懸索橋錨碇大體積混凝土裂縫的控制與處治探析

摘要 文章以黔西南州金州大橋建設(shè)為例，探討了懸索橋錨碇大體積混凝土裂縫的控制與處治方法。研究結(jié)果表明，在懸索橋錨碇大體積混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)過程中，應(yīng)充分考慮裂縫控制與處治的問題，采取合適的方法加以處理，以確保結(jié)構(gòu)的安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理。

關(guān)鍵詞 懸索橋；錨碇大體積混凝土；混凝土裂縫；處置

中圖分類號(hào) U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）07-0069-03

0 引言

針對(duì)懸索橋錨碇大體積混凝土而言，如何控制混凝土裂縫已成為混凝土構(gòu)件質(zhì)量控制的核心問題。該文主要以貴州省黔西南州金州大橋?yàn)槔榻B了懸索橋錨碇大體積混凝土裂縫控制及處置的技術(shù)措施。

1 黔西南州金州大橋建設(shè)的背景

金州大橋是一座主跨450 m長的鋼桁梁、地錨式懸索橋，興義側(cè)錨碇的底面面積（順橋方向）為53.6 m（橫橋方向）×59 m，高45.6 m。錨塊底部為四級(jí)梯形齒坎結(jié)構(gòu)，每個(gè)梯形高度為3.5 m。

2 大橋建設(shè)前期出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題的原因分析

造成大體積混凝土開裂的因素主要從原材料及混凝土拌和物、施工工藝、錨碇混凝土澆筑時(shí)溫度控制、分層（分段）澆筑時(shí)間間隔、第一階段的養(yǎng)護(hù)（維護(hù)）、地基沉降等方面進(jìn)行分析。

2.1 原材料及混凝土拌和物

根據(jù)第一階段施工檢測資料、監(jiān)理資料，原材料及混凝土拌和物總體符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

2.2 施工工藝。

2.2.1 澆筑層高及冷卻水管布置

設(shè)計(jì)文件要求分層澆筑層高為1.0 m，實(shí)際分層澆筑層高多數(shù)超過2.0 m。經(jīng)查閱資料，上述實(shí)際采用的澆筑層高及冷卻水管布置參數(shù)經(jīng)過批復(fù)，認(rèn)為實(shí)際采用的澆筑層高及冷卻水管布置參數(shù)選擇對(duì)混凝土施工過程的影響較小，但實(shí)際溫度控制成效與相關(guān)規(guī)范相比存在一定的偏差[1]。

2.2.2 分層界面處理

分層界面處理不當(dāng)易導(dǎo)致分層澆筑的混凝土存在裂隙，進(jìn)而導(dǎo)致滲水、開裂等情況。

2.2.3 振搗

通過檢查現(xiàn)場鉆孔芯樣，發(fā)現(xiàn)鉆孔芯樣存在粗骨料分布不均勻、粗骨料性質(zhì)不符合規(guī)范要求等情況，混凝土的均勻性差異較大，可認(rèn)為施工時(shí)振搗效果不佳。混凝土的均勻性差異較大將導(dǎo)致不同部位混凝土的實(shí)際抗拉強(qiáng)度的較大差別。

2.3 錨碇混凝土澆筑時(shí)溫度控制

施工監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反映存在混凝土入模溫度偏高、澆筑后局部溫度偏高、溫差偏大、降溫速率偏大的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象的存在，將直接影響混凝土的凝固狀態(tài)，易造成混凝土內(nèi)部或表面的溫度裂縫。

2.4 分層（分段）澆筑時(shí)間間隔

實(shí)際施工時(shí)，分層（分段）澆筑時(shí)間間隔均較長，基本上都大于相關(guān)規(guī)范或設(shè)計(jì)文件的分層（分段）澆筑時(shí)間間隔要求。公路、水運(yùn)、建筑等行業(yè)規(guī)范均指出，澆筑間歇期應(yīng)控制在7 d以內(nèi)，以減小各層混凝土的齡期差。實(shí)際澆筑時(shí)，澆筑間歇期遠(yuǎn)超7 d，則下層混凝土可視為主要凝固等階段已完成。

2.5 后期養(yǎng)護(hù)（維護(hù)）

經(jīng)過第一階段施工單位確認(rèn)，在2017年8月23日停工后，第一階段施工單位未對(duì)混凝土頂面進(jìn)行有效的遮蓋等防護(hù)。加上橋址區(qū)降水較多，導(dǎo)致雨水等可從混凝土頂面下滲。這些滲入的水體，在降水導(dǎo)致的錨塊內(nèi)部水體高度變化的條件下，會(huì)在錨塊內(nèi)部形成交變的水壓力，導(dǎo)致裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張。

2.6 地基沉降

根據(jù)已施工完畢錨碇特征點(diǎn)坐標(biāo)及高程核驗(yàn)結(jié)果，可以認(rèn)為已施工完畢錨碇未發(fā)生明顯的位移和明顯沉降。因此，地基沉降不是錨塊和錨體混凝土病害的成因。

3 錨體及錨塊病害處治

3.1 第一次鑿除

自現(xiàn)有混凝土頂面往下整體鑿除，鑿除深度H以鑿至未見裂縫且不小于4.2 m為基準(zhǔn)，橫向鑿除寬度為錨塊全寬，然后在混凝土面進(jìn)行界面處理。

