現(xiàn)澆連續(xù)剛構(gòu)箱梁腹板開裂防治措施

摘 要：連續(xù)剛構(gòu)箱梁通常采用掛籃懸澆施工，但在箱梁節(jié)段施工期間，經(jīng)常出現(xiàn)腹板開裂質(zhì)量通病。結(jié)合建設(shè)中的貴州仁懷至遵義高速公路項(xiàng)目青崗臺(tái)大橋主橋連續(xù)剛構(gòu)施工，分析腹板開裂產(chǎn)生原因，采取縱向預(yù)應(yīng)力管道座標(biāo)準(zhǔn)確定位、設(shè)置預(yù)應(yīng)力管道防崩鋼筋、控制箱梁混凝土澆筑質(zhì)量、管控預(yù)應(yīng)力張拉工藝等措施，解決了施工中現(xiàn)澆連續(xù)剛構(gòu)箱梁腹板開裂質(zhì)量通病問題。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)箱梁;腹板開裂;預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）07-0013-04

0 引言

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)蓬勃發(fā)展，在山區(qū)高墩、大跨橋梁中，連續(xù)剛構(gòu)橋梁隨處可見，但在箱梁節(jié)段掛籃懸澆施工過程中，縱向預(yù)應(yīng)力張拉后，經(jīng)常出現(xiàn)腹板裂紋，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)剛度和耐久性產(chǎn)生不利影響，需要采取技術(shù)措施解決。

在貴州仁懷至遵義高速公路項(xiàng)目青崗臺(tái)大橋主橋三跨連續(xù)剛構(gòu)施工過程中，對(duì)張拉后的箱梁節(jié)段進(jìn)行受力分析得出：腹板開裂的直接原因是混凝土受到拉應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力管道座標(biāo)定位不準(zhǔn)確、張拉有效預(yù)應(yīng)力不滿足設(shè)計(jì)要求是箱梁腹板混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力的主要原因。

1 工程概況

1.1 青崗臺(tái)大橋主橋橋型布置

貴州青崗臺(tái)大橋全長(zhǎng)881.6 m，橋跨布置為（81+150+81） m連續(xù)剛構(gòu)+14×40 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁，下部構(gòu)造主墩為雙肢薄壁空心墩，最大墩高94 m，過渡墩為單肢薄壁空心墩，樁基礎(chǔ)，箱梁混凝土為C55。

1.2 青崗臺(tái)大橋主橋箱梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

青崗臺(tái)大橋主橋箱梁為變截面單箱單室截面，頂寬16.5 m，底寬8.0 m，橋面橫坡2%，0#節(jié)段長(zhǎng)13 m，17個(gè)懸澆節(jié)段（6×3.5 m+6×4.0 m+5×4.5 m），邊中跨合龍段長(zhǎng)2.0 m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)5.56 m。

1.3 青崗臺(tái)大橋主橋箱梁三預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)介

箱梁按三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，縱向預(yù)應(yīng)力采用公稱直徑15.2 mm鋼鉸線，其中腹板W16束;頂板T32束;邊跨底板DB5束，邊跨頂板合龍LB7束;中跨底板DZ12束，中跨頂板合龍LZ1束。

橫向預(yù)應(yīng)力采用公稱直徑15.2 mm預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，BM15-3扁錨體系;豎向0～9#梁段采用3-15.20鋼鉸線，9#～17#梁段、合龍段、現(xiàn)澆段采用PSB930φ32精扎螺紋鋼筋。

2 腹板開裂現(xiàn)狀調(diào)查及原因分析

箱梁節(jié)段采用三角形掛籃懸澆施工，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%，且養(yǎng)生7 d后，采用智能張拉設(shè)備四頂同步作業(yè)，按設(shè)計(jì)張拉順序：先腹板下彎縱向束W、頂板縱向束T，再?gòu)埨敯鍣M向束，最后張拉腹板豎向束，豎向束張拉延后n-2個(gè)節(jié)段，分兩次張拉。

