混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》是天津第三市政公路工程有限公司、天津城建集團有限公司工程總承包公司完成的建築類施工工法；作者分別是賈明浩、黃立偉、姜彧申、訾建忠、錢林玉；適用範圍是混凝土結構自錨式懸索橋和一般混凝土連續箱梁結構施工。

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》主要的工法特點是可以避免混凝土箱梁非結構受力裂縫的發生，有效地控制主體結構受力裂縫的形成。

2008年1月31日，《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法
• 工法編號： YJGF238-2006
• 完成單位：天津第三市政公路工程有限公司、天津城建集團有限公司工程總承包公司
• 主要完成人：賈明浩、黃立偉、姜彧申、訾建忠、錢林玉
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》的形成原因是：

截至2005年，隨著國民經濟和橋樑技術的發展，橋樑建築規模不斷擴大，大型現代化新型橋樑結構不斷增多，而混凝土結構以其材料廉價物美、施工方便、承載力大、可裝飾強的特點，成為構成大型橋樑結構主體的重要組成部分。而混凝土抗拉強度低、其產品質量易受施工過程中多方面不利因素環節所控制，因而橋樑結構混凝土開裂問題是在工程建設中帶有普遍性的看似簡單，實際非常複雜的技術問題，大量的工程實踐證明，幾乎所有的混凝土構件均是帶裂縫工作的。混凝土結構自錨式懸索橋由於其特定的成橋施工工藝順序，主體箱梁結構在不同的施工階段承受著不同的外力作用和結構內力的變化極易造成混凝土結構裂縫形成，因而混凝土結構箱梁防止開裂問題在自錨式混凝土懸索橋施工中尤為重要。橋樑是長期承受動載結構，橋樑結構主體裂縫一旦形成，特別是貫穿裂縫出現在重要的主體結構部位，危害極大，它會降低橋樑結構的耐久性，嚴重削弱橋樑結構承載能力，危害到橋樑結構的安全使用。如何採取綜合有效施工工藝防止橋樑結構混凝土的開裂是施工過程中重要關鍵問題。如圖1所示。

圖1混凝土自錨懸索橋立面示意圖

工法特點

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》可以避免混凝土箱梁非結構受力裂縫的發生，有效地控制主體結構受力裂縫的形成。

操作原理

適用範圍

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》適用於混凝土結構自錨式懸索橋和一般混凝土連續箱梁結構施工。

工藝原理

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》的工藝原理敘述如下：

針對混凝土結構自錨式懸索橋受力結構及施工工藝特點，自錨式懸索橋混凝土箱梁主體在各施工階段各部位受力狀況，合理確定施工工藝並採取相應措施使箱梁各部位在施工過程中混凝土結構內應力始終不大於混凝土抗拉設計值，以達到控制混凝土自錨懸索橋結構無結構裂縫發生，提高自錨混凝土懸索橋施工質量。

施工工藝

工藝流程

採用《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》施工時，與混凝土自錨式懸索橋主體結構裂縫控制相關的施工程式為：確保預應力混凝土箱梁支撐體系穩定的支架設計和施工→原材料及混凝土配比試驗選擇及混凝土施工工藝制定→預應力混凝土箱梁分段施工和預應力張拉施工工藝確定及施工過程控制→根據混凝土自錨懸索橋結構受力體系轉換工藝要求及各階段計算分析的預應力混凝土箱梁應力狀態確定結構體系轉換吊桿張拉工藝程式數值和施工措施。

• 混凝土結構自錨懸索橋非受力裂縫控制施工工藝

採用《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》施工時，混凝土結構自錨懸索橋非受力裂縫控制施工工藝如下：

一、由混凝土質量引起的非結構裂縫的控制

1.合理選擇混凝土施工原材料

選用混凝土收縮性較低的高標號普通水泥粗骨料選用溫度線膨脹係數較小的石灰岩骨料，粒徑選用5~30毫米。細骨料選用含泥量較低的中粗砂，細度模數2.5~3.2，含泥量小於1%。

2.最佳化選擇混凝土施工配比，選用保水性好的緩凝早強高效減水劑。水灰比控制在0.35~0.4，砂率40%左右，初凝時間8~12小時，嚴格控制坍落度在12~14厘米。避免混凝土內外溫差過大的溫度收縮裂縫及體積收縮裂縫產生。

3.嚴格控制鋼筋混凝土保護層厚度，避免保護層過薄收縮不均產生裂縫。箱梁側牆薄壁結構應根據原設計實際情況，增配構造鋼筋。構造上配筋應優先採用小直徑鋼筋（Φ8~Φ14）、小間距布置（@10~@15厘米），全截面構造配筋率可採用0.3%~0.5%。以提高混凝土自身的抗裂能力。

4.混凝土施工採用30厘米分層澆築，60毫米震搗棒加強機械震搗，一般以5~15秒/次為宜，確保混凝土震搗密實而不過震，表面終凝前二次木抹子壓平，避免發生混凝土塑性收縮沉陷裂縫和頂面的收縮裂縫。

