大跨钢-混凝土组合廊桥楼道板混凝土裂缝控制技术

胡义新，叶成顺，别亚威，巫兴发

(1.中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040；2.中交(福州)建设有限公司，福建 福州 350000；3.中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司，湖北 武汉 430014)

0 引言

将传统风格的廊桥结构与现代城市桥梁结合，既能满足桥梁通行要求又可满足景观建筑、美学等多样化要求。廊桥的主体结构多为大跨钢-混凝土结构，即主梁为钢桁架，楼道部位为混凝土结构。廊桥大跨度钢桁梁安装完成后，施工楼道混凝土，一般采用支架现浇法或吊模现浇法。混凝土施工中工序安排不科学且楼道板混凝土厚度较小等，易产生混凝土开裂。对于薄板混凝土开裂的研究较多，且提出了有效的解决措施。

但针对后期交叉作业产生的施工荷载所导致的混凝土开裂，对其施工工艺和混凝土性能方面的研究与施工经验尚浅，给施工带来较大挑战。为了降低大跨钢-混凝土廊桥结构施工时楼道板混凝土的开裂风险，有必要从施工工艺优选、新型结构设计及混凝土性能优化等方面进行研究并指导施工。

1 工程概况

某大桥主桥为分离式双幅变截面连续梁桥，附属设置大跨“钢-混凝土-木-砌体”组合廊桥结构，其中“木-砌体”为建筑造型需要，“钢-混凝土”为主要承载结构。主桥两侧人行道设置长廊和古亭，0号块顶部横向分别设置1座观景天桥，即展廊。观江阁基础位于主桥主墩基础外侧，观江阁位于主桥左、右幅两侧，设置3层；展廊跨度达60m，与观江阁2层相连，高5.1m，距桥面6m；展廊上层与观江阁第3层相连，高7.5m(至屋顶)。

展廊底部采用大跨钢桁架作为支撑，分为上、下2层，与两侧观江阁混凝土筒体墙体内钢构件连接。钢桁架上、下2层分别设现浇混凝土楼道板结构，不设预应力，形成展廊平台，展廊楼道板分别位于同层钢桁架弦杆、横梁、下纵梁上，板厚10cm，长6m，宽3m。展廊主要构造如图1所示。

图1 展廊主要构造(单位：m)

2 楼道板混凝土施工开裂机理分析

混凝土开裂主要为结构性裂缝和非结构性裂缝，常见的有温度收缩裂缝、地基沉降差异裂缝、受力裂缝及干缩裂缝。尺寸为10cm×300cm×600cm的楼道板属于薄板结构，易出现非结构性裂缝，主要为温度收缩裂缝、干缩裂缝。针对此类裂缝，可通过调整混凝土配合比、振捣、养护等措施解决。

对于展廊结构的薄板混凝土结构，采用传统支架法或吊模法施工，待结构拆除现浇支架或上部增加其他恒载时，大跨桁架结构会产生下挠，顶层桁架上的现浇混凝土楼道板承受压力，底层楼道板承受拉力，极易出现规则的横向裂缝，且越到跨中裂缝越宽，进而影响廊桥结构的耐久性及美观度。

3 施工工艺优选

3.1 方案对比分析

廊桥展廊钢桁架上的混凝土楼道板需在展廊钢桁架安装完成后现浇。结合现场实际情况，共3种方案可供选择，具体优缺点如下。

1)支架顺作法(方案1) 落地支架→浇筑混凝土→上部结构加载→拆除支架。该工法为传统施工工艺，落地支架浇筑混凝土工艺较成熟，施工操作方便，经济性较好。但支架影响主桥通行，上部结构加载、拆除支架总体变形量较大，楼道板混凝土易开裂。

2)有支架部分逆作法(方案2) 上部结构加载→落地支架→浇筑混凝土→拆除支架。该工法为传统施工工艺，落地支架浇筑混凝土工艺较成熟，规避了上部结构荷载导致的后期下挠，经济性较好。但支架影响主桥通行，拆除支架后，混凝土结构荷载会使结构下挠，楼道板混凝土仍存在开裂风险；上部结构的空间干扰使混凝土浇筑对现场操作要求较高。

3)无支架部分逆作法(方案3) 上部结构加载→免拆型支撑模板安装→浇筑混凝土。该工法为创新施工工艺，无须拆除模板支架，混凝土处于无应力状态施工，且板底有免拆钢模板，不开裂；不影响主桥通行；操作方便，安全高效。但免拆型支撑模板需专项设计与制作，经济性一般；上部结构的空间干扰使混凝土浇筑对现场操作要求较高。

3.2 施工工况计算分析

对展廊混凝土施工方案1，2进行施工计算分析：①方案1工况 混凝土先浇筑，考虑现浇板自重+铺装景观荷载+观景亭荷载对混凝土薄板造成的影响；②方案2工况 混凝土后浇筑，再拆除支架，铺装景观荷载+观景亭荷载均已作用于钢桁架上，桁架已产生变形，计算时只考虑混凝土板自重。方案3为混凝土后浇筑(无支架)，混凝土薄板施工阶段无二次加载情况，只需承受使用阶段的荷载(设计阶段已计算)，故无须另外计算施工中产生的裂缝等。

观景亭荷载按设计取1 800kN，均匀加载至观景亭所在范围的主桁架上弦杆位置处；铺装景观荷载按设计取3 800kN，加载在主桁架上、下弦杆位置处。

现浇薄板单元厚100mm，保护层厚15mm，沿纵向布置横筋φ10@150，板底箍筋双向布置φ10@200；沿横向每米配12根φ10钢筋，总截面面积942.36mm2。楼道板弯矩计算云图如图2所示。