節(jié)段張拉前，檢查腹板混凝土表面無裂紋，但張拉后出現(xiàn)兩種類型的裂紋，且出現(xiàn)裂縫滲水現(xiàn)象。

2.1 裂紋類型一

該類裂紋表現(xiàn)為與相鄰節(jié)段接茬面出現(xiàn)多條近水平細(xì)裂紋，長(zhǎng)度50～100 cm，見圖1。

2.1.1 原因分析

節(jié)段所受外力有腹板縱向下彎束有效預(yù)應(yīng)力W，頂板縱向有效預(yù)應(yīng)力T，節(jié)段自重及其他荷載G，三種外力繞點(diǎn)R的力矩平衡式：W2×（D1+D2）+W1×D3+T×（D3+D4） = G×D2。見圖2。

當(dāng)有效預(yù)應(yīng)力W、T大于設(shè)計(jì)要求時(shí)，產(chǎn)生逆時(shí)針向內(nèi)的合力矩，該合力矩導(dǎo)致腹板產(chǎn)生向上的拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土抗拉強(qiáng)度不足以抵抗拉應(yīng)力時(shí)，與相鄰節(jié)段接茬面產(chǎn)生多條成近水平裂紋。

當(dāng)有效預(yù)應(yīng)力W、T小于設(shè)計(jì)要求，或未張拉完成便開始拆除底藍(lán)，節(jié)段自重G產(chǎn)生的向外傾覆合力矩，使腹板混凝土產(chǎn)生向下的拉應(yīng)力，導(dǎo)致腹板混凝土產(chǎn)生斜裂紋，并在后期使用過程中不斷發(fā)展[1]。

2.1.2 結(jié)論

縱向束W、T張拉后，有效預(yù)應(yīng)力不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，腹板混凝土受拉產(chǎn)生裂紋。

2.2 裂紋類型二

沿腹板下彎束管道方向的斜裂紋，如圖3所示。

2.2.1原因分析

該類裂紋表現(xiàn)為：設(shè)計(jì)腹板下彎張拉束W為向下傾斜的直線，當(dāng)預(yù)應(yīng)力管道縱向座標(biāo)定位不準(zhǔn)確，或在腹板混凝土澆筑時(shí)，因管道固定不穩(wěn)上浮，出現(xiàn)局部上彎、下?lián)?，改變了張拉力的方向，?dǎo)致張拉時(shí)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，沿管道法向產(chǎn)生下崩力F2=F×sinθ，使腹板混凝土沿管道法向受拉，導(dǎo)致沿管道方向出現(xiàn)斜裂紋。見圖4。

2.2.2 結(jié)論

經(jīng)初步分析，張拉后腹板產(chǎn)生裂縫的主要原因：

第一，錨下縱向有效預(yù)應(yīng)力不滿足設(shè)計(jì)要求，不平衡合力矩導(dǎo)致腹板混凝土受拉，是產(chǎn)生與相鄰節(jié)段接茬面近水平裂紋的主要原因;

第二，預(yù)應(yīng)力管道定位不準(zhǔn)確，改變了張拉力方向，導(dǎo)致張拉時(shí)局部應(yīng)力集中，使腹板混凝土受拉，是產(chǎn)生順管道方向裂紋的主要原因;

第三，腹板混凝土抗彎拉強(qiáng)度不能抵抗拉應(yīng)力，是箱梁腹板斜裂紋產(chǎn)生的直接原因。

3 施工中腹板開裂防治措施

3.1 按設(shè)計(jì)準(zhǔn)確定位預(yù)應(yīng)力管道座標(biāo)

3.1.1 計(jì)算管道設(shè)計(jì)座標(biāo)

使用CAD繪制腹板縱向預(yù)應(yīng)力管道座標(biāo)詳圖，標(biāo)識(shí)節(jié)段端頭模板處、中間點(diǎn)管道座標(biāo)，作為現(xiàn)場(chǎng)施工、驗(yàn)收的依據(jù)， 預(yù)應(yīng)力管道坐標(biāo)詳圖見圖5。

3.1.2檢查端頭模板處預(yù)應(yīng)力管道座標(biāo)

節(jié)段端頭腹板模板安裝后，根據(jù)預(yù)應(yīng)力管道座標(biāo)詳圖，檢查管道預(yù)留孔座標(biāo)，確保每節(jié)段腹板端部預(yù)留孔數(shù)量、位置準(zhǔn)確（見圖6）。

