大面积薄壁板墩防裂施工控制措施

　　一、工程概况

　　上海北环a30高速公路是上海“三环十射”的最外一环，其中上跨沪宁铁路主线桥第28孔横跨宝安公路，限界净高5米。桥梁下部设计为φ600phc预应力管桩基础、c30钢筋砼哑铃式承台、c30钢筋砼薄壁型板墩、c30钢筋砼“t”型盖倒梁，上部结构为19米先张法c40预应力空心板梁。

　　27＃、28＃墩位于宝安公路机非分隔绿化带中，为c30钢筋砼薄壁型板墩，厚0.6m，半幅长12.295m，桥墩最高7.68m，最低6.72m，板墩外露表面积为189m2，是北环2标的“形象工程”。

　　二、对施工过程中可能出现问题的分析

　　考虑该板墩表面积大(189m2)、壁薄(厚0.6m)，为确保外表美观不留施工接缝应一次浇筑到顶的实际情况，根据以往此类型桥墩的施工经验，我们围绕两个问题进行了认真的研究：1、如何避免出现裂缝：2、如何保证模板的刚度、平整度、抗倾覆稳定、及砼浇筑质量。在施工前，我们分析可能出现裂缝的原因：由于混凝土浇筑后平均降温差和收缩差引起温度收缩应力超过了砼抗拉强度所致；与水平向3＃钢筋(φ12)数量或直径不足有关；也与施工时采取的防裂措施有关。进而寻找解决办法。

　　三、薄壁板墩砼收缩应力的计算

　　按砼常规养护14天进行考虑，现试计算砼养护15天时的收缩应力。砼设计标号c30，采用湖北黄冈p0.32、5＃水泥，水灰比0.45，水泥用量采用上海公路检测中心做出的配合比，为398公斤。施工时间拟在十一月下旬，月平均最低气温16℃，年平均气温18.5℃，相对湿度50％，砼入模温度控制在不高于28℃。配筋率采用原设计图纸数量：3＃筋截面积为0.008m2。

　　计算如下：

　　c30砼15天水化热绝热温度及最大的水化热绝热温度为：

　　t(15)=mcq(1－e－mt)/c·p=398×289(1－2.718－0.3×15)/0.96×2400=49.365℃；

　　tmax=398×289(1－2.718－8)/0.96×2400=49.9℃；

　　砼的收缩变形值：

　　ε(15)=ε0y(1－e－0.1t)×m1×m2×m3×m4×m5×m6×m7×m8×m9×m10=3.24×10－4(1－2.718－0.15)×m1×m2×m3×m4×m5×m6×m7×m8×m9×m10=0.000324×0.13927×1×1×1×1.15×1×1.107×1×1×1×0.9=0.0000517

　　砼15天收缩当量温差：ty(15)=εy(t)/a=0.0000517/10×10－5=5.17℃

　　砼15天弹性模量：e(15)=3.0×104×(1－2.718－0.09×15)=2.22×104mpa

　　砼的最大综合温差：△t=to＋2/3t(t)＋ty(t)－th=28＋2/3×49.9＋5.17－15.8=50.6℃

　　砼最大收缩应力：

　　σ=e(t)·α·△t×s(t)·r/(1－v)=3.0×104×1×10－5×50.6×0.3×0.3/(1－0.2)=1.707mpa

　　k=1.707〉1.5(砼容许抗拉强度)满足

　　露天养护期间砼产生的降温收缩应力计算如下：

　　温养△t=to＋2/3 t(t)＋ty(t)－th=28＋2/3×49.36＋5.17－16=49.74℃

　　收缩应力σ（15）=e(t)·α·△t×s(t)·r/(1－v)=2.2×104×10－5(－49.74)×0.3×0.3/(1－0.2)=1.231mpa

　　75％强度时的砼抗拉强度：1.5×75％=1.125mpa 故1.23〉1.25。

　　经计算知，砼收缩应力较大，有出现裂缝的可能，在砼浇筑15天范围内应采取养护和保温措施，使养护温度加大(即th加大)，综合温差△t减小，使计算的σ(15)小于1.125，则可控制裂缝的出现。(注：因计算数据采用经验数据，故应在现场测量实际气温情况而定)

