高速铁路混凝土箱梁施工裂纹分析及控制

高速铁路混凝土箱梁施工裂纹分析及控制

师保磊

师保磊

中铁十一局集团桥梁有限公司江西省鹰潭市335000

摘要：高速铁路桥梁设计大多为简支箱梁，每孔梁一次浇筑成型。施工中为了克服大体积混凝土施工的困难，从混凝土原材料选择、配合比优化设计、施工过程控制、养护阶段温度控制等方面采取措施，确保混凝土无明显施工裂缝，满足了客运专线桥梁混凝土的耐久性要求。

关键词：高速铁路；混凝土；箱梁施工；裂纹控制

引言

高速铁路桥梁除了具有足够的竖向和横向刚度、良好的扭转刚度和严格的后向徐变形限制外，还需要严格控制混凝土裂缝，以确保结构满足100年使用周期的耐久性要求。甬台温客运专线作为我国较早设计修建的客运专线，大量采用预应力混凝土箱梁。根据普通铁路桥梁施工的经验，预应力混凝土在屋面、腹板和底板上，预应力混凝土在屋面、腹板和底板上。在横隔膜和牙体中容易出现各种裂纹。如果这一现象出现在高标准客运专线桥梁上，将严重影响混凝土的耐久性，严重影响结构的强度和刚度，进而影响高速列车的安全运行。因此，有必要分析预应力混凝土箱梁裂缝产生的原因，采取有效措施控制裂缝，以保证高速铁路桥梁的安全性和耐久性。

1.工程概况

某段高速铁路TJ-7标北票制梁场供梁区间：DK455+855.15-DK491+911.64（即TJ-7标起止里程），梁场布置于DK478+500处，位于正线左侧。梁场预制箱梁565榀，最大运输距离及架设数量：往某个方向22.64km，架设329榀；往另外一个方向13.41km，架设236榀。梁场布置方式为搬运+提梁，场内采用一台900t轮胎式移梁机和两台900t运架一体机通过运梁通道上桥的作业方式。梁场共设9个制梁台座，70个存梁台座和1个静载试验台，4组顶板和底腹板绑扎胎具，设计日生产能力为2榀，制梁有效工期为8个月。32m梁全长32.6m，跨度31.5m；24m梁全长24.6m，跨度23.5m。箱梁截面类型为单箱单室简支箱梁，梁体混凝土强度设计为C50级，预应力筋采用高强度低松弛钢绞线，锚固体系采用自锚式拉丝体系，管道形成采用橡胶棒成孔。

2.裂纹成因分析

混凝土和其他产品一样，其质量受到各种因素的影响和制约，混凝土裂纹产生的原因。

2.1混凝土收缩徐变的影响

由于温度和湿度的变化，混凝土的体积会发生变化。当混凝土收缩时，钢筋承受压力，阻碍混凝土部分的收缩和变形，使混凝土承受拉力。长期以来，混凝土的徐变逐渐增加，徐变越大，就会引起结构的附加内力。徐变对结构的作用显著，从混凝土浇筑到预应力仅需3～5天。每个部分的应力形式是不同的。混凝土徐变引起的应力容易出现收缩裂缝。

2.2温度的影响

在自然环境下的混凝土结构中，由于混凝土的导热性能差，在结构中形成了较大的温度。由此产生的温度变形将导致相当大的温度应力。温度应力可达到甚至超过活载应力。由于散热条件不一致，大体积混凝土内外温差过大。当温度应力超过混凝土的极限拉应力时，就会出现裂缝。箱梁腹板裂缝宽度夏季大于冬季，与结构温度应力有关。

2.3混凝土自收缩

由于粉煤灰、矿粉等外加剂的减水效果和聚羧酸减水剂的应用，混凝土配合比耗水量较低，导致混凝土中游离水含量较低。混凝土水化速度快，二次水化速度快。随着水化的不断进行，孔隙和毛细血管中的水逐渐被吸收，形成新的空隙，水泥浆体的内部相对湿度也随之降低。毛细孔隙水在饱和状态下趋于不饱和，毛细管内的液体表面形成弯曲的液体表面，形成毛细管孔压，使水泥石在负压下自收缩。当混凝土的自收缩应力超过混凝土的强度时，混凝土的自收缩应力超过混凝土的强度。出现收缩裂缝。

2.3养护条件

养护是使混凝土正常硬化的重要手段，对裂缝的产生有着关键的影响。混凝土在标准养护条件下不会开裂，但只适用于混凝土试件或预制构件的生产，难以满足现场施工的标准养护条件。但是，应强调的是，现场混凝土养护的湿度和温度越接近，裂缝的可能性就越小。

3.高速铁路混凝土箱梁施工建议

1）选择混凝土不同用料。在施工阶段应进行不同季节的混合试验，特别是在冬季、夏季两季。在保证混凝土质量的前提下，控制水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂等原材料的选择。应特别注意水泥的比表面积、C3A和C3S的含量，以及适当调整单向混凝土中水泥用量。减少水泥用量，增加外加剂用量，可以解决混凝土水化热过大、升温快的问题。

2）控制混凝土入模温度。控制混凝土喷射温度的主要措施是控制各种成分的混合温度，如加冰、延长水泥的贮存时间等。在水中加入冰以降低混合水温时，应根据池水的混合水量、混合水的温度和所需温度计算实际冰耗，冰的融化焓为335J/g。降低水泥温度的唯一途径是延长水泥的贮存时间，增加存放水泥的储罐数量，因此，从梁场的施工一开始，就应根据当地的气候条件而定。混凝土供应等综合考虑混凝土搅拌站水泥罐的设计。

3）控制混凝土内外温差。当局部温度急剧下降时，混凝土内部与表面的温差、表面与环境的温差以及梁的核心混凝土与表面混凝土的温差应得到加强。箱梁腹板表面混凝土与环境及内外混凝土温差的控制。在实施养护措施的过程中，应适当调整，在箱梁内部通风和预应力渠道循环注水的同时，进一步采取混凝土表面保温措施，提高混凝土养护的环境温度，减少混凝土的内表面。箱梁表面与环境的温差降低了由温差引起的热应力，保证了箱梁的整体质量。

4）测温方案箱梁28个测温点按其用途成5类（见图1），①#点测试混凝土表面温度；②#点测试环境介质温度；③#、④#点测试箱梁腹板内、外侧温度；⑤#点测试混凝土芯部温度。表面温度采用水银温度计进行量测，芯部温度采用预埋热敏电阻温度探头进行量测，环境温度采用红外线测温仪进行量测。根据经验，大体积混凝土的温差变化在1～72h内波动最大，因此在这段时间现场值班应不间断测量，测试频率为每6h一次，测试时要求记录以下数据：混凝土入模温度；每次测温时间，各测点温度值；各部位保温材料的覆盖和去除时间；浇水养护或恢复保温时间；异常情况如雨、风等发生的时间。

图1测温点布置

4.结束语

总之，在高速铁路建设中，采用预制箱梁施工技术可以使箱梁生产工艺和施工管理在传统基础上不断改进。在新技术、新设备的基础上，可以最大限度地改善传统工艺中工程质量问题的现象，从而保证工程质量。

参考文献：

[1]张志华，高自茂.高速铁路双线整孔预制箱梁架桥机设计方案探讨[J]铁道标准设计，2004，（5）：1-4.

[2]曹硕.浅谈高铁桥梁箱梁施工技术及质量控制要点[J].江西建材，2015，（1）：200-200，202.

[3]唐维军，王石刚，侯成仁等.高速铁路预制箱梁内模设计与制造[J].机械设计与制造，2010，（3）：23-25.