薄壁空心墩因其結構簡單，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防措施或采取措施不力導致薄壁空心墩根部出現(xiàn)不同程度的裂縫現(xiàn)象，嚴重影響了橋梁混凝土結構的整體性和耐久性。可見如何防止根部出現(xiàn)裂縫是保證薄壁空心墩質量的重要內容，以下結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，談談薄壁空心高墩根部裂縫出現(xiàn)原因及預防處理措施。
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，橋梁孔跨結構為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。
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，并查閱相關資料，認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體，散熱較慢，因此在混凝土內部溫度較外部高，這將使內部混凝土的體積產(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)生很大拉應力，這種溫度拉應力最大值出現(xiàn)在墩身實心段中心部位，當拉應力超過能承受的最大拉應力時混凝土將產(chǎn)生裂縫。
(2)在澆筑墩身第一節(jié)段混凝土時，下部承臺已經(jīng)完成了水化熱耗散過程，達到足夠的強度，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，水化熱使內部升溫，在承臺約束下產(chǎn)生壓應力，后來經(jīng)過恒溫后降溫，混凝土收縮，在承臺約束下產(chǎn)生拉應力。由于降溫時混凝土的彈性模量較高，在混凝土內除抵消升溫時的壓應力外，建立了較高的拉應力，導致混凝土開裂。
(3) 混凝土澆注完后養(yǎng)護不力，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
混凝土開裂原因復雜，一般與使用的材料、施工溫度、氣候、施工工藝有密切的關系，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計工作，采用摻高效緩凝減水劑及粉煤灰的“雙摻技術”。在混凝土中摻人優(yōu)質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)加強原材料的質量控制，采用符合規(guī)范、質地堅硬、級配良好的碎石，并嚴格控制含泥量、針片狀顆粒含量及最大粒徑。
(3)承臺施工完成后，應盡快進行墩身混凝土施工，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高度范圍內鋼筋外側與模板間設置直徑Φ3 mm、網(wǎng)格100 mm×100mm的抗裂網(wǎng)，凈保護層厚度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)段混凝土時調整配合比，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，混凝土脫模強度應達到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，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，對其進行持續(xù)噴水保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生時間不少于14 d。當晝夜平均氣溫＜5℃，最低溫度＜-3℃時，按冬季施工要求進行養(yǎng)護。
4.結語
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)氧樹脂進行了封閉，經(jīng)檢測滿足設計和規(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及混凝土施工工藝、養(yǎng)護方法以及墩身自身結構特點等有關，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優(yōu)化配合比，混凝土中埋設冷卻水管、混凝土表層設置抗裂網(wǎng)，加強混凝土入模溫度控制、加強混凝土養(yǎng)護工作，都是預防空心墩根部出現(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。