高溫多雨地區(qū)大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁裂縫 分析與控制

作者簡(jiǎn)介：

趙興華（1977—），高級(jí)工程師，研究方向：道路與橋梁工程。

文章依托高溫多雨地區(qū)某大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工工程，從原材料質(zhì)量控制、施工工藝優(yōu)化、混凝土配合比設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)備配套組合、設(shè)計(jì)深度等方面對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行分析和控制，實(shí)現(xiàn)大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁建設(shè)質(zhì)量穩(wěn)步提升。

高溫多雨；連續(xù)剛構(gòu)；橋梁；裂縫；分析；控制

中圖分類號(hào)：U448.23 A 36 112 2

0 引言

隨著國(guó)家“十四五”規(guī)劃的穩(wěn)步推進(jìn)，基建工程蓬勃發(fā)展，高速公路等工程不斷深入地形復(fù)雜地區(qū)，特殊橋梁工程占比越來(lái)越高。其中，連續(xù)剛構(gòu)橋梁以其墩梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在墩頂形成負(fù)彎矩用于抵消跨中正彎矩，從而適用于大跨徑高墩橋梁獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式而被廣泛應(yīng)用。施工過(guò)程中往往由于設(shè)計(jì)、施工組織、材料質(zhì)量、設(shè)備性能、天氣、人為等綜合主客觀因素的影響，不可避免地導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生，其產(chǎn)生原因比較復(fù)雜，在增加治理費(fèi)用的同時(shí)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命有不同程度的影響。為此，針對(duì)裂縫產(chǎn)生的不同種類，分析其產(chǎn)生原因，并通過(guò)精細(xì)化施工等相應(yīng)對(duì)策進(jìn)行預(yù)防控制，減少各種裂縫的產(chǎn)生。

1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目地處廣西崇左市龍州縣境內(nèi)，緊鄰越南邊境，最高氣溫可達(dá)42 ℃，每年高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月之久，臺(tái)風(fēng)、暴雨、雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。項(xiàng)目的連續(xù)剛構(gòu)橋梁共計(jì)4座，其中平而河特大橋?yàn)槿€控制性工程，橋梁全長(zhǎng)434 m，橋跨布置為（90+155+90）m+（3×30）m。掛籃施工懸澆節(jié)段數(shù)為19個(gè)，0#塊高度為9.5 m，最重懸澆段重量為190 t，合龍段高度為3.5 m。高溫多雨等不利因素增加了大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工的難度，受應(yīng)力、施工工藝、混凝土收縮徐變的影響，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些裂縫。

2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

連續(xù)剛構(gòu)橋梁現(xiàn)澆梁段的裂縫種類較多，歸納總結(jié)主要分為應(yīng)力、收縮徐變、施工三個(gè)主要類型。本文從原材料質(zhì)量、機(jī)械設(shè)備、施工工藝、設(shè)計(jì)深度等方面分析橋梁裂縫產(chǎn)生的原因。

2.1 應(yīng)力裂縫產(chǎn)生的原因分析

應(yīng)力裂縫主要是0#塊及附近節(jié)段、合龍段附近節(jié)段腹板縱向的45°斜向裂縫，以及跨中底板、頂板的縱橫裂縫。其主要由設(shè)計(jì)深度不足和施工工藝缺陷兩方面導(dǎo)致。

0#塊及附近節(jié)段、合龍段附近節(jié)段腹板縱向45°斜向裂縫產(chǎn)生原因主要為設(shè)計(jì)深度和施工工藝缺陷兩方面。設(shè)計(jì)方面：該區(qū)域的主拉應(yīng)力超過(guò)了該處預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋的抗剪力及混凝土的抗拉強(qiáng)度；預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋管道及其周邊混凝土受集中壓應(yīng)力，由于松泊效應(yīng)導(dǎo)致管道及其周邊混凝土受到管道徑向的巨大張力，如混凝土保護(hù)層不足以抵抗拉應(yīng)力，則會(huì)在其薄弱處裂開；腹板的非預(yù)應(yīng)力普通鋼筋網(wǎng)鋼筋間距較大，不能滿足抗裂要求。施工方面：混凝土拆模時(shí)間過(guò)早，混凝土尚未達(dá)到設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度；混凝土未達(dá)到拆模、張拉的齡期或強(qiáng)度；施工臨時(shí)荷載超載或在作用點(diǎn)產(chǎn)生較大集中應(yīng)力。

