惠清高速公路北江特大桥悬浇梁混凝土裂缝预防控制技术应用

李 强

(广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

质量问题是关系到群众安全、企业发展的大问题，也是一个项目最核心的问题。对工程质量控制进行相关分析和研究，对项目重难点和控制措施深入分析，有利于完善项目管理体系，进而减少工程质量和安全风险。在道路桥梁工程施工中，混凝土裂缝是最为常见的质量问题，它不仅影响道路桥梁的外形美观，严重时更可导致质量安全事故，因此，对混凝土裂缝问题应尤为重视。

我国目前的连续刚构桥设计理论比较完善，相应的施工工艺也很成熟，公路桥梁中应用广泛，跨径也较大，应用于高等级公路的同类桥梁跨径也呈日渐增大的趋势，本桥单跨达到150m。在很多已建或在建的工程实例均表明：箱梁各个部位混凝土的开裂问题，还是困扰施工的难题之一。因此，在施工过程中必须严格控制，减少或杜绝各类有害裂缝的出现，本文就主要的问题及对策进行分析讨论。

本文以惠清高速公路北江特大桥工程施工为例，从多方面对不同部位混凝土裂缝的形成原因加以分析，并提出相应的预防和控制措施，为以后类似工程的施工提供实践经验。

1 工程概况

汕湛高速公路惠清项目北江特大桥是主桥跨径为(64m+80m+150m+80m)的大跨度连续刚构桥，箱梁梁段划分为：12m(0#块段)+5×3.2m+13×4.0m(挂篮悬浇段)+2.0m(合龙段)及4.0m的边跨梁端直线段。悬浇梁段最大控制重量2 480kN(6号梁段)，施工选用菱形挂篮施工，挂篮设计自重约1 250kN。

2 混凝土裂缝产生的原因

2.1 水泥水化热

水泥水化热是导致大体积混凝土产生裂缝的主要原因之一。这是因为混凝土在进行浇筑时，其内部的化学成分发生化学反应放出大量的热量，当混凝土浇筑体积越大时，其内部聚集的热量越高，再加上体积大扩散缓慢，就会产生较大的热膨胀。而在表面温度较低，扩散较快，这会导致在混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，混凝土的抗压强度远大于其抗拉强度，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会在表面产生裂缝。

分析北江特大桥的实际施工，大桥主桥的预应力混凝土现浇连续刚构箱梁0#段总长12.0m，底宽9.25m，顶宽14.25m，在29#墩、30#墩中心线至0#块边缘线处，底板厚度由1 800mm渐变为1 050mm、顶板厚由1 200mm渐变为320mm、腹板厚由1 300mm过渡到800mm，设计混凝土体积693.56m3，重量1 803.3t，并采取一次性浇筑。由于浇筑体积较大，混凝土内部热量大量聚集，导致内外压力差过大，因此0#块的混凝土表面极易出现开裂。因此，在现场实际施工中，针对这一状况，提前采取相应的应对措施，避免0#块出现混凝土裂缝。

2.2 桥梁力学变形

在桥梁施工中，由于力学形变而导致混凝土开裂是混凝土出现裂缝的重要因素。混凝土结构之所以会产生力学形变，主要有三方面原因：一是外荷载导致，即常规设计计算的主应力，此种情况最为普遍；二是由结构次应力引起的力学形变，即受力结构的实际状态与设计模型的差异性引起的；三是混凝土本身的变形应力引起的力学形变，如受温度、水化热、收缩、沉降等；当其力学形变产生的拉应力超出了混凝土本身的抗拉强度时，就会产生裂缝。

在北江特大桥施工中，当浇筑箱梁节段之间的接缝位置时，如果挂篮整体刚度不足，就会导致浇筑过程中变形大；或者混凝土浇筑顺序不对：比如先浇筑了靠近前一节段位置的部分，而后逐步向前面悬臂侧端推进，前端的混凝土自重就会引起悬臂支架发生力学变形，当施工过程中力学形变过大，就极易出现竖向裂缝。

分析北江特大桥箱梁跨中腹板位置，如果腹板的纵向钢绞线张拉不足，或在施工过程中预应力损失太大，就会引起竖向裂缝的产生。导致预应力损失的影响因素有很多，比如混凝土在实际施工过程中的收缩和徐变超过了设计值，就会导致预应力损失；而实际施工中构件的截面尺寸和浇筑方量超过设计值，会引起徐变影响增加，徐变的发展会导致结构刚度降低，进而使得箱梁挠度增加，诱发跨中竖向裂缝的产生；另外，预应力管道的压浆不饱满、密实，封锚质量差，锚头和钢绞线锈蚀，也会导致预应力损失。

分析北江特大桥箱梁翼板位置，由于翼板位于受拉区，其承受的拉应力要靠纵向预应力来承担，北江特大桥的箱梁是逐段浇筑的，预应力钢束在箱梁内的布置有一定的倾斜角度，因此，在箱梁前面几个节段的翼板部位会有应力集中区域。当在此部位又有横向预应力张拉时，会导致应力叠加，引起翼板开裂。

综上所述，由于桥梁的力学形变所导致的混凝土开裂是较为常见的，在实际施工中应引起重视。通过分析北江特大桥不同部位易发生力学形变的因素，提前做好相关措施，完善施工工艺，避免这些部位在北江特大桥的实际施工中，出现过多混凝土裂缝，从而影响工程质量。

