第３５卷，第６期 ２ ０ １ ０年１ ２月 公 路 工 程 Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３５，Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．，２ ０ １ ０ 鄂东大桥宽幅混凝土箱梁防裂措施研究与应用 陈虎成，刘明虎，徐国平，谭 皓 （中交公路规划设计院有限公司，北京 １０００８８） ［摘要】鄂东大桥主桥为９２６ ｍ混合梁斜拉桥，边跨采用混凝土箱梁，箱梁全宽３８ Ｉｌｌ，施工期混凝土防裂问 题突出。针对该桥特点，进行了综合防裂措施研究，并应用于实践，施工期间未见不良裂缝，取得了较好的效果。 【关键词］鄂东大桥；混合梁；宽幅混凝土箱梁；防裂研究 ［中图分类号］Ｕ ４４８．２１ ３ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１６７４—０６１０（２０１０）０６—００７３—０５ Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ Ａｎｔｉ－ｃｒａｃｋｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｗｉｄｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｂｏｘ Ｇｉｒｄｅｒ ｏｆ Ｅｄｏｎｇ Ｂｒｉｄｇｅ ＣＨＥＮ Ｈｕｃｈｅｎｇ，ＬＩＵ Ｍｉｎｇｈｕ，ＸＵ Ｇｕｏｐｉｎｇ，ＴＡＮ Ｈａｏ （ＣＣＣＣ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ ＣＯ．，Ｌｔｄ．Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８８，Ｃｈｉｎａ） ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｅｄｏｎｇ Ｂｒｉｄｇｅ；Ｈｙｂｒｉｄ Ｇｉｒｄｅｒ；Ｗｉｄｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｂｏｘ Ｇｉｒｄｅｒ；Ａｎｔｉ－ｃｒａｃｋｉｎｇ ｓｔｕｄｙ 边跨混凝土梁采用支架分段逐跨现浇施工。 １ 工程概述 鄂东长江公路大桥位于湖北省黄石市与鄂州市 交界区域，是上海一成都和大庆一广州高速公路跨 单侧预应力混凝土箱梁总长２８７．５ ｒｆｌ，其中 ｌ２．５ ｍ伸入主跨。中心线处梁高３．８ ｍ，全宽 ３８．０ ｍ。标准断面顶板厚３０ ｃｍ、水平底板厚 越长江的共用通道。主桥采用九跨双塔混合梁斜拉 桥（见图１）。主梁中跨采用钢箱梁，边跨采用混凝 土箱梁，均采用分离式双箱断面。钢一混结合部设 置在中跨，距索塔１２．５ １ＴＩ。斜拉索采用平行钢丝成 品索。索塔采用混凝土倒Ｙ型塔，大直径钻孔桩基 础。中跨钢箱梁绝大部分梁段采用悬臂拼装施工； ３５ ｃｍ、斜底板厚３０ ｃｍ、中腹板厚５０ ｃｍ。索塔区顶 板、水平底板、斜底板板厚渐变为４０ ｃｍ、５０ ｃｍ，中 腹板厚渐变为６５ ｃｍ、８０ ｃｍ。过渡墩处设端横梁， 厚２．９ ｍ；辅助墩处横梁厚３．０ ｍ；索塔处横梁 ２．５ ｒｌｌ；其余非桥墩处每７．５ ｍ（特殊间距６．５ ｍ、 ６．５５ ＩＴＩ）设一道厚４５ ｃｍ的横隔梁。混凝土梁标准 图１ 鄂东大桥主桥桥型布置（单位：ｃｍ） ［收稿Ｅｌ期】２０１０—０３—２６ 【作者简介］陈虎成（１９７７一），男，河北景县人，硕士，工程师，主要从事公路桥梁设计与施工管理工作。 ７４ 公路工程 ３５卷 横断面见图２。 ３ ８Ｏ０ ３ ３ｆｉ１９１ １ ６００ １ ６００ －ｂＬｌ５ｏ ５ｈ ３５０ ，ｏ３×３７５：１ １２５ ７５ｌ６０ ７５ ３×３７５＝ｌ １２５ ３５０ ＳＱｉ Ｑ １０ｃ －１ １ Ｉ Ｉ ｌ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ１ ／ ；－４． ———一 ２｝ 醅埔枇 ％ １ｏ 沥青混凝土 ＼ 一－分隔带防撞护栏 ・ ２％————— 外例防藉｛｝藿 ｌ ／４ 、 二＝＝ ］厂ｆ ｝。 ｌ’ 、＼＼ ＼ ＝二＝＝＝／／ ６８０ ｆ ４４０ ｆ ７８０ ： ７８０ ｆ４４０ ｝ ６８０ 图２混凝土梁标准横断面（单位：ｔｉｌ１） ２ 问题的提出 顺序为自梁端至钢混结合段混凝土浇筑完毕、张拉 相应梁段的纵向预应力钢束、浇筑后浇带。 混凝土箱梁宽达３８ ｍ，采用支撑桩排架逐跨浇 方案２：横向整幅、纵向分段浇筑方案。即每跨 筑的方法施工，在温变和混凝土收缩影响下，主梁易 纵向分成３～４个施工段，跨间设置横向后浇段，后 产生裂缝；箱梁内部普通钢筋及预应力管道较密，混 浇段长度１．８ ｍ，施工段之间预应力钢束采用连接 凝土浇筑难度较大；主梁采用Ｃ５５混凝土，且横梁、 器连接，施工顺序为自梁端向钢混结合段进行每跨 外腹板（风嘴）体积较大，高强大体积混凝土的防裂 梁体的浇筑（相邻两跨的混凝土浇筑前准备工作可 问题特别突出。 以同步施工）、待相邻两跨混凝土浇筑均施工完毕 箱梁防裂措施如果处理不当，将降低结构的强 后浇筑后浇段。 度和刚度，对桥梁的承载能力、正常使用及耐久性 ３．１．２温度场分析 带来直接危害，因此，为保证结构的安全性及耐久 混凝土箱梁跨度及宽度大，箱梁属薄壁结构、面 性，避免混凝土箱梁开裂，有必要进行防裂措施的研 积大、厚度薄，但局部厚度较大，且箱梁混凝土强度 究与设计。 等级高达ｃ 、水化放热量大，产生的温度应力不容 裂缝是混凝土结构经常出现的问题，裂缝的形 忽视。 成一般分为２类：一类是由外荷载引起的裂缝，表 按照２种浇筑方案，对箱梁进行了水化热温度 示结构承载力可能不足或存在严重问题；另一类裂 场及应力场分析，计算模型见图３。 缝是由变形引起的，由于变形受到约束，在构件内 部产生自应力，超过混凝土的抗拉强度，引起混凝 土开裂¨ 。引起结构变形的因素包括温度变化、收 缩、不均匀沉降等因素 。 裂缝的产生和结构的设计计算模式、施工工艺、 图３水化热温度场及应力场分析模型 支架变位、混凝土质量及配比紧密相关。 ３ 防裂措施研究与应用 温度及应力计算从浇筑开始，模拟施工后一年 的温度应力发展，计算结果见表１（其中应力为名义 ３．１混凝土浇筑措施 拉应力），混凝土浇筑３ ｄ后箱梁应力场分布见图 ３．１．１浇筑方案 ４，计算模型考虑的因素和参数有：①混凝土表面 混凝土浇筑方案通常采用分块或分层的方式进 的保温；②箱梁侧面和内腔模板保温；③顶面覆 行。由于箱梁钢筋较多，水平分层浇筑施工缝难处 盖土工材料保温养护；④表面等效保温系数： 理，浇筑方案不做分层考虑。综合考虑梁体施工期 １ ８５０ ｋｊ／（ｍ ・ｄ・ｏＣ）；⑤混凝土导热系数： 抗裂性能及混凝土工作性能研究了两种梁体分块浇 ２５４．８３ ｋＪ／（ｍ・ｄ・ｏＣ）；⑥未计普通钢筋及预应 筑方案。 力钢束的影响；⑦根据现场实际情况，混凝土的入 方案１：横向分幅、纵向整跨浇筑方案。即箱梁 仓温度按３０℃计。 逐跨浇筑时预留桥轴线处１．６ ｍ宽的后浇带，施工 ３．１．３浇筑方案比选及温控措施 第６期 陈虎成，等：鄂东大桥宽幅混凝土箱梁防裂措施研究与应用 ７５ 相邻中腹板块体对应龄期拉应力也有所降低，但不 明显，１ ａ后应力相差较小。 