某下承式钢管混凝土系杆拱桥拱脚裂缝防治措施

2020-12-10李冰

科学技术创新 2020年35期

李冰

（江苏省南京市航道事业发展中心，江苏南京210036）

下承式钢管混凝土系杆拱桥具有结构轻盈、外形美观、跨越能力大、桥下净空高、施工方便、造价经济等特点，近年来在我国得到飞速发展，特别是内河航道上使用较多。拱脚是系杆、端横梁和拱肋的交点，主要起联结作用，为钢结构和混凝土结构的变截面处，受力复杂，在建设和运营过程中发现绝大部分钢管混凝土系杆拱桥拱脚部位存在裂缝，影响结构耐久性和安全性。本文以某下承式钢管混凝土系杆拱桥工程为实例，针对性地采取了防治措施，可为类似工程提供参考。

1 工程概况

主桥上部结构为80m（计算跨径）下承式钢管混凝土系杆拱。主桥承重构件拱肋及系杆，设二榀分列。系杆间净距5.2m，面内拱轴线方程y=4fx(L-x)/L2，矢跨比f/L＝1/6，跨径L=80m，矢高f=13.33m。拱肋采用单圆钢管混凝土断面，竖向内倾8°，两拱肋形成斜靠形式。钢管外径Φ90cm，壁厚1.6cm，内充C40微膨胀混凝土；主跨纵桥向共设5 道风撑，均为一字型风撑，风撑采用单圆钢管断面；系杆采用单侧倾斜箱型截面。中横梁间距5.6m，为钢筋混凝土砼T 形梁，全桥共设13 道。桥面板采用高0.25m 的钢筋混凝土实心板。端横梁为预应力混凝土箱型梁，全桥共设2 道。吊杆采用LZM 吊杆系统，该吊杆系统采用PES（FD）低应力防腐索体，吊杆间距5.6m，全桥共计26 根吊杆。

2 常见拱脚裂缝分析

根据对其他已建成的钢管混凝土系杆拱桥拱脚裂缝调查，拱脚裂缝主要存在两个类型，一种为拱脚顶面裂缝多呈网状分布；另一种为钢管混凝土交界面裂缝，主要沿着管径分布并延伸到拱脚侧面（图1，2）。

图1 拱脚顶面裂缝

图2 钢管混凝土交界面裂缝

对于第一种拱脚顶面裂缝，从形态分析来看，主要为不规则的网状裂缝，主要因混凝土收缩引起，与施工工艺和结构特点有关，拱脚顶面混凝土一般为C50 高标号混凝土，水泥含量大，水化热高，在构件浇筑成型后需进行收浆和整平，拱脚顶面为斜面且内部用钢管，混凝土相对较薄，导致难以有效振捣，控制不好易出现表面不平整、麻面等病害，再加上养护措施不到位，极易出现不规则网状裂缝。

对于第二种钢管混凝土交界面裂缝，一般在钢管拱肋内混凝土泵送后才显现，裂缝主要顺拱轴线方向，在钢管与拱脚混凝土连接处呈辐射状。原因可能是由钢管拱肋内混凝土泵送时内部压力过大，交界面处混凝土厚度薄弱，特别钢管和混凝土因材质不同导致伸缩变形不一致引起，经试验室对本工程钢管和混凝土加热试验，钢管膨胀率为4%，混凝土膨胀率为2%。

3 裂缝控制措施

3.1 设置剪力钢筋

针对拱脚混凝土与钢管受热膨胀率不同，增加剪力钢筋、增加拱肋预埋段横向对拉钢筋及包裹钢板等措施尽量将拱肋预埋段钢管的热膨胀系数控制到与混凝土一致。在拱肋预埋段底口2m 范围内设置剪力钢筋，通过剪力钢筋将拱肋预埋段和拱脚固结成一整体，实现了“同步收缩”；钢管热膨胀系数大于混凝土，因此在拱肋预埋段底口2m 范围设置横向对拉筋，限制拱肋过多膨胀，从而避降低裂缝产生的概率。

图3 拱脚钢管外部剪力钢筋

图4 拱脚钢管内部剪力钢筋

3.2 优化混凝土配合比

施工过程中严格控制原材的质量，选择低水化热水泥，减小粗骨料粒径，采用自平流混凝土，进场的原材经试验检测合格后进入拌合站，确保了成品混凝土抗压、抗剪等性能达到理论值，特别是向混凝土中添加聚丙烯纤维等措施进一步提升混凝土抗裂性能。

3.3 设置振捣棒导管

一方面增加振捣棒数量及型号，配置小型振捣棒，在两个拱脚内侧附着两台ZKF-150G 高频振动器，在浇筑过程中更换安装位置，不得长时间在同一位置进行工作,保证了大方量、钢筋密集等复杂条件下，最大程度地保证了振捣棒能覆盖到每个振捣点；另一方面针对振动棒很难达到的振捣位置，在钢筋绑扎时就设计预留了振动棒导管，先由导管伸入到指定位置，再将振捣棒沿着导管内壁伸入振捣区，实现“零漏振”。

3.4 拱肋预埋段浇筑混凝土至顶口并增加隔板

针对拱肋混凝土压注裂缝，拱肋预埋段有2m 处于拱肋混凝土中，压注混凝土时，压力传递到拱肋根部，对拱肋产生径向的扩张压力，进而导致拱脚混凝土崩裂，为此向拱脚预埋段内浇筑混凝土至顶口，并且振捣密实，防止压注拱肋混凝土时，压力传递到拱脚。为了进一步加强对拱肋混凝土的“隔离”效果，在拱肋预埋段顶口增加隔板，并与顶口焊接严密，防止压注混凝土浆液言“缝隙”深入拱脚段，有效地阻止了压注混凝土的压力传递。