惠清高速公路北江特大橋懸澆梁混凝土裂縫預防控制技術應用

李 強

(廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

質(zhì)量問題是關系到群眾安全、企業(yè)發(fā)展的大問題，也是一個項目最核心的問題。對工程質(zhì)量控制進行相關分析和研究，對項目重難點和控制措施深入分析，有利于完善項目管理體系，進而減少工程質(zhì)量和安全風險。在道路橋梁工程施工中，混凝土裂縫是最為常見的質(zhì)量問題，它不僅影響道路橋梁的外形美觀，嚴重時更可導致質(zhì)量安全事故，因此，對混凝土裂縫問題應尤為重視。

我國目前的連續(xù)剛構橋設計理論比較完善，相應的施工工藝也很成熟，公路橋梁中應用廣泛，跨徑也較大，應用于高等級公路的同類橋梁跨徑也呈日漸增大的趨勢，本橋單跨達到150m。在很多已建或在建的工程實例均表明：箱梁各個部位混凝土的開裂問題，還是困擾施工的難題之一。因此，在施工過程中必須嚴格控制，減少或杜絕各類有害裂縫的出現(xiàn)，本文就主要的問題及對策進行分析討論。

本文以惠清高速公路北江特大橋工程施工為例，從多方面對不同部位混凝土裂縫的形成原因加以分析，并提出相應的預防和控制措施，為以后類似工程的施工提供實踐經(jīng)驗。

1 工程概況

汕湛高速公路惠清項目北江特大橋是主橋跨徑為(64m+80m+150m+80m)的大跨度連續(xù)剛構橋，箱梁梁段劃分為：12m(0#塊段)+5×3.2m+13×4.0m(掛籃懸澆段)+2.0m(合龍段)及4.0m的邊跨梁端直線段。懸澆梁段最大控制重量2 480kN(6號梁段)，施工選用菱形掛籃施工，掛籃設計自重約1 250kN。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 水泥水化熱

水泥水化熱是導致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因之一。這是因為混凝土在進行澆筑時，其內(nèi)部的化學成分發(fā)生化學反應放出大量的熱量，當混凝土澆筑體積越大時，其內(nèi)部聚集的熱量越高，再加上體積大擴散緩慢，就會產(chǎn)生較大的熱膨脹。而在表面溫度較低，擴散較快，這會導致在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應力，表面產(chǎn)生拉應力，混凝土的抗壓強度遠大于其抗拉強度，當拉應力大于混凝土的抗拉強度時，就會在表面產(chǎn)生裂縫。

分析北江特大橋的實際施工，大橋主橋的預應力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)剛構箱梁0#段總長12.0m，底寬9.25m，頂寬14.25m，在29#墩、30#墩中心線至0#塊邊緣線處，底板厚度由1 800mm漸變?yōu)? 050mm、頂板厚由1 200mm漸變?yōu)?20mm、腹板厚由1 300mm過渡到800mm，設計混凝土體積693.56m3，重量1 803.3t，并采取一次性澆筑。由于澆筑體積較大，混凝土內(nèi)部熱量大量聚集，導致內(nèi)外壓力差過大，因此0#塊的混凝土表面極易出現(xiàn)開裂。因此，在現(xiàn)場實際施工中，針對這一狀況，提前采取相應的應對措施，避免0#塊出現(xiàn)混凝土裂縫。

2.2 橋梁力學變形

在橋梁施工中，由于力學形變而導致混凝土開裂是混凝土出現(xiàn)裂縫的重要因素?；炷两Y構之所以會產(chǎn)生力學形變，主要有三方面原因：一是外荷載導致，即常規(guī)設計計算的主應力，此種情況最為普遍；二是由結構次應力引起的力學形變，即受力結構的實際狀態(tài)與設計模型的差異性引起的；三是混凝土本身的變形應力引起的力學形變，如受溫度、水化熱、收縮、沉降等；當其力學形變產(chǎn)生的拉應力超出了混凝土本身的抗拉強度時，就會產(chǎn)生裂縫。

在北江特大橋施工中，當澆筑箱梁節(jié)段之間的接縫位置時，如果掛籃整體剛度不足，就會導致澆筑過程中變形大；或者混凝土澆筑順序不對：比如先澆筑了靠近前一節(jié)段位置的部分，而后逐步向前面懸臂側端推進，前端的混凝土自重就會引起懸臂支架發(fā)生力學變形，當施工過程中力學形變過大，就極易出現(xiàn)豎向裂縫。