2.3 混凝土配合比

混凝土是由水泥、水、粗骨料和细骨料按照一定的配合比配置而成，因此，组成混凝土的任何一种材料不合格，都会影响混凝土的浇筑质量，从而引起裂缝。

如骨料中含泥量超标，浇筑混凝土的收缩量就会增大；组成混凝土的粗骨料与细骨料的颗粒级配不合适，也会造成浇筑混凝土收缩量增加，从而诱导产生裂缝。而在实际施工中，为了提高混凝土的可泵性，往往需要加大用水量和水泥用量，这样一来，浇筑混凝土的收缩量也会增加，容易导致裂缝的发生。

另外，影响混凝土裂缝的还有许多其他因素，例如：施工质量控制较差，浇筑混凝土时振捣不均匀、不密实，混凝土搅拌和运输时间过长，模板搭设不合理，出现较大变形，模板拆除过早，养护不到位等。这就需要在实际施工过程中，注意这些方面，制定相应措施，严格把关，减少混凝土裂缝的产生，进而提高工程质量。

3 北江特大桥施工过程中混凝土裂缝的控制措施

3.1 加强混凝土构件的结构设计

针对易开裂部位的混凝土结构，首先应选用合理强度的混凝土，其次还应提高混凝土结构的配筋率，进而提高该部位的抗拉强度。

对于北江特大桥箱梁节段间施工接缝处，腹板易出现竖向裂缝的问题，挂篮设计时就应适当加大挂篮的刚度，减少变形，因此，必须严格进行挂篮设计及评审。在本桥施工中，每个挂篮由两组主桁组成，分别布置于箱梁两边腹板处，两组主桁的中心间距为8.55m。底模平台及内外模导梁采用钢吊带的吊挂形式，主桁的后锚固在梁顶设置预埋孔利用PSB785级精轧螺纹钢筋作为锚固筋(图2)。为确保施工质量，对挂篮承载能力进行了严格计算；同时混凝土施工时各构件变形控制在L/400，挂篮走行时各构件变形控制在L/250。

图2 挂篮立面

为避免箱梁腹板出现斜裂缝还应做到：

(1)张拉纵向预应力采用智能张拉设备，严格按照设计和施工方案，控制张拉力，并采用分级张拉、保证持荷时间，降低预应力损失。预应力张拉后要及时进行检测，保证每束均能满足设计要求。

(2)由摩阻测试确定超张拉系数实施超张拉，并采用低回缩值锚具，降低因钢绞线回弹和锚具回缩而导致的预应力损失。

(3)对预应力管道压浆，采用智能压浆机进行施工，并严格按照配合比制浆，确保压浆饱满、密实。

(4)封锚前要彻底清理槽孔，并涂抹阻锈剂，封锚浇筑混凝土要密实。

3.2 制定合理的混凝土浇筑工艺

混凝土是由水泥、水、粗骨料和细骨料等按照一定的配合比，搅拌均匀、浇筑密实，并在一定条件下经养护硬化所形成的，因此，浇筑工艺对混凝土的成型具有较大影响。合理的浇筑工艺，能大大提高混凝土的强度，有效减少混凝土裂缝的发生。

合理的浇筑工艺应做到：

(1)浇筑前钢筋的配筋数量，绑扎、焊接长度要满足要求，模板的搭设要符合设计，支撑体系的稳定性要满足要求，模板内部的各种杂物要清理干净。

(2)浇筑时首先要选择一天中合适的温度时间段进行浇筑，浇筑期间温差不能过大。其次为防止混凝土出现离析现象，混凝土自由下落高度不能过大。

(3)对于大体积的混凝土浇筑，要做到分层浇筑，分层振捣，浇筑均匀，振捣密实。

对于北江特大桥0#块混凝土的浇筑，采取分层浇筑、充分振捣、均匀密实。既要保证振捣时间充足，又不能振捣过长发生离析，应以表面泛浆为宜，振捣间距要合适，混凝土浇筑完毕后，要压实、抹平表层，避免裂缝产生。另外，分层浇筑的混凝土，应保证上、下两层初凝前紧密结合，避免混凝土凝结时出现分层现象，从而影响混凝土结构的整体性和抗剪能力。

对于箱梁节段间施工接缝处腹板的混凝土浇筑施工，浇筑顺序应从前端往后端浇筑，避免因前端的荷载引起悬臂支架变形，导致后端混凝土裂开现象的发生。

3.3 完善混凝土的养护

混凝土的凝结硬化过程是水泥发生水化作用的化学反应过程，而水化作用需要在合适的温度与湿度下才能彻底进行，因此混凝土在浇筑后需要一定的养护期。混凝土的养护，就是保证浇筑混凝土在一定期限内的温湿状态，使混凝土逐渐硬化，达到一定强度方可停止养护。

混凝土的养护主要分为两种，分为保温养护和保湿养护。保温养护主要是为了保证混凝土内外的温差不要过大，避免因内外温差过大而产生混凝土裂缝；保湿养护主要是为了保证混凝土水化作用。

浇筑混凝土结构的拆模，应严格实行时间控制。要保证在实际养护条件下，混凝土强度达到设计强度的75%以上，并保证混凝土结构的中心温度与表面温度温差不大时，才允许拆模。拆模后的混凝土应及时养护，在低温季节，拆模后的混凝土还要立即对表面进行保护措施，避免因为表面降温过快，导致裂缝产生。

4 结语

随着建设行业的快速发展，各种科技设备和施工手段也日益完善，在混凝土浇筑过程中，采用的浇筑工艺也越加成熟，对各个施工环节的把控和管理也日益完善，这都为当前提高混凝土的施工质量，奠定了坚实的基础。在北江特大桥的实际工程施工过程中，通过分析混凝土裂缝形成的影响因素，裂缝形成的种类，并根据具体情况，对相应的易出现裂缝部位，制定施工方案和相应措施，不断完善施工工艺，有效避免了混凝土有害裂缝的产生，同时保证了北江特大桥的施工质量。