現澆簡支箱梁施工期裂縫成因及預防措施研究

蔡延喜

【摘 要】預應力現澆簡支箱梁因混凝土體量大、施工時間長等原因，施工期間極易產生混凝土裂縫，影響橋梁的外觀及耐久性，甚至對結構的安全性產生負面影響。本文就現澆箱梁施工期裂縫成因進行分析，提出改進及預防措施，供橋梁工程建設者參考。

【關鍵詞】現澆箱梁；混凝土；裂縫；預防措施

0 前言

近年來我國公路橋梁工程迅速發展，預應力現澆簡支箱梁結構得到了廣泛應用，尤其是單孔跨徑40-50m時，現澆箱梁承載力強、結構輕盈的優點得到了很好的體現。但因現澆箱梁混凝土體量大、施工時間長等原因，施工期間極易產生混凝土裂縫，影響橋梁的外觀及耐久性，甚至對結構的安全性產生負面影響。本文以某橋梁工程為例，就施工期裂縫成因和預防措施展開研究。

1 工程案例簡述

1.1 設計說明

某特大橋工程上跨河道，為滿足通航及泄洪要求，主橋為70m+120m+70m連續剛構，引橋跨越兩側堤防采用50m預應力混凝土現澆簡支箱梁，其余孔跨上部結構為30m、35m跨徑先簡支后連續T梁，橋梁全長1438m。引橋50m箱梁分別跨越13#孔、21#孔，左右幅共計4片，結構為單箱單室直腹板截面，單幅箱梁頂寬12.24m，底寬6.5m，梁高2.8m，箱梁頂板厚0.3m，箱梁底板厚0.28m，腹板厚度在0.5m和0.7m之間根據剪力大小變化。箱梁截面圖如圖1。

1.2 施工及裂縫情況簡述

50m現澆箱梁采用滿堂支架，結合河堤地形地基處理為階梯狀，河堤上設置高4.5m、寬3.5m的門洞通道。滿堂支架采用碗扣式多功能腳手桿搭設，根據翼板、底板、腹板、梁端等位置不同的荷載要求布設腳手架間距，確保支架強度、剛度及穩定性滿足要求。

1.2.1 第13#孔左幅箱梁

首先施工的是第13#孔左幅箱梁，分兩次澆筑成型，第一次澆筑至底板倒角頂面向上0.2m，第二次澆筑剩余部分，澆筑示意圖如圖2。2016年12月24日，箱梁澆筑第一次混凝土，總計148方；澆筑方向為順橋向由跨中向兩端分層澆筑，橫橋向由低邊向高邊分層對稱澆筑。2017年1月10日，澆筑第二次混凝土，總計324方。

模板拆除后，發現箱梁內部腹板及頂板局部存在裂縫，腹板產生豎向裂縫59條，分布較均勻，裂縫多數由二次澆注施工縫起、至腹板頂板倒角處，其中部分延伸至頂板。腹板外側也有豎向裂縫，但數量較少、寬度較窄。

1.2.2 第21#孔左幅箱梁

第21#孔左幅箱梁，分兩次澆筑成型，第一次澆注至頂板倒角底面向下0.2m，第二次澆筑剩余部分，澆筑示意圖如圖3。2017年1月13日，箱梁澆筑第一次混凝土，總計208方；澆筑方向順橋向由跨中向兩端分層澆筑，橫橋向由低邊向高邊分層對稱澆筑。2017年1月21日，澆筑第二次混凝土，總計268方。

模板拆除后，發現箱梁內側第二次澆筑腹板及頂板局部存在裂縫，腹板產生豎向裂縫16條，分布不均勻，裂縫多數由二次澆注施工縫起、至腹板頂板倒角處，其中部分延伸至頂板。腹板外側也有豎向裂縫，但數量較少、寬度較窄。

2 現澆箱梁施工期裂縫成因分析

2.1 施工工藝導致的收縮裂縫

1）施工縫位置不合理。裂縫主要分布在施工縫上方第二次澆筑混凝土的范圍內，第一次澆筑的底板及腹部部分基本無裂縫，這與現澆箱梁分兩次澆筑的施工工藝有關。相比于第21#孔箱梁，第13#孔箱梁施工縫位置更靠近底板，腹板大部及頂板均為第二次澆筑，其裂縫分布特征恰好證明施工縫設置不合理。

2）兩次澆筑時間間隔過長。箱梁兩次澆筑間隔時間較長，第13#孔箱梁澆筑間隔長達17天，在第二次澆筑混凝土時，第一次澆筑混凝土的收縮徐變基本完成，已產生較大剛度，而上部的混凝土在終凝后的收縮徐變過程中受到下部混凝土的約束，在施工縫位置的結合面產生較大應力，導致上部混凝土產生豎向裂縫。

