摘要：針對現(xiàn)澆箱梁施工中易出現(xiàn)裂縫的控制環(huán)節(jié),結(jié)合銀武高速商州至山陽段高速公路N11合同段施工,提出現(xiàn)澆箱梁施工中預(yù)防裂縫的控制措施
關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆；箱梁；裂縫；控制
鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋能夠很好地適應(yīng)橋位受地形、地物限制的需要，在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用,特別是用在展線受限制的山區(qū)高速公路建設(shè)中跨越原有道路施工中,然而，這種橋型也存在著明顯缺陷，即裂縫問題。本文結(jié)合銀武高速商州至山陽段高速公路跨越省道203線N11合同段鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁施工, 從施工中易產(chǎn)生裂縫的環(huán)節(jié)和預(yù)防兩方面進行分析和初步探討，提出預(yù)防裂縫的控制措施，供讀者參考。
1 施工中易產(chǎn)生裂縫的環(huán)節(jié)
1.1 支架的不均勻沉降
根據(jù)設(shè)計要求本標(biāo)段三處主線跨越省道203線二級公路采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱型梁有支架施工，支架的質(zhì)量與現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的成敗有直接的關(guān)系。如果連續(xù)箱梁施工支架的地基強度不夠，在箱梁混凝土澆注初期會由于支架不均勻下沉而導(dǎo)致箱梁產(chǎn)生裂縫，其中墩頂除箱梁的橫隔板及橫隔板兩側(cè)的腹板最易出現(xiàn)裂縫，當(dāng)翼板縱向分布的鋼筋間距不止不當(dāng)時，則容易引起翼板的開裂。
1.2 支架拆除中的問題
現(xiàn)澆連續(xù)鋼筋混凝土箱梁支架拆除工序的控制是一個易為人們所忽視的問題。支架的拆除時間有時是按照混凝土標(biāo)號達到設(shè)計標(biāo)號的90%-100%控制，并不是按混凝土28d強度來控制拆架。因此，支架拆除后由于混凝土的徐變使箱梁的撓度增加，容易使跨中正彎矩區(qū)梁底和支承處負彎矩區(qū)橋面產(chǎn)生裂縫。施工中連續(xù)箱梁的支架拆除應(yīng)避免突然落架，否則箱梁中會產(chǎn)生較大的瞬時荷載，而這種瞬時荷載往往導(dǎo)致過大的的施工裂縫產(chǎn)生，且可能大于設(shè)計允許的裂縫。
1.3 混凝土澆注時間控制不合理
箱梁現(xiàn)澆施工中常分兩次進行，箱梁底板澆筑完成后，由于種種原因相距許多天后再澆筑腹板及頂板。此時底板混凝土已完成了早期的混凝土收縮和徐變，不再參與后澆混凝土的變形，新混凝土的早期快速收縮則遇到了老混凝土慢速收縮或不收縮的抵制，使其變形受到約束，導(dǎo)致箱梁腹板及頂板中產(chǎn)生裂縫。
1.4 混凝土收縮的影響
鋼筋混凝土箱梁采用泵送混凝土澆筑，為滿足泵送要求，一般混凝土的坍落度較大，水泥用量較多。根據(jù)混凝土自由收縮試驗表明，水泥經(jīng)用量越多，水灰比越大，骨料的彈性模量越低，則收縮也越大。此外，箱梁雖然屬于薄壁結(jié)構(gòu)，由水化熱引起的溫度上升較低，但是混凝土本身收縮很大，特別在環(huán)境氣溫變化與收縮共同作用下對于箱梁這種薄壁結(jié)構(gòu)也很不利。
1.5 溫度對鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的影響