图2 楼道板弯矩计算云图(单位：kN·m)

方案1中楼道板最大弯矩M为18.18kN·m，根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》(2015年版)中的裂缝计算公式，计算其最大裂缝宽度为0.3mm，>0.2mm，不满足规范规定的裂缝限值；方案2中楼道板最大弯矩M为1.95kN·m，计算其最大裂缝宽度为0.08mm，<0.2mm，满足规范要求。

方案1中楼道板拉应力超标，混凝土开裂；方案2虽然混凝土裂缝宽度满足要求，但对结构耐久性有一定影响；方案3设置免拆模板结构，不存在拆架卸载，可有效规避楼道板在施工阶段出现结构性开裂，同时施工便捷，不设置支架系统，对展廊下方主桥通行不造成影响。综上所述，方案3为展廊楼道板混凝土施工最优方案。

4 新型钢筋桁架楼承板设计及安装

4.1 新型钢筋桁架楼承板设计原理

根据楼道板厚度和浇筑的最大跨度，设计专用钢筋桁架楼承板，主要包括钢筋桁架与楼承板镀锌钢板底模。钢筋桁架与楼承板镀锌钢板底模采用门式卡槽连接。大跨度薄壁混凝土施工时，楼承板底模具有挠性，且由于底模与钢筋桁架的焊接面积较小，导致楼承板底模承载力小，抗弯强度不足，浇筑时易发生断裂。新型钢筋桁架楼承板镀锌钢板上设有纵向的固定槽钢，可增强镀锌钢板的抗弯强度。

4.2 新型钢筋桁架楼承板设计

根据楼道板尺寸进行楼承板设计，选择30cm的模数，考虑到结构的优化组合，单片桁架楼承板宽度设计为60cm，长度根据现场实际在场内定制，其长度设置包括2 850，3 100，10 500，10 700mm 4种。其中，钢筋桁架高70mm，上、下弦杆钢筋型号均为HRB400Eφ8，腹杆钢筋型号为冷轧光圆φ4.5。新型钢筋桁架楼承板结构如图3所示。

图3 新型钢筋桁架楼承板结构

4.3 新型钢筋桁架楼承板安装

新型钢筋桁架楼承板在加工厂提前制作；展廊钢桁架施工完成后，根据桁架梁中间间距，布置桁架楼承板位置；构件运输至现场进行安装；栓钉焊接完成后，按设计图纸进行钢筋安装，双层双向，间距20cm；钢筋桁架底部插入门式卡槽，采用扎丝绑扎进行加强连接。钢筋桁架楼承板布设到位后，在桁架楼承板与底部钢桁架交接位置焊接螺栓进行固定，防止在钢筋安装和混凝土浇筑过程中楼承板结构发生位移。

5 关键控制要点及现场应用情况

5.1 关键控制要点

考虑到主桥运营期间对廊桥结构的影响，同时廊桥作为游客及市民观景使用，满负荷使用概率较高，因此对廊桥外观及结构耐久性要求相对严格，为提升楼道板混凝土质量，须采取以下关键措施。

5.1.1钢桁架预拱度设置

结合现场具体施工工序，通过对该部位各施工工况仿真模拟，计算出在斜撑、水平钢桁架交点位置及钢桁架跨中位置增加50～55mm的起拱高度，保证结构的整体线形，减小楼道板混凝土承受的拉应力，降低混凝土楼道板结构下挠开裂风险。

5.1.2混凝土性能优化

钢筋绑扎完成且验收合格后，利用天泵浇筑楼道板混凝土。在混凝土的配制方面采取以下措施。

1)选用质量稳定、抗裂性能好的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，同时严格控制混凝土水胶比，保证最小水泥用量；该部位混凝土水泥强度等级选用42.5级，水胶比为0.47，水泥用量为300kg/m2，保证混凝土具有良好的和易性和后期发展强度，以便更好地抵抗裂缝产生。

2)根据配合比设计及试验结果掺入10%UEA膨胀剂，补偿混凝土收缩，提高混凝土抗裂性能，有效减少混凝土裂缝的产生。

3)在混凝土中加入乱向分布的短钢纤维，改善楼承板成型后的抗拉、抗弯、抗冲击能力。

5.1.3混凝土浇筑顺序优化

考虑展廊上层楼道板受压、下层楼道板受拉，观江阁连接部位为刚接，受力较复杂，且顶层连接部位受拉、底层连接部位受压，故在混凝土浇筑顺序方面进行如下优化：①先浇筑上层楼道板混凝土，再浇筑下层楼道板混凝土，设置后浇带，预留与观江阁连接部位的混凝土暂不浇筑; ②对于跨度60m的主桁架顶部混凝土，应从跨中向两侧浇筑；③先浇筑底层楼道板后浇带，再浇筑顶层楼道板后浇带。

5.2 现场应用情况

经过程控制和裂缝检测，该桥展廊混凝土楼道板施工过程中未出现裂缝，保证了混凝土楼道板质量；采用优化后的工艺及新型钢筋桁架楼承板等，相比常规支架法施工，缩短工期15d。廊桥成桥如图4所示。

图4 廊桥成桥

6 结语

1)针对大跨钢-混凝土组合结构的混凝土施工，应用无支架部分逆作法浇筑混凝土，可有效避免大跨钢结构下挠带来的开裂问题。

2)新型钢筋桁架楼承板设有纵向固定槽钢，可增强镀锌钢板的抗弯强度。

3)对于廊桥楼道板混凝土的浇筑，须仔细分析组合结构的受力原理，以确定混凝土的浇筑顺序及后浇带设置，保证大跨钢-混凝土组合廊桥结构受力合理，提升结构的外观质量及工程耐久性。