混合梁斜拉桥边跨超宽箱梁混凝土外观质量与裂缝控制

杨昊，李北星

（1.中交二公局第一工程有限公司，湖北武汉430056；

2.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北武汉430070）

混合梁斜拉桥边跨超宽箱梁混凝土外观质量与裂缝控制

杨昊1，李北星2*

（1.中交二公局第一工程有限公司，湖北武汉430056；

2.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北武汉430070）

九江长江公路大桥主桥南边跨为梁宽38.9 m的扁平流线型超宽闭合预应力混凝土箱梁，通过采用分段分节支墩支架现浇施工工艺，优化混凝土配合比设计，加强模板精细化施工和保护，改进混凝土的浇筑顺序、布料方式、振捣工艺和养护方法，夏季施工采用多种温控防裂措施，现浇箱梁在强度、外观质量和裂缝控制方面取得了较为理想效果，为后续同类桥梁宽幅箱梁混凝土的施工质量控制提供了借鉴。

混合梁斜拉桥；超宽箱梁；混凝土；外观质量；裂缝控制

0 引言

九江长江公路大桥跨江大桥为主跨818 m的双塔双索面单侧混合梁斜拉桥，位于南岸18~21号墩区段的边跨混凝土箱梁跨径布置为70 m+ 75 m+84 m+32.5 m，其中32.5 m伸入主跨梁段。混凝土箱梁采用扁平流线型整体式单箱三室带纵次梁闭合箱型截面，中心线处梁高3.6 m，标准断面宽度38.9 m，标准断面尺寸如图1所示。本桥箱梁为国内最宽幅三箱室闭合型箱梁，构造复杂，其结构形式为国内首创，施工尚无成熟经验可参考。混凝土施工难度主要表现在：首先，箱梁为整体式单箱三室宽幅箱梁，施工采用支墩支架现浇工艺，在温度和混凝土收缩徐变作用下，受支墩支架的纵横向约束，极易产生裂缝，要求混凝土收缩和徐变小；其次，索塔处、辅助墩顶、过渡段墩顶梁端的横隔板厚度大（分别为300 cm、240 cm、250 cm），尤其是风嘴块体浇筑体积更大，C55高强大体积混凝土水化热温升高，自收缩和温度收缩大，一旦温控不力或养护不当，梁体在施工期极易开裂[1-5]。另外，箱梁构造复杂，钢筋和预应力管道密集，混凝土浇捣工艺难度较大，对泵送混凝土的流动性和抗离析性要求也较高。

图1 边跨混凝土箱梁标准横断面图（单位：cm）Fig.1Standard cross-section drawing of side span concrete box girder（cm）

经综合分析，通过支架理论计算、模板设计、混凝土材料试验、温控仿真计算、线外足尺模型试验、施工工艺创新等相结合的方法，提出了材料性能、施工工艺与结构构造的优化措施，解决了该预应力箱梁施工阶段的开裂与耐久性问题。本文着重介绍该箱梁混凝土施工中外观质量与裂缝控制的关键技术。

1 边跨箱梁施工梁段与节段划分

为防止超宽箱梁在温度和混凝土收缩徐变作用下受支墩支架的纵横向约束而产生裂缝，施工采用纵桥向分段分节、横桥向整幅、竖向不分层的现浇方案。

箱梁分成4个施工梁段和3个湿接缝平行施工，每个梁段按分节自中间向两端对称浇筑。自18号墩至21号墩顺序，梁段长度和节段依次划分为：56.1 m（1号梁段，分为8个节段）、1.8 m（1号湿接缝）、73.2 m（2号梁段，分为10个节段）、1.8 m（2号湿接缝）、82.2 m（3号梁段，分为11个节段）、1.8 m（3号湿接缝）、47.7 m（4号梁段，包含结合段中的4 m混凝土部分，分为6个节段）。标准节段长度7.5 m，混凝土方量322.7 m3；最短节段5.6 m，混凝土方量219.1 m3；最长节段8.75 m，混凝土方量529.0 m3。控制最长节段混凝土浇筑时间不超过20 h，较好地保证了箱梁混凝土的浇筑质量，同时不同梁段可同时施工，也保证了工期。

