64 m 等高簡支預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工裂縫控制

周偉

(中鐵大橋股份有限公司，湖北武漢 430050)

目前國內(nèi)鐵路常使用的簡支箱梁梁跨為32 m，24 m，對于跨度為64 m的結(jié)構(gòu)一般采用變高度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，安慶長江鐵路大橋所用64 m跨等高簡支預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁屬于大跨度簡支箱梁，對施工質(zhì)量具有較高要求。在施工過程中為防止梁體混凝土產(chǎn)生裂紋，從而影響箱梁混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，需對混凝土簡支箱梁的裂紋成因進(jìn)行分析，并在施工中制定預(yù)防控制措施和處理方法。

1 工程概述

寧安鐵路安慶長江鐵路大橋正橋為(101.5+188.5+580+ 217.5+159.5+116)m雙塔鋼桁梁斜拉橋，全橋長2 996.8 m，是南京至安慶鐵路和阜陽至景德鎮(zhèn)鐵路的重要組成部分，非通航孔正橋W01號～W07號墩采用6孔跨徑64 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁。

安慶長江大橋非通航孔正橋64 m等高簡支預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁為單箱單室直腹板截面，橋梁中心線處梁高5.5 m，箱梁頂板寬12.2 m，雙向設(shè)2%的橫坡，底板寬6.4 m，腹板為直腹板，箱梁斷面見圖1?；炷翉姸鹊燃壊捎肅50混凝土。

圖1 64 m簡支等高預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁斷面圖

64 m簡支等高預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用原位支架現(xiàn)澆法施工。臨時支撐支柱結(jié)構(gòu)為鋼管樁，樁上承重梁為貝雷片桁架，具體布置見圖2。

圖2 64 m簡支等高預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工布置圖

2 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫成因分析

混凝土結(jié)構(gòu)在具有抗壓極限強度高的同時，也具有抗拉強度低、受拉時抗變形能力小、容易開裂等缺點?；炷潦湛s、溫度變化以及構(gòu)造物約束條件等因素都會使結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生拉應(yīng)力，是產(chǎn)生裂紋的主要成因。混凝土結(jié)構(gòu)上的裂縫對結(jié)構(gòu)尤其是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力及整體穩(wěn)定性、耐久性、防水性產(chǎn)生不利影響，如果不能控制裂縫的發(fā)展會危及混凝土結(jié)構(gòu)的使用功能和使用壽命。

2.1 混凝土收縮引起的裂紋

施工過程中，最易出現(xiàn)的是因混凝土收縮產(chǎn)生的裂紋。隨著混凝土硬化，水分不斷蒸發(fā)，濕度不斷降低，造成混凝土總體積不斷減少，稱為干縮。干縮過程中，混凝土表面水分蒸發(fā)快，內(nèi)部水分蒸發(fā)慢，使表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，表面混凝土出現(xiàn)拉力，當(dāng)拉力超過表面混凝土抗拉強度時，產(chǎn)生收縮裂紋。

2.2 溫度變化產(chǎn)生的裂紋

2.2.1 水泥水化熱引起的裂紋

水泥的水化熱會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)溫度上升，由于結(jié)構(gòu)的外形與導(dǎo)熱條件不一致，使混凝土內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度場。混凝土結(jié)構(gòu)會因溫度梯度場的變化產(chǎn)生相應(yīng)的溫度變形，因混凝土硬化后對結(jié)構(gòu)內(nèi)的相對變形有約束作用，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)這種溫度拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，便會出現(xiàn)溫度裂紋。

2.2.2 外界氣溫變化引起的裂紋

外界溫度出現(xiàn)驟降時，由于環(huán)境溫度對表面混凝土影響快，對內(nèi)部混凝土影響慢，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生溫度差，當(dāng)與水化熱的影響疊加時，易使混凝土表面出現(xiàn)溫度裂紋。

2.3 構(gòu)造物約束條件引起的裂紋

混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中，必然受到一定的約束，阻礙其自由變形，為構(gòu)造物提供支撐。易使預(yù)應(yīng)力混凝土梁體產(chǎn)生裂紋的約束包括梁段模板、臨時支撐等?；炷两Y(jié)構(gòu)拆模前，模板對混凝土有約束作用，能與表面混凝土共同受力，增強表面混凝土抵抗拉應(yīng)力能力，若拆模較早，所受拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，即產(chǎn)生裂紋。

梁段施工過程中，臨時支撐(如鋼管樁)不均勻沉降過大，必然導(dǎo)致梁體產(chǎn)生較大支點反力或彎矩，產(chǎn)生裂紋;因本梁混凝土方量較大，在下部混凝土硬化后，上部混凝土還需不斷加載，如果下部混凝土與支架梁受彎變形過大，會使梁體應(yīng)力增大，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。因此臨時支撐形成的裂紋是因受力變形產(chǎn)生，是結(jié)構(gòu)性的。

