高墩大跨連續剛構梁橋0#塊裂紋裂縫成因分析及消除措施

王 鑫

(中鐵二十局市政工程有限公司,甘肅 蘭州 730300)

進入十四五規劃的開端之年,我國在高速公路建設的發展過程,更加注重大型結構物在施工及運營過程中的安全。連續剛構型梁橋因其設計理論與施工技術日趨成熟與完善,特別適用于單孔跨徑80～150 m的范圍。目前,在橋梁施工過程中,特別是對0#塊階段的施工,仍然存在混凝土出現早期裂紋裂縫的情況,早期該情況的出現,對在后期施工過程中會不斷的發展,從而引起結構局部或整體的強度與剛度的減弱,導致耐久性降低,造成不必要的安全事故發生,因此必須加以重視。

1 工程概況

友聯紅河特大橋位于固原市彭陽縣紅河鄉友聯村,于擬建銀川至昆明公路(G85)太陽山至彭陽段高速公路,橋梁全長為2 161.00 m,結構形式上部結構采用裝配式預應力混凝土連續T梁+預應力混凝土連續剛構組合,下部梁墩及基礎采用柱式、空心墩樁基礎,橋臺采用柱式臺,基礎采用樁基礎。友聯紅河特大橋主橋為變截面預應力混凝土連續剛構橋,采用整體式斷面,主橋橋跨組成為(65 m+5×118 m+65 m)+(76 m+2×140 m+76 m),起點樁號為K229+349,終點樁號為K230+501,主橋全長1 152 m。

特大橋采用雙向四車道,整體式斷面,左右幅分幅設置,橋梁全寬26.0 m,橋寬布置為0.525 m(防撞護欄)+11.725 m(行車道)+0.525 m(防撞護欄)=26.0 m。

2 0#塊早期裂紋裂縫情況分析

友聯紅河特大橋19#主墩(主墩設計高度75 m)主要位于(65 m+5×118 m+65 m)的1號橋,0#～1#塊的結構尺寸及施工材料參數如下。

19#墩0～1#塊混凝土設計強度為C55標號,單幅混凝土用量為401.51 m3,設計圖紙對該節段部件并未設置冷卻水系統。施工過程中采用配合比具體參數為:(水泥∶砂∶碎石∶水∶粉煤灰∶外加劑∶聚丙烯纖維)為(430∶801∶1 061∶145∶53∶5.31∶0.9)kg,其中水泥采用P.O52.5級(低堿)水泥,水采用機井水,砂采用中砂,碎石采用5～20 mm連續級配碎石,粉煤灰采用F類Ⅰ級粉煤灰,減水劑采用HT-HPC聚羧酸高。

19#墩右幅0～1#塊于2022年9月15日通過模板、預應力、鋼筋驗收,混凝土澆筑期間溫度5～28 ℃,氣候干燥,晝夜溫差大。澆筑初期的環境溫度:18 ℃,入模溫度26.0 ℃,坍落度210 mm,至16日中午13∶20完成澆筑,9月24日豎向預應力開始張拉,張拉后的3個箱室腹板出現程度不同的裂紋裂縫。

表1 友聯紅河特大橋19#墩0#～1#塊裂紋裂縫檢測結果

初步分析裂紋裂縫成因主要包括以下的幾種原因。

(1)混凝土強度早期上升較快,水化熱反應劇烈。由于本次混凝土配合比中水泥含量較高,粉煤灰含量較低,導致強度上升速度過快,19#墩0#～1#塊梁段澆筑后第三天的平均強度為59.8 MPa,即設計強度的108.7%,混凝土內部水化熱反應劇烈,產生的溫度裂紋裂縫。

(2)混凝土養生不及時,由于現場采用的是頂板“一布一膜”土工布覆蓋養生。外模腹板帶模養護、內箱室采用灑水養護,在拆模后養生不到位,沒有及時進行土工布覆蓋,養生過程中不足以滿足混凝土表面的保濕效果,尤其是腹板。

(3)結構設計因素,因本項目為雙支墩,0#塊澆筑且強度形成以后, 墩身和0#～1#塊形成門架結構,在縱向鋼束沒有張拉,便進行豎向鋼束的張拉,門架結構受溫度變化,產生水平力,導致腹板出現裂紋裂縫開裂情況。

3 0#塊混凝土溫度監控分析

結合19#墩0#～1#節段現場實際情況,考慮施工氣候條件,混凝土的混凝土強度等級、配合比、混凝土總量、澆筑厚度,依照大體積混凝土施工標準(GB 50496-2018)及大體積混凝土溫度測控技術規范(GB/T 51028-2015),將溫度傳感器直接埋入易發生裂紋裂縫的腹板區域混凝土中,真實地反映出混凝土澆筑體內的最高溫升、里表溫差、降溫速率及環境溫度。具體布置要求與方式如下。

(1)測溫點的位置選擇在溫度變化大,容易散熱、受環境溫度影響大,溫升最大和產生收縮拉應力最大的地方。

(2)監測點的布置范圍以所選混凝土澆筑體平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區,在測試區內監測點按平面分層布置。

(3)在測試區內,監測點的位置與數量依據溫凝土澆筑體內溫度場分布情況及溫控的要求確定。

從現場實際監測數據分析中,混凝土在養護期間降溫速率明顯大于規范要求,其他指標符合規范要求。主要原因,在于19#橋墩0#～1#塊設置有人洞,并非標準的封閉大體積混凝土,致使養護期間降溫較快,從而導致構件可能出現由于混凝土收縮與溫差造成的裂紋裂縫產生的可能性。

4 優化及防護處理措施及方法

通過對建立的0#～1#塊節段仿真分析模型計算與現場預埋的振弦式應力應變傳感器實測數據結果(見表2),對計算模型結果(見圖1)與現場實測數據分析與優化如下措施與方法,避免與減少對0#塊節段施工工程中的裂紋裂縫的發生情況。

圖1 友聯紅河特大橋1號橋0#～1#塊節段仿真分析模型

表2 19#墩右幅0#～1#塊節段振弦式埋入式傳感器實測數據

(1)結合現場混凝土回彈數據、3 d、5 d及7 d抗壓試塊強度數據及彈性模量分析,優化0#塊節段的混凝土配合比,切實解決好混凝土早期強度偏高的情況發生;

(2)結合現場0#塊設計結構尺寸特點,在澆筑后將門洞兩側懸掛門簾,避免穿堂風灌入,混凝土澆筑后在12 h候及時拆除內膜,混凝土采用霧狀噴淋養護,結合測溫記錄情況決定對頂板混凝土表面采取覆蓋,或者澆水養護,確保混凝土表面和環境溫度不大于規范限值要求;

(3)結合現場構件設計的情況,綜合考慮連續剛構梁橋0#塊的三向預應力張拉作業工序,切實保證施工全過程的安全。