支架现浇混凝土箱梁施工裂缝成因分析和控制措施

李育林 梁清丽

摘要：为解决支架现浇混凝土箱梁出现施工裂缝的常见问题，文章通过对一些公路项目的桥梁施工进行调查，分析了箱梁施工产生裂缝的原因，并提出了相应的控制措施。

关键词：支架;混凝土;箱梁;裂缝;措施

0 引言

早些年，在我国公路桥梁中，采用箱型的截面形式作为上部结构应用广泛，特别是在支架现浇梁中尤为普遍，由于混凝土相对其他材料有取材便利、造价更低等优势，故一般为混凝土箱梁。近几年，由于支架现浇混凝土箱梁应用过程中，在施工和运营阶段产生裂缝的通病一直未能得到很好的解决，且部分结构裂缝对桥梁结构承载力和耐久性影响较大，使钢箱梁的应用数量和比例不断增加，但其经济性远不如混凝土箱梁。在降低造价的同时又要提高桥梁使用周期，则对于混凝土箱梁裂缝产生的末端原因分析和采取措施避免或减少裂缝具有较大意义。

1 裂缝成因分析

经过对广西六景至钦州港公路、广西沿海改扩建高速公路、广西六寨至河池高速公路、广西河池至百色高速公路等公路沿线的二十多座支架现浇混凝土箱梁桥施工图、方案设计、施工跟踪及后期检查进行调研和分析，发现这些现浇混凝土箱梁桥支架的主要形式为满堂支架（包括扣件式小钢管支架、碗扣式小钢管支架、盘扣式小钢管支架等）和柱梁式支架（螺旋管立柱+工字钢横梁+贝雷梁或大工字钢纵梁+工字钢分配梁等）两种。通过调研分析，得出支架现浇混凝土箱梁产生施工裂缝的主要因素有以下几点：

1.1 预应力筋设计不合理

一般箱梁截面高度随跨径增大而变高，对于跨度较大的现浇预应力混凝土箱梁，由于箱梁截面高度增加，纵向预应力筋弯起角度变大和张拉力增大。而且纵向预应力筋张拉过程中，在箱梁腹板沿波纹管位置会对混凝土产生较大并集中的竖向拉应力，如果设计考虑不周全，就会造成箱梁腹板混凝土沿波纹管弯起方向产生斜向裂缝。这种现象在挂篮悬臂浇筑预应力混凝土箱梁施工中也比较常见。

1.2 支架不均匀沉降

支架不均匀沉降是对现浇混凝土箱梁质量影响较大的因素之一，根据其位置不同主要分为以下3种情况：

（1）由于支架基础承载力不满足要求或差异较大造成的。①原地基承载力达不到要求，未进行换填或加固处理;②桩基、桩系梁等施工时，对其周边地基开挖后，回填的土或片石等地基承载力达不到要求或与其他支架地基承载力存在较大差异;③未对支架基础表面采取有效的防排水措施，水渗入地基后，软化地基，造成地基承载力不足。

（2）支架结构设计不够合理造成的。这种情况主要是发生在柱梁式支架，由于部分支架结构或杆件跨径太大（大跨径门洞等），设计的贝雷梁或型钢梁虽然强度满足要求，但刚度不够，造成跨中与立柱支点位置支架沉降量相差较大。

（3）整体支架与墩柱或盖梁顶支撑的沉降量不一致造成的。现浇箱梁模板支撑直接作用在墩柱或盖梁混凝土上，其相对支架来说几乎没有沉降，如果支架与墩柱或盖梁之间没有联系或连接杆件刚度不够，在支架与墩柱或盖梁便形成了一个沉降量的突变截面，从而在这个截面产生腹板甚至底板的竖向裂缝。

1.3 分阶段浇筑混凝土时间间隔太长

大部分支架现浇箱梁都是分两次进行混凝土浇筑的，第一次浇筑底板和腹板混凝土，再安装箱内支架、顶板模板、钢筋及预应力等，第二次浇筑顶板和翼板混凝土。由于一些原因，第一次和第二次混凝土浇筑时间间隔太长，浇筑顶板和翼板混凝土时，底板和腹板混凝土已经基本完成了早期的混凝土收缩和徐变，在顶板和翼板混凝土发生收缩和徐变的時候，腹板会对顶板产生较大的约束力，但此时顶板和翼板混凝土强度较低，当此约束力超过混凝土抗拉强度时，就会导致箱梁顶板和翼板下缘产生横向裂缝。

1.4 混凝土浇筑时间过长，浇筑顺序不合理

由于混凝土浇筑准备灌注不充分，浇筑过程出现了各种问题，导致了混凝土浇筑时间超过了混凝土初凝时间，混凝土在不断加载的过程中，对已初凝的混凝土产生应力，刚初凝的混凝土强度非常低，稍有拉应力产生就会产生裂缝。

1.5 混凝土坍落度过大

混凝土浇筑方式主要为泵送，要求混凝土坍落度值较大，水泥用量也会因此增加。混凝土自由收缩试验表明，水泥用量越多，水灰比越大，骨料的弹性模量越低，则收缩也越大。当混凝土收缩变形受到支架、模板等的约束作用时，混凝土会产生拉应力。坍落度过大，还会加速水化热反应，释放出大量的水化热，使混凝土内部温度不断上升，加大混凝土内外温差，其表现是使混凝土产生拉应力。当混凝土收缩和水化热一起作用产生的拉应力超过了允许拉应力时，混凝土就会产生裂缝。