5.採用土工布全截面苦蓋灑水養護7天，適當延長內外側牆及底模脫模時間，避免混凝土結構表面過早風乾失水乾縮龜裂發生。

二、由溫度應力引起的非結構裂縫的控制

1.儘量選擇溫度低的夜間進行混凝土澆築施工。以降低混凝土入模溫度。

2.高溫季節混凝土施工時，應採用措施降低混凝土拌制水溫10℃。

3.選用水化熱小和收縮小的混凝土配比，提高混凝土的早期強度，加強振搗提高混凝土的密實性以減少水化熱和收縮量的發生。避免結構表面溫度裂縫和沉陷收縮裂縫產生。

4.箱體在腹板底板間距10米留置通氣孔，以降低箱梁內外溫差。

5.達到設計及規範要求時及時張拉和壓漿，以限制結構溫度裂縫發生。

6.由自錨懸索橋結構受力特點所決定，一般混凝土箱梁自錨端高度達5米左右，屬大體積混凝土澆築應按大體積混凝土施工要求施工。除採取上述各項施工措施外還應在箱梁自錨端內部上下左右間隔1米分層設定Φ50毫米冷卻水管，結構表面採用塑膠布及土工布苦蓋保溫養護，並嚴格控制進出水溫度及混凝土內外溫度不應超過25℃。以減少混凝土內外溫差，避免結構表面與冷卻管附近混凝土裂縫發生。

• 混凝土結構自錨式懸索橋結構受力裂縫控制施工工藝

採用《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》施工時，混凝土結構自錨式懸索橋結構受力裂縫控制施工工藝如下：

一、避免地基及支架的不均勻沉降造成預應力混凝土箱梁的裂縫控制。

1.混凝土自錨式懸索橋的預應力混凝土箱梁必須在支架上逐段現澆，逐段預應力張拉，在主纜索股架設前澆築完成，且該部分支架在結構受力體系轉換主梁全部脫架後才能拆除，支架支撐時間較長，且在分段混凝土施工及預應力張拉及體系轉換中各支撐受力均不相同。箱梁現澆結構支撐體系中支撐設計荷載取值應大於箱梁結構靜載2倍，基礎沉降不大於0.5厘米。河中主跨支撐體系基礎以承載能力較強的混凝土灌注樁或鋼管樁為宜，以避免施工過程中支撐體系不均勻沉降引起混凝土箱梁開裂（圖2、圖3）。

圖2箱梁縱斷面支撐示意圖

圖3箱梁標準斷面支撐圖

2.邊跨混凝土箱梁支撐體系一般均位於軟弱回填土層或淤泥質河灘，高度較低，主跨邊跨箱梁支撐體系應儘可能採用同一支撐結構體系，避免結構基礎類型差別過大。當支撐體系採用碗扣支架滿堂紅支撐體系施工時，基礎處理宜採用水泥攪拌樁和加厚20厘米整體C20鋼筋混凝土複合基礎。在箱梁施工段接縫前後各2米範圍內的支撐體系應加強，該處支撐設計時，設計荷載取值應大於箱梁結構分段重量的1/2。對於主跨邊跨採用不同支撐體系，其基礎承載能力及沉降變形應協調一致（圖4）。

圖4邊跨支撐

3.支撐體系基礎處理應作承載能力及沉降變形試驗以確保基礎處理工藝滿足施工設計要求。承載能力應≥2倍結構設計淨載，基礎穩定沉降應≤0.5厘米。

4.箱梁模板支設完畢，應作預壓試驗，預壓荷載取支撐體系設計荷載的1.2倍。預壓時間控制在10天。並連續觀測記錄沉降至穩定為止。以檢查支架的承載能力，減少和消除支架體系的非彈性變形及地基的沉降。為施工提供可靠依據。支架壓重材料採用相應重量的砂袋（或鋼材），並按箱梁結構形式合理布置砂袋數量。

5.箱梁施工過程中應限制集中堆放大量施工機具、材料，嚴格按照施工工藝施工。

6.對於混凝土自錨懸索橋主體為橫向混凝土系梁剛性連線兩側縱向混凝土箱梁的結構。應先行分段施工兩側主縱混凝土箱梁並進行箱梁縱向預應力張拉，後進行橫系梁混凝土施工並張拉橫向預應力橫系梁施工應比兩側主縱箱梁施工推遲兩個施工階段。以避免兩側主縱梁由於地基不均勻沉降而造成系梁混凝土裂縫發生。實物圖如圖5所示。

圖5

二、預應力混凝土箱梁施工過程中箱梁裂縫的控制

1.主梁澆築應從主跨跨中開始往兩邊逐段澆築逐段預應力張拉推進，以避免由於支撐體系縱向剛度過大，箱梁主體預應力張拉位移約束而引起結構開裂。如圖6所示。

圖6紹興市解放路3號景觀橋施工順序平面圖

2.混凝土強度達到設計強度的80%，立即拆模進行預應力張拉施工並及時壓漿。以預應力對混凝土施加的壓應力消除結構內外溫差和內外收縮差所產生混凝土裂縫發生的可能。

3.拆除頂板腹板的模板後應繼續灑水養護或噴塗混凝土養護液養護。

4.橋樑主體混凝土箱梁一般均為三項預應力混凝土，為避免分段箱體上下預應力束張拉施工過程中分段箱梁梁段腹板開裂，分段箱體梁端應加強構造配筋，並應採取以下張拉順序：豎向預應力張拉力80%→縱向預應力張拉100%→橫向預應力100%→縱向預應力鋼筋張拉力100%。

