鋼筋砼變截面連續箱梁橋邊跨現澆段與邊跨合龍段施工技術研究

陳清波 王靈輝 陳文建

（宏遠建設有限公司，浙江 溫嶺 317500）

1 概述

在掛籃懸臂施工的鋼筋砼變截面連續箱梁等懸臂橋均存在邊跨合龍和中跨合龍的工序問題，作業流程是先施工兩頭邊跨合龍段，最后施工中跨合龍段。在邊跨合龍這個部位，考慮到已經完成的變截面連續箱梁懸臂部分砼溫度伸縮變形、懸臂端存在風載或施工引起的擺動以及新澆筑砼干縮等三個主要原因，可能會導致新老砼界面開裂，因此，目前該部位的常規設計和施工方法是：把邊跨合龍部位分成“邊跨現澆段”與“邊跨合龍段”兩個節段，先提前施工好邊跨現澆段，用勁性型鋼骨架把邊跨現澆段和懸臂澆筑段末段剛性連接，再現澆邊跨合龍段的砼，在邊跨端頭張拉預應力。如果將鋼筋砼變截面連續箱梁的邊跨現澆段與邊跨合龍段合二為一施工，并能消除可能導致邊跨合龍段砼開裂的三個主要因素，也就消除了該問題對施工現場的困擾，無疑在施工的進度和現場管理兩個方面有較大的優勢。

2 施工工藝原理分析

已經完成的變截面連續箱梁懸臂部分的砼溫度伸縮變形、懸臂端因風載或施工引起的擺動、新澆筑砼干縮等三個主要原因，可能會導致箱梁懸臂末端新老砼界面開裂。針對這三個因素，研究其導致砼開裂的機理，并分別采取有效的技術措施解決：

2.1 砼材料產生溫度應力導致產生裂縫的基本原理：主要是在降溫過程引起砼收縮變形產生的拉應力超過了砼材料本身的抗拉強度（特別是砼初期抗拉強度較低），而在砼體升溫過程所產生的壓應力一般不會把砼壓裂（砼抗壓強度比抗拉強度高很多）。

溫度應力 σ=Eε=E*⊿L/L=E*（L*α*⊿Τ）/L=E*α*⊿T

以上公式說明：

（1）鋼筋砼梁體內產生溫度變形與梁體長度L、鋼筋砼材質的溫度變形系數α和梁體內溫差⊿T三者成正比關系。

（2）梁體內產生的溫度應力與鋼筋砼材質的彈性模量E、鋼筋砼材質的溫度變形系數α和梁體內溫差⊿T三者成正比關系。

（3）梁體內溫差⊿T主要是砼澆筑初期的水泥水化熱以及環境氣溫的變化而產生的溫度差，如果梁體內沒有產生溫差，就不會產生溫度應力和溫度變形；如果梁體內溫差⊿T極小，并且鋼筋砼梁體材質的溫度變形系數α也很小，就只會產生極小的溫度應力和溫度變形。

（4）如果鋼筋砼箱梁體內溫差⊿T為負值（由低向高升溫），梁體砼受壓應力；如果溫差⊿T為正值（由高向低降溫⊿T），則梁體砼受拉應力。

（5）由環境氣溫變化而引起砼體內產生溫差（從而產生溫度應力）與鋼筋砼材料的導熱系數λ（λ=1.5-1.7w/m.k，約為鋼材的1/40，體現材質體內的熱量或溫度傳遞速度）及砼溫度變形系數α（α=1*10-5/℃，約為鋼材的1/10，體現材質的溫度膨脹或收縮變形性質）有關，與純鋼材相比較，鋼筋砼材質的這兩個系數都很小，對溫度變化的敏感性較低。

2.2 根據在現場連續7天不間斷的溫度監測，砼澆筑的前3天一直處于水化熱升溫狀態，在大約第3天之后開始降溫，在第5天左右降到與環境溫度基本一致，也就是說，在砼澆筑的前5天，砼體內溫度一直高于環境溫度，新澆筑砼基本上處于膨脹的受壓狀態，而5天之后，新澆筑的砼已經具備了一定的抗拉強度。

