现浇连续梁混凝土裂缝的预防与控制

2012-08-15曹正杰陈耀华

山西建筑 2012年14期

曹正杰李仲陈耀华

(中铁十七局四公司，重庆 400000)

1 工程概况

临吉高速公路乡宁互通立交工程桥梁总长121 m，净高5.2 m，下部结构采用柱式墩、肋板桥台、钻孔灌注桩基础，上部结构跨径组合为:(19.95+25+25+25+19.95)m，采用预应力钢筋混凝土连续箱梁，箱梁高1.7 m，箱室高1.15 m，底板厚 0.25 m，顶板厚0.3 m，腹板宽0.4 m;箱梁内没有设计齿板，预应力施工时，各预应力束在梁端处张拉。工程于2010年8月份开始现浇，10月份整体施工完成。

2 裂缝的类别及成因

在支架现浇连续梁施工中，混凝土裂缝往往是一个难以完全克服的通病，主要表现在:底板腹板横向裂缝，顶面横向裂缝，接槎处水平裂缝，混凝土收缩裂缝，张拉锚固处和沿波纹管裂缝等。由于施工不当产生裂缝的主要原因有以下几个方面:1)地基的不均匀沉降和支架的非弹性变形;2)上下层浇筑间隔时间过长，混凝土收缩徐变增长相差大;3)混凝土初凝后持续的支架变形和地基沉降;4)钢筋保护层厚度过大或过小，不满足设计要求;5)预应力张拉控制不合理，致使梁体受力不均匀或受力分布变化过快;6)支架整体卸落及卸落顺序不合理，梁体受力状态突变。

3 现浇连续梁裂缝的预防与控制

3.1 地基沉降的分析与控制

地基的沉降可分为绝对沉降和相对沉降，绝对沉降过大，连续箱梁支座负弯矩处会产生横向裂缝，而跨内不同部位沉降量相差过大，将导致无规则裂缝的产生。乡宁互通立交工程在实施地基处理时先对地表进行清理，清除垃圾、杂草等有机物，然后用压路机进行了碾压，部分地表土含水率较高的进行了翻晒晾干，因受力较为集中，承台基坑周围进行了分层回填压实处理。在压实的地表上，先铺设了50 cm 5%灰土垫层，反复碾压，确保压实度达到95%以上，然后浇筑了15 cm的C25混凝土层，做好排水措施。良好的地基硬化处理可以有效减小地基沉降绝对量，增强整跨地基稳定性，控制不同部位的相对沉降。

3.2 支架变形分析与控制

支架变形分为两种:弹性变形和非弹性变形。一般情况下，弹性变形量很小，可以通过理论计算或现场测试得到，非弹性变形因其变化速度快，人为因素多，没有缓冲余地，常常是导致梁体裂缝产生的主要原因之一。根据设计要求，乡宁互通立交工程现浇连续梁采用满堂式碗扣支架进行施工，为有效控制支架变形，施工前要通过计算确定搭设方案，并借鉴同类型条件下的变形数据优化支架方案，确保支架变形得到有效的控制。

1)进行支架核算确定初步方案。支架计算的重点是立杆的压杆失稳检算和接长部位的扣件传力检算及顶部纵向水平杆的受力核算，乡宁互通立交综合考虑该跨连续梁的结构形式，在中横梁的位置最重，按箱梁底宽计算，该断面面积为20.21×1.7=34.357 m2，该位置长度为2.5 m。对该位置进行支架检算:

钢筋混凝土自重以25 kN/m3计，则每延米重力为:34.357×1 ×25=858.925 kN，单位面积承重为:q1=858.925 kN/(20.21 ×1)=42.5 kN/m2，钢筋荷载:取 4.33 kN/m2，人员荷载:取 q2=2 kN/m2，振捣混凝土产生荷载:取 q3=4.0 kN/m2，箱梁芯模:取q4=1.6 kN/m2，竹胶板:取 q5=0.1 kN/m2，方木:取 q6=7.5 kN/m3，经过计算支架布置以90 cm×60 cm布置考虑，水平连杆层距最大控制在1.5 m，剪刀撑于支架纵横向@1 500 mm布置增加整体稳定性能。支架立杆底部设置立杆垫板，垫板采用5 cm木板，立杆顶部纵向水平杆上搁置10 cm×10 cm方木，横向按间距30 cm搁置10 cm×10 cm方木，再铺设底模，立杆接长采用双扣件，但两扣件间距不小于75 cm。

2)支架预压掌握变形数据。堆载预压是消除沉降变形和支架非弹性变形的最好方法，设计要求浇筑混凝土前应对支架进行预压，便于掌握施工状态下地基的沉降和支架变形的数据。乡宁互通立交堆载预压材料使用的是混凝土预制块，堆载范围为箱梁底部，堆载重量为不小于箱梁总重量的1.2倍，经过计算堆载加载按2.0 t/m2考虑，堆载时间为7 d。在每跨的L/2，L/4及墩顶处布置观测点，前24 h每2 h观测一次，24 h后每12 h观察一次。根据观测数据绘制每个点位的变化图和跨内地基沉降曲线图及支架变形曲线图。通过数据分析，掌握最大沉降量和变形量及集中变形的时间，依据跨内综合变形图对支架设置预拱度，以保证构筑物的竣工标高，7 d后沉降量趋于稳定，进行卸载。