分析北江特大橋箱梁跨中腹板位置，如果腹板的縱向鋼絞線張拉不足，或在施工過程中預應力損失太大，就會引起豎向裂縫的產(chǎn)生。導致預應力損失的影響因素有很多，比如混凝土在實際施工過程中的收縮和徐變超過了設計值，就會導致預應力損失；而實際施工中構件的截面尺寸和澆筑方量超過設計值，會引起徐變影響增加，徐變的發(fā)展會導致結構剛度降低，進而使得箱梁撓度增加，誘發(fā)跨中豎向裂縫的產(chǎn)生；另外，預應力管道的壓漿不飽滿、密實，封錨質(zhì)量差，錨頭和鋼絞線銹蝕，也會導致預應力損失。

分析北江特大橋箱梁翼板位置，由于翼板位于受拉區(qū)，其承受的拉應力要靠縱向預應力來承擔，北江特大橋的箱梁是逐段澆筑的，預應力鋼束在箱梁內(nèi)的布置有一定的傾斜角度，因此，在箱梁前面幾個節(jié)段的翼板部位會有應力集中區(qū)域。當在此部位又有橫向預應力張拉時，會導致應力疊加，引起翼板開裂。

綜上所述，由于橋梁的力學形變所導致的混凝土開裂是較為常見的，在實際施工中應引起重視。通過分析北江特大橋不同部位易發(fā)生力學形變的因素，提前做好相關措施，完善施工工藝，避免這些部位在北江特大橋的實際施工中，出現(xiàn)過多混凝土裂縫，從而影響工程質(zhì)量。

2.3 混凝土配合比

混凝土是由水泥、水、粗骨料和細骨料按照一定的配合比配置而成，因此，組成混凝土的任何一種材料不合格，都會影響混凝土的澆筑質(zhì)量，從而引起裂縫。

如骨料中含泥量超標，澆筑混凝土的收縮量就會增大；組成混凝土的粗骨料與細骨料的顆粒級配不合適，也會造成澆筑混凝土收縮量增加，從而誘導產(chǎn)生裂縫。而在實際施工中，為了提高混凝土的可泵性，往往需要加大用水量和水泥用量，這樣一來，澆筑混凝土的收縮量也會增加，容易導致裂縫的發(fā)生。

另外，影響混凝土裂縫的還有許多其他因素，例如：施工質(zhì)量控制較差，澆筑混凝土時振搗不均勻、不密實，混凝土攪拌和運輸時間過長，模板搭設不合理，出現(xiàn)較大變形，模板拆除過早，養(yǎng)護不到位等。這就需要在實際施工過程中，注意這些方面，制定相應措施，嚴格把關，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，進而提高工程質(zhì)量。

3 北江特大橋施工過程中混凝土裂縫的控制措施

3.1 加強混凝土構件的結構設計

針對易開裂部位的混凝土結構，首先應選用合理強度的混凝土，其次還應提高混凝土結構的配筋率，進而提高該部位的抗拉強度。

對于北江特大橋箱梁節(jié)段間施工接縫處，腹板易出現(xiàn)豎向裂縫的問題，掛籃設計時就應適當加大掛籃的剛度，減少變形，因此，必須嚴格進行掛籃設計及評審。在本橋施工中，每個掛籃由兩組主桁組成，分別布置于箱梁兩邊腹板處，兩組主桁的中心間距為8.55m。底模平臺及內(nèi)外模導梁采用鋼吊帶的吊掛形式，主桁的后錨固在梁頂設置預埋孔利用PSB785級精軋螺紋鋼筋作為錨固筋(圖2)。為確保施工質(zhì)量，對掛籃承載能力進行了嚴格計算；同時混凝土施工時各構件變形控制在L/400，掛籃走行時各構件變形控制在L/250。

圖2 掛籃立面

為避免箱梁腹板出現(xiàn)斜裂縫還應做到：

(1)張拉縱向預應力采用智能張拉設備，嚴格按照設計和施工方案，控制張拉力，并采用分級張拉、保證持荷時間，降低預應力損失。預應力張拉后要及時進行檢測，保證每束均能滿足設計要求。

