎn)生混凝土裂縫，影響橋梁的外觀及耐久性，甚至對結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生負(fù)面影響。本文以某橋梁工程為例，就施工期裂縫成因和預(yù)防措施展開研究。

1 工程案例簡述

1.1 設(shè)計說明

某特大橋工程上跨河道，為滿足通航及泄洪要求，主橋為70m+120m+70m連續(xù)剛構(gòu)，引橋跨越兩側(cè)堤防采用50m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆簡支箱梁，其余孔跨上部結(jié)構(gòu)為30m、35m跨徑先簡支后連續(xù)T梁，橋梁全長1438m。引橋50m箱梁分別跨越13#孔、21#孔，左右幅共計4片，結(jié)構(gòu)為單箱單室直腹板截面，單幅箱梁頂寬12.24m，底寬6.5m，梁高2.8m，箱梁頂板厚0.3m，箱梁底板厚0.28m，腹板厚度在0.5m和0.7m之間根據(jù)剪力大小變化。箱梁截面圖如圖1。

1.2 施工及裂縫情況簡述

50m現(xiàn)澆箱梁采用滿堂支架，結(jié)合河堤地形地基處理為階梯狀，河堤上設(shè)置高4.5m、寬3.5m的門洞通道。滿堂支架采用碗扣式多功能腳手桿搭設(shè)，根據(jù)翼板、底板、腹板、梁端等位置不同的荷載要求布設(shè)腳手架間距，確保支架強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性滿足要求。

1.2.1 第13#孔左幅箱梁

首先施工的是第13#孔左幅箱梁，分兩次澆筑成型，第一次澆筑至底板倒角頂面向上0.2m，第二次澆筑剩余部分，澆筑示意圖如圖2。2016年12月24日，箱梁澆筑第一次混凝土，總計148方；澆筑方向為順橋向由跨中向兩端分層澆筑，橫橋向由低邊向高邊分層對稱澆筑。2017年1月10日，澆筑第二次混凝土，總計324方。

模板拆除后，發(fā)現(xiàn)箱梁內(nèi)部腹板及頂板局部存在裂縫，腹板產(chǎn)生豎向裂縫59條，分布較均勻，裂縫多數(shù)由二次澆注施工縫起、至腹板頂板倒角處，其中部分延伸至頂板。腹板外側(cè)也有豎向裂縫，但數(shù)量較少、寬度較窄。

1.2.2 第21#孔左幅箱梁

第21#孔左幅箱梁，分兩次澆筑成型，第一次澆注至頂板倒角底面向下0.2m，第二次澆筑剩余部分，澆筑示意圖如圖3。2017年1月13日，箱梁澆筑第一次混凝土，總計208方；澆筑方向順橋向由跨中向兩端分層澆筑，橫橋向由低邊向高邊分層對稱澆筑。2017年1月21日，澆筑第二次混凝土，總計268方。

模板拆除后，發(fā)現(xiàn)箱梁內(nèi)側(cè)第二次澆筑腹板及頂板局部存在裂縫，腹板產(chǎn)生豎向裂縫16條，分布不均勻，裂縫多數(shù)由二次澆注施工縫起、至腹板頂板倒角處，其中部分延伸至頂板。腹板外側(cè)也有豎向裂縫，但數(shù)量較少、寬度較窄。

2 現(xiàn)澆箱梁施工期裂縫成因分析

2.1 施工工藝導(dǎo)致的收縮裂縫

1）施工縫位置不合理。裂縫主要分布在施工縫上方第二次澆筑混凝土的范圍內(nèi)，第一次澆筑的底板及腹部部分基本無裂縫，這與現(xiàn)澆箱梁分兩次澆筑的施工工藝有關(guān)。相比于第21#孔箱梁，第13#孔箱梁施工縫位置更靠近底板，腹板大部及頂板均為第二次澆筑，其裂縫分布特征恰好證明施工縫設(shè)置不合理。

2）兩次澆筑時間間隔過長。箱梁兩次澆筑間隔時間較長，第13#孔箱梁澆筑間隔長達(dá)17天，在第二次澆筑混凝土?xí)r，第一次澆筑混凝土的收縮徐變基本完成，已產(chǎn)生較大剛度，而上部的混凝土在終凝后的收縮徐變過程中受到下部混凝土的約束，在施工縫位置的結(jié)合面產(chǎn)生較大應(yīng)力，導(dǎo)致上部混凝土產(chǎn)生豎向裂縫。

2.2 溫度裂縫

箱梁箱室內(nèi)側(cè)裂縫明顯比箱室外側(cè)嚴(yán)重，說明箱室內(nèi)部的封閉空間助長了裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。箱梁第一次澆筑完成時，底板與腹板未形成封閉空間，混凝土水化熱得到了較好的散發(fā)，未對混凝土裂縫產(chǎn)生實質(zhì)影響。但第二次澆筑完成后，箱室內(nèi)部形成封閉空間，且通風(fēng)口設(shè)置不足，混凝土產(chǎn)生的水化熱未得到有效散發(fā)，導(dǎo)致箱室內(nèi)部溫度較高，在約60℃的環(huán)境下混凝土完成了終凝，待溫度降至正常水平時，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

