某下承式鋼管混凝土系桿拱橋拱腳裂縫防治措施

李冰

（江蘇省南京市航道事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 南京210036）

下承式鋼管混凝土系桿拱橋具有結(jié)構(gòu)輕盈、外形美觀、跨越能力大、橋下凈空高、施工方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，近年來在我國(guó)得到飛速發(fā)展，特別是內(nèi)河航道上使用較多。拱腳是系桿、端橫梁和拱肋的交點(diǎn)，主要起聯(lián)結(jié)作用，為鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的變截面處，受力復(fù)雜，在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中發(fā)現(xiàn)絕大部分鋼管混凝土系桿拱橋拱腳部位存在裂縫，影響結(jié)構(gòu)耐久性和安全性。本文以某下承式鋼管混凝土系桿拱橋工程為實(shí)例，針對(duì)性地采取了防治措施，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

主橋上部結(jié)構(gòu)為80m（計(jì)算跨徑）下承式鋼管混凝土系桿拱。主橋承重構(gòu)件拱肋及系桿，設(shè)二榀分列。系桿間凈距5.2m，面內(nèi)拱軸線方程y=4fx(L-x)/L2，矢跨比f/L＝1/6，跨徑L=80m，矢高f=13.33m。拱肋采用單圓鋼管混凝土斷面，豎向內(nèi)傾8°，兩拱肋形成斜靠形式。鋼管外徑Φ90cm，壁厚1.6cm，內(nèi)充C40微膨脹混凝土；主跨縱橋向共設(shè)5 道風(fēng)撐，均為一字型風(fēng)撐，風(fēng)撐采用單圓鋼管斷面；系桿采用單側(cè)傾斜箱型截面。中橫梁間距5.6m，為鋼筋混凝土砼T 形梁，全橋共設(shè)13 道。橋面板采用高0.25m 的鋼筋混凝土實(shí)心板。端橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁，全橋共設(shè)2 道。吊桿采用LZM 吊桿系統(tǒng)，該吊桿系統(tǒng)采用PES（FD）低應(yīng)力防腐索體，吊桿間距5.6m，全橋共計(jì)26 根吊桿。

2 常見拱腳裂縫分析

根據(jù)對(duì)其他已建成的鋼管混凝土系桿拱橋拱腳裂縫調(diào)查，拱腳裂縫主要存在兩個(gè)類型，一種為拱腳頂面裂縫多呈網(wǎng)狀分布；另一種為鋼管混凝土交界面裂縫，主要沿著管徑分布并延伸到拱腳側(cè)面（圖1，2）。

圖1 拱腳頂面裂縫

圖2 鋼管混凝土交界面裂縫

對(duì)于第一種拱腳頂面裂縫，從形態(tài)分析來看，主要為不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫，主要因混凝土收縮引起，與施工工藝和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)，拱腳頂面混凝土一般為C50 高標(biāo)號(hào)混凝土，水泥含量大，水化熱高，在構(gòu)件澆筑成型后需進(jìn)行收漿和整平，拱腳頂面為斜面且內(nèi)部用鋼管，混凝土相對(duì)較薄，導(dǎo)致難以有效振搗，控制不好易出現(xiàn)表面不平整、麻面等病害，再加上養(yǎng)護(hù)措施不到位，極易出現(xiàn)不規(guī)則網(wǎng)狀裂縫。

對(duì)于第二種鋼管混凝土交界面裂縫，一般在鋼管拱肋內(nèi)混凝土泵送后才顯現(xiàn)，裂縫主要順拱軸線方向，在鋼管與拱腳混凝土連接處呈輻射狀。原因可能是由鋼管拱肋內(nèi)混凝土泵送時(shí)內(nèi)部壓力過大，交界面處混凝土厚度薄弱，特別鋼管和混凝土因材質(zhì)不同導(dǎo)致伸縮變形不一致引起，經(jīng)試驗(yàn)室對(duì)本工程鋼管和混凝土加熱試驗(yàn)，鋼管膨脹率為4%，混凝土膨脹率為2%。