3.1.3張拉束W4中間點(diǎn)順直度及定位

張拉束W設(shè)計(jì)為直線，按0.8 m/道設(shè)置管道定位筋，確保管道直線線型順適、位置準(zhǔn)確、不出現(xiàn)凸變點(diǎn)，混凝土澆筑過程中，管道不上浮，不偏位。

3.1.4第二下彎束W5管道中間點(diǎn)定位

第二下彎束W5管道為曲線，安裝前按照預(yù)應(yīng)力管道座標(biāo)詳圖，在翼緣模板與腹板模板交界處，對(duì)管道中間點(diǎn)順橋向座標(biāo)放樣橫座標(biāo)，再用鋼尺確定管道豎向座標(biāo)，用定位筋固定管道，保證管道順適、定位準(zhǔn)確穩(wěn)固，目的是保證下一節(jié)段張拉束W5直線斜率符合設(shè)計(jì)要求，管道中間點(diǎn)順橋向坐標(biāo)放樣見圖7。

3.2 增設(shè)防崩鋼筋

在縱向預(yù)應(yīng)力管道彎曲部分、張拉束W4直線管道部分設(shè)置12防崩鋼筋，減輕了因管道安裝局部偏差產(chǎn)生的集中應(yīng)力，張拉束直線管道增設(shè)防崩鋼筋見圖8。

3.3 腹板內(nèi)外側(cè)設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)片

在腹板內(nèi)、外側(cè)設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片安裝與腹板鋼筋緊貼，用扎絲與腹板鋼筋綁扎固定，相鄰網(wǎng)片間搭接不少于1個(gè)網(wǎng)格。

3.4 混凝土配合比設(shè)計(jì)

箱梁 C55混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，既要滿足現(xiàn)場(chǎng)高墩混凝土泵送工作性能，又滿足設(shè)計(jì)7d張拉條件，而且經(jīng)濟(jì)合理。選用P.Ⅱ52.5水泥，外摻粉煤灰、微硅粉，配制C55混凝土配合比見表1。

C55混凝土工作性能、力學(xué)性能指標(biāo)見表2。

3.5 管控箱梁混凝土澆筑質(zhì)量

3.5.1 對(duì)稱平衡澆筑箱梁混凝土

掛籃兩端混凝土對(duì)稱平衡澆筑，先澆筑底板，再澆腹板，最后澆頂板，每車混凝土掛籃兩端各澆筑一半，四個(gè)腹板循環(huán)各澆筑一次，兩端澆筑方量差不大于2 m3，每次腹板澆筑厚度不超過50 cm，保證下層混凝土初凝前筑上一層[2]。

3.5.2 混凝土振搗

施工現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)混凝土振搗，保證混凝土強(qiáng)度和外觀質(zhì)量?；炷琳駬v分為以下兩種：

一是底板混凝土振搗。底板混凝土邊卸料邊振搗，底板與腹板交界處振搗棒插入困難部位，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員應(yīng)旁站督促振搗到位。

二是腹板混凝土振搗。當(dāng)腹板高度大于5 m時(shí)，為防止混凝土卸料離析，腹板下部混凝土首先從內(nèi)箱腹板中下部開孔入模，作業(yè)工人從端模人孔進(jìn)入分層搗實(shí)。

腹板中上部混凝土澆筑時(shí)，混凝土從腹板頂部卸料，第一層振搗時(shí)，采用2根6 m軟管的振搗棒，從頂部盡可能插入到腹板底部混凝土，做到不漏振、不過振[3]。

3.6 運(yùn)用自動(dòng)噴淋系統(tǒng)及時(shí)養(yǎng)生混凝土

混凝土澆筑后，頂、底板盡早覆蓋土工布，開啟自動(dòng)噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)，對(duì)本節(jié)段腹板模板噴淋灑水降溫，同時(shí)對(duì)上一節(jié)段腹板混凝土噴淋灑水養(yǎng)生，保證混凝土強(qiáng)度快速增長(zhǎng)（見圖9）。

3.7 管控張拉設(shè)備、張拉工藝，使錨下張拉應(yīng)力值接近設(shè)計(jì)值

箱梁節(jié)段混凝土同條件試件抗壓強(qiáng)度、彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)等級(jí)值90%以上，且養(yǎng)生齡期不少于7 d。

