某下承式鋼管混凝土系桿拱橋拱腳裂縫防治措施

李冰

（江蘇省南京市航道事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 南京210036）

下承式鋼管混凝土系桿拱橋具有結(jié)構(gòu)輕盈、外形美觀、跨越能力大、橋下凈空高、施工方便、造價經(jīng)濟等特點，近年來在我國得到飛速發(fā)展，特別是內(nèi)河航道上使用較多。拱腳是系桿、端橫梁和拱肋的交點，主要起聯(lián)結(jié)作用，為鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的變截面處，受力復(fù)雜，在建設(shè)和運營過程中發(fā)現(xiàn)絕大部分鋼管混凝土系桿拱橋拱腳部位存在裂縫，影響結(jié)構(gòu)耐久性和安全性。本文以某下承式鋼管混凝土系桿拱橋工程為實例，針對性地采取了防治措施，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

主橋上部結(jié)構(gòu)為80m（計算跨徑）下承式鋼管混凝土系桿拱。主橋承重構(gòu)件拱肋及系桿，設(shè)二榀分列。系桿間凈距5.2m，面內(nèi)拱軸線方程y=4fx(L-x)/L2，矢跨比f/L＝1/6，跨徑L=80m，矢高f=13.33m。拱肋采用單圓鋼管混凝土斷面，豎向內(nèi)傾8°，兩拱肋形成斜靠形式。鋼管外徑Φ90cm，壁厚1.6cm，內(nèi)充C40微膨脹混凝土；主跨縱橋向共設(shè)5 道風(fēng)撐，均為一字型風(fēng)撐，風(fēng)撐采用單圓鋼管斷面；系桿采用單側(cè)傾斜箱型截面。中橫梁間距5.6m，為鋼筋混凝土砼T 形梁，全橋共設(shè)13 道。橋面板采用高0.25m 的鋼筋混凝土實心板。端橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁，全橋共設(shè)2 道。吊桿采用LZM 吊桿系統(tǒng)，該吊桿系統(tǒng)采用PES（FD）低應(yīng)力防腐索體，吊桿間距5.6m，全橋共計26 根吊桿。

2 常見拱腳裂縫分析

根據(jù)對其他已建成的鋼管混凝土系桿拱橋拱腳裂縫調(diào)查，拱腳裂縫主要存在兩個類型，一種為拱腳頂面裂縫多呈網(wǎng)狀分布；另一種為鋼管混凝土交界面裂縫，主要沿著管徑分布并延伸到拱腳側(cè)面（圖1，2）。

圖1 拱腳頂面裂縫

圖2 鋼管混凝土交界面裂縫

對于第一種拱腳頂面裂縫，從形態(tài)分析來看，主要為不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫，主要因混凝土收縮引起，與施工工藝和結(jié)構(gòu)特點有關(guān)，拱腳頂面混凝土一般為C50 高標(biāo)號混凝土，水泥含量大，水化熱高，在構(gòu)件澆筑成型后需進行收漿和整平，拱腳頂面為斜面且內(nèi)部用鋼管，混凝土相對較薄，導(dǎo)致難以有效振搗，控制不好易出現(xiàn)表面不平整、麻面等病害，再加上養(yǎng)護措施不到位，極易出現(xiàn)不規(guī)則網(wǎng)狀裂縫。

對于第二種鋼管混凝土交界面裂縫，一般在鋼管拱肋內(nèi)混凝土泵送后才顯現(xiàn)，裂縫主要順拱軸線方向，在鋼管與拱腳混凝土連接處呈輻射狀。原因可能是由鋼管拱肋內(nèi)混凝土泵送時內(nèi)部壓力過大，交界面處混凝土厚度薄弱，特別鋼管和混凝土因材質(zhì)不同導(dǎo)致伸縮變形不一致引起，經(jīng)試驗室對本工程鋼管和混凝土加熱試驗，鋼管膨脹率為4%，混凝土膨脹率為2%。