2 混凝土配合比设计

边跨超宽箱梁混凝土配合比设计要求[6-8]：高工作性（缓凝、低坍落度损失、泵送稳定性）、高抗裂性（低水化热温升、低收缩和低徐变）及高耐久性（高抗渗、抗碳化及抗钢筋锈蚀）。另外，湿接缝混凝土还需达到工程要求的限制膨胀率指标。箱梁与湿接缝混凝土的设计指标见表1，优化配合比见表2。原材料分别为：P.Ⅱ42.5级水泥；I级粉煤灰；4.75~9.5 mm与9.5~19 mm粒级的二级配石灰岩碎石；中粗河砂；MAPEI SX-C18（-2）缓凝型聚羧酸盐减水剂；UEA-W改进型低碱膨胀剂。

表1 箱梁与湿接缝C55混凝土设计指标Table 1Design objectives of C55 concretes for box gird and wet joint

表2 箱梁与湿接缝C55混凝土配合比Table 2Mix proportions of C55 concretes for box gird and wet joint

3 模板施工及保护

箱梁外模的选用直接影响到成品混凝土的表面光洁度。箱梁模板全部采用尺寸1.22 m×2.44 m的大块高强覆膜竹胶板，要求表面光洁度达到镜面反光效果，不褪色，不能有线条纹路、坑窝和疤印。其中，水平底模、底侧模和外侧模板厚度均为18 mm，箱梁内模及顶板模板厚度为15 mm。外模高强竹胶板使用次数≤2次，同时保证完好率≥95%。

模板采用长边纵向铺设、排列整齐，模板拼缝控制在一条线上，不能错缝，模板之间连接部位错台控制不超过±1 mm。为了保证梁底的边线纵向顺直，水平段底模板与底侧模模板之间的连接采用底模包侧模的方式。为了保证混凝土的外观质量，拼缝间粘贴双面胶密封防止漏浆，并将暴露在模内的多余双面胶割除、找平，如有缝隙，要进一步采用玻璃胶堵严。模板安装完毕后，全面检测标高和线型，确保整个箱梁线型准确、美观。

另外，在模板和钢筋施工过程中，采取了系列有效措施减少模板人为污染，防止模板受到钢筋碰伤、焊渣灼伤；钢筋绑扎完成后，采用二次清理工艺，使模板恢复原有的光洁度，首先采用森林灭火器或吸尘器预先对模内灰尘和杂物进行干法清理，再采用高压水对模板表面进行一次彻底清洗。

4 箱梁节段混凝土施工

4.1 浇筑顺序

箱梁混凝土采用从横桥向两边向中间同步对称浇筑，横断面上混凝土浇筑顺序为：水平底板→底板次梁→斜底板→横隔板、腹板、风嘴→顶板次梁→顶板，如图2所示。

图2 箱梁混凝土浇筑布料顺序图Fig.2Concrete placing sequence chart of box girder

4.2 布料方式

混凝土采用2台汽车泵泵送和2台梁面布料机，按箱梁两侧分层同步推进法布料。不同部位布料方式及注意事项如下：

1）底板混凝土通过串筒、伸入模内的布料软管进行布料，控制自由卸落高度不大于2 m。布料时，箱内与箱外人员配合，以保证振捣到位又防止因布料过快而翻浆。为避免箱梁内模上浮、保证底板混凝土密实度，内模不封底。底板混凝土浇筑时，应严格控制混凝土方量，避免梁段出现超重现象。底板混凝土浇筑完毕后，继续灌注齿板混凝土。

2）底板次梁钢筋密集，空间小，混凝土下料速度慢，布料难度大，易出现混凝土上翻现象。在进行底板次梁浇筑时，采用木模板作为溜槽，扩大混凝土的布料面积，以提高混凝土布料速度，防止该部分混凝土外漏至底板。

3）斜底板较薄，上下两层钢筋网间距小，且布置有纵向预应力管道，为混凝土施工难点。通过在该处内模上设置抽插式模板，随着混凝土浇筑高度的上升，边布料，边振捣，自下而上封闭斜底板内模，保证混凝土下料充分并振捣密实。

4）横隔板、腹板混凝土采用分段连续推进的方式布料。先从梁段一侧的腹板开始浇筑，将混凝土由腹板底部挤向底板中心，控制混凝土每层浇筑厚度30~40 cm，并控制上下两层混凝土浇筑间隔时间在2 h以内。两侧腹板尽量对称浇筑，控制两侧腹板浇筑高差在50 cm以内，以防内模移位。

