支架現(xiàn)澆混凝土箱梁施工裂縫成因分析和控制措施

李育林 梁清麗

摘要：為解決支架現(xiàn)澆混凝土箱梁出現(xiàn)施工裂縫的常見問題，文章通過對(duì)一些公路項(xiàng)目的橋梁施工進(jìn)行調(diào)查，分析了箱梁施工產(chǎn)生裂縫的原因，并提出了相應(yīng)的控制措施。

關(guān)鍵詞：支架;混凝土;箱梁;裂縫;措施

0 引言

早些年，在我國公路橋梁中，采用箱型的截面形式作為上部結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，特別是在支架現(xiàn)澆梁中尤為普遍，由于混凝土相對(duì)其他材料有取材便利、造價(jià)更低等優(yōu)勢(shì)，故一般為混凝土箱梁。近幾年，由于支架現(xiàn)澆混凝土箱梁應(yīng)用過程中，在施工和運(yùn)營階段產(chǎn)生裂縫的通病一直未能得到很好的解決，且部分結(jié)構(gòu)裂縫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力和耐久性影響較大，使鋼箱梁的應(yīng)用數(shù)量和比例不斷增加，但其經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)不如混凝土箱梁。在降低造價(jià)的同時(shí)又要提高橋梁使用周期，則對(duì)于混凝土箱梁裂縫產(chǎn)生的末端原因分析和采取措施避免或減少裂縫具有較大意義。

1 裂縫成因分析

經(jīng)過對(duì)廣西六景至欽州港公路、廣西沿海改擴(kuò)建高速公路、廣西六寨至河池高速公路、廣西河池至百色高速公路等公路沿線的二十多座支架現(xiàn)澆混凝土箱梁橋施工圖、方案設(shè)計(jì)、施工跟蹤及后期檢查進(jìn)行調(diào)研和分析，發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)澆混凝土箱梁橋支架的主要形式為滿堂支架（包括扣件式小鋼管支架、碗扣式小鋼管支架、盤扣式小鋼管支架等）和柱梁式支架（螺旋管立柱+工字鋼橫梁+貝雷梁或大工字鋼縱梁+工字鋼分配梁等）兩種。通過調(diào)研分析，得出支架現(xiàn)澆混凝土箱梁產(chǎn)生施工裂縫的主要因素有以下幾點(diǎn)：

1.1 預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)不合理

一般箱梁截面高度隨跨徑增大而變高，對(duì)于跨度較大的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，由于箱梁截面高度增加，縱向預(yù)應(yīng)力筋彎起角度變大和張拉力增大。而且縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中，在箱梁腹板沿波紋管位置會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生較大并集中的豎向拉應(yīng)力，如果設(shè)計(jì)考慮不周全，就會(huì)造成箱梁腹板混凝土沿波紋管彎起方向產(chǎn)生斜向裂縫。這種現(xiàn)象在掛籃懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工中也比較常見。

1.2 支架不均勻沉降

支架不均勻沉降是對(duì)現(xiàn)澆混凝土箱梁質(zhì)量影響較大的因素之一，根據(jù)其位置不同主要分為以下3種情況：

（1）由于支架基礎(chǔ)承載力不滿足要求或差異較大造成的。①原地基承載力達(dá)不到要求，未進(jìn)行換填或加固處理;②樁基、樁系梁等施工時(shí)，對(duì)其周邊地基開挖后，回填的土或片石等地基承載力達(dá)不到要求或與其他支架地基承載力存在較大差異;③未對(duì)支架基礎(chǔ)表面采取有效的防排水措施，水滲入地基后，軟化地基，造成地基承載力不足。

（2）支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理造成的。這種情況主要是發(fā)生在柱梁式支架，由于部分支架結(jié)構(gòu)或桿件跨徑太大（大跨徑門洞等），設(shè)計(jì)的貝雷梁或型鋼梁雖然強(qiáng)度滿足要求，但剛度不夠，造成跨中與立柱支點(diǎn)位置支架沉降量相差較大。

（3）整體支架與墩柱或蓋梁頂支撐的沉降量不一致造成的?，F(xiàn)澆箱梁模板支撐直接作用在墩柱或蓋梁混凝土上，其相對(duì)支架來說幾乎沒有沉降，如果支架與墩柱或蓋梁之間沒有聯(lián)系或連接桿件剛度不夠，在支架與墩柱或蓋梁便形成了一個(gè)沉降量的突變截面，從而在這個(gè)截面產(chǎn)生腹板甚至底板的豎向裂縫。

