桥梁混凝土施工技术与裂缝预防措施

赵一飞

(山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司),山西 太原 030006)

如今,钢筋混凝土结构依然是桥梁工程最常用的结构类型,在桥梁主体结构施工中,混凝土浇筑是一个关键环节,其施工质量不仅决定整个结构的外观,还会影响到整个桥梁结构的稳定性与可靠性,以及桥梁通车后的安全性,因此必须对混凝土施工引起足够的重视,根据桥梁实际情况,在制定合理可行的混凝土施工技术基础上,做好混凝土裂缝的预防与处理。

1 工程概况

某特大桥中心里程K35+328,起讫里程K35+079.42～K35+896,全长816.56 m。主桥上部结构为85 m+2×160 m+85 m预应力混凝土箱形连续刚构。箱梁高度、底板厚自根部至跨中按2次抛物线变化,根部高度10 m,跨中高度3.5 m;箱梁根部底板厚1.0 m,跨中底板厚0.32 m。0#段采用在墩顶现浇施工并与墩身固结,悬臂段从已经浇注的0#段开始,采用挂篮逐步向前悬臂施工,边跨直线段采用支架现浇,合拢段采用吊架施工。现以该桥梁的桥台为对象,对其混凝土施工技术及裂缝预防措施作如下分析。

2 混凝土施工

2.1 钢筋工程施工

桥台施工所用钢筋需按照图纸做好设计,利用专门的运输车将完成加工的钢筋集中运输至现场进行安装。钢筋拼装期间,需安排专人按照图纸检测桥台边线及中心线,以确保钢筋安装位置准确无误。桥台钢筋骨架采用焊接工艺相邻,焊接操作需满足规范的各项要求,以免产生焊瘤等问题。焊缝完成后需封闭焊缝,以免给主筋造成干扰。在钢筋两端借助切断机将其切平,使丝头长度与设计要求相符,将误差控制在螺纹螺距2倍以内[1]。桥台钢筋拼接也可采用管钳实施,但要注意使丝头和套筒之间良好接触。若接头无法对接,则可通过管钳将接头拧紧。同一个断面范围内的所有钢筋接头都应采用交错的方式对接,且接头布置数量必须满足规范及设计的要求。钢筋安装完成后,需在钢筋与模板之间设好垫块,以此形成足够的保护层厚度。如果垫块的设置数量超过3个/m2,则要注意避免扎丝的两端进入到保护层当中。将桥台的所有钢筋均安装完成后,需结合之前施工完成的墩台进行必要的预埋预设。

2.2 模板工程施工

桥台模板以大块钢模为主,在钢模拼装过程中,需确保其板面保持平整,并达到严密,避免漏浆。模板安装时,及时在其板面均匀涂抹一层脱模剂,以此保证脱模质量,以免对混凝土的外观造成影响。将模板支设完毕后,需采用钢管进行必要的加固。模板拼装结束后,还应做好质量检验,包括模板位置、标高及稳定性,经检验确认合格后,才能开始后续浇筑施工,若检验时发现缺陷,应立即处理,以免给之后的浇筑施工造成影响[2]。

2.3 混凝土工程施工

(1)混合料配合比必须根据设计要求通过试验确定,材料运输期间要注意防止混凝土离析,已经离析的混凝土不可进行二次搅拌。

(2)桥台浇筑时,为加快施工效率,应做好各项准备工作,如确定适宜的浇筑流程及方法,根据桥台截面尺寸,避免裂缝的产生,在整个浇筑过程中都要对模板及钢筋进行动态检查,以免由于浇筑产生变形或位移[3]。

(3)桥台浇筑时,为避免产生施工缝,需使浇筑过程保持连续。如果中途因故暂停浇筑,需在之前浇筑的部分达到初凝前恢复浇筑。若采用交叉施工的方法进行浇筑,应确保衔接处温度差不超过15 ℃。当检查发现混凝土出现泌水现象时,应在不干扰正常浇筑施工的条件下对模板进行检查,以确定是否产生变形或位移。