5）风嘴块体索管锚块处钢筋密集，空间小，混凝土施工质量要求高。通过在该处设置PVC溜管集中布料点，保证了混凝土布料充分进入锚块。

6）顶板混凝土从横桥向两侧向中间浇筑，纵桥向从低端向高端浇筑，整个断面一次成型。为减少分层次数，顶板次梁与顶板混凝土一同浇筑。

7）混凝土坍落度、扩展度实际控制在210~ 230 mm、500~600 mm。当施工到箱梁顶板时，混凝土坍落度、扩展度取低值。

8）布料软管须布置在内模侧进行混凝土布料，防止布料时混凝土从外侧模板流淌而污染外模影响混凝土外观。

4.3 振捣工艺

1）混凝土浇筑前划分振捣区域，振捣操作人员固定，明确责任，以防漏振。

2）振捣时，插点布置均匀，采用φ50插入式振捣棒按不大于50 cm间距布棒。

3）箱梁风嘴处斜面外模为阴面模板，混凝土气泡很难引出。施工过程中，利用钢筋网和索管之间4个角的空间，斜向布置4根钢管引导φ30振捣棒深入锚块进行振捣，促进了该处混凝土气泡的排出，并随着浇筑高度逐步提升钢管和振捣棒，保证了锚块混凝土的密实。

4）加强箱梁腹板（横隔板）与底板及顶板连接处的倒角，预应力筋锚固区以及其他钢筋密集部位应重点仔细振捣。

5）混凝土振捣时，禁止振捣棒碰触模板板面，以免混凝土面局部形成“白斑”印迹而影响梁底和梁侧外观。

4.4 顶面收浆、抹面及标高控制

1）箱梁顶面设置有横坡，且无找平混凝土铺装层，因此对箱梁顶面标高和平整度控制要求较高。但因顶板混凝土桥面系预埋件、预应力管道压浆管多，不便采用振动梁、滚筒等进行整平，故施工时在梁顶设置钢丝绳标高线进行人工找平。

2）箱梁顶板配置专用收面平台，按照标高线将顶板表面收浆、找平，收面二次。在混凝土初凝前，顶面采用钢丝刷横桥向拉毛，深度控制在2~3 mm。

4.5 混凝土养护及模板拆除

1）箱梁顶面混凝土拉毛后，立即覆盖土工布，并在终凝后进行自动喷淋养护。斜底板、风嘴外侧模板拆除第一时间，喷涂混凝土养护剂，并人工洒水补充养护。箱室内腔底板采用蓄水养护，内腔侧壁在模板拆除后人工洒水养护，梁端截面采用彩条布悬挂遮盖，使腔内形成湿热养护环境。

2）冬季施工气温低于5℃时，养护以保温为主，不得对混凝土表面晒水养护。梁顶混凝土采用塑料薄膜保湿与土工布保温联合养护，并覆盖彩条布防雨；梁侧外露混凝土面喷涂养护剂，并采用彩条布或帆布包裹梁体进行防风保温；梁端截面悬挂帆布遮盖防风。

3）箱梁混凝土养护期，夏季≥7 d、春秋季≥10 d、冬季≥14 d，在养护期内始终保持混凝土面呈湿润状态。养护用水的温度与混凝土表面温度之差不应大于15℃。

4）同养混凝土试件强度达到10 MPa后，方可进行内模中腹板（隔板）侧模、底板次梁侧模、端头模板与风嘴侧模的拆除。对于这类拆模较早的混凝土面，应及时对其进行保湿保温养护。同养混凝土试件强度达到设计等级的75%后，方可拆除内模中顶板底模、顶板次梁侧模。底板模板在纵向预应力张拉完成后逐步进行拆除。

4.6 节段施工缝凿毛及止浆处理

1）端模拆除后，及时对梁端接合面混凝土人工凿毛，确保90%以上的粗骨料露出表面。凿毛时，在混凝土保护层外侧保留约1 cm完整边界，并用墨线弹出凿毛区域，防止凿毛对混凝土边棱造成损伤，以免影响接缝美观。

2）施工缝环向粘贴双面胶止浆并采用玻璃胶封堵。

4.7 混凝土温控防裂措施

1）根据箱梁混凝土水化热有限元分析结果和10 m长节段箱梁足尺模型线外试验结果，箱梁混凝土最大温度点位于风嘴块体，当混凝土入模温度30℃时，风嘴块体内部最高温度可达76℃，且最大内表温度可超过25℃限值。因此，夏季高温季节施工时，在风嘴处块体实心段沿纵桥向设置了2根冷却水管来降低风嘴块体内部温度。

