連續剛構橋箱梁裂縫原因與控制措施分析

張久東

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

預應力混凝土連續剛構橋具有剛度大、平順性好、伸縮縫少等優點，得到了較快的發展。但在大量修建此類橋梁后，由于跨徑大、預應力體系復雜等問題，箱梁裂縫現象較為常見，開裂部位大多在箱梁的頂板、腹板和底板，降低了橋梁的安全性，使得橋梁的正常使用受到嚴重的威脅。因此，如何提升工程的施工質量，防止箱梁裂縫現象的產生成為當前連續剛構橋施工中面臨的主要問題。

1 連續剛構橋優勢與不足

連續剛構橋是墩梁固結的連續梁橋，為橋梁施工中主要的結構組成部分，該施工技術具有材料應用少、成本造價低、工藝簡單、性價比高等特點，常被廣泛應用于大跨度路橋工程中[1]。當前，隨著大噸位錨固構件的應用以及混凝土性能的不斷提升，連續剛構橋發展態勢良好，為我國交通工程的快速發展奠定了良好的基礎。在大量修建這類橋梁后，由于前期施工中的各種原因，導致后期運營過程中出現了種種病害，最突出的就是結構裂縫，裂縫部位大多出現在箱梁，使橋梁使用安全性受到威脅。因此，在連續剛構橋施工中要嚴格控制施工質量，減少裂縫的產生[2]。

2 連續剛構橋箱梁裂縫原因與控制實例分析

2.1 工程概況

該橋梁位于我國貴州省中部的低山丘陵區。橋梁上部結構采用（32+55+32）m預應力混凝土連續箱梁，全長為182 m。箱頂寬18.4 m，底寬9.4 m，梁高7.3~3.0 m。設計荷載采用公路Ⅰ級，箱梁設計采用C55混凝土，地震烈度Ⅶ度。箱梁頂面設置6 cm鋼筋混凝土調平層，其上設置防水層，防水層上設10 cm瀝青混凝土面層，鋪裝層共厚16 cm。該項目2014年6月開始施工，2016年8月通車，施工工藝流程如圖1所示。在主橋剛構期間發現箱梁腹板有大量裂縫，部分裂縫閉合。裂縫呈45° 斜向狀態，長度在40~280 cm之間，寬度在0.01~0.25 mm之間。

圖1 主梁施工工藝流程圖

2.2 連續剛構橋箱梁腹板裂縫成因分析

2.2.1 混凝土澆筑

該橋梁項目施工過程中，嚴格控制施工質量，且混凝土拌和站到主橋施工只有10 min距離，運輸混凝土上不存在問題?？赡艽嬖趩栴}有：

（1）混凝土澆筑周期過長，先澆筑的混凝土剛開始初凝，上部持續澆筑，不斷加載和擾動，使初凝混凝土最后產生裂縫[3]。

（2）在澆筑過程中，由于私自添水，促使混凝土配合比變化，水蒸發后混凝土產生收縮裂縫[4]。

（3）澆筑振搗時間過長，導致混凝土骨料分層，強度不均勻，上層的細骨料易發生收縮裂縫[5-6]。

（4）澆筑振搗時間不足，混凝土強度不均勻，發生收縮裂縫[7]。

2.2.2 預應力張拉

（1）張拉頂板下彎預應力時，腹板內配置鋼筋少，預應力鋼束強度不夠，導致縱向頂板預應力管道定位出現偏差，造成腹板開裂。

（2）橋梁0#塊高度原因，采用先縱向后豎向張拉預應力的分段施工，在腹板預應力筋處出現水平裂縫。

（3）前期橋梁0#~1#塊預應力張拉齡期不夠，導致混凝土強度和彈性模量不足，在預應力錨固端處，由于混凝土的收縮徐變導致斜向裂縫。

（4）橋梁0#~1#塊出現腹板斜裂縫后，推斷塑料波紋管是造成主拉應力變大的原因。在實際施工過程中，塑料波紋管外徑大、管壁薄，并且在澆筑過程中已變形，無法達到設計的混凝土保護層厚度，管道處的應力集中，混凝土會在主拉應力作用下發生與管道平行的開裂，盡管目前采用真空壓漿工藝，無法達到100%的效果。

2.2.3 后期養護

混凝土澆筑后，在氣候炎熱的天氣下養護不及時，會使混凝土中水分快速蒸發，導致水泥顆粒不能充分水化，缺乏足夠的黏結力，發生脫粉現象。另外，混凝土水分過早的蒸發，無法使混凝土轉化為穩定的結晶，產生較大的收縮變形，出現干縮裂紋[8]。

2.3 連續剛構橋箱梁腹板裂縫控制措施

2.3.1 提高混凝土澆筑質量

針對該項目的懸臂施工特點，采取以下措施控制混凝土裂縫問題。

（1）為了確保模板不變形，采用鋼模板，并且定期檢查、更換、加密模板肋等，如發現有問題的模板應立即處理。

（2）掛籃變形過大會導致澆筑段混凝土的變形也大，因此，掛籃的變形控制應按照《公路橋涵施工技術規范》（JTGTF—2011）規定，掛籃的最大變形應不大于20 mm。在混凝土澆筑過程中，如果該塊段混凝土澆筑時間超過混凝土的初凝時間，底板已澆筑混凝土接縫位置容易變形，產生裂縫，如圖2所示。