(2)由摩阻測試確定超張拉系數(shù)實施超張拉，并采用低回縮值錨具，降低因鋼絞線回彈和錨具回縮而導致的預應力損失。

(3)對預應力管道壓漿，采用智能壓漿機進行施工，并嚴格按照配合比制漿，確保壓漿飽滿、密實。

(4)封錨前要徹底清理槽孔，并涂抹阻銹劑，封錨澆筑混凝土要密實。

3.2 制定合理的混凝土澆筑工藝

混凝土是由水泥、水、粗骨料和細骨料等按照一定的配合比，攪拌均勻、澆筑密實，并在一定條件下經(jīng)養(yǎng)護硬化所形成的，因此，澆筑工藝對混凝土的成型具有較大影響。合理的澆筑工藝，能大大提高混凝土的強度，有效減少混凝土裂縫的發(fā)生。

合理的澆筑工藝應做到：

(1)澆筑前鋼筋的配筋數(shù)量，綁扎、焊接長度要滿足要求，模板的搭設要符合設計，支撐體系的穩(wěn)定性要滿足要求，模板內(nèi)部的各種雜物要清理干凈。

(2)澆筑時首先要選擇一天中合適的溫度時間段進行澆筑，澆筑期間溫差不能過大。其次為防止混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，混凝土自由下落高度不能過大。

(3)對于大體積的混凝土澆筑，要做到分層澆筑，分層振搗，澆筑均勻，振搗密實。

對于北江特大橋0#塊混凝土的澆筑，采取分層澆筑、充分振搗、均勻密實。既要保證振搗時間充足，又不能振搗過長發(fā)生離析，應以表面泛漿為宜，振搗間距要合適，混凝土澆筑完畢后，要壓實、抹平表層，避免裂縫產(chǎn)生。另外，分層澆筑的混凝土，應保證上、下兩層初凝前緊密結合，避免混凝土凝結時出現(xiàn)分層現(xiàn)象，從而影響混凝土結構的整體性和抗剪能力。

對于箱梁節(jié)段間施工接縫處腹板的混凝土澆筑施工，澆筑順序應從前端往后端澆筑，避免因前端的荷載引起懸臂支架變形，導致后端混凝土裂開現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 完善混凝土的養(yǎng)護

混凝土的凝結硬化過程是水泥發(fā)生水化作用的化學反應過程，而水化作用需要在合適的溫度與濕度下才能徹底進行，因此混凝土在澆筑后需要一定的養(yǎng)護期?；炷恋酿B(yǎng)護，就是保證澆筑混凝土在一定期限內(nèi)的溫濕狀態(tài)，使混凝土逐漸硬化，達到一定強度方可停止養(yǎng)護。

混凝土的養(yǎng)護主要分為兩種，分為保溫養(yǎng)護和保濕養(yǎng)護。保溫養(yǎng)護主要是為了保證混凝土內(nèi)外的溫差不要過大，避免因內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生混凝土裂縫；保濕養(yǎng)護主要是為了保證混凝土水化作用。

澆筑混凝土結構的拆模，應嚴格實行時間控制。要保證在實際養(yǎng)護條件下，混凝土強度達到設計強度的75%以上，并保證混凝土結構的中心溫度與表面溫度溫差不大時，才允許拆模。拆模后的混凝土應及時養(yǎng)護，在低溫季節(jié)，拆模后的混凝土還要立即對表面進行保護措施，避免因為表面降溫過快，導致裂縫產(chǎn)生。

4 結語

隨著建設行業(yè)的快速發(fā)展，各種科技設備和施工手段也日益完善，在混凝土澆筑過程中，采用的澆筑工藝也越加成熟，對各個施工環(huán)節(jié)的把控和管理也日益完善，這都為當前提高混凝土的施工質(zhì)量，奠定了堅實的基礎。在北江特大橋的實際工程施工過程中，通過分析混凝土裂縫形成的影響因素，裂縫形成的種類，并根據(jù)具體情況，對相應的易出現(xiàn)裂縫部位，制定施工方案和相應措施，不斷完善施工工藝，有效避免了混凝土有害裂縫的產(chǎn)生，同時保證了北江特大橋的施工質(zhì)量。