跨中合龍段附近節(jié)段底板、頂板縱橫向裂縫產(chǎn)生原因主要是設(shè)計(jì)深度和施工工藝缺陷。設(shè)計(jì)方面：梁底在合龍段及附近梁段防崩裂設(shè)計(jì)深度不足，計(jì)算梁底豎曲線半徑，設(shè)豎曲線半徑為R，豎曲線弦長(zhǎng)為L(zhǎng)，弦高為H，建立方程式：R2=（R-H）2+0.5L2，如果豎曲線半徑＜350 m，在張拉底板縱向預(yù)應(yīng)力鋼索的時(shí)候基本都出現(xiàn)底板開裂、崩落現(xiàn)象，豎曲線半徑在350～500 m時(shí)發(fā)生開裂、崩落概率較小，＞500 m時(shí)發(fā)生開裂、崩落概率極小；現(xiàn)澆梁段底、頂板預(yù)應(yīng)力管道上下層鋼筋之間的防崩裂連接鋼筋設(shè)計(jì)數(shù)量偏少；為防止腹板45°斜向裂縫，可采取增加加強(qiáng)箍筋，抵抗應(yīng)力擴(kuò)散，降低腹板45°斜向裂縫。施工工藝缺陷方面：現(xiàn)場(chǎng)管理不到位，工人安裝底、頂板預(yù)應(yīng)力管道上下層鋼筋間防崩裂連接鋼筋時(shí)，未按設(shè)計(jì)圖紙施工，存在偷工減料或者私自切割連接筋現(xiàn)象。

2.2 收縮徐變裂縫產(chǎn)生的原因分析

混凝土收縮徐變會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。原材料質(zhì)量影響：砂石地材含水率過(guò)大，外加劑摻量不準(zhǔn)確，拌和機(jī)稱量系統(tǒng)出現(xiàn)故障，混凝土材料用量不精準(zhǔn)，施工配合比調(diào)配不當(dāng)?shù)染蓪?dǎo)致混凝土水化熱過(guò)大或離析。若未及時(shí)采取措施調(diào)整混凝土，使離析混凝土澆筑至梁段內(nèi)，混凝土?xí)蝽斆娲止橇舷鲁?，水泥漿過(guò)多而產(chǎn)生收縮裂縫。高溫及暴雨天氣影響：澆筑混凝土?xí)r未選擇在夏季一天中溫度最低時(shí)段，混凝土澆筑時(shí)氣溫高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，混凝土入模前未對(duì)模板進(jìn)行降溫處理，混凝土澆筑完成后養(yǎng)生不及時(shí)、不到位引起收縮裂縫；混凝土澆筑過(guò)程中突降大雨，覆蓋不及時(shí)，雨水進(jìn)入混凝土，未采取有效措施導(dǎo)致混凝土離析并產(chǎn)生收縮裂縫。針對(duì)該地區(qū)長(zhǎng)期高溫多雨特點(diǎn)，采用高性能混凝土，以提高混凝土初凝時(shí)間。見(jiàn)表1。

施工工藝不當(dāng)影響：混凝土初凝后未及時(shí)進(jìn)行收面壓實(shí)或者未及時(shí)進(jìn)行拉毛處理引起收縮裂縫。

2.3 施工縫產(chǎn)生的原因分析

原材料質(zhì)量影響：混凝土所需的砂、碎石、外加劑等原材料質(zhì)量不穩(wěn)定，如機(jī)制砂含粉量高、亞甲藍(lán)超標(biāo)、不同批次外加劑組分差異、進(jìn)場(chǎng)水泥溫度過(guò)高、拌和用水含泥量超標(biāo)等，可能使混凝土工作性能無(wú)法在澆筑時(shí)間段內(nèi)保持穩(wěn)定狀態(tài)，混凝土離析導(dǎo)致堵管現(xiàn)象，處理堵管時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起混凝土澆筑長(zhǎng)時(shí)間中斷而產(chǎn)生施工縫；混凝土初凝時(shí)間過(guò)短，造成冷縫。針對(duì)原材料質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)采用高品質(zhì)機(jī)制砂，其含粉量、壓碎指標(biāo)和細(xì)度模數(shù)相較常規(guī)機(jī)制砂工藝質(zhì)量均有較大提升，能夠有效避免施工縫產(chǎn)生。見(jiàn)表2。