2.2 溫度裂縫

箱梁箱室內側裂縫明顯比箱室外側嚴重，說明箱室內部的封閉空間助長了裂縫的產生和發展。箱梁第一次澆筑完成時，底板與腹板未形成封閉空間，混凝土水化熱得到了較好的散發，未對混凝土裂縫產生實質影響。但第二次澆筑完成后，箱室內部形成封閉空間，且通風口設置不足，混凝土產生的水化熱未得到有效散發，導致箱室內部溫度較高，在約60℃的環境下混凝土完成了終凝，待溫度降至正常水平時，混凝土表面產生裂縫。

2.3 支架變形不均勻

現澆箱梁的滿堂支架進行了嚴格的地基處理，換填石渣、澆筑混凝土，并通過了力學驗算，地基承載力滿足施工期間的荷載要求，經過實地測量，支架地基也未產生明顯沉降，可以排除地基沉降導致的結構性裂縫。但是，由于河堤的地形較為特殊，支架基礎為階梯狀，如圖4。箱梁端部鋼管支架高達15m；箱梁中部支架位于河堤正上方，且使用剛度較大的型鋼設置了4.5m高的通道，其上部鋼管支架高度僅3m左右。雖然采取預壓措施消除了支架的非彈性變形，但無法消除支架的彈性變形，施工期間支架兩端與跨中的彈性變形有明顯差異，助長了裂縫的發展。

2.4 拆模及養護不及時

箱梁第一澆筑混凝土后，在底板上表面及腹板施工縫位置灑水，水分可以順模板與混凝土之間的縫隙滲透至混凝土表面，基本達到養護要求；第二次澆筑混凝土后，箱梁形成整體，僅可對頂板上表面灑水，箱室內側及翼板下方支架密布，拆模較慢，無法及時灑水，導致養護效果不佳，在一定程度上助長了裂縫的產生和發展。

3 裂縫預防措施及實例驗證

3.1 裂縫預防措施

3.1.1 改進施工工藝

現澆箱梁施工工藝優先選擇一次澆注成型，避免上下部混凝土的剛度差異及收縮裂縫。當施工條件受限箱梁需通過二次澆筑成型時，應合理設置施工縫，將底板、腹板等結構主要受力部分一次澆筑完成，僅頂板部分為二次澆筑，并盡量縮短兩次澆筑的間隔時間。

3.1.2 采取降溫措施

箱梁箱室內溫度過高是溫度裂縫的主要原因之一，降低箱室溫度的措施主要有通風和灑水。箱梁腹板一般設計有直徑8cm左右的通氣孔，其通風效果不足以達到降溫要求；在不影響結構受力的前提下，可在梁體兩端橫梁對稱增設直徑15cm左右的通風孔若干個，達到通風降溫的目的。另外，在混凝土澆筑完成后，安排人員對箱室內灑水降溫，并保持人孔開放。

3.1.3 合理布置支架

支架設計時不僅要考慮強度、剛度、地基承載力，還需要關注支架的彈性變形，尤其是跨越河堤的箱梁支架高度差異較大，強度、剛度相同的情況下彈性變形有明顯變化，在支架設計時應著重考慮。采取加固、加強等措施，使得箱梁施工過程中的支架變形保持一致。

3.2 工程實例驗證

根據該項目左幅第13#孔、第21#孔現澆箱梁的裂縫狀況，在右幅2片現澆箱梁施工時采取了相對應的預防措施：施工縫位置與第21#孔左幅箱梁相同，作為主要受力結構的底板、腹板在第一次澆筑范圍；加快支架、模板、鋼筋等施工速度，兩次澆筑間隔控制在7天以內；在箱梁端部橫梁對稱設置4個直徑15cm的通風孔；澆筑完成后，保持人孔敞開，并對箱室內灑水降溫，控制最高溫度在40℃以下；對滿堂支架進行了變形量計算，保持支架整體變形一致。

該特大橋右幅2片箱梁拆模后，安排技術人員檢測了裂縫的分布情況，包括數量、長度、寬度、深度等指標，均有明顯改善。僅在箱梁頂板局部有少量裂縫，且裂縫寬度均在0.15mm以內，符合規范要求。

4 結束語

通過對預應力現澆簡支箱梁施工期間裂縫成因的分析和研究，找出了產生裂縫的主要原因和相對應的預防措施，有效的控制了該特大橋工程后續施工現澆箱梁的裂縫，工程質量得到顯著改觀。希望本文能夠給類似工程的技術人員一些參考和啟發，為預應力現澆箱梁的施工方案提供理論和實踐依據，大大降低箱梁施工期裂縫的產生幾率，為我國橋梁工程的建設起到良好作用。

【參考文獻】

[1]JTG/T F50-2011.《公路橋涵施工技術規范》[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]JTG F80/1-2004.《公路工程質量檢驗評定標準》[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]劉松平.鋼筋混凝土橋梁裂縫成因分析與加固措施研究[D].浙江大學，2012.

[責任編輯：田吉捷]