3)观测施工状态变形，优化支架方案。通过支架堆载预压得到了基础数据后，可对支架方案进行初步优化。为掌握更详细实际的数据，对先浇筑的梁跨进行全过程观测，增设结构物和箱梁底模观测点。观测的周期自浇筑前到张拉完成，每次浇筑时增加观测频率，一般为2 h～4 h一次，浇筑后每1 d～2 d观测一次。根据实际观测数据分析，沉降和变形在浇筑后结构的最大变形量可以控制在5 mm以内。

4)浇筑前进行支架安全、技术检查验收。浇筑混凝土时变形和沉降发生集中，容易发生问题，浇筑前的支架安全和技术性检查验收极其重要。检查主要内容包括:杆件的连接方式、剪刀撑的数量位置、扣件的紧固程度、水平连杆的布设、受力传接部的牢固程度等。乡宁互通立交在实际检查时发现，有部分扣件松动，个别立杆连接不合理等情况，及时进行了紧固和返工。

3.3 收缩徐变分析与控制

相同施工条件下，两次浇筑的时间间隔越长，早期收缩量相差越大，随着龄期的增长，收缩差逐渐缩小，最后基本同步。混凝土早期收缩徐变快，缩短两次浇筑时间间隔，可降低收缩差，减小施工接缝处收缩裂缝的产生。为了避免出现这类裂缝，乡宁互通立交采用一次性整体浇筑的施工方案，避免了施工缝处收缩裂缝的产生。

3.4 合理安排浇筑顺序和时间

由于乡宁互通立交是连续箱梁，采用了一次性整体浇筑，梁体施工从跨中正弯矩处开始浇筑，逐步对称向支座负弯矩区延伸，全力避免由于跨中段下沉造成初凝状态的支座处混凝土出现裂缝，适当分段分层，以消除支架不均匀沉降，避免混凝土开裂。由于现浇连续箱梁每次浇筑的混凝土量较大，往往要连续施工1 d～2 d，所以要尽量避开雨、风等不利天气。乡宁互通立交在浇筑时及时注意了天气的变化，没有由于天气原因而导致裂纹的出现。

3.5 预应力张拉的施工控制

预应力张拉应严格按程序执行，预应力张拉后，梁体向上起拱，实际观测，最大起拱量可达15 mm以上，起拱量过大，梁面会产生横向裂缝。控制应力应变数据符合设计要求的状态，可避免梁面裂缝的产生。

预应力张拉实行两个双控，即应力应变双控，强度龄期双控。强度要求达到100%，龄期控制在9 d～14 d。由于钢绞线实际弹性模量与标称值存在一定的误差，在施工过程中根据钢绞线的进料批次分别抽样进行实际弹性模量的测定，再取其平均值对设计伸长量按比例关系进行校正，校正的伸长量作为张拉时应变控制值，乡宁互通立交严格按照两个双控数据值进行预应力张拉，张拉完后没有发现箱梁顶面横向裂纹的产生。

3.6 支架拆除控制

支架的拆除基于安全和结构受力变化考虑，应待管道压浆的强度达到设计强度的80%以上时进行，遵循全孔多点、对称、缓慢、均匀的原则，由跨中向支点、由上向下单根渐次拆除，先边跨后主跨拆除。每次拆卸只允许在一孔内进行，避免突然变化带来损伤及产生裂缝。

3.7 使用膨胀混凝土浇筑预留孔洞

为方便拆除梁内模板和支撑，箱梁顶板预留了600 mm×400 mm的上人孔洞。孔洞在内模拆除及预应力张拉完成后，使用掺加膨胀剂的同标号混凝土悬吊模板及时进行补浇，这样可有效防止孔洞混凝土收缩裂缝。

3.8 其他施工控制措施

1)裂缝控制施工检算。浇筑前根据配合比、水泥种类、养护环境等条件，计算混凝土的最大收缩应力，此应力应低于混凝土的抗拉强度，任意养护期的降温收缩应力应低于最大抗拉强度，如果计算应力偏高，则可能产生裂缝，应采取调整配合比、加强养护、保温等措施。浇筑后量测混凝土各阶段温度，根据实际温度变化，计算各阶段的温度拉应力和抗裂安全度，并采取适当措施。

2)加强保护层厚度的控制。波纹管保护层厚度不小于5 cm;底板纵、横向的钢筋保护层垫块间距限制在1 m左右，保证底板构造钢筋的间距、保护层厚度;箱室模板的制作安装严格按照设计要求的规格尺寸进行控制，同时加密腹板钢筋保护层垫块，保证腹板钢筋保护层厚度，避免沿波纹管位置上下及箱梁底板、腹板由于保护层厚度不符合设计要求产生裂缝。

3)加强混凝土的振捣。分层分段浇筑时，分层厚度为30 cm，保证下层混凝土初凝前浇筑完成上层混凝土，振捣时一定要插入下层混凝土10 cm左右;端横梁钢筋直径大且密集，腹板上波纹管多净空小，这些部位容易漏振产生孔洞，结构受力后会产生裂缝，可采用小直径振捣棒认真振捣，加强张拉端锚垫板位置混凝土的振捣，避免锚固处产生裂缝。

4)加强混凝土的收面和养护。为防止出现现浇箱梁顶面出现龟裂，混凝土浇筑时一定要进行二次收面，并掌握好收面的时间;同时现浇箱梁顶面混凝土浇筑硬化后，随水分的逐步蒸发，混凝土体积缩小，由于混凝土表层水分损失快，内部水分损失慢，产生内外收缩不均匀现象，就会在表面出现收缩裂缝，为此混凝土初凝后应及时覆盖草袋洒水养护，养护的时间宜在7 d以上，降低降温收缩应力控制收缩裂缝，由于我项目在施工中及时采取了有效的养护措施，没有在表面出现大面积不规则裂缝。