底板薄块、外腹板（风嘴）块体内部３ ｄ后各龄 期最大拉应力基本没有变化，方案１对其应力没有 ｆ ａ Ｊ方案１ 明显的影响。这是由于这些部位的约束条件没有改 变，温度场没有变化，分幅浇筑不能有效解决这些部 位的温度应力问题。 综合考虑结构受力和施工难度，最终采用方案 ２，即横向整幅、纵向分段的混凝土浇筑方案。同时 图４浇筑３ ｄ后应力场（单位：ｔ／ｍ ） 为提高抗裂性能，后浇段采用了微膨胀混凝土，中腹 板和外腹板（风嘴）处块体混凝土内布置了０．３ ｍ 从表２及图４可见，采用方案１浇筑时，顶板干 间距的冷却水管。经计算，布置冷却水管后，外腹板 缩和温度收缩产生的拉应力得到了一定程度的释 （风嘴）块体内的温度峰值下降为６９．１℃，温度应 放，与方案２相比，箱梁顶板对应龄期拉应力较小， 力峰值为２．５３ ＭＰａ，２种方案的比较见表２。 表２ 混凝土浇筑方案比较表 ３．１．４混凝土浇筑工艺、养护措施 部和表面温差宜小于ｌ５℃。 ①混凝土浇筑前。 ３．２预应力张拉措施 应做好施工组织工作，确保混凝土拌合的产能， 边跨混凝土梁体配置纵向腹板束、底顶板束以 以保证在混凝土初凝前能够浇筑到预先设定的方 及横向预应力钢束；腹板内不设竖向预应力。标准 量。混凝土浇筑按桥轴线先中间后两侧对称浇筑， 断面的纵向预应力布置见图５，标准横隔板预应力 混凝土分层厚度为２５～３０ ｃｍ。支架上浇筑混凝土 布置见图６。 采用插入式振动棒，对每一部位振捣至混凝土下沉， 预应力钢束张拉顺序如下：①混凝土箱梁分 不再冒气泡、表面平坦、泛浆为止，避免漏振和过振。 节段浇筑完毕；②先期张拉部分横隔板预应力钢 ②混凝土浇筑后。 束，对标准横隔板先张拉Ｎ２；③张拉纵向腹板预应 高性能混凝土对养护的要求很高，施工时应尽 力钢束；④按横桥向由外侧向桥轴线方向对称张 量减少混凝土暴露面和暴露时间，浇筑完后应立即 拉顶底板束；⑤张拉横隔板剩余预应力及顶底板 抹平进人养护程序。防止开裂的一个重要原则是尽 横向预应力钢束。 可能保持新混凝土不失去水分，温度降低在一定范 采用上述张拉顺序的优点为：①先期张拉部 围。尽量长时间保持混凝土湿润状态，避免干缩，使 分横隔板预应力钢束，能在梁体内建立一定的横向 混凝土能够增长强度以抵抗开裂应力。严格控制拆 压应力储备，增加梁体的抗裂能力；②先张拉纵向 模时间，根据实际情况进行选择性拆模，同时要考虑 腹板钢束，后张拉顶底板钢束有利于结构的协调变 混凝土的温差不要太大，尤其在低温情况下，构件内 形，减小剪力滞效应，降低开裂风险；③顶底板预 ７６ 公路工程 ３５卷 图５ 箱梁标准断面纵向预应力布置（单位：ｅｍ） ３ ８００，２ ｌ ８００ 图６标准横隔板预应力布置（单位：ｅｍ） 应力钢束的张拉顺序和混凝土浇筑方向一致，对防 裂有利。 ３．３横隔板计算模式 根据上述计算及采用措施确保支架刚度满足，防止 混凝土箱梁产生多大变形而开裂。 表３横隔板分类及计算阶段划分 横隔板在施工过程的受力模式及结构体系转换 在计算中不容忽视，若配束计算模式与施工存在偏 差，极易引起结构开裂。而恰恰在以往工程设计过 程中通常被设计者忽视。 横隔板预应力的配置应该能满足施工过程及正 常运营的要求。箱梁横隔板根据位置、施工过程及 成桥阶段受力和支撑模式的不同，分为３种类型： ①有索区横隔板；②无索区横隔板；③墩顶横隔 板。 计算时将横隔板简化为横桥向的平面杆系进行 分析，并考虑了横隔板截面的有效翼缘分布宽度，同 时建立了空间实体模型校核平面杆系分析结果，经 验证两种计算手段基本吻合。 不同类型横隔板的施工模拟计算过程和现场施 工过程一致（见表３），计算很好地模拟了现场施工 工序，证明横隔板预应力配置是合理的。 ３．４施工支架设计 ３．