高溫多雨地區大跨徑連續剛構橋梁裂縫 分析與控制

作者簡介：

趙興華（1977—），高級工程師，研究方向：道路與橋梁工程。

文章依托高溫多雨地區某大跨徑連續剛構橋梁施工工程，從原材料質量控制、施工工藝優化、混凝土配合比設計、機械設備配套組合、設計深度等方面對混凝土裂縫進行分析和控制，實現大跨徑連續剛構橋梁建設質量穩步提升。

高溫多雨；連續剛構；橋梁；裂縫；分析；控制

中圖分類號：U448.23 A 36 112 2

0 引言

隨著國家“十四五”規劃的穩步推進，基建工程蓬勃發展，高速公路等工程不斷深入地形復雜地區，特殊橋梁工程占比越來越高。其中，連續剛構橋梁以其墩梁固結的結構特點，在墩頂形成負彎矩用于抵消跨中正彎矩，從而適用于大跨徑高墩橋梁獨特的結構形式而被廣泛應用。施工過程中往往由于設計、施工組織、材料質量、設備性能、天氣、人為等綜合主客觀因素的影響，不可避免地導致混凝土裂縫的產生，其產生原因比較復雜，在增加治理費用的同時對產品質量和使用壽命有不同程度的影響。為此，針對裂縫產生的不同種類，分析其產生原因，并通過精細化施工等相應對策進行預防控制，減少各種裂縫的產生。

1 工程概況

某高速公路項目地處廣西崇左市龍州縣境內，緊鄰越南邊境，最高氣溫可達42 ℃，每年高溫持續時間長達6個月之久，臺風、暴雨、雨季持續時間長。項目的連續剛構橋梁共計4座，其中平而河特大橋為全線控制性工程，橋梁全長434 m，橋跨布置為（90+155+90）m+（3×30）m。掛籃施工懸澆節段數為19個，0#塊高度為9.5 m，最重懸澆段重量為190 t，合龍段高度為3.5 m。高溫多雨等不利因素增加了大跨徑連續剛構橋梁施工的難度，受應力、施工工藝、混凝土收縮徐變的影響，不可避免地會產生一些裂縫。

2 裂縫產生的原因分析

連續剛構橋梁現澆梁段的裂縫種類較多，歸納總結主要分為應力、收縮徐變、施工三個主要類型。本文從原材料質量、機械設備、施工工藝、設計深度等方面分析橋梁裂縫產生的原因。

2.1 應力裂縫產生的原因分析

應力裂縫主要是0#塊及附近節段、合龍段附近節段腹板縱向的45°斜向裂縫，以及跨中底板、頂板的縱橫裂縫。其主要由設計深度不足和施工工藝缺陷兩方面導致。

0#塊及附近節段、合龍段附近節段腹板縱向45°斜向裂縫產生原因主要為設計深度和施工工藝缺陷兩方面。設計方面：該區域的主拉應力超過了該處預應力筋和普通鋼筋的抗剪力及混凝土的抗拉強度；預應力筋張拉時，預應力筋管道及其周邊混凝土受集中壓應力，由于松泊效應導致管道及其周邊混凝土受到管道徑向的巨大張力，如混凝土保護層不足以抵抗拉應力，則會在其薄弱處裂開；腹板的非預應力普通鋼筋網鋼筋間距較大，不能滿足抗裂要求。施工方面：混凝土拆模時間過早，混凝土尚未達到設計抗拉強度；混凝土未達到拆模、張拉的齡期或強度；施工臨時荷載超載或在作用點產生較大集中應力。

跨中合龍段附近節段底板、頂板縱橫向裂縫產生原因主要是設計深度和施工工藝缺陷。設計方面：梁底在合龍段及附近梁段防崩裂設計深度不足，計算梁底豎曲線半徑，設豎曲線半徑為R，豎曲線弦長為L，弦高為H，建立方程式：R2=（R-H）2+0.5L2，如果豎曲線半徑＜350 m，在張拉底板縱向預應力鋼索的時候基本都出現底板開裂、崩落現象，豎曲線半徑在350～500 m時發生開裂、崩落概率較小，＞500 m時發生開裂、崩落概率極小；現澆梁段底、頂板預應力管道上下層鋼筋之間的防崩裂連接鋼筋設計數量偏少；為防止腹板45°斜向裂縫，可采取增加加強箍筋，抵抗應力擴散，降低腹板45°斜向裂縫。施工工藝缺陷方面：現場管理不到位，工人安裝底、頂板預應力管道上下層鋼筋間防崩裂連接鋼筋時，未按設計圖紙施工，存在偷工減料或者私自切割連接筋現象。

2.2 收縮徐變裂縫產生的原因分析

混凝土收縮徐變會產生收縮裂縫。原材料質量影響：砂石地材含水率過大，外加劑摻量不準確，拌和機稱量系統出現故障，混凝土材料用量不精準，施工配合比調配不當等均可導致混凝土水化熱過大或離析。若未及時采取措施調整混凝土，使離析混凝土澆筑至梁段內，混凝土會因頂面粗骨料下沉，水泥漿過多而產生收縮裂縫。高溫及暴雨天氣影響：澆筑混凝土時未選擇在夏季一天中溫度最低時段，混凝土澆筑時氣溫高，持續時間長，混凝土入模前未對模板進行降溫處理，混凝土澆筑完成后養生不及時、不到位引起收縮裂縫；混凝土澆筑過程中突降大雨，覆蓋不及時，雨水進入混凝土，未采取有效措施導致混凝土離析并產生收縮裂縫。針對該地區長期高溫多雨特點，采用高性能混凝土，以提高混凝土初凝時間。見表1。

