南江双线特大桥主桥连续刚构外观质量通病预防控制措施分析

吴嵩

摘要：文章通过对连续刚构桥外观质量通病集中部位和成因进行分析，介绍了南江双线特大桥主桥连续刚构施工中采取的预防措施和成效，为连续刚构桥外观质量品质提升提供参考。

关键词：连续刚构桥;质量通病;预防措施

中图分类号：U448.23 文献标识码：A

DOI：10.13282/jcnki.wccst.2019.09.032

文章编号：1673-4874（2019）09-0111-02

0引目

目前在我国广西、贵州、云南等中西部地区的公路及铁路交通工程建设中，连续刚构桥设计方案是桥梁工程中最为普遍的选择桥型之一。这种桥型具有结构整体性好、抗震能力强、抗扭潜力大和施工工艺成熟、工序简单安全等优点，采用挂篮悬臂浇筑是其主要的施工工艺方式。但在悬臂浇筑施工中，节段混凝土出现色泽不一、蜂窝麻面、局部堆积废料、施工错台、裂缝等外观质量通病依旧比较普遍，预防措施效果不显著。随着交通工程的发展，国家对工程品质目标的要求不断提升。要提升连续刚构桥工程的質量品质，必须从细节和本质出发，采取有效措施，预防外观质量通病的产生，强化过程质量管控。

南江双线特大桥是建成的市域铁路同类型桥梁中的最高桥，地处贵阳市开阳县南江乡，横跨南江大峡谷.大桥连续刚构主跨176m，桥梁在230m高空悬灌（见图1）。主跨连续刚构悬臂浇筑施工前，对类似桥梁结构施工存在的外观质量通病进行了总结和研究分析。

1 外观质量通病分析

1.1漏浆错台产生部位和成因分析

在整个悬臂浇筑过程，发生漏浆和错台的部位集中在新旧节段连接处，特别是如图2所示的箱室顶板下缘、箱内上下倒角、腹板内侧、底板底侧和翼板底缘等。病害发生原因主要有箱室内模板刚度不足、模板背杠设置偏少、对拉螺杆数量偏少或紧固度不足以及挂篮顶锚、底锚等未设置预加应力或预加应力不足等。在混凝土浇筑过程的混凝土自重、侧压力等荷载作用下，顶、底锚吊（带）杆及对拉螺杆发生轴向应变伸长，新旧节段连接处模板系统脱离上一节段混凝土结合面形成漏浆、错台。

1.2 混凝土裂缝产生部位和成因分析

连续刚构桥中箱体产生裂缝的主要部位集中在悬臂浇筑节段的施工缝附近，靠后浇筑节段侧。主要有竖向、纵向、斜向三种裂缝，对工程耐久性有较大影响。经分析，裂缝病害发生原因主要有六个方面：

（1）由于混凝土材料收缩和徐变的固有时变特性，会导致混凝土结构受力与变形随着时间的变化而变化，在持续荷载作用下，徐变降低了相对于该荷载而言的梁体刚度。连续刚构也是局部高应力区域集中的结构，预应力锚固等局部承压大的区域在混凝土徐变作用下更加容易产生裂缝;同时连续刚构悬臂浇筑过程中的不同节段因混凝土龄期不同，收缩和徐变不同，水泥水化热变化温度差异等也是导致形成温度裂缝和收缩裂缝的重要因素，特别是相邻节段连接处养护时间和条件差异情况下，此因素影响愈加明显。

（2）挂篮前吊（带）杆和底锚预加应力不足，在节段混凝土浇筑过程中的初、终凝阶段，节段施工荷载引起的前吊（带）杆和底锚应变量值大干预加应力产生的应变量值，发生轴向伸长，且量值差异形成弯剪破坏裂缝。混凝土终凝后强度较低时，在温度应力和收缩应力作用下，裂缝特征愈加明显。

（3）节段混凝土初凝时间短，浇筑时间控制有误，即下层混凝土形成初凝失去塑性后，上面混凝土未浇筑完成所形成的施工荷载对下层混凝土产生的塑性破坏裂缝。

（4）施工过程中，节段梁体混凝土强度未达到张拉标准却实施张拉作业而产生的梁体纵向裂缝及预应力管道坐标偏差引起的张拉过程梁体局部应力集中而产生的裂缝。

（5）梁体拆模过早，拆模后混凝土表面温度急剧下降与混凝土内部温度形成温度应力，当混凝土拉应力超过抗拉强度极限时会在混凝土表面形成细微卸载裂缝。

（6）梁体预应力损失造成的梁体裂缝，如梁体竖向预应力施工偏差.一般情况下，连续刚构竖向预应力难以达到设计的理想状态，一般实际预应力只能达到设计预应力的3/4左右，梁体竖向应力的不足难以克服纵向主拉应力，也可能造成梁体斜截面裂缝等。

