橋梁混凝土施工技術(shù)與裂縫預(yù)防措施

趙一飛

(山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心(有限公司),山西 太原 030006)

如今,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)依然是橋梁工程最常用的結(jié)構(gòu)類型,在橋梁主體結(jié)構(gòu)施工中,混凝土澆筑是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),其施工質(zhì)量不僅決定整個(gè)結(jié)構(gòu)的外觀,還會影響到整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性,以及橋梁通車后的安全性,因此必須對混凝土施工引起足夠的重視,根據(jù)橋梁實(shí)際情況,在制定合理可行的混凝土施工技術(shù)基礎(chǔ)上,做好混凝土裂縫的預(yù)防與處理。

1 工程概況

某特大橋中心里程K35+328,起訖里程K35+079.42～K35+896,全長816.56 m。主橋上部結(jié)構(gòu)為85 m+2×160 m+85 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)剛構(gòu)。箱梁高度、底板厚自根部至跨中按2次拋物線變化,根部高度10 m,跨中高度3.5 m;箱梁根部底板厚1.0 m,跨中底板厚0.32 m。0#段采用在墩頂現(xiàn)澆施工并與墩身固結(jié),懸臂段從已經(jīng)澆注的0#段開始,采用掛籃逐步向前懸臂施工,邊跨直線段采用支架現(xiàn)澆,合攏段采用吊架施工。現(xiàn)以該橋梁的橋臺為對象,對其混凝土施工技術(shù)及裂縫預(yù)防措施作如下分析。

2 混凝土施工

2.1 鋼筋工程施工

橋臺施工所用鋼筋需按照圖紙做好設(shè)計(jì),利用專門的運(yùn)輸車將完成加工的鋼筋集中運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝。鋼筋拼裝期間,需安排專人按照圖紙檢測橋臺邊線及中心線,以確保鋼筋安裝位置準(zhǔn)確無誤。橋臺鋼筋骨架采用焊接工藝相鄰,焊接操作需滿足規(guī)范的各項(xiàng)要求,以免產(chǎn)生焊瘤等問題。焊縫完成后需封閉焊縫,以免給主筋造成干擾。在鋼筋兩端借助切斷機(jī)將其切平,使絲頭長度與設(shè)計(jì)要求相符,將誤差控制在螺紋螺距2倍以內(nèi)[1]。橋臺鋼筋拼接也可采用管鉗實(shí)施,但要注意使絲頭和套筒之間良好接觸。若接頭無法對接,則可通過管鉗將接頭擰緊。同一個(gè)斷面范圍內(nèi)的所有鋼筋接頭都應(yīng)采用交錯(cuò)的方式對接,且接頭布置數(shù)量必須滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)的要求。鋼筋安裝完成后,需在鋼筋與模板之間設(shè)好墊塊,以此形成足夠的保護(hù)層厚度。如果墊塊的設(shè)置數(shù)量超過3個(gè)/m2,則要注意避免扎絲的兩端進(jìn)入到保護(hù)層當(dāng)中。將橋臺的所有鋼筋均安裝完成后,需結(jié)合之前施工完成的墩臺進(jìn)行必要的預(yù)埋預(yù)設(shè)。

2.2 模板工程施工

橋臺模板以大塊鋼模為主,在鋼模拼裝過程中,需確保其板面保持平整,并達(dá)到嚴(yán)密,避免漏漿。模板安裝時(shí),及時(shí)在其板面均勻涂抹一層脫模劑,以此保證脫模質(zhì)量,以免對混凝土的外觀造成影響。將模板支設(shè)完畢后,需采用鋼管進(jìn)行必要的加固。模板拼裝結(jié)束后,還應(yīng)做好質(zhì)量檢驗(yàn),包括模板位置、標(biāo)高及穩(wěn)定性,經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)合格后,才能開始后續(xù)澆筑施工,若檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷,應(yīng)立即處理,以免給之后的澆筑施工造成影響[2]。

2.3 混凝土工程施工

(1)混合料配合比必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求通過試驗(yàn)確定,材料運(yùn)輸期間要注意防止混凝土離析,已經(jīng)離析的混凝土不可進(jìn)行二次攪拌。