(4)在浇筑的同时还应借助插入式振捣棒做好振捣,振捣棒不仅要插入到混凝土中足够的深度,还要注意与侧模之间保持足够的距离,以防振捣时扰动模板导致模板位移或变形。一般每个点位的持续振捣时间不能少于30 s,振捣完一个点位后,需将振捣棒快速拔出,并及时将其抹平。此时注意不可进行洒水,且抹面力度应始终,否则将对成型后的外观质量造成影响[4]。

(5)完成桥台浇筑施工后,需按照规定做好养护,以免浇筑完成的部分产生裂缝。混凝土养护期间,应做好温湿度控制。当无特殊情况时,可使用洒水的方法保证混凝土表面始终保持湿润,并进行必要的覆盖。模板拆除要在混凝土强度达到不会由于拆模而损坏的程度后进行,如果拆模时间过早将造成破坏。

3 混凝土裂缝预防

为避免桥台施工中产生混凝土裂缝,在施工中需注意以下几点。

(1)在原材料选择时,建议优先考虑水化热不高的水泥,并做好矿料配比,尤其是要重视粗砂使用。在保证混凝土自身技术性能的同时,通过掺加优质粉煤灰来减少水泥用量,同时在条件允许时还可掺入适量减水剂,以此进一步降低水化热,避免由于水化热过大导致浇筑完成的混凝土产生裂缝[5]。

(2)在桥台浇筑前于其内部进行冷却水管路的布设,以此在浇筑开始后通过注入冷却水降低混凝土硬化时的温度,起到降低内外温度差的作用。为避免设备故障或停电等因素给冷却水的注入造成影响,需在现场设置高压水池来存放冷却水。另外,在冷却水管路的实际布设郭晨各种,应始终保证进水口处在温度相对较高的部位。当在气温较高的季节进行浇筑施工时,应采取必要的措施降低各类原材料实际温度,以免由于料温过高引起开裂。桥台浇筑应分层进行,并做好每一层混凝土的振捣;完成浇筑后及时进行养护,并在养护期间内加强温度监测,实现对温度的有效控制。

(3)尽可能降低浇筑温度,可以从降低出机口的温度和尽可能降低温度回升方面着手。其中,前者可采取的措施包括:对骨料进行预冷、做好遮阳防晒、适当洒水降温与在拌和过程中加冰;后者可采取的措施包括:在运输过程中为运输车做好遮阳防晒,采取必要的保温措施,并在浇筑仓面做好遮阳,避免产生较大冷量损失。混凝土裂缝一般最先产生于薄弱部位,对此在施工中应尽量减少薄弱部位的产生[6]。混凝土浇筑施工中要做好如下控制工作:质量不合格的材料不可入仓,并禁止在仓内加水;每完成一层浇筑都要做好收仓整平,防止产生台阶,否则面层会由于气温骤降等原因产生应力集中现象,引起开裂;在对浇筑的部分进行振捣时,合格的标准为混凝土停止下沉且不再产生气泡,同时表面开始泛浆,严防漏振与过振,以免造成离析或由于不密实导致开裂;当由于事故停仓时,间歇时间不能超出最长允许时间,否则要按照施工缝进行处理,以免产生薄弱层;在同一仓面不可使用强度各异的混凝土。将混凝土浇捣结束后应尽快抹压成型,并在混凝土达到初凝之前实施二次抹压,这样能有效防止由于干缩或塑性收缩造成的裂缝,使表面有良好密实度。实践表明,采用二次抹压的方法能有效防止表面裂缝产生。

(4)混凝土内部钢筋一旦发生锈蚀也会引起裂缝,对此要防止钢筋锈蚀,保证钢筋外部有厚度符合要求的保护层,并在施工中对混凝土水灰比予以严格控制,做好振捣,确保混凝土达到密实和完好[7]。对于大体积砼,建议在春秋两季进行施工,因为这样对降低混凝土的入模温度有利,若必须在夏季施工,则要采取针对性措施来降低混凝土的入模温度,另外要防止混凝土被阳光直接照射的情况下浇筑。施工时随时洒水降低石料的温度,并确保水泥库有良好的通风,拌和用水可提前在地下蓄积降低水温。

