现浇箱梁的裂缝控制

2022-09-11

结合沈吉高速公路草市至南杂木段路基九合同段南杂木互通立交桥, 有钢筋混土现浇箱梁十六联, 预应力混凝土现浇箱梁三十联。其中跨公路施工有五联, 跨铁路施工有四联, 针对现浇箱梁联数大, 地形较复杂、受交通影响较大, 地物限制的较多, 给施工带来很多的不便。为克服施工中这些困难, 在实际工程中采用跨越方式和支排架方式进行施工得到了广泛的应用。这种桥型也容易产生明显缺陷, 即裂缝问题。本文结合沈吉高速草市至南杂木段路基九合同段钢筋混凝土现浇箱梁和预应力混凝土现浇箱梁施工。从施工中易产生裂缝的环节和预防两方面进行分析和初步探讨, 提出预防裂缝的控制措施, 供读者参考。

1 施工中易产生裂缝的环节

1.1 支架的不均匀沉降

根据设计要求本标段匝道桥共九处跨越铁路和公路施工, 均采用预应力混凝土现浇箱型梁有支架施工, 支架的质量与现浇混凝土连续箱梁的成败有直接的关系。如果连续箱梁施工支架的地基强度不够, 在箱梁混凝土浇注初期会由于支架不均匀下沉而导致箱梁产生裂缝, 其中墩顶除箱梁的横隔板及横隔板两侧的腹板最易出现裂缝, 当翼板纵向分布的钢筋间距不当时, 则容易引起翼板的开裂。

1.2 支架拆除中的问题

现浇连续混凝土箱梁支架拆除工序的控制是一个易为人们所忽视的问题。支架的拆除时间有时是按照混凝土标号达到设计标号的100%控制, 并不是按混凝土28d强度来控制拆架。因此, 支架拆除后由于混凝土的徐变使箱梁的挠度增加, 容易使跨中正弯矩区梁底和支承处负弯矩区桥面产生裂缝。施工中连续箱梁的支架拆除应避免突然落架, 否则箱梁中会产生较大的瞬时荷载, 而这种瞬时荷载往往导致过大的的施工裂缝产生, 且可能大于设计允许的裂缝。

1.3 混凝土浇注时间和预应力混凝土的张拉时间与强度控制

箱梁现浇施工中应分宜两次进行, 箱梁底板浇筑完成后, 由于种种原因相距许多天后再浇筑腹板及顶板。此时底板混凝土已完成了早期的混凝土收缩和徐变, 不再参与后浇混凝土的变形, 新混凝土的早期快速收缩则遇到了老混凝土慢速收缩或不收缩的抵制, 使其变形受到约束, 导致箱梁腹板及顶板中产生裂缝。

预应力混凝土的张拉时, 必须满足两个条件, 首先是应严格控制混凝土的浇筑后的龄期, 满足十天的要求。其次是混凝土的同养试件强度应达到设计强度的100%时, 两个条件均满足时方可对混凝土进行张拉。以免强度未达到要求时对箱梁产生的影响而产生的裂缝。

1.4 混凝土收缩的影响

钢筋混凝土箱梁采用泵送混凝土浇筑, 为满足泵送要求, 一般混凝土的坍落度较大, 水泥用量较多。根据混凝土自由收缩试验表明, 水泥浆用量越多, 水灰比越大, 骨料的弹性模量越低, 则收缩也越大。此外, 箱梁虽然属于薄壁结构, 由水化热引起的温度上升较低, 但是混凝土本身收缩很大, 特别在环境气温变化与收缩共同作用下对于箱梁这种薄壁结构也很不利。

1.5 温度对混凝土连续箱梁的影响

1.5.1 水化热

混凝土灌注后在硬化期间, 水泥和水发生水化反应, 并释放出大量的水化热, 使混凝土内部温度不断上升, 混凝土弹性模量不断增大。从受力状况来看, 混凝土内部为压应力, 而其表现却是拉应力, 当这些拉应力超过混凝土的允许拉应力时就会出现裂缝。因此, 如果不注意混凝土内部和表面的温度差, 混凝土表面与大气的温度差, 过早拆除模板, 就很容易发生由于水化热的温度变化梯度大和混凝土收缩共同作用而出现表面裂缝。

1.5.2 日照温差的影响

由于日照辐射强度、日照时间、地理位置、桥梁方位、地形地貌等随机因素, 使结构表面、内部温差因对流、热辐射和热传导等传热方式形成瞬时的不均匀分布, 即结构的温度场。日照温差的影响, 对于宽翼缘板的箱梁桥来说更为明显, 因为箱梁底板不受阳光直射, 温度较低, 而箱梁顶板通常集中吸收阳光的辐射, 在24h内, 箱梁的顶板和底板的温差可达10℃~15℃, 这将引起很大的温度应力。

