浅谈钢管混凝土系杆拱拱脚裂缝控制措施

打开文本图片集

摘   要：下承式钢管混凝土系杆拱桥的拱脚较易产生裂缝，形成质量通病。文章就钢管拱桥拱脚裂缝设计、施工环节产生原因进行分析，结合施工过程对钢管拱桥拱脚裂缝的控制措施提出相关建议，希望对类似的下承式钢管混凝土系杆拱桥拱脚裂缝问题在设计及施工过程中提供借鉴和参考。

关键词：钢管拱桥;拱脚;裂缝控制

1    工程概况

王庄大桥孔跨布置：4×20+82+4×20 m，桥梁全长246.28 m，宽度为13.0 m。主桥为下承式预应力混凝土系杆拱桥，主桥长为82 m。拱肋采用哑铃型钢管混凝土截面，每个钢管外径85 cm，拱肋高为200 cm，钢管及腹板壁厚14 mm，钢管内充C40自密实补偿收缩混凝土。王庄大桥整体结构如图1所示。

2    拱脚裂缝原因分析

（1）钢管拱肋成拱方法有多种，拱脚部分的构造和受力特征基本相同。在外荷载作用下，应力计算表明拱脚开裂区域没有明显的拉压力，应结合钢管拱施工工艺寻找原因。

（2）为保证钢管拱拱肋内混凝土的密实度，设计文件要求泵送压注钢管拱肋混凝土为免振、早强、缓凝、低水化热、高流动性并能补偿收缩的微膨胀混凝土，拌制混凝土时加入一定量的微膨胀剂及高效减水剂，采用从拱脚向拱顶、自下而上的泵送灌注工艺。

（3）拱肋在泵送灌注时，在拱脚附近开孔，为克服混凝土自重及阻力，施工泵送灌注压力会超过2 MPa，有时会达到5 MPa，拱肋内部的混凝土对拱肋产生压力，这个压力导致了裂缝的产生。

（4）拱肋直径增大挤压钢管外侧混凝土，使得拱脚侧面混凝土产生拉应力，当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，拱脚侧面最薄弱部位先开裂，裂缝位置和开裂时间与工程实际相吻合，是施工时拱脚开裂的主要原因。

（5）由于微膨胀剂作用，拱肋内部的混凝土膨胀同样就对钢管拱拱肋产生大的压力，使得拱脚侧面混凝土产生拉力，是施工完成后，拱脚开裂的主要原因。

（6）混凝土干縮，也会对拱脚外侧的混凝土产生一定的拉应力，拱脚处钢管与混凝土之间是点面接触，相互间的黏结力较为薄弱，也是混凝土外侧开裂产生原因之一。此外在荷载作用及环境温度变化时，混凝土与钢管刚度不同，变形存在一定的差异，也对拱脚开裂有一定影响。

3    拱脚裂缝防治措施

（1）加厚预埋段钢管壁厚，拱肋中增设对拉加强钢板，将钢管上下焊接连成整体，提高径向刚度，可以有效减小钢管对拱脚混凝土的挤压，在同样泵压下可以有效减小钢管拱拱脚侧面混凝土拉应力，实验表明效果明显（见图2）。

（2）适当加大拱肋顶部的排气孔，保持泵送灌注压力的均匀，清理拱肋内部杂物，可以降低施工阶段拱脚侧面混凝土的拉应力。

（3）优化砼配比设计，使得混凝土的收缩变形与微膨胀剂作用尽可能相互抵消，这样可以使拱肋内部混凝土膨胀对钢管拱拱肋压力减小，避免拱脚裂缝的产生。

（4）“隔仓法”或“分仓法”，拱脚施工时，在高出拱脚顶面50～100 cm处提前浇注混凝土，也可将较长的钢管拱肋分隔成两个仓，分段浇注。这样拱肋泵送灌注时，泵送压注及微膨胀混凝土过程产生的压力就不会影响拱脚混凝土，从而降低拱肋混凝土压注过程和后期混凝土微膨胀对拱脚混凝土产生的拉应力。

（5）在拱脚钢管预砼段顶部及侧面开孔。开孔间距和直径可根据钢管直径合理取值，一般情况开孔间距宜50～60 cm，直径10～15 cm。孔口可以作为砼下料及振捣孔，保证钢管及腹腔内混凝土的振捣密实，也有利于释放泵送灌注和混凝土膨胀过程中的压力，降低对拱肋造成的压力。

（6）适当加大拱脚厚度，钢管拱扩张时可以减少拱脚预砼应力，减少混凝土的开裂概率。

（7）系梁拱脚段钢筋一般多而密，安装钢筋时要与设计部门联系，适当调整钢筋间距，留出混凝土入仓通道及混凝土振捣棒振动通道。

钢筋模板全部施工完成后，经自检及监理工程师检测合格后，开始浇筑拱脚，端横梁混凝土，浇筑时应控制浇筑速度，控制好混凝土坍落度、和易性等技术指标。由于拱脚混凝土一次浇筑高度过高，在浇筑时应分层浇筑，避免由于浇筑过快造成模板变形的情况发生。待混凝土强度达到10 MPa后，方可拆除侧模，待混凝土强度达到90%设计强度，并且张拉后，端横梁模板才可以拆除。砼面层需二次压实、二次收面，砼终凝后及时用土工布覆盖，并洒水养生，并对湿接头两侧砼面进行打毛处理。

4    结语

本文分析了钢管混凝土系杆拱拱脚裂缝形成的原因，同时也提供了几个解决方案。钢管混凝土系杆拱拱脚裂缝问题不容小觑，因此，研究更好的方法防止钢管混凝土系杆拱拱脚裂缝问题刻不容缓。