薄壁空心墩因其結(jié)構(gòu)簡單，受力穩(wěn)定，同時能有效節(jié)省材料，降低自身自重，是目前公路橋梁高墩設(shè)計中廣泛采用的一種形式。但在建造過程中，往往因為沒有采取預(yù)防措施或采取措施不力導(dǎo)致薄壁空心墩根部出現(xiàn)不同程度的裂縫現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。可見如何防止根部出現(xiàn)裂縫是保證薄壁空心墩質(zhì)量的重要內(nèi)容，以下結(jié)合西安至銅川高速公路改擴建工程XTK-S2合同段趙氏河大橋施工情況，談?wù)劚”诳招母叨崭苛芽p出現(xiàn)原因及預(yù)防處理措施。
1.工程概況
西安至銅川高速公路改擴建工程XTK-S2合同段K54+205趙氏河大橋全長806米，橋梁孔跨結(jié)構(gòu)為20+（4*40）+2*（3*40）+4*（4*20）+（3*20）米，其中2#—10#墩為薄壁空心墩，墩高25～47.2m，下實心段1.5米，墩頂實心段0.5米，上端和下端分別設(shè)置4.0米及2.5米的過渡段，墩身箱型截面尺寸為3m（順橋向）×9 m（橫橋向），壁厚0.6m。薄壁空心墩全部采用翻模法施工，承臺頂?shù)谝皇┕ざ胃叨?.75米（即1.5米實心段和5.25米空心段一次澆筑完成，主要為保證混凝土外觀一致。），其余施工段混凝土澆筑高度均為4.5米。混凝土采用HB60C輸送泵垂直輸送入模。混凝土養(yǎng)護(hù)第一施工段采用覆蓋灑水養(yǎng)生，其他上部節(jié)段采用半自動噴淋灑水養(yǎng)護(hù)。
全橋首個澆筑的8#墩在第一施工段混凝土完成5天后發(fā)現(xiàn)墩身橫橋向（長邊方向）的兩個側(cè)面靠近墩身中線處出現(xiàn)裂縫，一面2條，另一面3條，裂縫從承臺頂面向上延伸，縫長最長達(dá)0.9 m。三天后施工的9#墩在第一施工段混凝土完成后第4天發(fā)現(xiàn)墩身橫橋向的兩側(cè)面靠近墩身中線處各出現(xiàn)2條裂縫，裂縫從承臺頂面向上延伸，縫長最長達(dá)0.75m。裂縫寬度都在0.15—0.20mm，裂縫豎直。
2.薄壁空心墩根部裂縫成因
經(jīng)過施工人員充分地討論分析，并查閱相關(guān)資料，認(rèn)為薄壁空心墩根部裂縫產(chǎn)生主要有以下幾個原因：
(1)墩身實心段澆筑體積較大，混凝土硬化初期水泥水化放出較多的熱量，混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，散熱較慢，因此在混凝土內(nèi)部溫度較外部高，這將使內(nèi)部混凝土的體積產(chǎn)生較大膨脹，而外部混凝土卻隨氣溫降低而收縮，內(nèi)部膨脹和外部收縮互相制約，外表混凝土中將產(chǎn)生很大拉應(yīng)力，這種溫度拉應(yīng)力最大值出現(xiàn)在墩身實心段中心部位，當(dāng)拉應(yīng)力超過能承受的最大拉應(yīng)力時混凝土將產(chǎn)生裂縫。
(2)在澆筑墩身第一節(jié)段混凝土?xí)r，下部承臺已經(jīng)完成了水化熱耗散過程，達(dá)到足夠的強度，對墩身產(chǎn)生約束作用，限制了墩身混凝土的散熱收縮過程。墩身澆筑在混凝土承臺上，水化熱使內(nèi)部升溫，在承臺約束下產(chǎn)生壓應(yīng)力，后來經(jīng)過恒溫后降溫，混凝土收縮，在承臺約束下產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于降溫時混凝土的彈性模量較高，在混凝土內(nèi)除抵消升溫時的壓應(yīng)力外，建立了較高的拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂。
(3) 混凝土澆注完后養(yǎng)護(hù)不力，環(huán)境相對濕度較低時，則會失水形成干燥收縮裂縫。
(4)由于墩身和承臺混凝土存在齡期差，其水灰比和坍落度也不一樣，其收縮徐變必然不一致，在墩身根部就容易產(chǎn)生裂紋。
3.墩身裂縫控制措施
混凝土開裂原因復(fù)雜，一般與使用的材料、施工溫度、氣候、施工工藝有密切的關(guān)系，存在一定的隨機性。因此必須采取防裂措施才能防止墩身裂縫的產(chǎn)生。