2 控制措施

支架现浇混凝土箱梁产生的大部分施工裂缝都是可以通过采取有效措施避免的。避免这些裂缝的产生，首先要有正确、合理的施工图纸，施工单位设计合理、满足规范和设计要求的支架结构和专项施工方案，按要求通过专家评审并报批，施工人员严格按照方案执行等过程是保证箱梁不产生施工裂缝的关键因素。对于施工过程中的细节应采取以下措施：

2.1 设计结构合理

设计单位应认真、仔细进行桥梁实地勘察，收集地质、水文资料，根据这些资料、交通流量、车辆荷载以及业主的其他要求进行箱梁结构设计。设计过程中应更加重视纵、横、竖向预应力波纹管与钢筋的空间位置，注意是否有交叉影响。可采用BIM技术手段进行碰撞检查，减少施工过程中因经常纠偏、改变钢筋位置而对整个箱梁结构造成影响。整个箱梁混凝土应尽量避免出现拉应力，如果混凝土的抗拉强度较小，很容易被拉裂。

2.2 设计合理的支架结构和基础形式

（1）施工单位应认真勘察桥梁支架位置的地质、水文资料，采取换填、加大加厚立柱基础的方式处理和加固地基，保证地基承载力满足要求，一般其安全系数≥1.5，且应尽量缩小支架所在位置基础的地基承载力差异。

（2）除模板外，最好是整个支架受力结构材料都采用钢材，包括木模板后附肋和调节标高的材料。

（3）支架和支架以外3m范围内应做好防排水措施，保证不积水且不渗水。

（4）支架与墩柱或盖梁相邻位置，应采用可靠的钢结构将支架与墩柱或盖梁连成整体，减少相互之间支架的不均匀沉降，且有一个过渡区间，避免在此处对箱梁产生较大的竖向拉应力。

2.3 严格控制混凝土材料、配合比及其性能

箱梁混凝土的各类原材料性能都应较稳定，散装水泥进入拌和站后，应存放7d以上才能使用，起到降低水泥的溫度和活性作用;碎石和砂材料最好是同一厂家生产，强度、级配、针片状等指标符合规范和配合比要求，且每批次材料的各项指标差异较小，材料存放地和拌和站料仓都应设置雨棚，避免材料含水率经常性变化;一次浇筑箱梁采用的减水剂尽可能是同一批次的，应保证使用的减水剂均匀、稳定。浇筑箱梁混凝土前，应进行混凝土适配，经检测坍落度、和易性等各项指标合格后（混凝土坍落度一般≤180），方能正式拌和混凝土并运至施工现场。施工过程中出现有不符合要求的混凝土必须及时废弃。

2.4 做好浇筑混凝土前的各项准备工作

浇筑箱梁混凝土一般有混凝土方量大、浇筑时间长、不确定因素多等不利问题，因此在施工前，应充分做好各项准备工作。除做好其他必要准备工作外，还应确保各类原材料应不小于本次浇筑混凝土需要量的1.3倍。根据施工要求配备好足够的施工设备外，每种设备都应有备用设备或应急方案，如拌和站、混凝土运输车、泵车或地泵、吊车、振动棒等。

2.5 采用正确方法浇筑箱梁混凝土

浇筑箱梁混凝土的方法应遵循以下几个原则：

（1）如果一次浇筑成型，则由每跨按底板→腹板→顶板的顺序浇筑混凝土，固定好支撑顶板的支架，间隔2m左右开一个天窗浇筑底板混凝土。

（2）如果是分两次装模浇筑成型，则第一次浇筑底板和腹板混凝土，第二次浇筑顶板混凝土，两次浇筑混凝土时间间隔应尽量缩小，一般≤7d，降低龄期差，从而保证上下层混凝土强度、弹性模量相差不大，减小上下层混凝土因收缩徐变产生较大拉应力。

（3）根据浇筑的速度、天气情况、混凝土初凝时间、混凝土方量等因素决定每次分段浇筑的长度，保证浇筑腹板混凝土时，箱内倒角不冒浆即可，避免浇筑冷缝的出现。

（4）浇筑混凝土顺序应遵循由低往高的原则，减少混凝土流动距离，避免其产生离析。

（5）对于钢筋和波纹管密集部位，应提前采取措施确保振动棒位置。如安装钢筋和波纹管时，采用一根比振动棒稍大的管固定好振动棒的位置，待完成钢筋绑扎和波纹管固定后或浇筑混凝土前拔出。

（6）箱梁底板倒角位置可封一块水平板，使倒角位置不容易出现漏浆现象，底板和腹板混凝土衔接更紧密。

3 结语

通过以上对支架现浇箱梁裂缝产生的主要原因和控制措施分析，对后续的广西梧州至柳州高速公路、广西都安至巴马高速公路、松旺至铁山港高速公路等项目的支架现浇箱梁桥施工起到了很好的指导作用。采用了以上施工措施后，目前未发现支架现浇箱梁桥出现裂缝，效果明显，有较好的借鉴意义。

本文只针对广西路建集团承建的一部分高速公路项目支架现浇桥梁施工进行调研和分析，得出支架现浇箱梁裂缝产生的主要原因和控制措施，或许这对于其他单位或地区的现浇箱梁施工指导还不够全面，下一步我们将继续加大调研和分析范围，总结更多施工经验和措施。

参考文献：

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