2.3 根據工地現場連續7天不間斷的溫度觀測數據（表4.0.1）可以看出，在砼水化熱已經穩定的情況下（第5天），盡管24小時環境氣溫有10℃以上的溫差，但鋼筋砼結構體表面下20-25cm以內的砼溫度變化卻沒有超過±2℃。所以，對鋼筋砼材質而言，在短時間（2-3天）內，懸臂梁體長度砼體內幾乎沒有溫度變化（不隨氣溫迅速變化而波動，只與近期的平均氣溫值有關），也就不會產生（或產生極小的）溫度伸縮變形和溫度應力。標注說明：變截面連續箱梁各節段的腹板、頂板、底板等結構厚度尺寸一般為40-60cm居多，溫度計的數據以砼埋深20-25cm深度比較具有代表性。

在1天或幾天內的環境大氣溫差可能較大，但砼體內的溫度卻是近期（5-7天）氣溫的平均溫度（鋼筋砼材質對溫度的敏感性較低），即:對體積較大的箱梁鋼筋砼體而言，環境氣溫變化只能引起砼表面的溫度變化，而砼體內的平均溫度在短期內是基本不變或變化極小的（±2℃）。

而且，通過在現場懸臂梁端底模板上刻線，實際觀察了一段時間（10天左右），發現60-70m長的已澆筑懸臂梁端并沒有產生任何的水平縱向伸縮位移，至少是肉眼看不到任何變化。

2.4 在施工中，我們在懸臂端頭位置的邊跨合龍段底模板上做了刻（畫）線觀察了一周，確實沒有發現鋼筋砼變截面箱梁懸臂端與支架底模板之間有任何相對移動，至少是肉眼看不出。

所以，綜合以上1-4條對現場的實際監測數據和對溫度應力產生機理的理論研究、分析和實地觀測，說明鋼筋砼梁體在砼澆筑初期5-7天短期內一直沒有受到拉應力，新澆筑砼不存在受環境溫差產生拉應力而開裂的理論機理，也即：針對已完工的懸臂梁老砼可能因環境日溫差變化而隨時產生較大的收縮變形和拉應力，或者是由于新澆筑砼溫度應力原因而會導致新老砼界面開裂的假設，其實是一個誤解！

因此，在懸臂端頭受到支架的支撐，而且端頭橋面有壓載時，短時間內（5-7天），可以不考慮受環境溫度變化而使懸臂梁水平縱向產生伸縮的問題。

2.5 在懸臂狀態下，可能會由于風載、施工等擺動引起懸臂梁末端新老砼界面有相對位移，另外，短期內氣溫變化雖然對鋼筋砼懸臂梁的水平縱向長度伸縮影響不大，但對懸臂梁上下撓度影響卻是很大的。對此，現場通過在懸臂端箱梁橋面加載、箱梁下用剛度較大的支架支撐頂緊，使懸臂末端的上下和左右不能有任何位移，而且將新砼底模板伸進至少1m與老砼箱梁底板固定為整體，這樣就完全可以做到新老砼界面不會出現任何相對移動。而常規施工僅僅用勁性型鋼骨架懸空加固，是遠遠達不到這樣的穩定效果的。

2.6 砼本身干縮產生微裂縫在任何情況下都不可避免，即使分成邊跨現澆段和邊跨合龍段兩段現澆也是如此，對此問題，主要是針對一次澆筑的節段較長時，砼如果出現較大收縮，會在新老砼界面產生裂縫。針對此問題的解決辦法及其機理是：

2.6.1 把邊跨合龍段的砼底模板做到非常平整、光滑（竹膠板刷油），即使出現了整體較大的收縮變形，也會因為設置的底模板很光滑及梁端頭的四氟滑動支座而整體相對底模板滑移，不會使砼梁體內產生過大的收縮拉應力產生裂縫。

