64 m 等高簡支預應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的結構一般采用變高度預應力連續梁結構，安慶長江鐵路大橋所用64 m跨等高簡支預應力混凝土箱梁屬于大跨度簡支箱梁，對施工質量具有較高要求。在施工過程中為防止梁體混凝土產生裂紋，從而影響箱梁混凝土結構的安全性和耐久性，需對混凝土簡支箱梁的裂紋成因進行分析，并在施工中制定預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預應力混凝土簡支箱梁。

安慶長江大橋非通航孔正橋64 m等高簡支預應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2%的橫坡，底板寬6.4 m，腹板為直腹板，箱梁斷面見圖1。混凝土強度等級采用C50混凝土。

圖1 64 m簡支等高預應力混凝土箱梁斷面圖

64 m簡支等高預應力混凝土箱梁采用原位支架現澆法施工。臨時支撐支柱結構為鋼管樁，樁上承重梁為貝雷片桁架，具體布置見圖2。

圖2 64 m簡支等高預應力混凝土箱梁施工布置圖

2 預應力混凝土箱梁裂縫成因分析

混凝土結構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。混凝土收縮、溫度變化以及構造物約束條件等因素都會使結構內發生拉應力，是產生裂紋的主要成因。混凝土結構上的裂縫對結構尤其是預應力混凝土結構的受力及整體穩定性、耐久性、防水性產生不利影響，如果不能控制裂縫的發展會危及混凝土結構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，最易出現的是因混凝土收縮產生的裂紋。隨著混凝土硬化，水分不斷蒸發，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快，內部水分蒸發慢，使表面收縮變形受到內部混凝土的約束，表面混凝土出現拉力，當拉力超過表面混凝土抗拉強度時，產生收縮裂紋。

2.2 溫度變化產生的裂紋

2.2.1 水泥水化熱引起的裂紋

水泥的水化熱會導致混凝土結構溫度上升，由于結構的外形與導熱條件不一致，使混凝土內產生溫度梯度場。混凝土結構會因溫度梯度場的變化產生相應的溫度變形，因混凝土硬化后對結構內的相對變形有約束作用，從而產生拉應力，當這種溫度拉應力超過混凝土的抗拉強度時，便會出現溫度裂紋。

2.2.2 外界氣溫變化引起的裂紋

外界溫度出現驟降時，由于環境溫度對表面混凝土影響快，對內部混凝土影響慢，使混凝土結構內外產生溫度差，當與水化熱的影響疊加時，易使混凝土表面出現溫度裂紋。

2.3 構造物約束條件引起的裂紋

混凝土結構在施工過程中，必然受到一定的約束，阻礙其自由變形，為構造物提供支撐。易使預應力混凝土梁體產生裂紋的約束包括梁段模板、臨時支撐等。混凝土結構拆模前，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力能力，若拆模較早，所受拉應力超過混凝土抗拉強度時，即產生裂紋。

梁段施工過程中，臨時支撐(如鋼管樁)不均勻沉降過大，必然導致梁體產生較大支點反力或彎矩，產生裂紋;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，會使梁體應力增大，產生較大拉應力。因此臨時支撐形成的裂紋是因受力變形產生，是結構性的。

3 混凝土裂縫的預防措施

針對預應力混凝土箱梁裂縫產生的各種因素，結合64 m等高簡支預應力混凝土箱梁施工方法，制定了各項混凝土裂縫的預防措施。

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，降低水化熱的產生;選用強度高、級配合格的碎石，采用細度模數為2.7的中砂，在保證混凝土施工性能與質量的前提下，使水泥用量降低，降低發熱量;應用“雙摻技術”，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的時間，降低混凝土內溫度梯度的差值。

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。對水泥、砂、石的儲料倉、料堆進行遮陽處理，在攪拌混凝土的用水中加入碎冰來達到降溫效果。施工時盡量選擇在氣溫較低的夜間進行混凝土的澆筑。冬季施工時，混凝土入模溫度應控制在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 施工結構措施

64 m簡支等高預應力混凝土箱梁采用鋼管支架法施工。混凝土澆筑過程中，臨時支撐(鋼管樁)的不均勻沉降會使箱梁梁體出現不按照施工設計的結構形式受力的情況，當不均勻沉降較大時，引起局部臨時支撐支點處混凝土開裂。

為預防臨時支撐出現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，選擇貫入度和標高“雙控”技術，由于鋼管樁設計為摩擦樁，施工時以標高控制為主，貫入度作為校核，最終10擊平均貫入度不大于5 mm;一種是支架預壓，支架預壓采用1.25倍梁體荷載，預壓時間為3 d。支架預壓既檢查了結構整體穩定性，又對鋼管樁的不均勻沉降進行了檢驗。預壓前在鋼管樁上做好標記，預壓過程中記錄下各鋼管樁的沉降量，繪出沉降與時間關系圖，避免不均勻沉降超標。

3.4 合理選擇拆模時間

模板可協同表面混凝土受力，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，易導致混凝土產生收縮裂紋。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，拆模時外界環境溫度不應小于0℃，外界環境與混凝土表面、混凝土芯部與混凝土表面溫度差不應大于15℃，當遇到大風或氣溫急劇變化的天氣也不應拆模。

3.5 預張拉預應力束預防裂縫

預應力對防止出現混凝土裂縫和防止裂紋進一步擴展有著非常重要的作用，特別是對于跨度較大的現澆梁體結構，作用更加明顯。

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

4 結語

寧安鐵路安慶長江大橋64 m簡支等高預應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行有效的控制和預防，避免了混凝土結構產生裂紋，特別是預張拉措施的成功應用，保證了大跨等高簡支箱梁的施工，是預防混凝土裂縫產生的有效途徑，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防措施［J］.山西建筑，2011，37(14)：173-174.