高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)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(jìn)入十四五規(guī)劃的開(kāi)端之年,我國(guó)在高速公路建設(shè)的發(fā)展過(guò)程,更加注重大型結(jié)構(gòu)物在施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全。連續(xù)剛構(gòu)型梁橋因其設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)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(guò)程中,特別是對(duì)0#塊階段的施工,仍然存在混凝土出現(xiàn)早期裂紋裂縫的情況,早期該情況的出現(xiàn),對(duì)在后期施工過(guò)程中會(huì)不斷的發(fā)展,從而引起結(jié)構(gòu)局部或整體的強(qiáng)度與剛度的減弱,導(dǎo)致耐久性降低,造成不必要的安全事故發(fā)生,因此必須加以重視。

1 工程概況

友聯(lián)紅河特大橋位于固原市彭陽(yáng)縣紅河鄉(xiāng)友聯(lián)村,于擬建銀川至昆明公路(G85)太陽(yáng)山至彭陽(yáng)段高速公路,橋梁全長(zhǎng)為2 161.00 m,結(jié)構(gòu)形式上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁+預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)組合,下部梁墩及基礎(chǔ)采用柱式、空心墩樁基礎(chǔ),橋臺(tái)采用柱式臺(tái),基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。友聯(lián)紅河特大橋主橋?yàn)樽兘孛骖A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)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(diǎn)樁號(hào)為K229+349,終點(diǎn)樁號(hào)為K230+501,主橋全長(zhǎng)1 152 m。

特大橋采用雙向四車道,整體式斷面,左右幅分幅設(shè)置,橋梁全寬26.0 m,橋?qū)挷贾脼?.525 m(防撞護(hù)欄)+11.725 m(行車道)+0.525 m(防撞護(hù)欄)=26.0 m。

2 0#塊早期裂紋裂縫情況分析

友聯(lián)紅河特大橋19#主墩(主墩設(shè)計(jì)高度75 m)主要位于(65 m+5×118 m+65 m)的1號(hào)橋,0#～1#塊的結(jié)構(gòu)尺寸及施工材料參數(shù)如下。

19#墩0～1#塊混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C55標(biāo)號(hào),單幅混凝土用量為401.51 m3,設(shè)計(jì)圖紙對(duì)該節(jié)段部件并未設(shè)置冷卻水系統(tǒng)。施工過(guò)程中采用配合比具體參數(shù)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(jí)(低堿)水泥,水采用機(jī)井水,砂采用中砂,碎石采用5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石,粉煤灰采用F類Ⅰ級(jí)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(guò)模板、預(yù)應(yīng)力、鋼筋驗(yàn)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(huán)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(yù)應(yīng)力開(kāi)始張拉,張拉后的3個(gè)箱室腹板出現(xiàn)程度不同的裂紋裂縫。

表1 友聯(lián)紅河特大橋19#墩0#～1#塊裂紋裂縫檢測(cè)結(jié)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(qiáng)度早期上升較快,水化熱反應(yīng)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(dǎo)致強(qiáng)度上升速度過(guò)快,19#墩0#～1#塊梁段澆筑后第三天的平均強(qiáng)度為59.8 MPa,即設(shè)計(jì)強(qiáng)度的108.7%,混凝土內(nèi)部水化熱反應(yīng)劇烈,產(chǎn)生的溫度裂紋裂縫。

(2)混凝土養(yǎng)生不及時(shí),由于現(xiàn)場(chǎng)采用的是頂板“一布一膜”土工布覆蓋養(yǎng)生。外模腹板帶模養(yǎng)護(hù)、內(nèi)箱室采用灑水養(yǎng)護(hù),在拆模后養(yǎng)生不到位,沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行土工布覆蓋,養(yǎng)生過(guò)程中不足以滿足混凝土表面的保濕效果,尤其是腹板。

(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素,因本項(xiàng)目為雙支墩,0#塊澆筑且強(qiáng)度形成以后, 墩身和0#～1#塊形成門架結(jié)構(gòu),在縱向鋼束沒(méi)有張拉,便進(jìn)行豎向鋼束的張拉,門架結(jié)構(gòu)受溫度變化,產(chǎn)生水平力,導(dǎo)致腹板出現(xiàn)裂紋裂縫開(kāi)裂情況。

3 0#塊混凝土溫度監(jiān)控分析

結(jié)合19#墩0#～1#節(jié)段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,考慮施工氣候條件,混凝土的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配合比、混凝土總量、澆筑厚度,依照大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)(GB 50496-2018)及大體積混凝土溫度測(cè)控技術(shù)規(guī)范(GB/T 51028-2015),將溫度傳感器直接埋入易發(fā)生裂紋裂縫的腹板區(qū)域混凝土中,真實(shí)地反映出混凝土澆筑體內(nèi)的最高溫升、里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度。具體布置要求與方式如下。

(1)測(cè)溫點(diǎn)的位置選擇在溫度變化大,容易散熱、受環(huán)境溫度影響大,溫升最大和產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力最大的地方。

(2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置范圍以所選混凝土澆筑體平面圖對(duì)稱軸線的半條軸線為測(cè)試區(qū),在測(cè)試區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)按平面分層布置。

(3)在測(cè)試區(qū)內(nèi),監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置與數(shù)量依據(jù)溫凝土澆筑體內(nèi)溫度場(chǎng)分布情況及溫控的要求確定。

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中,混凝土在養(yǎng)護(hù)期間降溫速率明顯大于規(guī)范要求,其他指標(biāo)符合規(guī)范要求。主要原因,在于19#橋墩0#～1#塊設(shè)置有人洞,并非標(biāo)準(zhǔn)的封閉大體積混凝土,致使養(yǎng)護(hù)期間降溫較快,從而導(dǎo)致構(gòu)件可能出現(xiàn)由于混凝土收縮與溫差造成的裂紋裂縫產(chǎn)生的可能性。

4 優(yōu)化及防護(hù)處理措施及方法

通過(guò)對(duì)建立的0#～1#塊節(jié)段仿真分析模型計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋的振弦式應(yīng)力應(yīng)變傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果(見(jiàn)表2),對(duì)計(jì)算模型結(jié)果(見(jiàn)圖1)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化如下措施與方法,避免與減少對(duì)0#塊節(jié)段施工工程中的裂紋裂縫的發(fā)生情況。

圖1 友聯(lián)紅河特大橋1號(hào)橋0#～1#塊節(jié)段仿真分析模型

表2 19#墩右幅0#～1#塊節(jié)段振弦式埋入式傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

(1)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)混凝土回彈數(shù)據(jù)、3 d、5 d及7 d抗壓試塊強(qiáng)度數(shù)據(jù)及彈性模量分析,優(yōu)化0#塊節(jié)段的混凝土配合比,切實(shí)解決好混凝土早期強(qiáng)度偏高的情況發(fā)生;

(2)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)0#塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn),在澆筑后將門洞兩側(cè)懸掛門簾,避免穿堂風(fēng)灌入,混凝土澆筑后在12 h候及時(shí)拆除內(nèi)膜,混凝土采用霧狀噴淋養(yǎng)護(hù),結(jié)合測(cè)溫記錄情況決定對(duì)頂板混凝土表面采取覆蓋,或者澆水養(yǎng)護(hù),確保混凝土表面和環(huán)境溫度不大于規(guī)范限值要求;

(3)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件設(shè)計(jì)的情況,綜合考慮連續(xù)剛構(gòu)梁橋0#塊的三向預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)工序,切實(shí)保證施工全過(guò)程的安全。