溧高高速匝道桥低温浇筑混凝土裂缝成因及处理技术研究

柳 凯

(中铁二十局第一工程有限公司，江苏 苏州 215000)

1 前 言

溧高高速公路是江苏省规划重点高速公路，全长38 km，其中在K12+450位置与另外一条高速公路相交，设置大型枢纽一座，枢纽有B、C、D三座匝道桥，其设计均为钢筋混凝土单箱双室变高连续箱梁，梁高自1.13 m变化至1.42 m，桥梁的桥面宽度为13.5 m，上部结构混凝土设计强度等级均为C40。B匝道桥的跨径为两联16孔，跨径20 m，曲线半径R=96 m，横坡超高度自2.8%变化至5.5%；C匝道桥的跨径为两联10孔，跨径20 m，曲线半径R=88 m，横坡超高度自3.6%变化至6.2%；D匝道桥的跨径为两联12孔，跨径20 m，曲线半径R=93 m，横坡超高度自2.9%变化至7.1%。

2 三座跨线桥施工情况

三座跨线桥现浇箱梁支架采用满布式支架，支架的型式为碗扣支架，支架的基础处理为地基20 cm石灰土按90%压实度碾压，上部为10 cm强度等级为C15的水泥混凝土基础。理论计算支架的弹性变形为1.5 mm。

在箱梁施工前，对支架模板进行了预压，预压重量为120%。预压卸载后测得支架非弹性变形为22 mm，对支架进行了高程调整，回弹变形为2.0 mm，基本与理论计算的弹性变形值接近。说明支架的刚度满足要求。

现浇箱梁的浇筑分成两次，先将箱梁的底板和腹板浇筑完成，然后再浇筑箱梁的顶板以及翼缘板，浇筑时，施工顺序、振捣方式以及混凝土质量均正常，施工中也无其他异常情况发生。

施工时，正处于冬季，气温较低，施工时间为1月份，期间的温度平均为0 ℃。施工期间未对箱梁底部以及侧模进行保温，浇筑完成后，混凝土顶面外露部分进行了土工布覆盖。

3 箱梁腹板裂缝的发生情况

因施工中温度低于5 ℃，已经属于低温施工，且施工单位对混凝土未采取相应措施，因此对三座箱梁的质量状况较为担忧，在浇筑完成后的3月份，对箱梁的质量进行了全面检查，重点是回弹强度和裂缝情况。

经检测，混凝土的回弹强度大概的分布区间在52～54 MPa之间，标准差为3.6 MPa，虽然合格，但是强度偏低，同时检查碳化深度，碳化深度达到2 mm。混凝土表面存在肉眼难以分辨的微裂缝。

7月份，又对该三座跨线桥质量情况进行了检测。测得回填强度分布范围在57 MPa左右，标准差为3.1 MPa。强度明显提升，碳化深度为2.5 mm。

本次检测发现在现浇箱梁的腹板以及翼缘板底部原细小裂缝已经展开，同时，增加了较多裂缝。这些裂缝中，翼板底面的裂缝为横桥向，腹板裂缝为竖直方向，并且腹板裂缝呈现规律性，即间距大约在2.5 m左右，并且箱梁桥外侧裂缝数量明显比内侧的多，还有一个明显特征就是在箱梁排气孔的地方会有裂缝。

三座跨线桥箱梁裂缝发展情况见表1。

4 箱梁裂缝及其他质量问题原因

4.1 强度增长问题

由于施工时属于冬季，平均温度较低，在0 ℃左右，施工时没有采取相应的措施，导致强度增长缓慢，因混凝土强度的增长在温度为5 ℃以下时就会相当缓慢，其28 d标准强度是累计温度达到600 ℃时的强度，在三月份，温度不高，因此其强度偏低属于正常现象，而到了7月份，温度升高，其强度也达到了要求。

表1 裂缝分布情况表

对于碳化深度的问题，一般情况下，C40混凝土表面均较密实，在浇筑后的两个月内，碳化几乎不会发生[1]，但是这三座桥都存在碳化现象，证明浇筑时，表面强度不足，或者是由于裂缝引起碳化。

4.2 裂缝原因

现浇箱梁产生裂缝的原因很多，主要有混凝土强度不足、支架变形大、拆模过早、养生条件差以及温度梯度引起的拉应力失衡等。

在箱梁施工中，经检测巡查记录，未发现支架有变形、脱空以及失稳状况，在模板拆除后，为发现因模板拆除而产生的裂缝，因此，这些裂缝的产生不是由于支架和模板的问题。

从裂缝产生部位来分析，桥梁曲线外侧比内侧要多；从裂缝产生的数量分析，发现浇筑时，气温最低的H桥裂缝较其他两座桥裂缝明显多，说明施工时温度低是一项重要因素(因为其他的条件都相同)。