2.6.2 在懸臂梁端頭增加一些接茬鋼筋，并對老砼嚴格鑿毛和充分濕潤，以加強新老砼界面的整體性和砼粘合力。

2.6.3 由于砼干縮的原因，即使出現了微裂縫，但在施加預應力之后，一般可以彌合，不會影響鋼筋砼的使用壽命，屬于可接受的正常現象。

綜合以上第1-6點論述，無論是從理論分析還是現場實際觀測，就鋼筋砼這種對環境溫度變化不是很敏感的材質而言，可以通過對鋼筋砼懸臂箱梁邊跨合龍部分另外增加一些施工輔助措施，從而打破傳統觀念，采取“將鋼筋砼變截面連續箱梁橋的邊跨現澆段和邊跨合龍段合二為一現澆”的施工方法，是完全符合科學原理并切實可行的。

3 施工操作技術要點

3.1 處理支架地基時必須整平、碾壓、硬化和注意四周排水，確保支架地基牢固；如果邊跨位于水上平臺，則該平臺必須進行超載預壓，以保證平臺穩固不再沉降。

3.2 在地基或平臺上一次搭建邊跨現澆段與邊跨合龍段的現澆支架和鋪筑箱梁砼底模板。現澆砼的支架可以用吊架或托架組合來代替，但是，用于支撐和固定懸臂箱梁末端的必須是有堅固地基或平臺的剛性支架。

該剛性支架和現澆砼的底模板必須伸進懸澆段箱梁末段底板至少1m遠，箱梁下的支架利用天托進行高度調節，使底模板密貼、頂緊懸臂末端箱梁砼底板，再在懸臂末端的橋面上適當加載壓重（15-20t砂袋）。該支架必須比普通承重支架剛度更大、更加穩固，務必使懸臂箱梁不能產生左右上下任何擺動。另外，底模板用光面竹膠板刷油，要做到表面很平整、光滑，并在新老砼界面與懸臂箱梁底板砼密貼、壓緊、連為一體。

該點技術措施是針對溫度變形、施工震動和砼收縮的最主要的有效控制措施，也是本工法的關鍵點。

3.3 用砂袋對現澆砼支架進行等載或超載預壓。

3.4 在支架平臺上施工鋼筋、預埋單端張拉P錨預應力鋼絞線及其波紋管、安裝側模板及內模。

3.5 在懸臂箱梁末端端頭預先增加一些接茬插筋，以增強新老砼界面的整體性；必須對懸臂端老砼認真鑿毛，在澆筑邊跨合龍段砼前充分沖洗濕潤；根據砼的初凝時間選擇砼澆筑的時間，安排砼初凝時間在一天中氣溫最低的凌晨2-4點鐘為宜；砼澆筑方向由遠（邊跨墩）到近（懸臂端），最后澆筑新老砼交界面。

該點的幾項輔助施工措施，也是本工法不可缺少的關鍵技術措施。

3.6 砼灑水養護7天以上。

3.7 等砼強度和齡期都滿足要求后，實施邊跨預應力張拉（P錨單端張拉）及壓漿。

3.8 待壓漿強度到設計值以后，拆除所有模板及支架。

結語

通過應用本技術，在確保了鋼筋砼變截面連續箱梁邊跨合龍段施工質量和安全的前提下，減少了一個箱梁節段的施工周期（二合一施工），更主要是能夠使相鄰跨的預制梁吊裝及其先簡支后連續橋面施工不受限制，可以連貫作業，不需要設備和輔材等待或回過頭來再施工。這樣，每座橋至少節省了工程項目的關鍵線路總工期30-60天以上（可以向業主提前交工，產生收費或其它綜合效益），而且節省了施工現場大量的管理成本、人力成本和機械設備資源。對于城市高架橋中間分布有很多處變截面連續箱梁的情況，運用本工法所產生的綜合效益就更加可觀。

總之，在公路和市政橋梁中，以鋼筋砼變截面連續箱梁為主橋、先簡支后連續預制箱梁為兩頭引橋的組合橋型被廣泛使用，對于這種橋型，通過運用本技術，與以前常規的設計施工方法相比較，在縮短工期、降低總體管理成本、簡化施工和管理程序、解決作業人員心理困擾等方面具有明顯的優勢。經實際效果檢驗，本工法在施工現場起到了很大的作用，能夠節省可觀的社會資源，并能創造出顯著的經濟效益和社會效益。

[1]JTG_TF50-2011，公路橋涵施工技術規范[s]人民.