如圖7所示，紅色線條表示縱向預應力鋼筋，箱梁各施工段澆築完成後，分段張拉預應力鋼筋使箱梁處於受壓狀態。

圖7

5.混凝土箱梁頂面人孔位置及預應力錨固端位置應嚴格按設計要求加強構造配筋，混凝土應加強震搗密實，以避免空洞周圍和錨固端局部應力集中而產生開裂。

6.應嚴格控制預應力筋中心位置，以避免改變結構受力狀態，避免預應力束位置距離結構表面位置太小，而使結構表面產生沿預應力筋方向局部開裂。

7.混凝土箱體分段澆築時，先澆混凝土接觸面必須認真鑿毛、清洗乾淨，後澆箱體結合部位加強豎向構造配筋，並加強混凝土震搗養護，以避免由於新舊混凝土之間粘結力小後澆混凝土養護不到位，導致新舊混凝土施工縫之間混凝土收縮差異過大而引起開裂。

三、體系轉換中預應力混凝土箱梁裂縫的控制

結構受力體系轉換是混凝土自錨式懸索橋結構成橋的關鍵。混凝土自錨式懸索橋的結構特點決定了吊桿在載入過程中，吊桿之間、吊桿與懸索主纜線形及主塔受力相互影響很大，其施工載入數值順序與控制過程是否合理將直接影響到橋樑結構受力是否滿足結構設計要求和成橋運營使用安全可靠。

材料設備

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》所用的材料及設備明細如下：

1.鑽孔灌注樁機、水泥攪拌樁機

若中跨採用混凝土樁支架、邊跨採用水泥攪拌樁加固地基；需要採用鑽孔灌注樁機、水泥攪拌樁機數台，具體依據工期計畫確定。

2.千斤頂

混凝土箱梁預應力張拉設備YCD200需配置6台套。體系轉換吊桿預應力張拉所採用千斤頂及配套設備需配置16台套。

3.壓力環、應變器、全站儀

吊桿張拉中配置2台壓力環2台索力測定儀測量吊桿拉力，應變器預埋在混凝土箱梁內監測混凝土應力變化，配置全站儀一台測量主塔偏位和箱梁標高變化。

4.混凝土攪拌站、運輸車及混凝土泵車應滿足分段箱梁施工強度要求。

質量控制

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》的質量控制要求如下：

建立科學管理機制和相應的施工質量檢測機制，制定相應的質量保證預案有預警機制。支架設計、吊桿張拉程式計算設計應符合相關設計規範，施工質量符合施工規範。

施工嚴格應按照規範進行，質量控制注重施工前和施工中全過程控制，以預防為主，加強對工作質量、工序質量等的檢查，促進工程質量。事前控制重點是做好施工準備工作。過程控制則全面控制施工過程，重點控制支架施工、箱梁施工、體系轉換等關鍵工序的施工質量。

安全措施

採用《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.必須嚴格遵守施工現場的各項安全規定，尤其是預應力張拉和電氣操作等安全規定，並應有應急措施。

2.現場統一指揮，並具有科學合理的安全施工措施和預控方案。

3.施工隊每天進行施工安全檢查並做好詳細記錄，提出保持或改進措施，並落實實行。

4.施工人員必須進行崗前培訓和安全技術交底，施工過程中現場指揮人員不能擅自離崗。

環保措施

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》的環保措施如下：

1.建立項目經理負責的環境管理組織機構，部門分工明確，環保責任落實到人。

2.制訂培訓計畫。定期對參與環保管理的人員進行環境保護專業知識培訓。

3.基礎施工嚴禁向河道內排放泥漿等工程廢棄物。

4.預應力箱梁及吊桿預應力張拉施工做好設備維護，嚴禁油污河道。

效益分析

通過《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》可以避免和減少混凝土箱梁施工裂縫，從而減少混凝土箱梁內鋼筋及預應力束腐蝕破壞，確保混凝土箱梁結構承載力、耐久性和抗滲能力等滿足國家標準規範要求，延長自錨懸索橋混凝土箱梁結構安全運營使用壽命。節省橋樑日常養護維修費用。

套用實例

《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》的套用實例如下：

浙江省紹興市解放北路延伸工程二標段為混凝土結構自錨式懸索橋（鏡湖大橋），現澆預應力混凝土連續箱梁全長336米，未留伸縮縫、混凝土連續箱梁施工過程中和在支架擱置8個多月後，結構受力體系轉換成橋期間吊桿多次反覆張拉提吊箱梁，整個施工過程中混凝土箱梁未出現發生任何結構裂縫。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《混凝土結構自錨懸索橋施工裂縫控制施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。