3 裂縫控制措施

3.1 設(shè)置剪力鋼筋

針對(duì)拱腳混凝土與鋼管受熱膨脹率不同，增加剪力鋼筋、增加拱肋預(yù)埋段橫向?qū)摻罴鞍摪宓却胧┍M量將拱肋預(yù)埋段鋼管的熱膨脹系數(shù)控制到與混凝土一致。在拱肋預(yù)埋段底口2m 范圍內(nèi)設(shè)置剪力鋼筋，通過剪力鋼筋將拱肋預(yù)埋段和拱腳固結(jié)成一整體，實(shí)現(xiàn)了“同步收縮”；鋼管熱膨脹系數(shù)大于混凝土，因此在拱肋預(yù)埋段底口2m 范圍設(shè)置橫向?qū)睿拗乒袄哌^多膨脹，從而避降低裂縫產(chǎn)生的概率。

圖3 拱腳鋼管外部剪力鋼筋

圖4 拱腳鋼管內(nèi)部剪力鋼筋

3.2 優(yōu)化混凝土配合比

施工過程中嚴(yán)格控制原材的質(zhì)量，選擇低水化熱水泥，減小粗骨料粒徑，采用自平流混凝土，進(jìn)場(chǎng)的原材經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)合格后進(jìn)入拌合站，確保了成品混凝土抗壓、抗剪等性能達(dá)到理論值，特別是向混凝土中添加聚丙烯纖維等措施進(jìn)一步提升混凝土抗裂性能。

3.3 設(shè)置振搗棒導(dǎo)管

一方面增加振搗棒數(shù)量及型號(hào)，配置小型振搗棒，在兩個(gè)拱腳內(nèi)側(cè)附著兩臺(tái)ZKF-150G 高頻振動(dòng)器，在澆筑過程中更換安裝位置，不得長(zhǎng)時(shí)間在同一位置進(jìn)行工作,保證了大方量、鋼筋密集等復(fù)雜條件下，最大程度地保證了振搗棒能覆蓋到每個(gè)振搗點(diǎn)；另一方面針對(duì)振動(dòng)棒很難達(dá)到的振搗位置，在鋼筋綁扎時(shí)就設(shè)計(jì)預(yù)留了振動(dòng)棒導(dǎo)管，先由導(dǎo)管伸入到指定位置，再將振搗棒沿著導(dǎo)管內(nèi)壁伸入振搗區(qū)，實(shí)現(xiàn)“零漏振”。

3.4 拱肋預(yù)埋段澆筑混凝土至頂口并增加隔板

針對(duì)拱肋混凝土壓注裂縫，拱肋預(yù)埋段有2m 處于拱肋混凝土中，壓注混凝土?xí)r，壓力傳遞到拱肋根部，對(duì)拱肋產(chǎn)生徑向的擴(kuò)張壓力，進(jìn)而導(dǎo)致拱腳混凝土崩裂，為此向拱腳預(yù)埋段內(nèi)澆筑混凝土至頂口，并且振搗密實(shí)，防止壓注拱肋混凝土?xí)r，壓力傳遞到拱腳。為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)拱肋混凝土的“隔離”效果，在拱肋預(yù)埋段頂口增加隔板，并與頂口焊接嚴(yán)密，防止壓注混凝土漿液言“縫隙”深入拱腳段，有效地阻止了壓注混凝土的壓力傳遞。

3.5 加強(qiáng)施工過程中的溫控和后期養(yǎng)護(hù)

對(duì)混凝土水化熱進(jìn)行有效控制，混凝土澆筑過程中實(shí)施全程監(jiān)測(cè)，將內(nèi)外溫差嚴(yán)格限制在25℃以內(nèi); 控制好拆模時(shí)間，避免過早，防止?jié)菜崩洌B(yǎng)護(hù)水溫與混凝土溫差控制在15℃以內(nèi)；加強(qiáng)拱腳混凝土的養(yǎng)護(hù)，冬季施工時(shí)覆蓋棉被保溫，夏季時(shí)采用土工布覆蓋加不間斷噴淋進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)論

鋼管混凝土系桿拱橋拱腳裂縫是該橋型最常見質(zhì)量病害，本文對(duì)拱腳裂縫進(jìn)行了分析和探討，針對(duì)性地采取了相應(yīng)的預(yù)防措施，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查該下承式鋼管混凝土系桿拱橋的4 個(gè)拱腳均未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，以上防治措施可供類似工程設(shè)計(jì)和施工人員參考。

圖5 施工完成的拱腳未見明顯裂縫