悬臂施工桥梁.doc

悬臂施工桥梁0号块裂缝的分析及施工控制摘要：本文结合盐通高速公路通扬运河特大桥0号块施工后表面产生的裂缝，分析了其产生的原因及机理，在盐通高速公路如泰运河特大桥0号块施工时，有针对性地采取了一些措施，有效地防止了0号块混凝土表面裂缝的产生。关键词：悬浇桥梁 0号块裂缝 分析控制一、 引言随着我国交通工程建设的发展，预应力混凝土连续箱梁的跨径越来越大。悬臂法施工不受桥高、水深、桥下通航及行车等影响，目前已广泛应用于大跨径的预应力混凝土连续箱梁桥的施工中。主跨桥墩顶上的0号块（本桥0、1号块一起施工，简称为0号块）则是悬臂施工的基础，该块随着跨径的增加其高度也在成倍增加，有的箱梁墩顶块件底板的厚度已达到1.0m。同时，箱梁采用的混凝土设计强度一般都达到50Mpa，属于高强混凝土。相应的水泥单方用量有的已达到规范规定的极限用量（500kg/m3），水化热引起的混凝土内部温度较普通混凝土大得多，而且0号块施工工艺复杂，内部结构形式多样，影响因素较多，在混凝土表面极易产生裂缝。盐通高速公路通扬运河特大桥0号块施工后表面产生了裂缝，通过分析其产生的原因及机理，并在盐通高速公路如泰运河特大桥0号块施工时采取了相关控制措施，取得了较为理想的结果。二、 裂缝的种类及产生的原因混凝土表面裂缝产生的原因比较复杂，有的甚至是多种因素互相作用的结果，但每一道裂缝均有其产生的一种或多种主要原因。对于0号块而言，在拆模后混凝土表面容易产生裂缝的主要原因及影响因素，大致可分为以下几种类型：（一）荷载引起的裂缝1、 设计阶段有关应力状态未计算或漏算，特别是钢筋设置偏少，或应力集中部分钢筋遗漏。在0号块上支座的钢筋网片是施工重点。2、 施工时块件顶部随意增加或改变施工荷载，导致块件内部出现裂缝。3、 局部集中力的作用点，如竖向预应力筋开洞处，有的0号块在腹板部位还有横向预应力筋，并在腹板处留有张拉孔，拆模张拉后，很容易沿着开洞的某一角度产生裂缝。（二）温度变化引起的裂缝温度变化是产生0号块表面裂缝的主要原因，混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在施工阶段引起0号块内外温度变化主要因素是混凝土凝固过程中产生的水化热、天气骤然降温及昼夜的较大温差。有关研究表明，在0号块混凝土凝固过程中混凝土内部会产生60以上的温度，若混凝土是处于冬季施工，且冬季施工保温措施不完善，则极易在混凝土表面出现裂缝。焊接合拢段劲性骨架时，若焊接措施不当，钢板附近混凝土容易烧伤开裂。试验研究表明，由火灾等原因引起高温烧伤的混凝土强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结力随之下降，混凝土温度达到300后抗拉强度下降50%，抗压强度下降60%，光圆钢筋与混凝土的粘结力下降80%；由于受热，混凝土体内游离水大量蒸发也可产生急剧收缩。（三）混凝土收缩引起的裂缝在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝也是常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。 塑性收缩发生在施工过程中、混凝土浇筑后45小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。如0号块的箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前腹板沉降在腹板与翼板接合处发生顺腹板方向裂缝。在腹板高度超过5米以上的0号块件，这是必须要注意的一个重要方面。 缩水收缩（干缩）。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。（四）支架模板变形引起的裂缝由于支架竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土的抗拉强度而导致结构开裂。1、 支架竖向支撑及横向固定不牢固，在混凝土浇筑完成后，支架发生不均匀沉降及发生水平位移，则混凝土在强度形成过程中会出现裂缝。2、 模板支撑不牢固或对拉镙丝强度不足，在混凝土浇筑过程中出现胀模等现象，导致混凝土出现裂缝。（五）施工工艺质量引起的裂缝施工质量的控制，是确保混凝土质量合格的重要保证，必须要严格按照国家有关规范、技术标准进行施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础，根据裂缝出现的部位和走向，裂缝宽度因产生的原因不同而异，比较典型且常见的如下：1、 混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。2、 混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。3、 混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。4、 混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。