2 施工中如何预防裂缝产生

2.1 施工支架设计

(1) 整体满堂支架设计, 本桥箱梁支架采用碗扣式支架, 钢管D=4.8 c m, 壁厚t=3.5mm。立杆纵向间距为90cm, 横向间距为90cm, 步距120cm。支架顶托上横桥方向放置10×15cm方木, 在10×15cm方木上顺桥放置10×10cm方木, 中到中间距20cm, 模板采用1.5cm厚木胶板。侧模板竖肋采用10×10cm方木, 间距20cm。竖肋外侧设置上下两道10×10cm横向方木。支架基础为40cm厚的砂砾垫层, 立杆底部为5cm厚25cm宽木板。

(2) 跨铁路门洞设计, 由于铁路线不能断行, 所以该处箱梁施工时设 (宽×高) 6.5×7.5m的门洞。门洞长12m, 门洞用1.5cm厚木胶板围挡。在铁路两侧各设置一排临时墩, 临时墩基础为C25混凝土浇筑的条形基础, 条基宽×高=1.2m×0.5m。临时墩采用碗扣钢管支架, 钢管D=4.8cm, 壁厚t=3.5mm。每侧横桥向设置4排立杆, 每排41根, 立杆纵、横向间距均为30cm, 步距120cm。临时墩支架顶托上横桥方向放置15×15cm方木, 其上顺桥放置I36b的工字钢, 长度为8.5m, 间距0.3m。I36b工字钢上采用碗扣钢管支架, 钢管D=4.8cm, 壁厚t=3.5mm。立杆纵向间距为90cm, 横向间距为30cm, 步距120cm (本桥I36工字钢上碗扣支架最小立杆高度50cm) 。支架顶托上顺桥方向放置10×15cm方木, 在10×15cm方木上横桥放置10×10cm方木, 中到中间距20cm, 模板采用1.5cm厚木胶板。

(3) 在跨铁长线公路门洞设计时, 设两个宽×高为4.2×5m的门洞。门洞长25m。门洞顶铺设3cm厚木板。在公路路中及公路两侧各设置一排临时墩, 为Ф3 5 0 m m、t=1cm的钢管柱, 临时墩间距1.5m, 两侧为16根/侧, 中间立柱为17根。门洞设防护网。

临时墩基础为C25混凝土浇筑的条形基础, 条基宽0.5m, 高0.7m, 长25m。在浇筑混凝土时按位置预埋直径为16mm钢筋, 以便和临时墩立柱进行锚固焊接。立柱焊好后, 在横向两根柱子间用直径25mm II级钢筋焊接剪刀撑联系成整体, 以保证横向整体稳定。在临时墩上放置一根I45a工字钢, 其上放置I30c工字钢, 长度为8.3m, 间距0.6m。I 3 0 c工字钢上采用碗扣钢管支架, 钢管D=4.8cm, 壁厚t=3.5mm。立杆纵向间距为90cm, 横向间距为60cm, 步距120cm。支架顶托上顺桥方向放置10×15cm方木, 在10×15cm方木上横桥放置10×10cm方木, 中到中间距20cm, 模板采用1.5cm厚木胶板。

2.2 支架地基处理

(1) 在平坦地区应先清除地面表层的种植土, 根据地层的不同清理的深度也不同, 至少要清理到比较坚硬的地层为止, 一般要清理20cm~40cm, 稻田土或淤泥地清理后要进行硬化处理可抛石或掺配白灰, 以获得整体足够的支承力。

清理完成后用压路机压实, 再填筑40cm~60cm石渣或砂砾垫层, 填筑时每20cm为一层进行碾压, 检查压实度不小于98%, 最上层还需要整平并设置横向路拱, 路拱可设成单向或双向2%的横坡。地基要求高出原地面20cm以上以利排水, 地基两侧设纵向排水沟, 保证排水畅通, 防止在施工场地内形成积水, 造成地基不均匀沉降, 引起支架失稳, 出现安全隐患和事故。在地基处理时要事先计算好顶面高程, 以利底托、顶托伸出长度的控制。

(2) 跨铁路施工时在陡坡地段首先将边坡做成台阶状, 间距依据排架间距确定, 台阶处要要稳定, 目的保证台阶处支点为一整体, 为保证台阶处地基承载力。最好用混凝土条形基础做台阶。