張拉設(shè)備應(yīng)事先經(jīng)過標(biāo)定，下次校準(zhǔn)期限不得超過6個(gè)月，且使用不超過200次;不定期用鋼尺實(shí)測(cè)張拉各階段伸長(zhǎng)值，計(jì)算實(shí)測(cè)總伸長(zhǎng)值與智能設(shè)備數(shù)據(jù)相核對(duì)。

對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線進(jìn)行編號(hào)，減少穿束過程中預(yù)應(yīng)力鋼鉸線打絞概率，降低同一斷面預(yù)應(yīng)力束的不均勻度。

張拉前，認(rèn)真檢查千斤頂與油泵配套對(duì)應(yīng)，檢查張拉數(shù)據(jù)錄入是否正確。

張拉時(shí)，終張力以滿足設(shè)計(jì)張拉力值為主，引伸量偏差±6%作校核。

結(jié)合鋼鉸線長(zhǎng)度確定張拉初應(yīng)力、終張持荷時(shí)間，具體參數(shù)見表3。

3.8 錨下有效預(yù)應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

邀請(qǐng)第三方對(duì)已張拉未灌漿的預(yù)應(yīng)力鋼束，采用復(fù)張法對(duì)單根鋼絞線進(jìn)行錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)，一般第三方抽檢頻率為20%。

4 防裂措施實(shí)施后效果

通過采取預(yù)應(yīng)力管道座標(biāo)準(zhǔn)確定位、設(shè)置預(yù)應(yīng)力管道防崩鋼筋、控制箱梁混凝土澆筑養(yǎng)生質(zhì)量、管控預(yù)應(yīng)力張拉工藝等精細(xì)化施工措施，箱梁節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉后，腹板混凝土表面光潔、致密、無裂紋，有效解決了施工中連續(xù)剛構(gòu)箱梁腹板開裂問題，大橋順利合龍貫通，線型順適、內(nèi)實(shí)外美，贏得了項(xiàng)目業(yè)主、監(jiān)理等部門的一致好評(píng)見圖10。

5 結(jié)語(yǔ)

通過以上研究，得出以下結(jié)論：箱梁節(jié)段張拉后腹板開裂的直接原因是腹板混凝土受到拉應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力管道座標(biāo)定位不準(zhǔn)確、張拉有效預(yù)應(yīng)力不滿足設(shè)計(jì)要求、混凝土澆筑養(yǎng)生質(zhì)量不滿足規(guī)范要求是箱梁腹板混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力的主要原因。

施工過程中采取的措施：精細(xì)化控制預(yù)應(yīng)力管道在腹板端頭模板處、中間點(diǎn)處座標(biāo)定位，確保預(yù)應(yīng)力管道順直，定位準(zhǔn)確，是防止沿腹板產(chǎn)生斜裂紋的重要手段;在縱向預(yù)應(yīng)力管道彎曲部分、張拉束直線管道部分設(shè)置防崩鋼筋，在腹板內(nèi)外側(cè)設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)片，是防止腹板開裂的輔助措施;管控混凝土澆筑質(zhì)量，運(yùn)用自動(dòng)噴淋系統(tǒng)及時(shí)養(yǎng)生，是防止混凝土表面開裂的重要措施;管控張拉設(shè)備、嚴(yán)格張拉工藝，保證錨下張拉力值盡可能接近設(shè)計(jì)值，是保證現(xiàn)澆連續(xù)剛構(gòu)箱梁施工階段、營(yíng)運(yùn)階段腹板不開裂的重要環(huán)節(jié);張拉后，邀請(qǐng)第三方按頻率現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)錨下有效預(yù)應(yīng)力值，是控制大橋三向預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量的有效檢測(cè)手段。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)交通部.TJG/T 3650-2020.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2020：10.

[2] 梁巖.預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆箱梁裂縫問題的探討[J].遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2014（1）：67-70.

[3] 袁利偉，袁偉濤.連續(xù)剛構(gòu)橋腹板裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防[J].科技與生活，2012（6）：22-24.

收稿日期：2022-02-16

作者簡(jiǎn)介：袁家江（1972—），男，四川大邑人，本科，副高級(jí)工程師，從事高速公路路基、橋梁、隧道施工工作。