施工工藝不當影響：混凝土初凝后未及時進行收面壓實或者未及時進行拉毛處理引起收縮裂縫。

2.3 施工縫產生的原因分析

原材料質量影響：混凝土所需的砂、碎石、外加劑等原材料質量不穩定，如機制砂含粉量高、亞甲藍超標、不同批次外加劑組分差異、進場水泥溫度過高、拌和用水含泥量超標等，可能使混凝土工作性能無法在澆筑時間段內保持穩定狀態，混凝土離析導致堵管現象，處理堵管時間過長引起混凝土澆筑長時間中斷而產生施工縫；混凝土初凝時間過短，造成冷縫。針對原材料質量問題，應采用高品質機制砂，其含粉量、壓碎指標和細度模數相較常規機制砂工藝質量均有較大提升，能夠有效避免施工縫產生。見表2。

機械設備故障影響：混凝土澆筑過程中，輸送泵發生故障、臨時停電、備用電源不能正常施工。

天氣原因影響：高溫、暴雨等惡劣天氣影響都是導致施工縫產生的原因。

施工工藝不當影響：不可避免情況下連續梁段混凝土需二次澆筑時，已澆筑混凝土接縫鑿毛不徹底，清理不干凈，產生施工冷縫。

3 裂縫預防控制

3.1 應力裂縫的預防控制

設計方面：施工單位進場后應提前對設計圖紙進行復核，并加強與設計單位溝通，現澆梁段梁底豎曲線半徑應＞500 m；對底、頂板預應力管道上下層防崩鋼筋進行適當加密加強；布置有彎起預應力筋部位，有效地克服主拉應力，在無彎起預應力筋部位應驗算該部位的主拉應力，并布置相應的抗裂鋼筋；適當加密普通主筋鋼筋間距以增強其抗裂性，必要時在腹板易發生45°斜向裂縫區段增加兩側鋼筋網片；在預應力束張拉集中的靠近錨頭區域，增設鋼筋網片，提高抗壓能力并分散集中力［1］。施工方面：施工工藝流程必須按設計施工，如有變更應提前與設計單位聯系，核算無誤后再進行施工；混凝土未到齡期或強度，不能拆除模板，混凝土試塊必須與梁體同條件同步養生，在澆筑混凝土時多制作幾組試塊，在不同齡期進行試驗，掌握混凝土的實際強度；在梁段混凝土澆筑后達到設計強度、彈性模量及養護齡期后，方可施加預應力，三個條件均為必要條件，應同時滿足，盲目地壓縮養護齡期，不科學的趕工，易造成施工過程中或者通車后梁體下撓和混凝土開裂等質量問題；張拉順序優化為先豎向再縱向最后再橫向，較常規張拉順序是先縱向再豎向最后橫向，能有效規避斜向張拉應力裂縫。

3.2 收縮徐變裂縫的預防控制

弱化收縮徐變是減少收縮裂縫的一個方法。原材料質量方面：杜絕不合格材料用于混凝土中，持續優化混凝土配合比，嚴格控制材料用量，從根源上控制水化熱，加強拌和站、施工現場混凝土性能檢測頻率，提高并穩定混凝土施工時的工作性能，確保混凝土的包裹性、流動性等。離析混凝土未經調整嚴禁用于混凝土澆筑。精細化施工方面：加強養護質量，0#塊以及現澆梁段按大體積混凝土進行施工控制和養護；在掛籃桁架以及底板、腹板、頂板內外側模板上安裝噴淋養生裝置進行自動化覆蓋養護，是根治高溫天氣收縮裂縫的主要手段；控制底板和頂板混凝土面的平整度，采用二次收漿、頂面壓實和拉毛等措施。

3.3 施工縫的預防控制

原材料質量控制方面：嚴格控制自采地材料來源和加工設備，混凝土選用高品質機制砂，嚴格控制水泥使用時的溫度，加強對外加劑過程批次質量檢驗，確保混凝土性能穩定。機械設備方面：加強機械設備保養，確保輸送泵、振搗棒、電源穩定且有備用配套設施。高溫及特殊天氣方面：加強對天氣預報資料的收集并指導施工，選擇在一天中溫度最低時澆筑混凝土，做好雨天混凝土澆筑施工預案。精細化施工方面：保證混凝土澆筑施工時間的連續性，現澆梁段宜整體澆筑，如分段澆筑需控制施工間隔時間，避免齡期差太長造成開裂；加強混凝土頂面收面和拉毛質量；澆筑新混凝土前，確保鑿毛徹底潔凈，露出≥75%的新鮮混凝土接觸面，澆筑混凝土前將接觸面充分濕潤或均勻涂水泥漿［2］。

4 結語

連續剛構橋裂縫的產生不可避免，但裂縫防治工作依然有待加強。本文對裂縫產生的原因進行綜合分析，并采取相應的解決措施，通過精細化施工有效控制裂縫，提高混凝土的內在和外在質量，降低施工過程及運營后期維修成本，延長橋梁的使用壽命，為后續類似連續剛構橋梁工程提供借鑒和參考。

參考文獻

［1］張五洲.大跨徑連續剛構橋施工控制研究與混凝土裂縫分析及改進措施［D］.貴陽：貴州大學，2009（5）.

［2］吳曉勇.大跨徑連續剛構橋施工質量控制［J］.建設科技，2010（12）：97-98.

收稿日期：2022-10-15