1.5.1 水化熱：混凝土灌注后在硬化期間，水泥和水發(fā)生水化反應(yīng)，并釋放出大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，混凝土彈性模量不斷增大。從受力狀況來看，混凝土內(nèi)部為壓應(yīng)力，而其表現(xiàn)卻是拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超過混凝土的允許拉應(yīng)力時就會出現(xiàn)裂縫。因此，如果不注意混凝土內(nèi)部和表面的溫度差，混凝土表面與大氣的溫度差，過早拆除模板，就很容易發(fā)生由于水化熱的溫度變化梯度大和混凝土收縮共同作用而出現(xiàn)表面裂縫。
1.5.2 日照溫差的影響：由于日照輻射強度、日照時間、地理位置、橋梁方位、地形地貌等隨機因素，使結(jié)構(gòu)表面、內(nèi)部溫差因?qū)α?、熱輻射和熱傳?dǎo)等傳熱方式形成瞬時的不均勻分布，即結(jié)構(gòu)的溫度場。日照溫差的影響，對于寬翼緣板的箱梁橋來說更為明顯，因為箱梁底板不受陽光直射，溫度較低，而箱梁頂板通常集中吸收陽光的輻射，在24h內(nèi)，箱梁的頂板和底板的溫差可達10℃-15℃，這將引起很大的溫度應(yīng)力。
2 施工中如何預(yù)防裂縫產(chǎn)生
2.1 施工支架設(shè)計
在平坦地段，可采用滿堂支架進行連續(xù)箱梁施工，支架底部采取整體化處理，立柱之間應(yīng)設(shè)置剪刀撐。對跨越河溝或需要留有行車通道的地段，則采用跨越式支架，此時，支架中的橫梁應(yīng)具有足夠的剛度。支架基礎(chǔ)可采用混凝土預(yù)制塊或枕木。支架頂部應(yīng)設(shè)置高度設(shè)節(jié)器，用以調(diào)節(jié)支架預(yù)防壓后的沉降值，使其滿足設(shè)計標(biāo)高的要求。預(yù)壓結(jié)束后應(yīng)根據(jù)承受施工荷載后將產(chǎn)生的彈性變形和箱梁底部的設(shè)計預(yù)拱度等因素來調(diào)整模板標(biāo)高。
2.2 支架地基處理
為了避免支架的不均勻，需要對支架地基進行計真處理。如果支架處為地基承載力較差的軟基地區(qū)，則需先清除淤泥及部分底層上，并分層回填碾壓至承臺頂標(biāo)高；當(dāng)橋梁跨徑不大，且采用跨越式支架時，則可以利用橋梁墩臺基礎(chǔ)的承臺作為支架的基礎(chǔ)。必要時可考慮采用臨時擴大基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)或混凝土護筒基礎(chǔ)。
2.3 支架的全程預(yù)壓
為了消除承受施工荷載后支架及基礎(chǔ)產(chǎn)生的彈性和塑性變形，支架必須用與箱梁相等的重量進行等荷預(yù)壓。預(yù)壓荷載置于支架頂部，但不宜直接放在箱梁底模上，以免磨損模板。在加載前后及卸載后，應(yīng)定時定點測量支架的沉降情況，支架預(yù)壓應(yīng)采取雙控，即持續(xù)預(yù)壓5d以上及達到穩(wěn)定狀態(tài)2d以上。沉降穩(wěn)定狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)為24h沉降±1mm。
對于支架地基條件變化較大的地段，支架必須進行全程預(yù)壓，不能僅預(yù)壓一孔支架取得"經(jīng)驗數(shù)據(jù)"，并將其用于全橋。預(yù)壓采用傳統(tǒng)的沙袋作為支架的預(yù)壓荷載，嚴格控制預(yù)壓重量并使預(yù)壓荷載均布，使整個支架受力均勻。
2.4 正確的拆架時間與方法
