高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)梁橋0#塊裂紋裂縫成因分析及消除措施

王 鑫

(中鐵二十局市政工程有限公司,甘肅 蘭州 730300)

進入十四五規(guī)劃的開端之年,我國在高速公路建設(shè)的發(fā)展過程,更加注重大型結(jié)構(gòu)物在施工及運營過程中的安全。連續(xù)剛構(gòu)型梁橋因其設(shè)計理論與施工技術(shù)日趨成熟與完善,特別適用于單孔跨徑80～150 m的范圍。目前,在橋梁施工過程中,特別是對0#塊階段的施工,仍然存在混凝土出現(xiàn)早期裂紋裂縫的情況,早期該情況的出現(xiàn),對在后期施工過程中會不斷的發(fā)展,從而引起結(jié)構(gòu)局部或整體的強度與剛度的減弱,導致耐久性降低,造成不必要的安全事故發(fā)生,因此必須加以重視。

1 工程概況

友聯(lián)紅河特大橋位于固原市彭陽縣紅河鄉(xiāng)友聯(lián)村,于擬建銀川至昆明公路(G85)太陽山至彭陽段高速公路,橋梁全長為2 161.00 m,結(jié)構(gòu)形式上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預應力混凝土連續(xù)T梁+預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)組合,下部梁墩及基礎(chǔ)采用柱式、空心墩樁基礎(chǔ),橋臺采用柱式臺,基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。友聯(lián)紅河特大橋主橋為變截面預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,采用整體式斷面,主橋橋跨組成為(65 m+5×118 m+65 m)+(76 m+2×140 m+76 m),起點樁號為K229+349,終點樁號為K230+501,主橋全長1 152 m。

特大橋采用雙向四車道,整體式斷面,左右幅分幅設(shè)置,橋梁全寬26.0 m,橋?qū)挷贾脼?.525 m(防撞護欄)+11.725 m(行車道)+0.525 m(防撞護欄)=26.0 m。

2 0#塊早期裂紋裂縫情況分析

友聯(lián)紅河特大橋19#主墩(主墩設(shè)計高度75 m)主要位于(65 m+5×118 m+65 m)的1號橋,0#～1#塊的結(jié)構(gòu)尺寸及施工材料參數(shù)如下。

19#墩0～1#塊混凝土設(shè)計強度為C55標號,單幅混凝土用量為401.51 m3,設(shè)計圖紙對該節(jié)段部件并未設(shè)置冷卻水系統(tǒng)。施工過程中采用配合比具體參數(shù)為:(水泥∶砂∶碎石∶水∶粉煤灰∶外加劑∶聚丙烯纖維)為(430∶801∶1 061∶145∶53∶5.31∶0.9)kg,其中水泥采用P.O52.5級(低堿)水泥,水采用機井水,砂采用中砂,碎石采用5～20 mm連續(xù)級配碎石,粉煤灰采用F類Ⅰ級粉煤灰,減水劑采用HT-HPC聚羧酸高。

19#墩右幅0～1#塊于2022年9月15日通過模板、預應力、鋼筋驗收,混凝土澆筑期間溫度5～28 ℃,氣候干燥,晝夜溫差大。澆筑初期的環(huán)境溫度:18 ℃,入模溫度26.0 ℃,坍落度210 mm,至16日中午13∶20完成澆筑,9月24日豎向預應力開始張拉,張拉后的3個箱室腹板出現(xiàn)程度不同的裂紋裂縫。

表1 友聯(lián)紅河特大橋19#墩0#～1#塊裂紋裂縫檢測結(jié)果

初步分析裂紋裂縫成因主要包括以下的幾種原因。

(1)混凝土強度早期上升較快,水化熱反應劇烈。由于本次混凝土配合比中水泥含量較高,粉煤灰含量較低,導致強度上升速度過快,19#墩0#～1#塊梁段澆筑后第三天的平均強度為59.8 MPa,即設(shè)計強度的108.7%,混凝土內(nèi)部水化熱反應劇烈,產(chǎn)生的溫度裂紋裂縫。