機(jī)械設(shè)備故障影響：混凝土澆筑過(guò)程中，輸送泵發(fā)生故障、臨時(shí)停電、備用電源不能正常施工。

天氣原因影響：高溫、暴雨等惡劣天氣影響都是導(dǎo)致施工縫產(chǎn)生的原因。

施工工藝不當(dāng)影響：不可避免情況下連續(xù)梁段混凝土需二次澆筑時(shí)，已澆筑混凝土接縫鑿毛不徹底，清理不干凈，產(chǎn)生施工冷縫。

3 裂縫預(yù)防控制

3.1 應(yīng)力裂縫的預(yù)防控制

設(shè)計(jì)方面：施工單位進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)提前對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行復(fù)核，并加強(qiáng)與設(shè)計(jì)單位溝通，現(xiàn)澆梁段梁底豎曲線半徑應(yīng)＞500 m；對(duì)底、頂板預(yù)應(yīng)力管道上下層防崩鋼筋進(jìn)行適當(dāng)加密加強(qiáng)；布置有彎起預(yù)應(yīng)力筋部位，有效地克服主拉應(yīng)力，在無(wú)彎起預(yù)應(yīng)力筋部位應(yīng)驗(yàn)算該部位的主拉應(yīng)力，并布置相應(yīng)的抗裂鋼筋；適當(dāng)加密普通主筋鋼筋間距以增強(qiáng)其抗裂性，必要時(shí)在腹板易發(fā)生45°斜向裂縫區(qū)段增加兩側(cè)鋼筋網(wǎng)片；在預(yù)應(yīng)力束張拉集中的靠近錨頭區(qū)域，增設(shè)鋼筋網(wǎng)片，提高抗壓能力并分散集中力［1］。施工方面：施工工藝流程必須按設(shè)計(jì)施工，如有變更應(yīng)提前與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，核算無(wú)誤后再進(jìn)行施工；混凝土未到齡期或強(qiáng)度，不能拆除模板，混凝土試塊必須與梁體同條件同步養(yǎng)生，在澆筑混凝土?xí)r多制作幾組試塊，在不同齡期進(jìn)行試驗(yàn)，掌握混凝土的實(shí)際強(qiáng)度；在梁段混凝土澆筑后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度、彈性模量及養(yǎng)護(hù)齡期后，方可施加預(yù)應(yīng)力，三個(gè)條件均為必要條件，應(yīng)同時(shí)滿足，盲目地壓縮養(yǎng)護(hù)齡期，不科學(xué)的趕工，易造成施工過(guò)程中或者通車后梁體下?lián)虾突炷灵_裂等質(zhì)量問(wèn)題；張拉順序優(yōu)化為先豎向再縱向最后再橫向，較常規(guī)張拉順序是先縱向再豎向最后橫向，能有效規(guī)避斜向張拉應(yīng)力裂縫。

3.2 收縮徐變裂縫的預(yù)防控制

弱化收縮徐變是減少收縮裂縫的一個(gè)方法。原材料質(zhì)量方面：杜絕不合格材料用于混凝土中，持續(xù)優(yōu)化混凝土配合比，嚴(yán)格控制材料用量，從根源上控制水化熱，加強(qiáng)拌和站、施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土性能檢測(cè)頻率，提高并穩(wěn)定混凝土施工時(shí)的工作性能，確?；炷恋陌?、流動(dòng)性等。離析混凝土未經(jīng)調(diào)整嚴(yán)禁用于混凝土澆筑。精細(xì)化施工方面：加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，0#塊以及現(xiàn)澆梁段按大體積混凝土進(jìn)行施工控制和養(yǎng)護(hù)；在掛籃桁架以及底板、腹板、頂板內(nèi)外側(cè)模板上安裝噴淋養(yǎng)生裝置進(jìn)行自動(dòng)化覆蓋養(yǎng)護(hù)，是根治高溫天氣收縮裂縫的主要手段；控制底板和頂板混凝土面的平整度，采用二次收漿、頂面壓實(shí)和拉毛等措施。

3.3 施工縫的預(yù)防控制

原材料質(zhì)量控制方面：嚴(yán)格控制自采地材料來(lái)源和加工設(shè)備，混凝土選用高品質(zhì)機(jī)制砂，嚴(yán)格控制水泥使用時(shí)的溫度，加強(qiáng)對(duì)外加劑過(guò)程批次質(zhì)量檢驗(yàn)，確?；炷列阅芊€(wěn)定。機(jī)械設(shè)備方面：加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備保養(yǎng)，確保輸送泵、振搗棒、電源穩(wěn)定且有備用配套設(shè)施。高溫及特殊天氣方面：加強(qiáng)對(duì)天氣預(yù)報(bào)資料的收集并指導(dǎo)施工，選擇在一天中溫度最低時(shí)澆筑混凝土，做好雨天混凝土澆筑施工預(yù)案。精細(xì)化施工方面：保證混凝土澆筑施工時(shí)間的連續(xù)性，現(xiàn)澆梁段宜整體澆筑，如分段澆筑需控制施工間隔時(shí)間，避免齡期差太長(zhǎng)造成開裂；加強(qiáng)混凝土頂面收面和拉毛質(zhì)量；澆筑新混凝土前，確保鑿毛徹底潔凈，露出≥75%的新鮮混凝土接觸面，澆筑混凝土前將接觸面充分濕潤(rùn)或均勻涂水泥漿［2］。

4 結(jié)語(yǔ)

連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫的產(chǎn)生不可避免，但裂縫防治工作依然有待加強(qiáng)。本文對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行綜合分析，并采取相應(yīng)的解決措施，通過(guò)精細(xì)化施工有效控制裂縫，提高混凝土的內(nèi)在和外在質(zhì)量，降低施工過(guò)程及運(yùn)營(yíng)后期維修成本，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，為后續(xù)類似連續(xù)剛構(gòu)橋梁工程提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

［1］張五洲.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制研究與混凝土裂縫分析及改進(jìn)措施［D］.貴陽(yáng)：貴州大學(xué)，2009（5）.

［2］吳曉勇.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工質(zhì)量控制［J］.建設(shè)科技，2010（12）：97-98.

收稿日期：2022-10-15