對于施工支架的拆架程序一定要予以高度重視。在工期允許的情況下，拆除時間應(yīng)盡量延長。重視對連續(xù)箱梁橋拆除時間的控制，既要考慮施工上模板周轉(zhuǎn)的需要，又要考慮混凝土的溫差不能太大，其溫差應(yīng)包括表面溫度、內(nèi)部中心溫度和外界氣溫之間的溫差。從箱梁施工的實際看，應(yīng)該在規(guī)定的混凝土強度和容許溫差范圍內(nèi)拆除模板，并且要及時進行保溫養(yǎng)護。為了避免造成混凝土內(nèi)外溫差過大，腹板外模拆除后應(yīng)有一定的保溫時間，不得立即噴灑冷水進行養(yǎng)護。
拆架時一定要先翼板、后底板、并必須從跨中對稱地向兩邊拆除。支架拆除宜分階段進行，先從跨中對稱向兩端松架，再對稱從跨中向兩端拆除，縱向?qū)ΨQ均衡卸落橫向應(yīng)同時一起卸落。
2.5 改進混凝土的施工工藝
2.5.1 溫度控制：對于采用高強混凝土的連續(xù)箱梁，必須注意施工時混凝土的水化熱問題。降低水化熱最高溫度可以減小混凝土內(nèi)部與表面的溫差，因此應(yīng)使用水化熱較低的硅酸鹽水泥，避免使用水化熱高的水泥。夏季施工時，混凝土拌合前應(yīng)用冷水沖洗集料，降低原材料溫度，降低混凝土入模溫度，此外，應(yīng)盡可能縮短運輸時間，使混凝土入模前的溫度盡量控制在26℃以內(nèi)。
2.5.2 選擇合適的添加劑：摻入適當(dāng)?shù)幕炷撂砑觿?，可以防止混凝土的早期收縮裂縫與徐變，避免過多的氣孔產(chǎn)生。采用高效緩凝劑使混凝土初凝時間比箱梁澆筑時間更長，避免混凝土澆筑過程的初凝開裂。
2.5.3 合理安排混凝土的澆筑時間：應(yīng)合理安排混凝土施工工序，盡量使底板、腹板混凝土一次澆筑完成，并盡快將內(nèi)模及頂板鋼筋制作完成后，澆筑頂板混凝土。新老混凝土先后澆筑的時間差盡量控制在3-5d內(nèi)，以防止先澆筑混凝土的基巖約束作用。澆筑時間應(yīng)避開日照較足時段，并采用電子計量設(shè)備，確保混凝土配合比計量準(zhǔn)確。
澆筑混凝土應(yīng)注意避開不利天氣因素的影響。由于現(xiàn)澆連貫箱梁每次澆筑的混凝土量較大，往往要連續(xù)施工1d-2d，所以要盡量避開雨、風(fēng)等不利天氣。對大風(fēng)降溫天氣要給以足夠的重視，特別是在澆筑箱梁頂板時，大風(fēng)會使混凝土收漿壓光尚未完成就產(chǎn)生裂紋。此外，突然的降溫會使混凝土表面與內(nèi)部產(chǎn)生過大的溫差而引起裂縫，因此應(yīng)做好保溫措施。
2.5.4 振搗：為了改善混凝土強度，提高其抗裂性，應(yīng)加強混凝土的振搗。尤其對于腹板與底板交界處、內(nèi)橫梁及端橫梁等部位應(yīng)加強振搗?；炷量刹捎脙纱握駬v技術(shù)，以便有效地增加混凝土的密實度，減少內(nèi)部微裂和提高混凝土的強度，提高抗?jié)B性能。一般掌握兩次振搗的時間間歇為1h左右，為了防止破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在混凝土的初凝前必須完成第二次振搗。
2.5.5 加強混凝土的養(yǎng)生：混凝土的養(yǎng)生主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工中，可采用灑水濕潤養(yǎng)生，在拆除箱梁內(nèi)模、立頂板底模等交叉作業(yè)中不得使混凝土的養(yǎng)生中斷，以免導(dǎo)致梁體產(chǎn)生裂紋。為了克服交叉作業(yè)給養(yǎng)生帶來的困難，可采用薄膜法進行混凝土養(yǎng)生。
