斜拉桥塔梁固结混凝土裂缝控制

Crack Controlling in Concrete Girder of Cable-stayed Bridge

张涛1，赵德海1，刘瑞均1，周路露2（1重庆城建控股(集团)有限责任公司，重庆　400010；2重庆景帝园林艺术有限公司，重庆　401147）



斜拉桥塔梁固结混凝土裂缝控制

Crack Controlling in Concrete Girder of Cable-stayed Bridge

张涛1，赵德海1，刘瑞均1，周路露2
（1重庆城建控股(集团)有限责任公司，重庆400010；2重庆景帝园林艺术有限公司，重庆401147）

摘要：大体积混凝土的裂缝控制是工程上一道难题，桥梁主梁0#节段固结于塔柱，易出现裂缝是一种通病。阆中嘉陵江四桥主梁0#节段是这两种情况的叠加，问题就更加突出。在实施过程中，主要从混凝土原材料、配合比、施工工艺等环节进行控制，混凝土质量得到保证。

关键词：斜拉桥；塔梁固结；裂缝；0#节段

Abstract:The crack control of mass concrete is a thorny engineering problem, while cracks easily occurs in the 0# segment of the main girder consolidated to tower column, which is a common engineering problem. The 0# segment of the main girder of the fourth Jialingjiang River Bridge has both the problems, and the control mainly focuses on processes like raw concrete materials, mix proportion and construction technology, and the concrete quality can be ensured.

Keywords:cable-stayed bridge; tower column consolidation; crack; 0# segment

1　概况

四川省阆中嘉陵江四桥为独塔斜拉桥，塔梁固结体系，主梁0#节段作为索塔下横梁。主梁横向宽度为32.5m，塔梁结合部实体尺寸为7.75m×6.88m×5m，为大体积实体多向混凝土，主梁0#节段横向两侧受塔柱约束，超静定结构，易产生收缩裂纹(主梁0#节段见图1)。

图1　主梁0#节段横断面

主梁混凝土为C60，掺入聚丙烯腈纤维，采用普通硅酸盐水泥，Ⅱ级粉煤灰，S90矿粉。经多次试验，水泥用量为386kg，胶凝材料总量达530kg。

0#节段浇筑时正值冬季，气温较低，混凝土体内外温差较大，易产生温缩裂纹。

2　控制措施

在桥梁结构设计已经确定的情况下，为了防止混凝土裂缝产生，主要从混凝土原材料、配合比、施工工艺等环节进行控制，并选取合理浇筑时间。

2.1原材料

水泥选用广元海螺水泥有限公司生产的P.Ⅱ52.5，比表面积、水泥碱含量符合国家标准规定。对进场温度进行测定，提前备料贮存，使水泥温度低于60℃。

粗集料采用当地嘉陵江的卵石，经破碎机加工为破碎卵石，筛选用直径大于15cm卵石，保证破碎后的粗集料表面85%以上的破碎糙面，光滑面≤15%，增大粗集料的包裹性。破碎机采用加工产品粒型好、生产能力强的圆锥破碎机，调控精准，恒定排料口控制。

破碎卵石采用连续级配，要求针、片状含量≤8%，含泥量≤0.5%[1]。

细集料采用嘉陵江天然细砂与机制砂混合掺配，其中天然砂含泥量≤1%，机制砂采用JYS/T高效制砂机加工，成品粒型好，呈六面多棱体，级配合理，掺配后为中粗砂Ⅱ区，混合砂石粉含量≤2%。

粉煤灰为Ⅱ级，细度、需水量比、烧失量和三氧化硫含量等指标满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596的有关规定。矿粉采用S75，各项技术指标符合《水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》BG/T18046-2008的要求。

外加剂使用聚羧酸高性能减水剂，具有高减水率、更好坍落度保持性能、较小干燥收缩，各项指标满足《混凝土外加剂》GB8076-2008规定。

2.2配合比

配合比的基本要求是，具有良好的工作性能，坍落度、扩展度满足施工工艺的要求，力学性能、长期性和耐候性符合设计要求，尽可能减小水泥用量，使水泥水化热降低，从而降低混凝土内部温度。胶凝材料总量控制在550kg/m3，减小混凝土收缩。

在混凝土内按1kg/m3掺入聚丙烯腈纤维，使混凝土具有防裂的能力。但掺入聚丙烯腈后，为了满足混凝土的力学性能和工作性能，水泥用量较未掺入前增加，胶凝材料总量相应增加，对混凝土的收缩有不利影响。

经过多次反复试验，确定了混凝土配合比(见表1)。

2.3施工工艺

针对大桥主梁0#节段横向宽度大、塔梁结合部为大体积混凝土的结构特点，采取了外保内降的温度控制[2]，外部塔柱撑拉锁定，分层分次浇筑，混凝土原材料及配合比严格控制，选定适宜浇筑日期的措施。