3 裂縫控制措施

3.1 設(shè)置剪力鋼筋

針對拱腳混凝土與鋼管受熱膨脹率不同，增加剪力鋼筋、增加拱肋預(yù)埋段橫向?qū)摻罴鞍摪宓却胧┍M量將拱肋預(yù)埋段鋼管的熱膨脹系數(shù)控制到與混凝土一致。在拱肋預(yù)埋段底口2m 范圍內(nèi)設(shè)置剪力鋼筋，通過剪力鋼筋將拱肋預(yù)埋段和拱腳固結(jié)成一整體，實現(xiàn)了“同步收縮”；鋼管熱膨脹系數(shù)大于混凝土，因此在拱肋預(yù)埋段底口2m 范圍設(shè)置橫向?qū)?，限制拱肋過多膨脹，從而避降低裂縫產(chǎn)生的概率。

圖3 拱腳鋼管外部剪力鋼筋

圖4 拱腳鋼管內(nèi)部剪力鋼筋

3.2 優(yōu)化混凝土配合比

施工過程中嚴(yán)格控制原材的質(zhì)量，選擇低水化熱水泥，減小粗骨料粒徑，采用自平流混凝土，進場的原材經(jīng)試驗檢測合格后進入拌合站，確保了成品混凝土抗壓、抗剪等性能達到理論值，特別是向混凝土中添加聚丙烯纖維等措施進一步提升混凝土抗裂性能。

3.3 設(shè)置振搗棒導(dǎo)管

一方面增加振搗棒數(shù)量及型號，配置小型振搗棒，在兩個拱腳內(nèi)側(cè)附著兩臺ZKF-150G 高頻振動器，在澆筑過程中更換安裝位置，不得長時間在同一位置進行工作,保證了大方量、鋼筋密集等復(fù)雜條件下，最大程度地保證了振搗棒能覆蓋到每個振搗點；另一方面針對振動棒很難達到的振搗位置，在鋼筋綁扎時就設(shè)計預(yù)留了振動棒導(dǎo)管，先由導(dǎo)管伸入到指定位置，再將振搗棒沿著導(dǎo)管內(nèi)壁伸入振搗區(qū)，實現(xiàn)“零漏振”。

3.4 拱肋預(yù)埋段澆筑混凝土至頂口并增加隔板

針對拱肋混凝土壓注裂縫，拱肋預(yù)埋段有2m 處于拱肋混凝土中，壓注混凝土?xí)r，壓力傳遞到拱肋根部，對拱肋產(chǎn)生徑向的擴張壓力，進而導(dǎo)致拱腳混凝土崩裂，為此向拱腳預(yù)埋段內(nèi)澆筑混凝土至頂口，并且振搗密實，防止壓注拱肋混凝土?xí)r，壓力傳遞到拱腳。為了進一步加強對拱肋混凝土的“隔離”效果，在拱肋預(yù)埋段頂口增加隔板，并與頂口焊接嚴(yán)密，防止壓注混凝土漿液言“縫隙”深入拱腳段，有效地阻止了壓注混凝土的壓力傳遞。

3.5 加強施工過程中的溫控和后期養(yǎng)護

對混凝土水化熱進行有效控制，混凝土澆筑過程中實施全程監(jiān)測，將內(nèi)外溫差嚴(yán)格限制在25℃以內(nèi); 控制好拆模時間，避免過早，防止?jié)菜崩?，養(yǎng)護水溫與混凝土溫差控制在15℃以內(nèi)；加強拱腳混凝土的養(yǎng)護，冬季施工時覆蓋棉被保溫，夏季時采用土工布覆蓋加不間斷噴淋進行灑水養(yǎng)護。

4 結(jié)論

鋼管混凝土系桿拱橋拱腳裂縫是該橋型最常見質(zhì)量病害，本文對拱腳裂縫進行了分析和探討，針對性地采取了相應(yīng)的預(yù)防措施，經(jīng)現(xiàn)場檢查該下承式鋼管混凝土系桿拱橋的4 個拱腳均未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，以上防治措施可供類似工程設(shè)計和施工人員參考。

圖5 施工完成的拱腳未見明顯裂縫