连续箱梁裂缝的初步分析和施工控制

【摘要】从现场施工管理的角度浅谈连续箱梁裂缝的产生原因及预防措施。

【关键词】连续箱梁施工裂缝

1工程概况

湖北省某高速公路互通立交,地势低又平,且水网交错。桥位区绝大部分具有软土地层,淤泥多呈流塑,其厚度1.4～4.8 m不等。该互通立交设计为现浇单箱梁匝道桥,三联共十四跨,每跨长度为30 m。箱梁高度为1.5 m,箱梁顶板宽为9.94 m,箱梁底板宽5.5 m,边悬臂长2.22 m,腹板厚度为0.4 m。支座箱梁和跨中设置横隔板。混凝土设计标号为C40。

2箱梁产生裂缝的原因

结合本工程施工的需要,根据某些工程中出现的问题,通过分析研究,初步认为连续箱梁产生裂缝的原因有下述几个方面:

a.在施工过程中,由于现浇支模系统的不均匀沉降或临时加固支座布置不合理,容易引起翼板纵向分布钢筋的间距偏稀,墩顶的横隔板及横隔板两侧的腹板出现裂缝,引起翼板的开裂。

b.混凝土受硬化期间的水化影响。由于混凝土凝结硬化期内,水泥和水发生水化反应,释放出大量的水化热,混凝土内部温度不断上升,混凝土弹性模量不断增大。然而,由于混凝土表面散热比内部快,相对温度较低,从受力状况看,混凝土内部为压应力,而其表面却是拉应力,当拉应力超过混凝土和钢筋的允许拉应力时就会出现裂纹。

c.温度变化对结构物的影响是复杂的。由于施工采用的水泥用量及标号、品种不同,所释放的水化热量就不同;不同的结构类型与几何尺寸对温度的效应也不同,箱梁为预应力混凝土连续刚构,属于超静定刚架结构,而温度的变化会使超静定结构产生变形而造成温度应力。如果结构本身配筋不足或构件截面存在薄弱的部位,就容易因温度变化产生裂缝。从某些工程可知,腹板当温度上升时产生外侧裂缝,而当温度下降时产生内侧裂缝;在隔板中,由于开有门洞,该部位的结构截面和配筋相应减弱,因而出现沿45°角的竖向裂纹。

d.基岩约束效应。有些工程,墩柱及底板浇筑完成,相距20 d后再灌筑隔板及腹板,无形之中底板形成了基岩般结构,其已完成了。早期的混凝土收缩和徐变,不再参与后浇混凝土的变形,结果在距底板30 cm以上开始形成竖向裂缝。

e.混凝土施工采用泵送,这就相应要求混凝土具有一定的坍落度。从施工现场情况来看,混凝土坍落度受拖泵的泵送台力限制,一般控制在19～22 cm之间;碎石以小骨料为主,砂率较大,再加上掺入适量的粉煤灰,这样在泵送过程中的混凝土浆明显偏多,局部有离板现象,在腹板的外侧出现水平收缩缝。尽管混凝土的抗压强度达到要求,但却不可避免产生裂缝。由于腹板外形形成了扁长条状,在混凝土收缩、徐变与温度应力作用下,超静定结构中很容易产生内外侧裂缝。

g.某些工程由于在灌注混凝土后的36h内放松拉杆对模板的约束,结果使混凝土在最不利因素作用下产生裂缝。

3防止箱梁产生裂缝的施工措施

根据箱梁容易产生裂缝的原因,结合本工程的实际情况,为了保证和提高混凝土箱梁现浇质量,相应地提出并实施防止箱梁裂缝产生

的几项措施。

3.1进行软土地基处理

在搭设支架之前,将搭设现浇支架的场地清理干净,凹陷地面采用回填砂土平整,分层填筑石粉并分层压实。为了提高软土地基的承载力,在经充分压实后的石粉垫层上设置满足承载力要求的槽钢起垫块作用。

3.2减少高支模系统的不均匀沉降

本工程跨京珠广珠段主线道桥边连续箱梁底板至施工地面高度均为4.5 m以上,最高达17.3 m。因此,现浇箱梁的支撑系统,即门式支架的设计与施工必须确保整个高支模系统的强度、刚度、整体稳定性和沉降量均能满足要求。

a.支架基础设计:在搭设高支模系统之前,在跨中和两墩旁之间分别埋置三排混凝土护筒。每排混凝土护筒具有5根护筒。每根护筒均为3节1.5 m长、内径1.5 m的护筒驳接而成。护筒内填充混凝土,并在护筒顶部灌注垫石。在每排护筒垫石上架设横向贝雷架,顺桥向设置纵向贝雷架,然后在贝雷架上搭设门式支架。实践证明,这种方法十分有效地控制现浇混凝土时的地基沉降。

b.设置预拱度:在支架承重结构安装完毕后,在现浇混凝土之前对支架系统进行静载试验。根据恒载和加载条件下的沉降量,绘制沉降与时间的关系曲线,确定在跨中设置3 cm的预拱度。中立柱边的预拱度为零,其余各点按抛物线施工。

c.现浇箱梁横梁托架加固:在墩柱上设置三个夹箍加固,通过夹箍承接托梁。目的在于使靠近支座处的箱梁荷载传递给墩柱,从而确保箱梁混凝土不随地基的不均匀沉降产生开裂。

3.3灌注闭合箱梁的次序和时间

考虑到横隔板两侧的腹板最易产生裂缝,将横隔板中心线两侧4 m范围内的顶板与横隔板一起灌注,将箱梁闭合部分成型。浇注闭合箱梁的次序,首先现浇底板、横隔板、腹板及两侧部分顶板,然后现浇剩余顶板及翼缘板。新老混凝土浇注的时间差控制在3～6 d内完成,可以防止混凝土的基岩约束效应。

3.4加密钢筋网

水平方向和竖向钢筋的布置,不仅要满足构造上的要求,而且也要考虑混凝土的收缩、徐变、温度应力诸因素。施工时,在支座处横梁两侧腹板各增加8条 16钢筋,每根长度为12m,纵横向间距均为15 cm,每排4根,共2排,以增加腹板纵向钢筋分布密度。为了防止第一次现浇混凝土以后其强度未形成之前产生裂缝,在顶板上增设 8的10 cm×10 cm钢筋网,增加钢筋的分布密度。

3.5选择合理的混凝土外加剂

选择合理的混凝土外加剂,防止混凝土的早期收缩裂缝与徐变,避免过多的气孔产生。采用高效缓凝剂使混凝土初凝时间比箱梁浇注时间为长,可以避免混凝土浇注过程中过早初凝开裂。

3.6降低混凝土入模前的温度

混凝土入模前的温度尽量控制在26℃以内,加强混凝土的保温养护工作。

4结束语

通过对连续箱梁产生裂缝的施工研究,实施了以上防止裂缝的混凝土现浇措施,经过多方的现场检测,结果证明在箱梁的任何一面均未出现任何裂缝,实例说明这种箱梁的混凝土现浇质量控制是十分有效的。