5、 用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土上出现不规则裂缝。6、 混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。7、 施工质量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。三、 采取的控制措施（一）荷载引起的裂缝控制措施荷载引起的裂缝所采取的措施主要是对集中力部位的设计及施工予以高度重视。0号块的支座部位，支座上应力分布钢筋网片的层数及数量必须严格按设计要求进行布设，在混凝土浇筑过程中，因该处钢筋较密，振捣难度较大，要适当的加大混凝土的坍落度，提高混凝土的和易性，安排专人负责振捣及检查，确保该处混凝土密实。竖向、横向预应力筋的张拉槽口，特别是腹板有横向精轧螺纹钢时的张拉槽口，是极易产生裂缝的地方，一方面在竖向精扎螺纹钢下严格按设计要求布设螺旋筋，另一方面在施工中尽量将槽口做成圆形，在腹板上的横向槽口处，可适当的增加螺旋筋，以防止混凝土在槽口某一明显角度处产生裂缝。在混凝土强度形成过程中，严格控制块件顶部的施工荷载，不能因为抢工期就在强度没有完全达到或预应力没有张拉压浆的情况下就安装挂篮等沉重构件。（二）温度变化引起的裂缝控制措施混凝土强度形成过程中产生的水化热，导致混凝土内部出现高温，若这是外部温度较底，内外温差达到20以上，则在混凝土表面就容易产生裂缝，一般来说，对于厚度2m的混凝土构件即认为是大体积混凝土，本块件腹板厚2米，高4米，宽8.5米，因此，参照料有关文献，计算混凝土内部最高温度为66.7，表面最高温度为42.8，内外温差达23.9，因此采取了埋设冷却管的方法降低内外温差。方法如下：1、 冷却水管埋设时，进水管口设在近混凝土中心处，出水管口设在混凝土边区处。进、出水口均引出混凝土以外。每层水管的垂直进、出水口互相错开，间距1.5m1.5m且出水口有调节流量的水阀和测流量设备。2、 冷却水管安装时，要以钢筋骨架固定牢靠，以防混凝土灌注时水管变形及脱落而发生堵水和漏水，并做通水试验。3、 每层循环水管被混凝土覆盖并振捣完毕，即可在该层水管内通水。循环冷却水的流量可控制在1.21.5m3/h，使进、出水的温差不大于6。4、 循环冷却管排出的水在混凝土灌注未完之前，应立即排除围堰外，不得排至混凝土顶面。5、 冷却水管使用完毕，需压注水泥浆封闭。盐通高速公路有一个特大桥0号块是在冬季施工，这时外界温度低，昼夜温差大，因此制定了详细的冬季施工方案，将0号块全部包裹起来，内部用锅炉蒸汽加热，使得在浇筑混凝土及混凝土强度形成过程中，混凝土模板外侧温度保护在10左右，从而有效的保证了混凝土的施工质量。焊接劲性骨架是悬浇桥施工的一个重点，在预埋劲性骨架钢板时，有意识的提高钢板高度，使得比外侧混凝土表面高出5mm左右或预埋钢板与梁面混凝土一样高时，在周围边开一个小槽过水，在焊接时，用水管浇在混凝土上，确保焊接时不浇伤钢板下混凝土。（三）混凝土收缩引起的裂缝控制措施混凝土的塑性收缩产生的裂缝控制措施主要是防止在腹板与顶板交界处出现裂缝，这对于大于5米高的块件在施工时尤其需要注意的地方。一方面为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑。另一方面可将混凝土分两次浇筑，浇筑至翼板根部，待其强度形成后，再浇筑顶板，也可在浇筑混凝土过程中，浇筑到顶板时先浇筑顶板外侧，最后浇筑与腹板的接触面，给腹板混凝土一个收缩的时间，同时加强翼、腹板结合处的振捣。均可有效地防止该处出现裂缝，本工程采取的是后一种浇筑方法。混凝土的缩水收缩产生的裂缝控制措施主要是拆模后混凝土表面的养护，若养护不当或不及时，表面失水，产生收缩裂缝，在养生期内必须要采取有效措施确保混凝土表面湿润，本工程采用的是安排专人采用喷雾器对混凝土进行养护，有效的防止了混凝土的干缩裂缝。（四）支架模板变形引起的裂缝控制措施不管0号块采取什么样的支架形式，都必须要对支架变形进行详细的计算，计算支架各个方面的变形值是否符合规范要求，然后再采用设计荷载的120%的重量对其进行预压，以消除非弹性变形，测出弹性变形，由于支架基本上均为钢支架，因此，在预压重量上去后，要安排人员对所有支架构件的接触点进行检查补焊，以消除接触点不牢固所带来的变形。支架必须与墩身进行有效的固结，防止出现支架横向位移。因该种梁体腹板较高，施工前在方案中必须对模板支撑作详细计算，计算通过后，方可用于实际工程上，不能单靠经验进行施工，在施工时，浇筑底板混凝土时，可适当的降低底板混凝土的坍落度，这样在浇筑腹板时不至于从底板大面积的向上翻混凝土，若有则可采用压仓板，但必须注意在底板混凝土已稳定腹板混凝土开始浇筑的情况下，不允许对底板导角处再进行振捣，以防止在底腹板处出现空洞及裂缝。（五）施工工艺质量引起的裂缝控制措施施工工艺质量好坏，对块的整体质量影响较大，必须要严格按施工规范及设计要求进行施工及验收，在防止裂缝方面主要是钢筋保护层的厚度必须要符合设计要求，混凝土质量必须要满足浇筑条件，混凝土振捣必须要严格按施工规范的要求进行施