(3) 跨公路施工时, 门洞基础设置砼条形砼基础, 高度80cm以上, 主要是防止车辆意外撞击。确保排架, 砼基础的稳定安全。

地基处理完成后, 由试验人员检测其地基承载力, 达到设计要求后方可进行下一步施工。本合同段要求的地基承载力须达到250k Pa以上。

2.3 支架的全程预压

为了消除承受施工荷载后支架及基础产生的弹性和塑性变形, 支架必须进行预压, 而且是大于的理论重量的1.2倍进行加荷预压。预压荷载置于支架顶部, 但不宜直接放在箱梁底模上, 以免磨损模板。在加载前及卸载后, 应定时定点测量支架的沉降情况, 支架预压应采取双控, 即持续预压5d以上及达到稳定状态2d以上。沉降稳定状态标准为48h沉降±5mm。

对于支架地基条件变化较大的地段, 支架必须进行全程预压, 不能仅预压一孔支架取得“经验数据”, 并将其用于全桥。预压采用传统的砂袋作为支架的预压荷载, 严格控制预压重量并使预压荷载均布, 使整个支架受力均匀。

2.4 正确的拆架时间与方法

对于施工支架的拆架程序一定要予以高度重视。在工期允许的情况下, 拆除时间应尽量延长。对于承重结构的部位要根据同样试件强度和龄期双向控制, 强度达到设计强度的100%, 一般在10~15天。重视对连续箱梁桥拆除时间的控制, 既要考虑施工上模板周转的需要, 又要考虑混凝土的温差不能太大, 其温差应包括表面温度、内部中心温度和外界气温之间的温差。从箱梁施工的实际看, 应该在规定的混凝土强度和容许温差范围内拆除模板, 并且要及时进行保温养护。为了避免造成混凝土内外温差过大, 腹板外模拆除后应有一定的保温时间, 不得立即喷洒冷水进行养护。拆架时一定要先翼板、后底板、并必须从跨中对称地向两边拆除。支架拆除宜分阶段进行, 先从跨中对称向两端松架, 再对称从跨中向两端拆除, 纵向对称均衡卸落横向应同时一起卸落。

2.5 改进混凝土的施工工艺

2.5.1 温度控制

对于采用高强混凝土的连续箱梁, 必须注意施工时混凝土的水化热问题。降低水化热最高温度可以减小混凝土内部与表面的温差, 因此应使用水化热较低的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥, 避免使用水化热高的水泥。夏季施工时, 混凝土拌合前应用冷水冲洗集料, 降低原材料温度, 降低混凝土入模温度, 此外, 应尽可能缩短运输时间, 使混凝土入模前的温度尽量控制在26℃以内。我标段选用本溪工源普硅52.5水泥, 采用优质的粗集料为辽阳小屯碎石5mm~25mm连续级配, 细集料采用南杂木浑河中砂, 在设计比时严格控制水泥的用量满足桥涵施工规范的要求。

2.5.2 选择合适的添加剂

掺入适当的混凝土添加剂, 可以防止混凝土的早期收缩裂缝与徐变, 避免过多的气孔产生。由于箱梁的体积大, 浇注时间长为了防止未浇注完混凝土而发生初凝混凝土, 采用沈阳的富浪外加剂厂的复合型的FL-2高效缓凝泵送剂, 掺量1.5%使混凝土初凝时间得到了延长, 避免混凝土浇筑过程的初凝开裂。

2.5.3 合理安排混凝土的浇筑时间

应合理安排混凝土施工工序, 尽量使底板、腹板混凝土一次浇筑完成, 并尽快将内模及顶板钢筋制作完成后, 浇筑顶板混凝土。新老混凝土先后浇筑的时间差尽量控制在3d~5d内, 以防止先浇筑混凝土的基岩约束作用。尽量选择在气温在20℃~30℃间, 或晚上的时间浇注, 箱梁浇筑时间应避开日照较足时段, 并采用电子计量设备, 确保混凝土配合比计量准确。

浇筑混凝土应注意避开不利天气因素的影响。由于现浇连贯箱梁每次浇筑的混凝土量较大, 往往要连续施工1d~2d, 所以要尽量避开雨、风等不利天气。对大风降温天气要给以足够的重视, 特别是在浇筑箱梁顶板时, 大风会使混凝土收浆压光尚未完成就产生裂纹。此外, 突然的降温会使混凝土表面与内部产生过大的温差而引起裂缝, 因此应做好保温措施。

2.5.4 振捣

为了改善混凝土强度, 提高其抗裂性, 应加强混凝土的振捣。尤其对于腹板与底板交界处、内横梁及端横梁等部位应加强振捣。混凝土可采用两次振捣技术, 以便有效地增加混凝土的密实度, 减少内部微裂和提高混凝土的强度, 提高抗渗性能。一般掌握两次振捣的时间间歇为1h左右, 为了防止破坏混凝土内部结构, 在混凝土的初凝前必须完成第二次振捣。第二次的振捣捣棒要插下面混凝土10cm的位置, 间距在30cm~40cm均匀的振捣, 不要漏振, 有利于混凝土的衔接。