(2)橋臺澆筑時(shí),為加快施工效率,應(yīng)做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,如確定適宜的澆筑流程及方法,根據(jù)橋臺截面尺寸,避免裂縫的產(chǎn)生,在整個(gè)澆筑過程中都要對模板及鋼筋進(jìn)行動態(tài)檢查,以免由于澆筑產(chǎn)生變形或位移[3]。

(3)橋臺澆筑時(shí),為避免產(chǎn)生施工縫,需使?jié)仓^程保持連續(xù)。如果中途因故暫停澆筑,需在之前澆筑的部分達(dá)到初凝前恢復(fù)澆筑。若采用交叉施工的方法進(jìn)行澆筑,應(yīng)確保銜接處溫度差不超過15 ℃。當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象時(shí),應(yīng)在不干擾正常澆筑施工的條件下對模板進(jìn)行檢查,以確定是否產(chǎn)生變形或位移。

(4)在澆筑的同時(shí)還應(yīng)借助插入式振搗棒做好振搗,振搗棒不僅要插入到混凝土中足夠的深度,還要注意與側(cè)模之間保持足夠的距離,以防振搗時(shí)擾動模板導(dǎo)致模板位移或變形。一般每個(gè)點(diǎn)位的持續(xù)振搗時(shí)間不能少于30 s,振搗完一個(gè)點(diǎn)位后,需將振搗棒快速拔出,并及時(shí)將其抹平。此時(shí)注意不可進(jìn)行灑水,且抹面力度應(yīng)始終,否則將對成型后的外觀質(zhì)量造成影響[4]。

(5)完成橋臺澆筑施工后,需按照規(guī)定做好養(yǎng)護(hù),以免澆筑完成的部分產(chǎn)生裂縫。混凝土養(yǎng)護(hù)期間,應(yīng)做好溫濕度控制。當(dāng)無特殊情況時(shí),可使用灑水的方法保證混凝土表面始終保持濕潤,并進(jìn)行必要的覆蓋。模板拆除要在混凝土強(qiáng)度達(dá)到不會由于拆模而損壞的程度后進(jìn)行,如果拆模時(shí)間過早將造成破壞。

3 混凝土裂縫預(yù)防

為避免橋臺施工中產(chǎn)生混凝土裂縫,在施工中需注意以下幾點(diǎn)。

(1)在原材料選擇時(shí),建議優(yōu)先考慮水化熱不高的水泥,并做好礦料配比,尤其是要重視粗砂使用。在保證混凝土自身技術(shù)性能的同時(shí),通過摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰來減少水泥用量,同時(shí)在條件允許時(shí)還可摻入適量減水劑,以此進(jìn)一步降低水化熱,避免由于水化熱過大導(dǎo)致澆筑完成的混凝土產(chǎn)生裂縫[5]。

(2)在橋臺澆筑前于其內(nèi)部進(jìn)行冷卻水管路的布設(shè),以此在澆筑開始后通過注入冷卻水降低混凝土硬化時(shí)的溫度,起到降低內(nèi)外溫度差的作用。為避免設(shè)備故障或停電等因素給冷卻水的注入造成影響,需在現(xiàn)場設(shè)置高壓水池來存放冷卻水。另外,在冷卻水管路的實(shí)際布設(shè)郭晨各種,應(yīng)始終保證進(jìn)水口處在溫度相對較高的部位。當(dāng)在氣溫較高的季節(jié)進(jìn)行澆筑施工時(shí),應(yīng)采取必要的措施降低各類原材料實(shí)際溫度,以免由于料溫過高引起開裂。橋臺澆筑應(yīng)分層進(jìn)行,并做好每一層混凝土的振搗;完成澆筑后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù),并在養(yǎng)護(hù)期間內(nèi)加強(qiáng)溫度監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)對溫度的有效控制。