通過對施工中易產(chǎn)生裂縫環(huán)節(jié)的控制和預(yù)防，三處跨線現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工中沒有出現(xiàn)大的超出允許的范圍的裂縫，為以后同類型橋梁施工積累了經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆；箱梁；裂縫；控制
鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋能夠很好地適應(yīng)橋位受地形、地物限制的需要，在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用,特別是用在展線受限制的山區(qū)高速公路建設(shè)中跨越原有道路施工中,然而，這種橋型也存在著明顯缺陷，即裂縫問題。本文結(jié)合銀武高速商州至山陽段高速公路跨越省道203線N11合同段鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁施工, 從施工中易產(chǎn)生裂縫的環(huán)節(jié)和預(yù)防兩方面進行分析和初步探討，提出預(yù)防裂縫的控制措施，供讀者參考。
1 施工中易產(chǎn)生裂縫的環(huán)節(jié)
1.1 支架的不均勻沉降
根據(jù)設(shè)計要求本標(biāo)段三處主線跨越省道203線二級公路采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱型梁有支架施工，支架的質(zhì)量與現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的成敗有直接的關(guān)系。如果連續(xù)箱梁施工支架的地基強度不夠，在箱梁混凝土澆注初期會由于支架不均勻下沉而導(dǎo)致箱梁產(chǎn)生裂縫，其中墩頂除箱梁的橫隔板及橫隔板兩側(cè)的腹板最易出現(xiàn)裂縫，當(dāng)翼板縱向分布的鋼筋間距不止不當(dāng)時，則容易引起翼板的開裂。
1.2 支架拆除中的問題
現(xiàn)澆連續(xù)鋼筋混凝土箱梁支架拆除工序的控制是一個易為人們所忽視的問題。支架的拆除時間有時是按照混凝土標(biāo)號達到設(shè)計標(biāo)號的90%-100%控制，并不是按混凝土28d強度來控制拆架。因此，支架拆除后由于混凝土的徐變使箱梁的撓度增加，容易使跨中正彎矩區(qū)梁底和支承處負彎矩區(qū)橋面產(chǎn)生裂縫。施工中連續(xù)箱梁的支架拆除應(yīng)避免突然落架，否則箱梁中會產(chǎn)生較大的瞬時荷載，而這種瞬時荷載往往導(dǎo)致過大的的施工裂縫產(chǎn)生，且可能大于設(shè)計允許的裂縫。
1.3 混凝土澆注時間控制不合理
箱梁現(xiàn)澆施工中常分兩次進行，箱梁底板澆筑完成后，由于種種原因相距許多天后再澆筑腹板及頂板。此時底板混凝土已完成了早期的混凝土收縮和徐變，不再參與后澆混凝土的變形，新混凝土的早期快速收縮則遇到了老混凝土慢速收縮或不收縮的抵制，使其變形受到約束，導(dǎo)致箱梁腹板及頂板中產(chǎn)生裂縫。
1.4 混凝土收縮的影響
鋼筋混凝土箱梁采用泵送混凝土澆筑，為滿足泵送要求，一般混凝土的坍落度較大，水泥用量較多。根據(jù)混凝土自由收縮試驗表明，水泥經(jīng)用量越多，水灰比越大，骨料的彈性模量越低，則收縮也越大。此外，箱梁雖然屬于薄壁結(jié)構(gòu)，由水化熱引起的溫度上升較低，但是混凝土本身收縮很大，特別在環(huán)境氣溫變化與收縮共同作用下對于箱梁這種薄壁結(jié)構(gòu)也很不利。
1.5 溫度對鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的影響