2.3 支架變形不均勻

現(xiàn)澆箱梁的滿堂支架進(jìn)行了嚴(yán)格的地基處理，換填石渣、澆筑混凝土，并通過了力學(xué)驗算，地基承載力滿足施工期間的荷載要求，經(jīng)過實地測量，支架地基也未產(chǎn)生明顯沉降，可以排除地基沉降導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性裂縫。但是，由于河堤的地形較為特殊，支架基礎(chǔ)為階梯狀，如圖4。箱梁端部鋼管支架高達(dá)15m；箱梁中部支架位于河堤正上方，且使用剛度較大的型鋼設(shè)置了4.5m高的通道，其上部鋼管支架高度僅3m左右。雖然采取預(yù)壓措施消除了支架的非彈性變形，但無法消除支架的彈性變形，施工期間支架兩端與跨中的彈性變形有明顯差異，助長了裂縫的發(fā)展。

2.4 拆模及養(yǎng)護(hù)不及時

箱梁第一澆筑混凝土后，在底板上表面及腹板施工縫位置灑水，水分可以順模板與混凝土之間的縫隙滲透至混凝土表面，基本達(dá)到養(yǎng)護(hù)要求；第二次澆筑混凝土后，箱梁形成整體，僅可對頂板上表面灑水，箱室內(nèi)側(cè)及翼板下方支架密布，拆模較慢，無法及時灑水，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)效果不佳，在一定程度上助長了裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

3 裂縫預(yù)防措施及實例驗證

3.1 裂縫預(yù)防措施

3.1.1 改進(jìn)施工工藝

現(xiàn)澆箱梁施工工藝優(yōu)先選擇一次澆注成型，避免上下部混凝土的剛度差異及收縮裂縫。當(dāng)施工條件受限箱梁需通過二次澆筑成型時，應(yīng)合理設(shè)置施工縫，將底板、腹板等結(jié)構(gòu)主要受力部分一次澆筑完成，僅頂板部分為二次澆筑，并盡量縮短兩次澆筑的間隔時間。

3.1.2 采取降溫措施

箱梁箱室內(nèi)溫度過高是溫度裂縫的主要原因之一，降低箱室溫度的措施主要有通風(fēng)和灑水。箱梁腹板一般設(shè)計有直徑8cm左右的通氣孔，其通風(fēng)效果不足以達(dá)到降溫要求；在不影響結(jié)構(gòu)受力的前提下，可在梁體兩端橫梁對稱增設(shè)直徑15cm左右的通風(fēng)孔若干個，達(dá)到通風(fēng)降溫的目的。另外，在混凝土澆筑完成后，安排人員對箱室內(nèi)灑水降溫，并保持人孔開放。

3.1.3 合理布置支架

支架設(shè)計時不僅要考慮強(qiáng)度、剛度、地基承載力，還需要關(guān)注支架的彈性變形，尤其是跨越河堤的箱梁支架高度差異較大，強(qiáng)度、剛度相同的情況下彈性變形有明顯變化，在支架設(shè)計時應(yīng)著重考慮。采取加固、加強(qiáng)等措施，使得箱梁施工過程中的支架變形保持一致。

3.2 工程實例驗證

根據(jù)該項目左幅第13#孔、第21#孔現(xiàn)澆箱梁的裂縫狀況，在右幅2片現(xiàn)澆箱梁施工時采取了相對應(yīng)的預(yù)防措施：施工縫位置與第21#孔左幅箱梁相同，作為主要受力結(jié)構(gòu)的底板、腹板在第一次澆筑范圍；加快支架、模板、鋼筋等施工速度，兩次澆筑間隔控制在7天以內(nèi)；在箱梁端部橫梁對稱設(shè)置4個直徑15cm的通風(fēng)孔；澆筑完成后，保持人孔敞開，并對箱室內(nèi)灑水降溫，控制最高溫度在40℃以下；對滿堂支架進(jìn)行了變形量計算，保持支架整體變形一致。

該特大橋右幅2片箱梁拆模后，安排技術(shù)人員檢測了裂縫的分布情況，包括數(shù)量、長度、寬度、深度等指標(biāo)，均有明顯改善。僅在箱梁頂板局部有少量裂縫，且裂縫寬度均在0.15mm以內(nèi)，符合規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

通過對預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡支箱梁施工期間裂縫成因的分析和研究，找出了產(chǎn)生裂縫的主要原因和相對應(yīng)的預(yù)防措施，有效的控制了該特大橋工程后續(xù)施工現(xiàn)澆箱梁的裂縫，工程質(zhì)量得到顯著改觀。希望本文能夠給類似工程的技術(shù)人員一些參考和啟發(fā)，為預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁的施工方案提供理論和實踐依據(jù)，大大降低箱梁施工期裂縫的產(chǎn)生幾率，為我國橋梁工程的建設(shè)起到良好作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]JTG/T F50-2011.《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]JTG F80/1-2004.《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]劉松平.鋼筋混凝土橋梁裂縫成因分析與加固措施研究[D].浙江大學(xué)，2012.

[責(zé)任編輯：田吉捷]