3 混凝土裂縫的預(yù)防措施

針對預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫產(chǎn)生的各種因素，結(jié)合64 m等高簡支預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工方法，制定了各項混凝土裂縫的預(yù)防措施。

3.1 合理選擇混凝土原材料及配合比

選用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥，降低水化熱的產(chǎn)生;選用強度高、級配合格的碎石，采用細(xì)度模數(shù)為2.7的中砂，在保證混凝土施工性能與質(zhì)量的前提下，使水泥用量降低，降低發(fā)熱量;應(yīng)用“雙摻技術(shù)”，摻入粉煤灰取代部分水泥漿，降低水化熱、減小體積收縮，摻入礦粉延緩水泥水化;摻用高效減水劑，延緩水化熱峰值出現(xiàn)的時間，降低混凝土內(nèi)溫度梯度的差值。

3.2 有效控制混凝土入模溫度

夏季氣溫高，主要通過降低混凝土原材料溫度和控制澆筑時機兩個手段，保證混凝土的入模溫度在30℃以內(nèi)。對水泥、砂、石的儲料倉、料堆進(jìn)行遮陽處理，在攪拌混凝土的用水中加入碎冰來達(dá)到降溫效果。施工時盡量選擇在氣溫較低的夜間進(jìn)行混凝土的澆筑。冬季施工時，混凝土入模溫度應(yīng)控制在5℃以上，可采用對拌合水或原材料加熱的措施來提高混凝土的入模溫度。

3.3 施工結(jié)構(gòu)措施

64 m簡支等高預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用鋼管支架法施工?；炷翝仓^程中，臨時支撐(鋼管樁)的不均勻沉降會使箱梁梁體出現(xiàn)不按照施工設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式受力的情況，當(dāng)不均勻沉降較大時，引起局部臨時支撐支點處混凝土開裂。

為預(yù)防臨時支撐出現(xiàn)不均勻沉降而引起裂紋的情況，采取的措施主要有以下兩種：一種是鋼管樁施工控制，在鋼管樁施工時，選擇貫入度和標(biāo)高“雙控”技術(shù)，由于鋼管樁設(shè)計為摩擦樁，施工時以標(biāo)高控制為主，貫入度作為校核，最終10擊平均貫入度不大于5 mm;一種是支架預(yù)壓，支架預(yù)壓采用1.25倍梁體荷載，預(yù)壓時間為3 d。支架預(yù)壓既檢查了結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，又對鋼管樁的不均勻沉降進(jìn)行了檢驗。預(yù)壓前在鋼管樁上做好標(biāo)記，預(yù)壓過程中記錄下各鋼管樁的沉降量，繪出沉降與時間關(guān)系圖，避免不均勻沉降超標(biāo)。

3.4 合理選擇拆模時間

模板可協(xié)同表面混凝土受力，且混凝土硬化前期對濕度變化較敏感，拆除外模過早，水分損失加快，而表面混凝土的抗拉性能不高，易導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生收縮裂紋。另外，拆模時混凝土的溫度不宜過高，以免混凝土接觸空氣后表面降溫過快而開裂，拆模時外界環(huán)境溫度不應(yīng)小于0℃，外界環(huán)境與混凝土表面、混凝土芯部與混凝土表面溫度差不應(yīng)大于15℃，當(dāng)遇到大風(fēng)或氣溫急劇變化的天氣也不應(yīng)拆模。

3.5 預(yù)張拉預(yù)應(yīng)力束預(yù)防裂縫

預(yù)應(yīng)力對防止出現(xiàn)混凝土裂縫和防止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展有著非常重要的作用，特別是對于跨度較大的現(xiàn)澆梁體結(jié)構(gòu)，作用更加明顯。

預(yù)張拉預(yù)應(yīng)力束包括腹板6束(腹板共14束)和底板2束(底板共20束)。預(yù)張拉時箱梁混凝土強度按箱梁同條件養(yǎng)護(hù)試件強度達(dá)到設(shè)計值的40%控制，彈性模量不小于2×104MPa，張拉控制應(yīng)力按箱梁設(shè)計索應(yīng)力的30%控制。張拉前腹板模板上全部拉桿應(yīng)松開，預(yù)張拉順序由中間向上下、從腹板到底板的順序，左右對稱進(jìn)行。

4 結(jié)語

寧安鐵路安慶長江大橋64 m簡支等高預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工過程中，通過對混凝土原材料及工藝措施等進(jìn)行有效的控制和預(yù)防，避免了混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋，特別是預(yù)張拉措施的成功應(yīng)用，保證了大跨等高簡支箱梁的施工，是預(yù)防混凝土裂縫產(chǎn)生的有效途徑，在混凝土施工中有較大的推廣意義。

［1］ 段 賽，白 楊.鋼筋混凝土橋梁裂縫檢測及預(yù)防措施［J］.山西建筑，2011，37(14)：173-174.