(2)混凝土養(yǎng)生不及時,由于現(xiàn)場采用的是頂板“一布一膜”土工布覆蓋養(yǎng)生。外模腹板帶模養(yǎng)護、內(nèi)箱室采用灑水養(yǎng)護,在拆模后養(yǎng)生不到位,沒有及時進行土工布覆蓋,養(yǎng)生過程中不足以滿足混凝土表面的保濕效果,尤其是腹板。

(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計因素,因本項目為雙支墩,0#塊澆筑且強度形成以后, 墩身和0#～1#塊形成門架結(jié)構(gòu),在縱向鋼束沒有張拉,便進行豎向鋼束的張拉,門架結(jié)構(gòu)受溫度變化,產(chǎn)生水平力,導致腹板出現(xiàn)裂紋裂縫開裂情況。

3 0#塊混凝土溫度監(jiān)控分析

結(jié)合19#墩0#～1#節(jié)段現(xiàn)場實際情況,考慮施工氣候條件,混凝土的混凝土強度等級、配合比、混凝土總量、澆筑厚度,依照大體積混凝土施工標準(GB 50496-2018)及大體積混凝土溫度測控技術(shù)規(guī)范(GB/T 51028-2015),將溫度傳感器直接埋入易發(fā)生裂紋裂縫的腹板區(qū)域混凝土中,真實地反映出混凝土澆筑體內(nèi)的最高溫升、里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度。具體布置要求與方式如下。

(1)測溫點的位置選擇在溫度變化大,容易散熱、受環(huán)境溫度影響大,溫升最大和產(chǎn)生收縮拉應力最大的地方。

(2)監(jiān)測點的布置范圍以所選混凝土澆筑體平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區(qū),在測試區(qū)內(nèi)監(jiān)測點按平面分層布置。

(3)在測試區(qū)內(nèi),監(jiān)測點的位置與數(shù)量依據(jù)溫凝土澆筑體內(nèi)溫度場分布情況及溫控的要求確定。

從現(xiàn)場實際監(jiān)測數(shù)據(jù)分析中,混凝土在養(yǎng)護期間降溫速率明顯大于規(guī)范要求,其他指標符合規(guī)范要求。主要原因,在于19#橋墩0#～1#塊設(shè)置有人洞,并非標準的封閉大體積混凝土,致使養(yǎng)護期間降溫較快,從而導致構(gòu)件可能出現(xiàn)由于混凝土收縮與溫差造成的裂紋裂縫產(chǎn)生的可能性。

4 優(yōu)化及防護處理措施及方法

通過對建立的0#～1#塊節(jié)段仿真分析模型計算與現(xiàn)場預埋的振弦式應力應變傳感器實測數(shù)據(jù)結(jié)果(見表2),對計算模型結(jié)果(見圖1)與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化如下措施與方法,避免與減少對0#塊節(jié)段施工工程中的裂紋裂縫的發(fā)生情況。

圖1 友聯(lián)紅河特大橋1號橋0#～1#塊節(jié)段仿真分析模型

表2 19#墩右幅0#～1#塊節(jié)段振弦式埋入式傳感器實測數(shù)據(jù)

(1)結(jié)合現(xiàn)場混凝土回彈數(shù)據(jù)、3 d、5 d及7 d抗壓試塊強度數(shù)據(jù)及彈性模量分析,優(yōu)化0#塊節(jié)段的混凝土配合比,切實解決好混凝土早期強度偏高的情況發(fā)生;

(2)結(jié)合現(xiàn)場0#塊設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸特點,在澆筑后將門洞兩側(cè)懸掛門簾,避免穿堂風灌入,混凝土澆筑后在12 h候及時拆除內(nèi)膜,混凝土采用霧狀噴淋養(yǎng)護,結(jié)合測溫記錄情況決定對頂板混凝土表面采取覆蓋,或者澆水養(yǎng)護,確?；炷帘砻婧铜h(huán)境溫度不大于規(guī)范限值要求;

(3)結(jié)合現(xiàn)場構(gòu)件設(shè)計的情況,綜合考慮連續(xù)剛構(gòu)梁橋0#塊的三向預應力張拉作業(yè)工序,切實保證施工全過程的安全。