表1　C60混凝土配合比

2.3.1撑拉锁定

0#节段横向宽度达32.5m，与等高区域塔柱连接成整体，横向无自由度，混凝土温缩及干缩受到约束，容易在结构薄弱处产生干缩裂缝。其下已浇筑两肢塔柱，为向上杆系构件，存在自由变形可能，在混凝土浇筑过程混凝土初凝时造成结构裂缝。

对下塔柱进行撑拉锁定，使塔柱两肢相对固定，消除相对变形因素(见图2)。

图2　塔柱撑拉锁定体系

在下塔柱双肢之间设型钢支撑与临时钢束的撑拉体系，用大型钢管对撑塔柱双肢，钢绞线组成的钢束在钢管的对撑部分施加拉力锁定。

撑拉体系由两道横撑及配合钢束组成，在承台以上10m距墩轴线2.47m对称布置2根Φ820x10mm钢管，钢束N1、N2临近钢管上下，每束由7Φ15.2钢绞线组成。第二道撑拉在承台以上15m，因位置受横梁支架限制，用2I50b型钢对撑，钢束N3对应布置，由19Φ15.2钢绞线组成。

钢束N1、N2、N3每束张拉力分别为80t、80t、100t，N3在横梁浇筑到50%时，再补张100t，使锁定钢束在浇筑过程中保持恒定。

2.3.2分次浇筑

塔梁结合部实体尺寸为7.75m×6.88m×5m，属于大体积混凝土。为了减小体内外温差，对混凝土采用分次分层浇筑。第一次浇筑高度4m，完成主梁0#节段的底板、腹板；第二次浇筑高度2.88m，完成顶板及腹板倒角。

分次分层浇筑，变大体积为小体积，减小水化热聚集，降低内部温升，缩小混凝土体内外温差。

分次分层浇筑，将竖向高度6.88m分为了4m、2.88m，使实体体积减小。第一次浇筑后，养护期7d后再进行第二次浇筑。两次浇筑时间间隔7d以上，第一次混凝土水化热基本散尽，不会对第二次浇筑造成温度叠加，有效地降低了混凝土因水化热温升造成的温缩裂缝风险。

2.3.3控温措施

在塔梁结合部混凝土内安装冷却水管，水管采用Φ50钢管间距1.0m，分层布置，每层间距1.5m，设置进出水口，两端用90°弯头焊接连成一个循环回路(见图3)。

上下两层冷却水管进行交错布置，使散热更加均匀。冷却水管安装后进行通水试验，检查是否漏水，达到闭水条件后在混凝土浇筑时对进出水口进行封堵。

图3　冷却水管布置

每层循环水管设置闸阀控制水的流量，根据安装于混凝土内部的测温元件所测温度，适时对水的流量进行调控，通水时间、流量可视混凝土温升、温降情况进行调整。在通水期间流量不小于2.0m3/h，中途不得发生停水事故。通水冷却过程中，冷却水管进出口的水温差≤10℃。

对混凝土浇筑体的环境温度进行控制，用蓬布对主梁0#节段进行四周封闭，利用钢管架手架挂设蓬布，蓬布距梁体约0.9m，蓬布围绕梁体四周形成环，蓬布竖向高度在梁体的高度尺寸向上、向下各延伸1m。在混凝土浇筑完成后对顶面用蓬布遮盖。

形成梁体外的一个稳定温度场，混凝土浇筑前，对此进行温度监测，当昼夜温差≥7.5℃时，在温度较低时段用电热器件升温，使梁体环境温度稳定。

同时，延缓混凝土的脱模时间，混凝土模板能起到一定的保温作用，降低混凝土在水化热峰值时裸露于外的风险。

3　结论

阆中嘉陵江四桥主梁0#节段混凝土分别于2015年1月底、2月初分两次浇筑完成，在随后的验收检测中，未发现梁体出现规律性有害裂缝，特别是塔梁结合部，外观平整、密实。

通过上述几项措施，从设计着手，掺入聚丙烯腈纤维，对混凝土原材料、配合比、施工工艺进行有效控制，起到了良好的效果。

参考文献：

[1]建设部.JGJ52-2006普通混凝土用砂石质量及检验方法标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]建设部.GB50496-2009大体积混凝土施工规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

责任编辑：孙苏，李红

作者简介：张涛(1978-)，男，重庆人，本科，高级工程师，主要从事市政道路工程、公路桥涵工程及建筑结构的施工及技术工艺创新。

收稿日期：2016-01-25

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.03.051

中图分类号：U445.4

文献标识码：A

文章编号：1671-9107（2016）03-0051-02