1.3 分階段澆筑混凝土?xí)r間間隔太長

大部分支架現(xiàn)澆箱梁都是分兩次進(jìn)行混凝土澆筑的，第一次澆筑底板和腹板混凝土，再安裝箱內(nèi)支架、頂板模板、鋼筋及預(yù)應(yīng)力等，第二次澆筑頂板和翼板混凝土。由于一些原因，第一次和第二次混凝土澆筑時(shí)間間隔太長，澆筑頂板和翼板混凝土?xí)r，底板和腹板混凝土已經(jīng)基本完成了早期的混凝土收縮和徐變，在頂板和翼板混凝土發(fā)生收縮和徐變的時(shí)候，腹板會(huì)對(duì)頂板產(chǎn)生較大的約束力，但此時(shí)頂板和翼板混凝土強(qiáng)度較低，當(dāng)此約束力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致箱梁頂板和翼板下緣產(chǎn)生橫向裂縫。

1.4 混凝土澆筑時(shí)間過長，澆筑順序不合理

由于混凝土澆筑準(zhǔn)備灌注不充分，澆筑過程出現(xiàn)了各種問題，導(dǎo)致了混凝土澆筑時(shí)間超過了混凝土初凝時(shí)間，混凝土在不斷加載的過程中，對(duì)已初凝的混凝土產(chǎn)生應(yīng)力，剛初凝的混凝土強(qiáng)度非常低，稍有拉應(yīng)力產(chǎn)生就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

1.5 混凝土坍落度過大

混凝土澆筑方式主要為泵送，要求混凝土坍落度值較大，水泥用量也會(huì)因此增加?；炷磷杂墒湛s試驗(yàn)表明，水泥用量越多，水灰比越大，骨料的彈性模量越低，則收縮也越大。當(dāng)混凝土收縮變形受到支架、模板等的約束作用時(shí)，混凝土?xí)a(chǎn)生拉應(yīng)力。坍落度過大，還會(huì)加速水化熱反應(yīng)，釋放出大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，加大混凝土內(nèi)外溫差，其表現(xiàn)是使混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土收縮和水化熱一起作用產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了允許拉應(yīng)力時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2 控制措施

支架現(xiàn)澆混凝土箱梁產(chǎn)生的大部分施工裂縫都是可以通過采取有效措施避免的。避免這些裂縫的產(chǎn)生，首先要有正確、合理的施工圖紙，施工單位設(shè)計(jì)合理、滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的支架結(jié)構(gòu)和專項(xiàng)施工方案，按要求通過專家評(píng)審并報(bào)批，施工人員嚴(yán)格按照方案執(zhí)行等過程是保證箱梁不產(chǎn)生施工裂縫的關(guān)鍵因素。對(duì)于施工過程中的細(xì)節(jié)應(yīng)采取以下措施：

2.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理

設(shè)計(jì)單位應(yīng)認(rèn)真、仔細(xì)進(jìn)行橋梁實(shí)地勘察，收集地質(zhì)、水文資料，根據(jù)這些資料、交通流量、車輛荷載以及業(yè)主的其他要求進(jìn)行箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)更加重視縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力波紋管與鋼筋的空間位置，注意是否有交叉影響?？刹捎肂IM技術(shù)手段進(jìn)行碰撞檢查，減少施工過程中因經(jīng)常糾偏、改變鋼筋位置而對(duì)整個(gè)箱梁結(jié)構(gòu)造成影響。整個(gè)箱梁混凝土應(yīng)盡量避免出現(xiàn)拉應(yīng)力，如果混凝土的抗拉強(qiáng)度較小，很容易被拉裂。

2.2 設(shè)計(jì)合理的支架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)形式

（1）施工單位應(yīng)認(rèn)真勘察橋梁支架位置的地質(zhì)、水文資料，采取換填、加大加厚立柱基礎(chǔ)的方式處理和加固地基，保證地基承載力滿足要求，一般其安全系數(shù)≥1.5，且應(yīng)盡量縮小支架所在位置基礎(chǔ)的地基承載力差異。

（2）除模板外，最好是整個(gè)支架受力結(jié)構(gòu)材料都采用鋼材，包括木模板后附肋和調(diào)節(jié)標(biāo)高的材料。

（3）支架和支架以外3m范圍內(nèi)應(yīng)做好防排水措施，保證不積水且不滲水。

（4）支架與墩柱或蓋梁相鄰位置，應(yīng)采用可靠的鋼結(jié)構(gòu)將支架與墩柱或蓋梁連成整體，減少相互之間支架的不均勻沉降，且有一個(gè)過渡區(qū)間，避免在此處對(duì)箱梁產(chǎn)生較大的豎向拉應(yīng)力。