1.5.1 水化熱：混凝土灌注后在硬化期間，水泥和水發(fā)生水化反應(yīng)，并釋放出大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，混凝土彈性模量不斷增大。從受力狀況來看，混凝土內(nèi)部為壓應(yīng)力，而其表現(xiàn)卻是拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超過混凝土的允許拉應(yīng)力時就會出現(xiàn)裂縫。因此，如果不注意混凝土內(nèi)部和表面的溫度差，混凝土表面與大氣的溫度差，過早拆除模板，就很容易發(fā)生由于水化熱的溫度變化梯度大和混凝土收縮共同作用而出現(xiàn)表面裂縫。
1.5.2 日照溫差的影響：由于日照輻射強度、日照時間、地理位置、橋梁方位、地形地貌等隨機因素，使結(jié)構(gòu)表面、內(nèi)部溫差因?qū)α?、熱輻射和熱傳?dǎo)等傳熱方式形成瞬時的不均勻分布，即結(jié)構(gòu)的溫度場。日照溫差的影響，對于寬翼緣板的箱梁橋來說更為明顯，因為箱梁底板不受陽光直射，溫度較低，而箱梁頂板通常集中吸收陽光的輻射，在24h內(nèi)，箱梁的頂板和底板的溫差可達10℃-15℃，這將引起很大的溫度應(yīng)力。
2 施工中如何預(yù)防裂縫產(chǎn)生
2.1 施工支架設(shè)計
在平坦地段，可采用滿堂支架進行連續(xù)箱梁施工，支架底部采取整體化處理，立柱之間應(yīng)設(shè)置剪刀撐。對跨越河溝或需要留有行車通道的地段，則采用跨越式支架，此時，支架中的橫梁應(yīng)具有足夠的剛度。支架基礎(chǔ)可采用混凝土預(yù)制塊或枕木。支架頂部應(yīng)設(shè)置高度設(shè)節(jié)器，用以調(diào)節(jié)支架預(yù)防壓后的沉降值，使其滿足設(shè)計標(biāo)高的要求。預(yù)壓結(jié)束后應(yīng)根據(jù)承受施工荷載后將產(chǎn)生的彈性變形和箱梁底部的設(shè)計預(yù)拱度等因素來調(diào)整模板標(biāo)高。
2.2 支架地基處理
為了避免支架的不均勻，需要對支架地基進行計真處理。如果支架處為地基承載力較差的軟基地區(qū)，則需先清除淤泥及部分底層上，并分層回填碾壓至承臺頂標(biāo)高；當(dāng)橋梁跨徑不大，且采用跨越式支架時，則可以利用橋梁墩臺基礎(chǔ)的承臺作為支架的基礎(chǔ)。必要時可考慮采用臨時擴大基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)或混凝土護筒基礎(chǔ)。
2.3 支架的全程預(yù)壓
為了消除承受施工荷載后支架及基礎(chǔ)產(chǎn)生的彈性和塑性變形，支架必須用與箱梁相等的重量進行等荷預(yù)壓。預(yù)壓荷載置于支架頂部，但不宜直接放在箱梁底模上，以免磨損模板。在加載前后及卸載后，應(yīng)定時定點測量支架的沉降情況，支架預(yù)壓應(yīng)采取雙控，即持續(xù)預(yù)壓5d以上及達到穩(wěn)定狀態(tài)2d以上。沉降穩(wěn)定狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)為24h沉降±1mm。
對于支架地基條件變化較大的地段，支架必須進行全程預(yù)壓，不能僅預(yù)壓一孔支架取得"經(jīng)驗數(shù)據(jù)"，并將其用于全橋。預(yù)壓采用傳統(tǒng)的沙袋作為支架的預(yù)壓荷載，嚴格控制預(yù)壓重量并使預(yù)壓荷載均布，使整個支架受力均勻。
2.4 正確的拆架時間與方法