　　算式中的符号意义如下：

　　t(t)—浇完一段时间，砼绝热升温值，℃；

　　mc—水泥用量，取398kg/m3；

　　q—水泥水化热量，取289j/kg；

c—砼比热，取0.96j/kg.k；

　　—砼质量密度，取2400kg/m3；

　　e—常数，为2.718；

　　m—经验系数，取0.3；

　　t—天数，d；

　　εoy—标准状态下的极限收缩值，取3.24×10－4；

　　m1～mn—各种非标准条件下的收缩系数，m1～m3、m5、m7～m9取1，m4取1.15，m6取1.107，m10取0.9；

　　ty(t)—各龄期砼收缩当量温差，℃，负号表示降温；

　　e(t)—砼从浇筑后至计算时的弹性模量，mpa；

　　ec—砼最终弹性模量，可近似于取28天的弹性模量，取3.0×104mpa；

　　σ—砼温度应力，mpa；

　　△t—砼的最大综合温差，℃，如为负值表示降温；

　　to—砼入模温度，℃；

　　s(t)—考虑徐变影响的松驰系数，取0.3；

　　th—砼浇筑后达到稳定时的温度，取年平均气温，18.5℃；

　　v—砼泊松比，取0.2；

　　r—砼的外约束系数，取0.3

　　四、具体的防裂施工控制措施

　　1、为避免出现裂缝，在薄壁板墩砼中掺入常州市天怡工程纤维有限公司生产的砂浆/砼抗裂合成纤维，其主要参数为束状单丝，3－19mm，比重0.91，抗拉强度〉300mpa，纤维掺量0.1％时砼抗裂性能指标可提高73.4％。施工时，将抗裂合成纤维均匀的撒到碎石中，每立方米掺量为0.9kg，砼搅拌时间为1.5－2.0分钟，以砼的和易性、流动性好和合成纤维分布均匀为准。

　　2、增加钢筋数量，经设计同意，施工时，将下部2m范围内水平向钢筋加密，即3＃钢筋间距由15cm变为10cm，配筋截面积为0.012m2，以提高板墩砼的极限拉伸率。

　　3、为降低砼拌和物入模温度，选气温较低时的早晨进行砼施工。同时控制砼浇筑速度不要太快，避免侧压力过大，模板底部胀模。在砼顶部设置了1.5m深、30mm直径的测温孔，以便测量砼内温度。

　　4、钢筋绑扎时，严格控制好纵向立筋的垂直度。事先用钢管搭好支架，用吊锤进行控制，以扶正立筋，并进行固定，然后绑扎水平筋。用同标号半圆形水泥垫控制保护层不大于3cm，避免保护层过大而降低抗裂能力。模板背面肋板采用8×10cm方木，间距为30cm，保证了刚度；对拉螺杆直径为12mm，纵横方向距离同为60cm，螺杆外套pvc管，浇筑完毕后螺杆拨出。模内用木条进行尺寸控制，将木条固定在对拉螺杆上，浇筑时取出。模板底部由预埋在承台顶面的短钢筋固定，以海绵垫和砂浆堵塞缝隙，板与板之间的拼缝用双面海绵胶带辅以玻璃胶填塞，保证了不漏浆。侧模两侧设置了多道斜撑和缆绳，增强模板的抗倾覆稳定性。端头曲面采用玻璃钢圆模，整块无拼缝。砼浇筑，采用分层浇筑，每层厚度控制在30－40cm。用插入式振动棒振捣，振动棒的移动距离不超过作用半径的1.5倍，且与模板保持50－100mm距离，避免碰撞模板。设置四个串筒，等距离布设，砼拌和物通过漏斗串筒下落。每层浇筑后表面如有水分，都用海绵块吸干，然后浇筑上一层。适当控制浇筑速度，以减弱对底层模板的侧压力。

　　5、拆模后的养护。砼浇筑结束后，拆模开始前，在模板外安装压力水管，喷浇冷水，改善木模板散热慢的特点。拆模后，由于砼内部与表面的温差而导致裂缝的可能最大，故拟用蓄热法加以养护。

　　具体做法是：从计算看，浇筑后第三天砼内温度最高，所以拆模在浇筑后第二天进行，选择在一天中气温最高的中午进行。木模板保温性能好，故砼表面温度较高。拆模过程中，为防迅速降温，在砼表面喷洒温度为35℃－40℃的温水，并测量砼内的温度和气温，控制拆模时温差小于20℃。

　　拆模结束后，用清洁的塑料膜覆盖严密。因为该桥墩周围空旷，夜晚风大，所以用草帘覆盖，直到十五天以后才撤除。

　　每天测量气温和砼表面、砼内部温度，以研究养护措施是否需要调整。

　　五、实施效果

　　上跨沪宁铁路主线桥第27＃、28＃薄壁墩a、b侧分别于2002年11月17日、11月25日、12月25日、12月30日浇筑完毕，拆模后的薄壁板墩经连续观测15日，无裂缝出现，且薄壁板墩砼表面光洁、平整、美观，无明显模板拼缝。在业主、北环高速公路项管部组织的2002年第四季度质量评比中，该27＃、28＃薄壁板墩获得了单项奖的荣誉。

　　六、体会

　　1、大表面积薄壁板墩施工时应进行收缩应力计算，最好避开高温季节施工。

　　2、施工时应采取切实可行的防裂和外观控制措施，确保板墩外表美观。

　　3、施工后应加强对薄壁板墩砼的养护，特别是浇筑完毕3天内的砼养护，尽量减少薄壁板墩砼内外温差，减少砼收缩应力，避免收缩裂的出现。