2）为控制混凝土的入模温度不超过28℃，夏季施工时除安排夜间施工外，还加强了原材料的降温：水泥提前生产在厂家库存2月放置冷却至料温≤55℃出厂，并在拌合站水泥储罐外搭设遮阳棚、罐外淋水降温；砂石骨料采用搭建遮阳篷、通风，拌制前对碎石采用深层江水喷淋降温，控制砂温≤28℃、石温≤26℃；采用螺杆冷水机组制取冰水（水温≤5℃）拌合混凝土。通过上述综合措施，可降低混凝土入模温度5~8℃。

3）加强混凝土表面的保湿保温养护，始终保持养护期混凝土表面润湿，控制混凝土芯部温度和表面温度之差、表面温度与环境温度之差均不大于20℃。

5 湿接缝混凝土施工

1）浇筑混凝土前，须将两侧邻接梁段混凝土面按照施工缝的要求进行凿毛处理。

2）湿接缝混凝土选择一段时间内温度较低时刻浇筑，并控制混凝土入模温度不超过28℃。

3）顶面混凝土采用抹面机收面2~3遍，终凝后覆盖土工布并采用蓄水、定时晒水等养护措施保持混凝土表面有可见明水，充分发挥膨胀剂的膨胀性能，确保湿接缝微膨胀混凝土硬化后与邻接梁段紧密结合。湿接缝混凝土养护时间不得少于14 d。

6 箱梁施工效果

图3 箱梁外观效果图Fig.3Appearance effect photographs of box girder

为检测梁体混凝土的实际施工质量，每节段梁体施工均预留了3组混凝土试件分别以同条件养护至首次张拉龄期、标准养护至7 d和28 d龄期进行抗压强度测定。结果表明，箱梁混凝土首次张拉抗压强度介于50.1~57.9 MPa，均达到设计强度等级90%以上，28 d抗压强度介于61.7~ 71.6 MPa之间，均值64.7 MPa（见表3）。另外，1号、2号、3号湿接缝28 d抗压强度分别为63.5 MPa、61.4 MPa、63.6 MPa，所有节段梁和湿接缝混凝土强度结果均满足设计要求。

表3 箱梁混凝土28 d抗压强度数理统计结果Table 3The result of mathematical statistics of 28 d compressive strength for box girder concretes

箱梁全部施工完成后，对箱梁内腔和外侧、底板等部位进行了全面的裂缝和外观检查，尚未发现一条有害性结构裂缝；梁体外观达到了表面平整光滑、棱角分明、线形平顺，接缝平整无错台，且表面无大气孔、水线和分层缝缺陷等较理想的总体效果。但由于每个节段箱梁施工周期达10余d，尤其是整个箱梁底模停放在支架上长达1 a之久，底模受钢筋锈蚀、雨水污染及其它施工工序污染等影响较为严重，造成梁底接缝部位与周围混凝土色差较为明显。模板全部拆除后箱梁的外观效果如图3所示。

7 结语

九江长江公路大桥南边跨超宽闭合预应力混凝土箱梁采用分段分节支墩支架工艺进行施工，取得了外观质量总体良好，未出现有害性结构裂缝的理想效果，有以下经验和做法值得借鉴。

1）在模板设计与施工中，通过对模板排列整齐性、对称性与拼缝规律性的精心设计，以及加强模板接缝处理和模板表面的保护与清理，较好地提升了梁体的外观质量效果。

2）为确保箱梁浇筑成功，在线外进行了10 m长节段的超宽箱梁1∶1足尺模型试验施工，优化了结构构造设计，明确了混凝土拌合物适宜的入模坍落度和扩展度，优化了浇筑顺序、布料方式与振捣工艺。

3）在混凝土浇筑工艺方面，通过在斜底板内模上设置抽插式模板，解决了斜底板角度过小、下料困难的问题；通过在风嘴块体斜向设置钢管引导小型振捣棒深入锚块进行振捣，促进了锚块混凝土气泡的排出；通过加强节段梁环向施工缝面的凿毛与止浆处理，保证了接缝的紧密结合与美观。

4）在裂缝控制措施方面，优化了具有良好工作性和良好抗裂性的粉煤灰混凝土和微膨胀混凝土，分别用于箱梁与湿接缝施工；夏季施工通过对水泥、骨料降温，采用冰水拌合混凝土等降温措施，保证了混凝土入模温度在28℃以下；在风嘴块体埋设冷却水管降低了混凝土内部水化热温升；顶面采用自动喷淋养护及侧面采用养护剂与晒水相结合的养护措施，有效地保证了箱梁高温施工的养护质量，减小了混凝土的早期自收缩与干燥收缩。

[1]朱汉华，陈孟冲，袁迎捷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治[M].北京：人民交通出版社，2006：37-84. ZHU Han-hua,CHEN Meng-chong,YUAN Ying-jie.Cracks analysis and control of prestressed concrete continuous girder[M]. Beijing:China Communications Press,2006:37-84.