(1)精心做好混凝土配合比的設(shè)計工作，采用摻高效緩凝減水劑及粉煤灰的“雙摻技術(shù)”。在混凝土中摻人優(yōu)質(zhì)粉煤灰取代部分水泥，以降低水化熱；在混凝土中摻用高效減水劑，延長混凝土可重塑時間，滿足混凝土設(shè)計強度，延緩水泥水化熱峰值出現(xiàn)的時間。通過多次試配，在本工程中采用親和性較好的秦嶺牌P.0 42.5水泥，西安紫云ZY一PCE緩凝高效減水劑，具體配比為（C30混凝土）水泥：砂：碎石：水：粉煤灰：外加劑=322：811：1121：180：48：3.22。
(2)加強原材料的質(zhì)量控制，采用符合規(guī)范、質(zhì)地堅硬、級配良好的碎石，并嚴(yán)格控制含泥量、針片狀顆粒含量及最大粒徑。
(3)承臺施工完成后，應(yīng)盡快進(jìn)行墩身混凝土施工，盡可能減少承臺與墩身混凝土齡期差，因為承臺與墩身的共同收縮，對墩身拉應(yīng)力的減小有一定作用，可以減少墩身根部裂縫產(chǎn)生的幾率。
(4)在墩身第一施工節(jié)段承臺頂以上4m高度范圍內(nèi)鋼筋外側(cè)與模板間設(shè)置直徑Φ3 mm、網(wǎng)格100 mm×100mm的抗裂網(wǎng)，凈保護(hù)層厚度10mm，以提高墩身混凝土表面抗裂能力。
(5)為降低混凝土水化熱的影響，在實體段增設(shè)冷卻管，按大體積混凝土施工控制。冷卻水管網(wǎng)按照冷卻水由熱中心區(qū)流向邊緣區(qū)的原則分層分區(qū)布置。
(6)澆筑墩身第一節(jié)段混凝土?xí)r調(diào)整配合比，降低坍落度，以減小混凝土的收縮和徐變。混凝土采用吊斗至串筒均勻入模，澆筑過程中采用分層連續(xù)澆注，分層厚度為30cm，分層澆注時間不得超過混凝土初凝時間。振搗采用插入式振搗棒進(jìn)行，插入下層混凝土5～10cm， 振搗棒快插慢拔，防止漏振和過振，確保混凝土振搗密實。
(7)采取措施控制混凝土的入模溫度。混凝土夏季最高入模溫度控制在30℃以下，選擇室外氣溫較低時澆筑混凝土，澆注前對模板進(jìn)行澆水降溫處理，以降低混凝土人模溫度，防止其與混凝土凝固時產(chǎn)生的水化熱疊加。混凝土冬季最低入模溫度控制在lO℃，選擇室外氣溫較高時澆筑混凝土。
(8)延長墩身第一節(jié)段脫模時間，混凝土脫模強度應(yīng)達(dá)到100％，脫模齡期不宜小于7天。
(9)加強混凝土早期養(yǎng)生，提高混凝土的養(yǎng)生效果，對防止出現(xiàn)早期收縮裂縫有很重要的意義。混凝土澆注完成后必須及時采取措施養(yǎng)護(hù)，未拆模時采用土工布覆蓋頂面混凝土，并連續(xù)灑水保濕，拆模后立即用土工布包裹新澆注的混凝土，對其進(jìn)行持續(xù)噴水保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生時間不少于14 d。當(dāng)晝夜平均氣溫＜5℃，最低溫度＜-3℃時，按冬季施工要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
4.結(jié)語
趙氏河大橋剩余的七個空心墩在施工中采取以上措施后，有效控制了空心墩根部混凝土開裂現(xiàn)象。對于前期出現(xiàn)裂縫的兩個墩身，通過檢測，裂縫寬度＜0.2mm，深度＜5mm，采用鐵科院TZ型封縫膠和環(huán)氧樹脂進(jìn)行了封閉，經(jīng)檢測滿足設(shè)計和規(guī)范要求。
薄壁空心墩根部裂縫的產(chǎn)生與混凝土硬化過程中的性質(zhì)及混凝土施工工藝、養(yǎng)護(hù)方法以及墩身自身結(jié)構(gòu)特點等有關(guān)，其中混凝土溫差變形以及承臺的約束作用是產(chǎn)生裂縫的最主要原因。
實踐證明，施工階段采用雙摻技術(shù)優(yōu)化配合比，混凝土中埋設(shè)冷卻水管、混凝土表層設(shè)置抗裂網(wǎng)，加強混凝土入模溫度控制、加強混凝土養(yǎng)護(hù)工作，都是預(yù)防空心墩根部出現(xiàn)裂縫的有效途徑。施工中根據(jù)實際情況綜合采用以上措施，裂縫是完全可以避免的。