总而言之，对连续刚构桥混凝土裂缝发生的主要原因可以分为内因和外因两个方面.外因可理解为挂篮锚固体系中的预加应力不足，使得吊杆（带）发生大于预加应力所能承受的应变伸长，致使新旧节段混凝工间产生卸载裂缝;内因可以理解为由于混凝土龄期差异，由混凝土收缩徐变和温度差所产生的应力及原设计纵、横、竖向预应力束应力损失，打破梁体内部体系三向拉应力平衡等造成。

1.3 其他通病产生的部位及成因分析

梁体节段混凝土色泽不一主要集中在混凝土原材料批次进场材料更替的相邻节段.主要原因是由于每节段梁体混凝土原材料（水泥、碎石、外加剂等）批次和质量存在差异，试验控制不到位以及脱模机使用更换存在质量偏差等。

局部垃圾堆积主要集中在每节段梁体箱底靠主墩底标高的位置.主要原因是钢筋安装后，挂篮底板施工垃圾清理不彻底，在混凝土浇筑过程发生推移堆积。

蜂窝麻面主要集中在预应力管道密集和结构钢筋密集区及腹板-底板倒角处。主要原因就是施工过程中混凝土振捣不到位等。

2质量通病预防措施

通过上述研究分析，针对南江双线特大桥主桥（93.1+176+93.1）m连续刚构的悬臂浇筑施工，制定外观质量通病预防控制措施如下：

2.1施工预加应力及环境调整

对于漏浆错台、混凝土裂缝质量通病，南江双线特大桥在施工中采取的措施有：（1）在挂篮顶锚、底锚、后锚、对拉螺杆部位通过计算预加应力，用于抵消在混凝土浇筑后锚固系统因应力作用发生轴向应变的伸长量。具体预加应力值用Midas软件建立整体模型，计算每个悬浇节段施工过程的挂篮顶锚、底锚和后锚的理论锚固力，并根据实际施工验证，吊杆（带）位置不准确等原因可能造成个别锚固点预加理论锚固力不足。经过优化后取用计算锚固应力的1.3倍计算应变伸长量比较恰当，按照应变伸长量对各锚固定进行预加应力。（2）严格过程质量管理控制，特别是预应力管道坐标位置、锚固端头等，确保符合设计和规范要求.对施工误差大，有效应力难以控制的精轧螺纹钢竖向预应力施工，确保二次张拉到位。（3）严格控制相邻节段施工循环间隔时间，每节段施工间隔时间≤15d，减少混凝土收缩徐变差异.（4）通过连续2-3个节段同环境养护，特别是新浇筑段与相邻前浇筑段区域，采用同条件养生。夏季施工采用不间断喷淋养护，避免子湿裂缝;冬季施工采用蒸汽等方式养生。（5）严格控制拆模时间>2d，尽量避免混凝土内外温度差异过大。（6）合理控制预应力张拉标准（95%混凝土设计强度且养护时间≤5d为准）和顺序（先纵向，再横向，最后竖向）。

2.2 加强原材料质量管控

对于混凝土色泽不一、蜂窝麻面、板底局部垃圾堆积的外观质量通病，南江双线特大桥在施工中采取的措施为：（1）严格控制混凝土原材料中水泥、碎石、外加剂质量，品牌择优，定期抽检，并通过试验选取外加剂型号与掺量、水泥细度和适当水灰比等。（2）强化过程工序管控，做好板底清理后检查工作，在混凝土浇筑前再次进行检查和清理。（3）采用混凝土浇筑值班（轮班）监督机制，注重预应力管道和结构钢筋密集区及倒角处的混凝土振捣施工质量。

3 结语

通过上述措施的有效落实，南江双线特大桥主桥连续刚构梁体的外观质量通病得到有效遏制，预防效果较为显著。同时也总结出一些相关经验：（1）在连续刚构桥施工中，大部分质量通病可通过加强管理控制措施进行预防消除，而预加应力是容易忽视的一个重要手段。通常在施工中仅关注挂篮构件的强度、刚度及稳定性，忽视了能有效利用吊杆（带）材料的特性预加应力预防错台和裂缝的作用。南江双线特大桥在施工中取值1.3倍理论锚固力计算预加应力在实际施工中效果显著，基本消除了漏浆、错台问题，梁体至今未发现存在裂缝情况。（2）在施工中必须根据各地原材料特性、周边环境特征和季节变化等情况，分析梁体裂缝产生的特征和属性，优化混凝土收缩、徐变和老化，温度和干湿差异等影响因素，同时重点关注由于梁体非设计考虑预应力损失所产生的箱体斜裂缝。（3）建议在桥梁设计阶段使用BIM等信息化手段优化梁体钢筋，控制好截面配筋率等。（4）可以考虑在山区进行连续刚构装配式的施工应用，虽然施工成本有一定增加，但施工安全性、工程品质能得到大幅提升。