[2]赵启林，周旺进，江克斌.预应力混凝土箱梁桥施工中的裂缝成因分析与修补[J].公路交通科技，2006，23（6）：85-88. ZHAO Qi-lin,ZHOU Wang-jin,JIANG Ke-bin.Analysis and repair of soleplate cracks of pre-stressed concrete box girder during construction[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development,2006,23(6):85-88.

[3]臧华，刘钊，王立波.混凝土箱梁温度裂缝控制问题的探讨[J].施工技术，2006，35（7）：112-113. ZANG Hua,LIU Zhao,WANG Li-bo.Discussion on temperature crack control of concrete box girder[J].Construction Technology, 2006,35(7):112-113.

[4]王国亮，谢峻，傅宇方.在用大跨度预应力混凝土箱梁桥裂缝调查研究[J].公路交通科技，2008，25（8）：52-56. WANG Guo-liang,XIE Jun,FU Yu-fang.Investigation research on crack of long-span prestressed concrete box girder bridges in service[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development,2008,25(8):52-56.

[5]陆采荣，姜竹生，刘世同，等.五河口斜拉桥高性能混凝土长期变形试验研究[J].公路，2006（5）：20-25. LU Cai-rong,JIANG Zhu-sheng,LIU Shi-tong,et al.Test and research on long term deformation of high performance concrete in Wuhekou cable-stayed bridge[J].Highway,2006(5):20-25.

[6]王运金，李北星，唐凯，等.超宽箱梁抗裂混凝土配合比试验研究[J].桥梁建设，2012，42（4）：58-63. WANG Yun-jin,LI Bei-xing,TANG Kai,et al.Experimental study of mix proportion of cracking resistance concrete for very wide box girder[J].Bridge Construction,2012,42(4):58-63.

[7]何伟兵，胡峰强，李北星，等.九江长江公路大桥超宽箱梁混凝土的耐久性试验研究[J].公路交通科技：应用技术版，2013（1）：137-142. HE Wei-bing,HU Feng-qiang,LI Bei-xing,et al.Experimental research on durability of concrete for box girder in Jiujiang Yangtze River Highway Bridge[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development:Application Technology Edition,2013 (1):137-142.

[8]张剑峰，王运金，唐凯，等.九江长江公路大桥超宽箱梁C55粉煤灰高性能混凝土配合比设计[J].中国港湾建设，2012（3）：53-56. ZHANG Jian-feng,WANG Yun-jin,TANG Kai,et al.Mixture proportion design of C55 grade fly ash HPC for super-wide box girder of Jiujiang Yangtze River Expressway Bridge[J].China Harbour Engineering,2012(3):53-56.

Appearance quality and crack control of concrete used in ultra wide side span box girder of hybrid beam cable-stayed bridge

YANG Hao1,LI Bei-xing2*
（1.CCCC-SHEC First Highway Engineering Co.,Ltd.,Wuhan，Hubei 430056,China; 2.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures,Wuhan University of Technology,Wuhan,Hubei 430070,China）

The south side spans for Jiujiang Yangtze River Highway Bridge are flat streamlined ultra wide closed-section prestressed concrete box girders with width of 38.9 m.The cast-in-place box girders achieved the desired effects including concrete strength,appearance quality and crack control,which could be attributed to the following measures:the construction method of the box girders used the segmenting and sectioning and sequence placement in the steel pipe piles supporting; optimizing the concrete mix proportion;enhancing the refined construction and protection of formwork;improving the concrete placing sequence,distributing patterns and vibrating technology as well as curing method;adopting various temperature control measures for crack prevention during summer construction of concrete.This paper provides a reference for the construction quality control of the wide box girder concrete for subsequent similar bridges.

hybrid beam cable-stayed bridge;ultra wide box girder;concrete;appearance quality;crack control

U445.471；U448.27

A

2095-7874（2017）07-0006-06

10.7640/zggwjs201707002

2016-11-09

2017-02-20

江西省交通运输厅科技项目（2010C00004）

杨昊（1980—），男，湖北武汉人，工程师，主要从事公路桥梁施工。*通讯作者：李北星，E-mail：libx0212@126.com