2.3 嚴(yán)格控制混凝土材料、配合比及其性能

箱梁混凝土的各類原材料性能都應(yīng)較穩(wěn)定，散裝水泥進(jìn)入拌和站后，應(yīng)存放7d以上才能使用，起到降低水泥的溫度和活性作用;碎石和砂材料最好是同一廠家生產(chǎn)，強(qiáng)度、級(jí)配、針片狀等指標(biāo)符合規(guī)范和配合比要求，且每批次材料的各項(xiàng)指標(biāo)差異較小，材料存放地和拌和站料倉都應(yīng)設(shè)置雨棚，避免材料含水率經(jīng)常性變化;一次澆筑箱梁采用的減水劑盡可能是同一批次的，應(yīng)保證使用的減水劑均勻、穩(wěn)定。澆筑箱梁混凝土前，應(yīng)進(jìn)行混凝土適配，經(jīng)檢測(cè)坍落度、和易性等各項(xiàng)指標(biāo)合格后（混凝土坍落度一般≤180），方能正式拌和混凝土并運(yùn)至施工現(xiàn)場。施工過程中出現(xiàn)有不符合要求的混凝土必須及時(shí)廢棄。

2.4 做好澆筑混凝土前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

澆筑箱梁混凝土一般有混凝土方量大、澆筑時(shí)間長、不確定因素多等不利問題，因此在施工前，應(yīng)充分做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。除做好其他必要準(zhǔn)備工作外，還應(yīng)確保各類原材料應(yīng)不小于本次澆筑混凝土需要量的1.3倍。根據(jù)施工要求配備好足夠的施工設(shè)備外，每種設(shè)備都應(yīng)有備用設(shè)備或應(yīng)急方案，如拌和站、混凝土運(yùn)輸車、泵車或地泵、吊車、振動(dòng)棒等。

2.5 采用正確方法澆筑箱梁混凝土

澆筑箱梁混凝土的方法應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：

（1）如果一次澆筑成型，則由每跨按底板→腹板→頂板的順序澆筑混凝土，固定好支撐頂板的支架，間隔2m左右開一個(gè)天窗澆筑底板混凝土。

（2）如果是分兩次裝模澆筑成型，則第一次澆筑底板和腹板混凝土，第二次澆筑頂板混凝土，兩次澆筑混凝土?xí)r間間隔應(yīng)盡量縮小，一般≤7d，降低齡期差，從而保證上下層混凝土強(qiáng)度、彈性模量相差不大，減小上下層混凝土因收縮徐變產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。

（3）根據(jù)澆筑的速度、天氣情況、混凝土初凝時(shí)間、混凝土方量等因素決定每次分段澆筑的長度，保證澆筑腹板混凝土?xí)r，箱內(nèi)倒角不冒漿即可，避免澆筑冷縫的出現(xiàn)。

（4）澆筑混凝土順序應(yīng)遵循由低往高的原則，減少混凝土流動(dòng)距離，避免其產(chǎn)生離析。

（5）對(duì)于鋼筋和波紋管密集部位，應(yīng)提前采取措施確保振動(dòng)棒位置。如安裝鋼筋和波紋管時(shí)，采用一根比振動(dòng)棒稍大的管固定好振動(dòng)棒的位置，待完成鋼筋綁扎和波紋管固定后或澆筑混凝土前拔出。

（6）箱梁底板倒角位置可封一塊水平板，使倒角位置不容易出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，底板和腹板混凝土銜接更緊密。

3 結(jié)語

通過以上對(duì)支架現(xiàn)澆箱梁裂縫產(chǎn)生的主要原因和控制措施分析，對(duì)后續(xù)的廣西梧州至柳州高速公路、廣西都安至巴馬高速公路、松旺至鐵山港高速公路等項(xiàng)目的支架現(xiàn)澆箱梁橋施工起到了很好的指導(dǎo)作用。采用了以上施工措施后，目前未發(fā)現(xiàn)支架現(xiàn)澆箱梁橋出現(xiàn)裂縫，效果明顯，有較好的借鑒意義。

本文只針對(duì)廣西路建集團(tuán)承建的一部分高速公路項(xiàng)目支架現(xiàn)澆橋梁施工進(jìn)行調(diào)研和分析，得出支架現(xiàn)澆箱梁裂縫產(chǎn)生的主要原因和控制措施，或許這對(duì)于其他單位或地區(qū)的現(xiàn)澆箱梁施工指導(dǎo)還不夠全面，下一步我們將繼續(xù)加大調(diào)研和分析范圍，總結(jié)更多施工經(jīng)驗(yàn)和措施。

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