對于施工支架的拆架程序一定要予以高度重視。在工期允許的情況下，拆除時間應(yīng)盡量延長。重視對連續(xù)箱梁橋拆除時間的控制，既要考慮施工上模板周轉(zhuǎn)的需要，又要考慮混凝土的溫差不能太大，其溫差應(yīng)包括表面溫度、內(nèi)部中心溫度和外界氣溫之間的溫差。從箱梁施工的實際看，應(yīng)該在規(guī)定的混凝土強度和容許溫差范圍內(nèi)拆除模板，并且要及時進行保溫養(yǎng)護。為了避免造成混凝土內(nèi)外溫差過大，腹板外模拆除后應(yīng)有一定的保溫時間，不得立即噴灑冷水進行養(yǎng)護。
拆架時一定要先翼板、后底板、并必須從跨中對稱地向兩邊拆除。支架拆除宜分階段進行，先從跨中對稱向兩端松架，再對稱從跨中向兩端拆除，縱向?qū)ΨQ均衡卸落橫向應(yīng)同時一起卸落。
2.5 改進混凝土的施工工藝
2.5.1 溫度控制：對于采用高強混凝土的連續(xù)箱梁，必須注意施工時混凝土的水化熱問題。降低水化熱最高溫度可以減小混凝土內(nèi)部與表面的溫差，因此應(yīng)使用水化熱較低的硅酸鹽水泥，避免使用水化熱高的水泥。夏季施工時，混凝土拌合前應(yīng)用冷水沖洗集料，降低原材料溫度，降低混凝土入模溫度，此外，應(yīng)盡可能縮短運輸時間，使混凝土入模前的溫度盡量控制在26℃以內(nèi)。
2.5.2 選擇合適的添加劑：摻入適當(dāng)?shù)幕炷撂砑觿?，可以防止混凝土的早期收縮裂縫與徐變，避免過多的氣孔產(chǎn)生。采用高效緩凝劑使混凝土初凝時間比箱梁澆筑時間更長，避免混凝土澆筑過程的初凝開裂。
2.5.3 合理安排混凝土的澆筑時間：應(yīng)合理安排混凝土施工工序，盡量使底板、腹板混凝土一次澆筑完成，并盡快將內(nèi)模及頂板鋼筋制作完成后，澆筑頂板混凝土。新老混凝土先后澆筑的時間差盡量控制在3-5d內(nèi)，以防止先澆筑混凝土的基巖約束作用。澆筑時間應(yīng)避開日照較足時段，并采用電子計量設(shè)備，確保混凝土配合比計量準(zhǔn)確。
澆筑混凝土應(yīng)注意避開不利天氣因素的影響。由于現(xiàn)澆連貫箱梁每次澆筑的混凝土量較大，往往要連續(xù)施工1d-2d，所以要盡量避開雨、風(fēng)等不利天氣。對大風(fēng)降溫天氣要給以足夠的重視，特別是在澆筑箱梁頂板時，大風(fēng)會使混凝土收漿壓光尚未完成就產(chǎn)生裂紋。此外，突然的降溫會使混凝土表面與內(nèi)部產(chǎn)生過大的溫差而引起裂縫，因此應(yīng)做好保溫措施。
2.5.4 振搗：為了改善混凝土強度，提高其抗裂性，應(yīng)加強混凝土的振搗。尤其對于腹板與底板交界處、內(nèi)橫梁及端橫梁等部位應(yīng)加強振搗?；炷量刹捎脙纱握駬v技術(shù)，以便有效地增加混凝土的密實度，減少內(nèi)部微裂和提高混凝土的強度，提高抗?jié)B性能。一般掌握兩次振搗的時間間歇為1h左右，為了防止破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在混凝土的初凝前必須完成第二次振搗。
2.5.5 加強混凝土的養(yǎng)生：混凝土的養(yǎng)生主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工中，可采用灑水濕潤養(yǎng)生，在拆除箱梁內(nèi)模、立頂板底模等交叉作業(yè)中不得使混凝土的養(yǎng)生中斷，以免導(dǎo)致梁體產(chǎn)生裂紋。為了克服交叉作業(yè)給養(yǎng)生帶來的困難，可采用薄膜法進行混凝土養(yǎng)生。
通過對施工中易產(chǎn)生裂縫環(huán)節(jié)的控制和預(yù)防，三處跨線現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工中沒有出現(xiàn)大的超出允許的范圍的裂縫，為以后同類型橋梁施工積累了經(jīng)驗。