５混凝土配合比试验研究与设计 混凝土裂缝和混凝土质量密切相关，本桥混凝 土箱梁由于其自身的特点，对于混凝土提出了如下 要求： ①配筋较密，预应力波纹管多，再加上采用泵 送施工，要求混凝土流动性大、坍落度损失小、可泵 性好，保水保塑性好，成型后外观质量好。 混凝土箱梁采用支撑排架法施工，并在中跨合 龙前保留部分支撑柱。支撑柱的设计要达到计算的 竖向刚度，为达到“零沉降”的目的，支撑柱采用桩 基础，桩基进入弱风化岩。支架要求按不小于１。０５ ②箱梁跨度大，采用满堂支架逐跨浇筑，一次 性方量大、浇筑时间长；箱梁宽度大，采用支架现浇 倍箱梁自重进行预压，以消除非弹性变形。 边跨排架陆上部分采用钻孔灌注桩基础，水中 部分采用钢管桩基础。根据全桥总体静力分析的结 果，确定排架的各主要杆件选型，纵向布置见图７。 时，在温变和混凝土收缩影响下，箱梁易产生裂缝， 要求混凝土具有良好的性能。 ③箱梁为预应力混凝土结构，长度与断面尺寸 大，承受弯拉荷载、弯压荷载和动荷载（疲劳荷载）， 第６期 陈虎成，等：鄂东大桥宽幅混凝土箱梁防裂措施研究与应用 ７７ 图７边跨支架纵向布置 受力模式复杂，要求混凝土强度高、刚度好，收缩和 徐变小，以减少预应力损失。 与耐久性研究”的专题 ，针对箱梁不同部位对混 凝土工作性及物理力学性能指标的要求，经试验研 根据上述特点，本桥专门进行了“超大跨径混 合梁斜拉桥边跨ＰＣ箱梁及钢混结合段砼防裂技术 究，推荐的混凝土配合比见表４～表６。 表４箱梁Ｃ 高性能混凝土配合比 混凝土原材料用量／（ｋｇ・ｍＩ３） 水泥粉煤灰膨胀剂 水 砂 碎石配合比设计参数 纤维聚丙烯 减水剂掺量／％ 胶材用量／（ｋｇ・ｍ ）水胶比 粉煤灰与膨胀剂掺量／％ 混凝土原材料用量／（ｋｇ・ｍＩ３） 配合比设计参数 塑 燮 些 型 ３８２．５ ７６．５ ５１ １６３ 壁互 ７５０ ｌ ０３４ 型堡量 １．２一１．３５ 壁竖堑 ！ ： ：： ５ｌＯ 壁 ０．３２ 皇 ４２ 塑 皇些些型堡量 ｌ５＋ｌ０ ４ 结语 鄂东大桥主桥混凝土箱梁宽达３８ ｍ，采用支撑 桩排架逐跨浇筑的方法施工，在温变和混凝土收缩 力钢束； ④进行了特殊的施工支架设计，提出了严格的 支撑柱竖向刚度要求和拆除时机要求； ⑤进行了箱梁一般部位、钢混结合段、后浇段 等不同位置混凝土的配合比试验研究与设计。 影响下，主梁易产生裂缝；箱梁采用ｃ 混凝土，且横 梁、外腹板体积较大，高强大体积混凝土的防裂问题 特别突出。为此，特别进行了宽幅混凝土箱梁的综 【参考文献］ ［１］ 洪显诚，刘志英．预应力混凝土箱形薄壁结构裂缝成因分析及 处治［Ｊ］．公路，２００１，４９—５１． 合防裂措施研究与设计，并应用于实践，施工期间未 见不良裂缝，取得了较好的效果，包括以下几点： ①采用了横向整幅、纵向分段并设置后浇段的 混凝土梁浇筑方案，采取了温控措施； ②对箱梁预应力钢束的张拉时机和顺序进行 了研究，提出了合理可行的张拉顺序； ③按照不同位置的横隔板受力模式，真实模拟 ［２］赵付安．大体积混凝土施工防裂措施研究［Ｊ］．山西建筑， ２００８，３４（１５）：１４８—１４９． ［３］ 查进．超大跨径混合梁斜拉桥宽箱梁高性能混凝土防裂技 术与耐久性研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２００８． ［４］ 程黛莱．大体积混凝土防裂施工技术措施的探讨［Ｊ］．湖南交 通科技，２００２，２８（２）：６２—６３． 施工过程，分别采用平面杆系程序和空间结果分析 手段，对横隔板进行了计算分析，配置了合理的预应 ［５］ 邓志恒，罗志佳，林 俊．竖向预应力损失对箱梁腹板裂缝影 响分析［Ｊ］．公路工程，２００７，３２（６）：１９—２２．