(3)盡可能降低澆筑溫度,可以從降低出機(jī)口的溫度和盡可能降低溫度回升方面著手。其中,前者可采取的措施包括:對骨料進(jìn)行預(yù)冷、做好遮陽防曬、適當(dāng)灑水降溫與在拌和過程中加冰;后者可采取的措施包括:在運(yùn)輸過程中為運(yùn)輸車做好遮陽防曬,采取必要的保溫措施,并在澆筑倉面做好遮陽,避免產(chǎn)生較大冷量損失。混凝土裂縫一般最先產(chǎn)生于薄弱部位,對此在施工中應(yīng)盡量減少薄弱部位的產(chǎn)生[6]。混凝土澆筑施工中要做好如下控制工作:質(zhì)量不合格的材料不可入倉,并禁止在倉內(nèi)加水;每完成一層澆筑都要做好收倉整平,防止產(chǎn)生臺階,否則面層會由于氣溫驟降等原因產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,引起開裂;在對澆筑的部分進(jìn)行振搗時(shí),合格的標(biāo)準(zhǔn)為混凝土停止下沉且不再產(chǎn)生氣泡,同時(shí)表面開始泛漿,嚴(yán)防漏振與過振,以免造成離析或由于不密實(shí)導(dǎo)致開裂;當(dāng)由于事故停倉時(shí),間歇時(shí)間不能超出最長允許時(shí)間,否則要按照施工縫進(jìn)行處理,以免產(chǎn)生薄弱層;在同一倉面不可使用強(qiáng)度各異的混凝土。將混凝土澆搗結(jié)束后應(yīng)盡快抹壓成型,并在混凝土達(dá)到初凝之前實(shí)施二次抹壓,這樣能有效防止由于干縮或塑性收縮造成的裂縫,使表面有良好密實(shí)度。實(shí)踐表明,采用二次抹壓的方法能有效防止表面裂縫產(chǎn)生。

(4)混凝土內(nèi)部鋼筋一旦發(fā)生銹蝕也會引起裂縫,對此要防止鋼筋銹蝕,保證鋼筋外部有厚度符合要求的保護(hù)層,并在施工中對混凝土水灰比予以嚴(yán)格控制,做好振搗,確保混凝土達(dá)到密實(shí)和完好[7]。對于大體積砼,建議在春秋兩季進(jìn)行施工,因?yàn)檫@樣對降低混凝土的入模溫度有利,若必須在夏季施工,則要采取針對性措施來降低混凝土的入模溫度,另外要防止混凝土被陽光直接照射的情況下澆筑。施工時(shí)隨時(shí)灑水降低石料的溫度,并確保水泥庫有良好的通風(fēng),拌和用水可提前在地下蓄積降低水溫。

(5)在施工過程中應(yīng)重視插筋部位的振搗、抹壓與養(yǎng)護(hù)。鋼筋屬于熱的良導(dǎo)體,容易出現(xiàn)明顯溫度梯度,這也是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。在混凝土達(dá)到初凝前做好抹壓能消除早期表面裂縫,同時(shí)通過加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),增強(qiáng)混凝土自身抗拉強(qiáng)度。在容易產(chǎn)生裂縫的位置預(yù)埋應(yīng)力應(yīng)變片,用于測定此處的拉應(yīng)力,以此為依據(jù)進(jìn)行施工控制,比如對實(shí)際的保溫保濕條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,形成良好溫度梯度,防止混凝土開裂。在基礎(chǔ)面筋表面增設(shè)鐵絲網(wǎng)或直徑相對較小的鋼筋網(wǎng),能有效提升混凝土表面抵抗裂縫產(chǎn)生的性能。以厚度為3 m的承臺為例,在設(shè)計(jì)過程中可以在承臺中部沿水平方向設(shè)置鋼筋網(wǎng)片,能起到良好的抗裂作用。在施工中采取水平分層間隙的方法,即分成兩層澆筑,使間歇時(shí)間達(dá)到7 d及以上,并將分層厚度控制在1.5 m左右,在下層混凝土表面設(shè)置鋼筋網(wǎng)[8]。實(shí)踐表明,在不影響工期的前提下,采用以上施工方法能有效降低內(nèi)部溫升,并能減少各方面投入。