通过对以上问题的分析，项目质量改进小组认为，三座跨线桥裂缝产生的原因是由冬期低温施工、温度梯度变化、日照以及混凝土自身的形体结构等因素引起。

(1)冬期低温施工。

冬期低温施工中，由于箱梁模板没有有效覆盖保温，在水化热开始反应后，混凝土内部温度高，而贴近模板处温度低，形成的温度梯度不匹配，当水化反应结束后，内部温度降低，收缩带动混凝土表面，形成温度差引起的裂缝。

在冬季，由于温度低，其裂缝表现不明显，当温度升高后，混凝土内部热胀，导致表面裂缝展开。

当随着天气温度升高，夏季天气炎热，气温达到35 ℃以上，这样的高温较一月份施工时有很大区别，箱梁体积明显比一月份为大，在混凝土内部形成了热胀拉力，这些拉力在混凝土表面释放(因为混凝土表面不再有约束，因此产生了裂缝)。

(2)混凝土内拉应力方向与箱梁的变形自由度原因。

箱梁在温度条件下的变形，其变形方向不是各向同性的，而是在长度方向变形大，而在宽度方向变形小，且不成比例。当温度升高，混凝土内部的拉应力随即产生，且其应力必然需要释放，那么其释放的方向就是箱梁的长度方向。随着拉应力的释放，在顺桥向产生拉力，特别是在腹板处，即产生了裂缝。当应力传递到箱梁通气口时，力更加集中，因此有孔处必然会出现裂缝[3]。

另外，这些桥梁为曲线，在曲线内外的自由变形量也有差异，越长的路径，变形量也大，因此，曲线外侧的裂缝会相对较多。

(3)其他诱发原因。

温度应力产生的效应还需要有诱导因素，这三座桥的特殊性还在于它们的几何特性。比如其较小的半径，抑制了自由伸缩量，较大的横坡和纵坡度使应力不均匀释放。这些都是裂缝产生的诱发因素。

以上是三座跨线桥裂缝产生的基本原因，那么，这些裂缝会否继续展开以至于影响桥梁的使用呢？答案是否定的。原因是，混凝土的温度应力使得混凝土表面产生裂缝是由于混凝土几何形体对变形的不适应引起，但是当温度反复升降，其变形逐渐被适应，目前的裂缝已经足以满足应力释放的要求了，因此，这些裂缝不会再展开且达到了平衡，新的裂缝也不会产生。

5 对裂缝的处理以及低温施工的建议

5.1 裂缝处理

按规范要求，当裂缝宽度较小时(一般为2.2 mm以下)，采用封闭法处理，即将裂缝应封闭胶水表面处理，使水汽不进入，本处理方案为采用环氧树脂胶黏剂与邻苯二甲酸丁脂、乙二胺按一定比例混合搅拌成粘稠状来封闭裂缝。其中，环氧树脂胶黏剂的作用是粘结作用，邻苯二甲酸丁脂为增强塑性的作用，而乙二胺则是快速凝固的作用[4]。因桥梁的裂缝较多，为了控制混凝土碳化，本桥还使用了硅烷浸渍进行了表面封闭，强化了表层密实度。

如果裂缝宽度较大(一般在0.2 mm以上)，则可以用灌浆的方法进行处理，灌入的浆体为聚胺酯堵漏剂。

5.2 低温施工建议

因上述三座桥梁均是在低温季节进行施工，环境温度较低，如B匝道桥浇筑温度为-1～4 ℃；C匝道桥浇筑温度为-1～3 ℃，而D匝道桥为2～5 ℃，均未采取有效的养生措施，因此建议在施工时，外模板采用电伴热带加热，箱内采用火炉或者电蒸汽养生法加热。浇筑完成后混凝土构件用油布和土工布覆盖两层，棚内用碘钨灯和煤球炉加温三天，棚内部温度均达14～17 ℃，三天内混凝土表面温度均不低于15 ℃，混凝土终凝期间约25 ℃左右。

为了确保质量，了解混凝土强度增长情况，除留取标准养生试件外，同时留取同条件养生14 d，在标养条件下21 d，共35 d的抗压强度试件，试验测得立方体试件的抗压强度f(14+21)>f28，说明混凝土未受冻。

6 结 语

低温施工混凝土的风险就是会引起强度增长缓慢以及裂缝的产生，本枢纽通过对裂缝产生的机理分析，得出了低温施工养生措施是确保工程质量的结论，并给出了低温施工混凝土所应该采用的措施，因此具有一定的实践指导价值，其处理方法，也可以供技术人员参考。