圖2 澆筑塊段變形示意圖

（3）澆筑箱梁采用分層連續澆筑法，不采用推移式連續澆筑法，分層連續澆筑法與推移式連續澆筑法施工示意圖如圖3~4所示，澆筑順序為按照數字從小到大順序進行。

圖3 分層連續澆筑法

圖4 推移式連續澆筑法

分層連續澆筑便于振搗，并且有利于降低大體積混凝土澆筑塊的溫升。在分層連續澆筑法過程中，應嚴格控制懸臂兩端對稱澆筑，按照《公路橋涵施工技術規范》（JTGTF—2011）規定，懸臂不平衡荷載差值應控制在塊段重量的1/4之內，如果不平衡荷載過大，會造成0#塊產生不平衡彎矩，與主墩連接處開裂。另外，澆筑盡量縮短間隔時間，在前層混凝土初凝之前，將其次層混凝土澆筑完畢，防止因間隔時間過長產生“冷縫”。層間間隔時間按照《鋼筋混凝土工程施工及驗收規范》（GBJ204—83）規定，以貫入阻力值為3.5 MPa時為混凝土的初凝時間為準。特殊情況下，層面間隔時間超時可按施工縫處理。澆筑時，先澆筑外側的混凝土，使掛籃產生彈性變形，降低節段接縫后澆筑混凝土二次擾動產生的裂縫，澆筑示意圖如圖5所示。

圖5 懸臂施工混凝土澆筑示意圖

（4）混凝土配合比首先要考慮水泥的水化熱，水泥水化作用會產生大量的熱量，使混凝土內部的溫度升高，造成大體積混凝土表面產生溫度應力，使正在凝結硬化的混凝土產生裂縫，因此水泥首選礦渣水泥，并在合理的范圍內摻入粉煤灰。此外，為了降低水化熱，選擇緩凝高效減水劑，推遲溫峰的出現。該連續剛構橋項目要嚴格檢查水溫以及水冷機組，確保入模溫度低于30 ℃。由于橋梁懸臂較長，溫度變化造成的標高變化比較大，在豎向溫度梯度與橫向溫度梯度的作用下，會產生較大結構性偏差。對于該橋梁的每一塊段立模，均應該考慮溫度效應，在第i+1塊段進行立模時，應考慮溫度效應對于第i塊段產生向下的撓度fT，如果不考慮溫度效應，則會在接縫處產生一個fT的凸起，發生局部應力過大，出現裂縫問題，溫度效應影響立模標高如圖6所示。

圖6 溫度效應影響立模標高示意圖

（5）重視混凝土的振搗質量，加大澆筑現場施工人員的投入，快速完成振搗工作，起到密實混凝土、增加混凝土強度等作用，同時排除混凝土中大量的空氣，避免蜂窩麻面出現和降低混凝土的開裂，確?；炷猎?~7 h內完成澆筑。混凝土振搗使用插入式振搗器，振搗器距離模板不宜太近，不應大于振搗器作用半徑的0.5倍，避免碰撞鋼筋、芯管、吊環、預埋件等。開窗位置選擇在內模1/3、2/3高度處，在腹板預應力筋上方附近，便于預應力筋的混凝土振搗。開四個振搗孔，每一插點振搗時間20~30 s，至混凝土不顯著下沉，停止振搗。

2.3.2 預應力張拉控制措施

根據材料力學原理，彈性模量越小產生的變形越大，預應力張拉齡期越早，混凝土的徐變系數終值越大，彈性模量越小，后期的下撓越大。對于懸臂澆筑法的連續剛構橋，加載齡期過早在錨固區施加預應力會引起局部混凝土徐變，使得錨頭后面混凝土產生拉應力，如果受拉區鋼束配筋不足，容易在錨固區產生裂縫，同時張拉后的懸臂兩端發生起拱現象。根據混凝土抗壓強度的發展規律公式看出，混凝土齡期7天時，設計強度達不到要求，因此，預應力張拉齡期不得過早，一般不得小于7天。

式中，s——水泥類型系數，高強快硬水泥取0.20，普通水泥取0.25，慢硬水泥取0.38。

2.3.3 混凝土養護控制措施

混凝土澆搗后，在水化作用下逐漸凝結硬化，為了保證混凝土有適宜的溫度和濕度條件，必須對混凝土進行養護。

（1）及時對澆筑完成后的混凝土進行養生，箱梁內外采用長度為覆蓋兩個節段的管噴淋養生，同時做好養生過程中的混凝土溫度變化記錄。

（2）箱梁混凝土脫模時間必須嚴格控制，不得過早，遇到晝夜溫差大時，應做好相應措施。

（3）在箱梁懸臂澆筑完成后，腹板內外側和箱室兩端口做好保溫措施。

（4）每周對裂縫進行一次觀測記錄，不斷觀察裂縫情況。

3 結論

我國連續剛構橋施工日趨成熟，連續剛構橋箱梁裂縫對工程質量影響極大，箱梁裂縫的產生是各種因素綜合作用的產物。為了有效防止裂縫的產生，應根據裂縫的具體原因采取控制措施，確保工程的結構穩定性，提升工程的使用壽命。通過上述研究得出：

（1）采用模板和掛籃控制、分層連續澆筑、配合比優化和加強振搗管理等措施，可以提高混凝土澆筑質量，減小箱梁裂縫的發生。

（2）嚴格控制預應力張拉齡期不得小于7天，使混凝土有足夠的強度，避免張拉后箱梁腹板產生裂縫。

（3）控制混凝土養護過程中的濕度和溫度，并且做好保溫措施，可以避免混凝土初凝及終凝過程中產生的溫度裂縫及表面干縮裂縫。