(6)在施工中還要做好測溫工作。為了能盡早了解混凝土溫度升高情況和表面溫度及其發(fā)生的變化,可以在承臺等大體積砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中預(yù)埋一定數(shù)量的測溫點(diǎn),按L形布置,各測溫點(diǎn)均設(shè)置2個(gè)測溫管,其底部應(yīng)處在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中心位置,以此測定中心最高溫升,另外一個(gè)測溫管放到與結(jié)構(gòu)構(gòu)件上表面相距100 mm的位置,用于測定表面溫度及其變化,兩根測溫管都要在混凝土的表面外露至少100 mm,以便于現(xiàn)場讀數(shù)。前5 d每2 h進(jìn)行一次測溫和讀數(shù),從第6 d開始后每4 h進(jìn)行一次測溫和讀數(shù),直到溫度長時(shí)間保持穩(wěn)定,不再發(fā)生變化,此時(shí)需匯總測溫記錄,制作相應(yīng)的曲線。通常情況下,內(nèi)部溫升最高值產(chǎn)生于3.5 d左右,只需要3 d左右的時(shí)間即可使溫度達(dá)到最大,使內(nèi)外部溫度差達(dá)到20 ℃左右。

(7)將混凝土澆筑完成后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回填,縮短混凝土直接外露的時(shí)間,對混凝土而言,土是良好的養(yǎng)護(hù)材料。這是現(xiàn)階段保溫保濕養(yǎng)護(hù)最有效的方法之一,能有效預(yù)防裂縫產(chǎn)生。當(dāng)采用蓄水法進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)時(shí),可在使用中通入冷卻水來加速內(nèi)部熱量散失。若采用內(nèi)外結(jié)合的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù),則可在降低溫升的同時(shí)縮短養(yǎng)護(hù)的持續(xù)周期,這對厚度較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言十分適用。為防止發(fā)生凍脹導(dǎo)致開裂,在冬季施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募訜岱椒?如電器加熱或搭設(shè)暖棚等,另外還要在混凝土拌和過程中適量摻入防凍劑,以確保混凝土在溫度較低的情況正常硬化。在冬季進(jìn)行澆筑施工時(shí),拆模時(shí)間不能太長,通常為5 d左右,并在完成拆模后立即采取保溫措施,避免混凝土直接暴露在低溫空氣中導(dǎo)致溫度裂縫產(chǎn)生。在冬季對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)還應(yīng)主要不可使用灑水的方法,可采用均勻噴涂一層養(yǎng)護(hù)劑的方法。

(8)對于橋臺已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫,可采用化學(xué)灌漿的方法加以處理,此時(shí)要注意以下幾點(diǎn):對于開裂面積相對較大但裂縫分布具有一定規(guī)律可循的情況,可將注漿孔之間的距離確定為50 cm,孔徑和孔深一般為35 mm、50 cm;為加快實(shí)際的灌漿效率,減少成本,應(yīng)先對裂縫表面實(shí)施止?jié){,即沿裂縫走向鑿出V字形縫槽,其深度、寬度按照30 mm與60 mm控制,然后將槽內(nèi)的松散物清理干凈,之后填充環(huán)氧樹脂砂漿,最后將表面適當(dāng)壓實(shí)。在填充的砂漿強(qiáng)度不斷形成時(shí),將灌漿孔打開,先利用壓縮空氣將孔內(nèi)灰塵及積水清理干凈,然后以一定壓力向孔內(nèi)灌入泥漿,直到孔口溢漿,將孔口封閉并待泥漿形成一定強(qiáng)度后,將灌漿嘴拆除。實(shí)踐表明,采用以上工藝方法能有效修補(bǔ)橋臺混凝土裂縫,防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大,造成結(jié)構(gòu)性損壞與破壞。

4 結(jié) 語

綜上所述,混凝土施工是橋梁工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié),但由于體積龐大、技術(shù)要求高和現(xiàn)場及氣候等外界因素的影響,可能導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫,因此,在實(shí)際工程建設(shè)中,應(yīng)在制定合理有效的施工技術(shù)基礎(chǔ)上,高度重視并做好裂縫預(yù)防。