(5)在施工过程中应重视插筋部位的振捣、抹压与养护。钢筋属于热的良导体,容易出现明显温度梯度,这也是导致裂缝产生的主要原因之一。在混凝土达到初凝前做好抹压能消除早期表面裂缝,同时通过加强养护,增强混凝土自身抗拉强度。在容易产生裂缝的位置预埋应力应变片,用于测定此处的拉应力,以此为依据进行施工控制,比如对实际的保温保湿条件进行适当调整,形成良好温度梯度,防止混凝土开裂。在基础面筋表面增设铁丝网或直径相对较小的钢筋网,能有效提升混凝土表面抵抗裂缝产生的性能。以厚度为3 m的承台为例,在设计过程中可以在承台中部沿水平方向设置钢筋网片,能起到良好的抗裂作用。在施工中采取水平分层间隙的方法,即分成两层浇筑,使间歇时间达到7 d及以上,并将分层厚度控制在1.5 m左右,在下层混凝土表面设置钢筋网[8]。实践表明,在不影响工期的前提下,采用以上施工方法能有效降低内部温升,并能减少各方面投入。

(6)在施工中还要做好测温工作。为了能尽早了解混凝土温度升高情况和表面温度及其发生的变化,可以在承台等大体积砼结构构件中预埋一定数量的测温点,按L形布置,各测温点均设置2个测温管,其底部应处在结构构件中心位置,以此测定中心最高温升,另外一个测温管放到与结构构件上表面相距100 mm的位置,用于测定表面温度及其变化,两根测温管都要在混凝土的表面外露至少100 mm,以便于现场读数。前5 d每2 h进行一次测温和读数,从第6 d开始后每4 h进行一次测温和读数,直到温度长时间保持稳定,不再发生变化,此时需汇总测温记录,制作相应的曲线。通常情况下,内部温升最高值产生于3.5 d左右,只需要3 d左右的时间即可使温度达到最大,使内外部温度差达到20 ℃左右。

(7)将混凝土浇筑完成后,应及时进行回填,缩短混凝土直接外露的时间,对混凝土而言,土是良好的养护材料。这是现阶段保温保湿养护最有效的方法之一,能有效预防裂缝产生。当采用蓄水法进行保温养护时,可在使用中通入冷却水来加速内部热量散失。若采用内外结合的方式进行养护,则可在降低温升的同时缩短养护的持续周期,这对厚度较大的结构构件而言十分适用。为防止发生冻胀导致开裂,在冬季施工时应采取适当的加热方法,如电器加热或搭设暖棚等,另外还要在混凝土拌和过程中适量掺入防冻剂,以确保混凝土在温度较低的情况正常硬化。在冬季进行浇筑施工时,拆模时间不能太长,通常为5 d左右,并在完成拆模后立即采取保温措施,避免混凝土直接暴露在低温空气中导致温度裂缝产生。在冬季对混凝土进行养护时还应主要不可使用洒水的方法,可采用均匀喷涂一层养护剂的方法。

(8)对于桥台已经产生的裂缝,可采用化学灌浆的方法加以处理,此时要注意以下几点:对于开裂面积相对较大但裂缝分布具有一定规律可循的情况,可将注浆孔之间的距离确定为50 cm,孔径和孔深一般为35 mm、50 cm;为加快实际的灌浆效率,减少成本,应先对裂缝表面实施止浆,即沿裂缝走向凿出V字形缝槽,其深度、宽度按照30 mm与60 mm控制,然后将槽内的松散物清理干净,之后填充环氧树脂砂浆,最后将表面适当压实。在填充的砂浆强度不断形成时,将灌浆孔打开,先利用压缩空气将孔内灰尘及积水清理干净,然后以一定压力向孔内灌入泥浆,直到孔口溢浆,将孔口封闭并待泥浆形成一定强度后,将灌浆嘴拆除。实践表明,采用以上工艺方法能有效修补桥台混凝土裂缝,防止裂缝进一步扩大,造成结构性损坏与破坏。

4 结 语

综上所述,混凝土施工是桥梁工程建设的重要环节,但由于体积庞大、技术要求高和现场及气候等外界因素的影响,可能导致混凝土产生裂缝,因此,在实际工程建设中,应在制定合理有效的施工技术基础上,高度重视并做好裂缝预防。