3.2 第二次鑿除

鑿除錨體剩余部分。鑿除錨體時(shí)，部分錨塊予以保留。錨體底面的錨塊混凝土鑿除，錨塊對(duì)應(yīng)于錨體鑿除位置的側(cè)壁位置混凝土及鋼筋等予以鑿除[2]。錨體范圍包括前錨室頂板、底板、側(cè)壁內(nèi)表面自前錨面向后錨面延伸，延伸面與前錨面、后錨面圍成的空間?；炷凌彸秶鷪D示見圖1～3。

3.3 界面處理

對(duì)錨塊保留部分的混凝土面鑿出剪力鍵，進(jìn)行界面處理，在每個(gè)鑿后形成的混凝土表面植筋。植筋宜采用U筋。對(duì)錨塊側(cè)壁鋼筋進(jìn)行清潔和除銹處理。植入的鋼筋呈梅花形布置，中心間距30 cm，宜采用φ16 mm的HRB335鋼筋，外露長度不大于50 cm，植入混凝土深度20 cm。鋼筋與植筋孔之間灌注植筋膠。

3.4 局部挖方

因鑿除混凝土需要，對(duì)錨碇周邊土體適當(dāng)開挖，在錨碇混凝土重新澆筑后回填。局部挖方范圍見圖4。

3.5 重新施作

按圖紙重新安裝錨孔管道及定位架，重新澆筑錨塊和錨體已鑿除部分。

4 錨碇大體積混凝土施工階段的裂縫控制措施及要點(diǎn)

混凝土開裂溫度與混凝土的溫差、約束條件、混凝土抗張拉強(qiáng)度等因素相關(guān)。所以，對(duì)裂縫的治理也要從這幾方面入手。

（1）在混凝土施工過程中，溫度的控制是控制裂縫的一個(gè)重要方法?；炷翜囟鹊淖兓蓜澐譃檫B續(xù)溫度和連續(xù)時(shí)間溫度。

（2）增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的主要措施是增加混凝土的抗拉強(qiáng)度，并通過降低彈性模量、增加極限拉伸等其他力學(xué)特性，以確保在任何時(shí)間點(diǎn)上，混凝土的抗拉強(qiáng)度都高于當(dāng)時(shí)的溫度應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)抗裂[3]。

（3）在減少約束的錨碇混凝土施工中，采用合理的分層分段可以減少基巖和下層混凝土對(duì)上部混凝土的限制，降低混凝土的溫度應(yīng)力。

（4）大體積混凝土在選用原材料和進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照降低水化熱溫升的原則進(jìn)行，并應(yīng)符合下列規(guī)定。①宜選用低水化熱和凝結(jié)時(shí)間長的水泥品種。粗集料宜采用連續(xù)級(jí)配，細(xì)集料宜采用中砂。②進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證混凝土強(qiáng)度、和易性及坍落度要求的前提下，宜采取改善粗集料級(jí)配、提高摻合料和粗集料的含量、降低水膠比等措施，減少單方混凝土的水泥用量。③大體積混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)及質(zhì)量評(píng)定時(shí)，可按60 d齡期的抗壓強(qiáng)度控制。

（5）大體積混凝土的施工應(yīng)提前制定專項(xiàng)施工技術(shù)方案，并應(yīng)對(duì)混凝土采取溫度控制措施。大體積混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)和溫度控制應(yīng)符合下列規(guī)定：①施工前應(yīng)根據(jù)原材料、配合比、環(huán)境條件、施工方案和施工工藝等因素，進(jìn)行溫控設(shè)計(jì)和溫控監(jiān)測設(shè)計(jì)，并應(yīng)在澆筑后按該設(shè)計(jì)要求對(duì)混凝土內(nèi)部和表面的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。②大體積混凝土可分層、分塊澆筑。分層、分塊的尺寸宜根據(jù)溫控設(shè)計(jì)的要求及澆筑能力合理確定。當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較小或能滿足溫控要求時(shí)，可全斷面一次澆筑。③分層澆筑時(shí)，在上層混凝土澆筑之前應(yīng)對(duì)下層混凝土的頂面作鑿毛處理，且新澆混凝土與下層已澆筑混凝土的溫差宜小于20 ℃，并應(yīng)采取措施將各層間的澆筑間歇期控制在7 d以內(nèi)。④分塊澆筑時(shí)，塊與塊之間的豎向接縫面應(yīng)平行于結(jié)構(gòu)物的短邊，并應(yīng)在澆筑完成拆模后按施工縫的要求進(jìn)行鑿毛處理。⑤大體積混凝土的澆筑宜在氣溫較低時(shí)進(jìn)行，但混凝土的入模溫度應(yīng)不低于5 ℃。熱期施工時(shí)，宜采取措施降低混凝土的入模溫度，且其入模溫度不宜高于28 ℃[4]。⑥大體積混凝土的溫度控制宜按照“內(nèi)降外?！钡脑瓌t，對(duì)混凝土內(nèi)部采取設(shè)置冷卻水管通循環(huán)水冷卻，對(duì)混凝土外部采取覆蓋蓄熱或蓄水保溫等措施進(jìn)行。⑦大體積混凝土采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥時(shí)，其澆筑后的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于14 d，采用其他品種水泥時(shí)不宜少于21 d。

5 結(jié)語

在懸索橋錨碇處出現(xiàn)大體積混凝土裂縫可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞和影響使用安全，是嚴(yán)重的質(zhì)量問題。因此，對(duì)于橋梁大體積混凝土在施工過程中或施工后出現(xiàn)的質(zhì)量病害，采取適當(dāng)?shù)目刂坪吞幹未胧┦侵陵P(guān)重要的。通過合理的控制和處治，可以經(jīng)濟(jì)地確保橋梁結(jié)構(gòu)的使用安全、耐久性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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