薄壁空心墩因其结构简单，受力稳定，同时能有效节省材料，降低自身自重，是目前公路桥梁高墩设计中广泛采用的一种形式。但在建造过程中，往往因为没有采取预防措施或采取措施不力导致薄壁空心墩根部出现不同程度的裂缝现象，严重影响了桥梁混凝土结构的整体性和耐久性。可见如何防止根部出现裂缝是保证薄壁空心墩质量的重要内容，以下结合西安至铜川高速公路改扩建工程XTK-S2合同段赵氏河大桥施工情况，谈谈薄壁空心高墩根部裂缝出现原因及预防处理措施。
1.工程概况
西安至铜川高速公路改扩建工程XTK-S2合同段K54+205赵氏河大桥全长806米，桥梁孔跨结构为20+（4*40）+2*（3*40）+4*（4*20）+（3*20）米，其中2#—10#墩为薄壁空心墩，墩高25～47.2m，下实心段1.5米，墩顶实心段0.5米，上端和下端分别设置4.0米及2.5米的过渡段，墩身箱型截面尺寸为3m（顺桥向）×9 m（横桥向），壁厚0.6m。薄壁空心墩全部采用翻模法施工，承台顶第一施工段高度6.75米（即1.5米实心段和5.25米空心段一次浇筑完成，主要为保证混凝土外观一致。），其余施工段混凝土浇筑高度均为4.5米。混凝土采用HB60C输送泵垂直输送入模。混凝土养护第一施工段采用覆盖洒水养生，其他上部节段采用半自动喷淋洒水养护。
全桥首个浇筑的8#墩在第一施工段混凝土完成5天后发现墩身横桥向（长边方向）的两个侧面靠近墩身中线处出现裂缝，一面2条，另一面3条，裂缝从承台顶面向上延伸，缝长最长达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天发现墩身横桥向的两侧面靠近墩身中线处各出现2条裂缝，裂缝从承台顶面向上延伸，缝长最长达0.75m。裂缝宽度都在0.15—0.20mm，裂缝竖直。
2.薄壁空心墩根部裂缝成因
经过施工人员充分地讨论分析，并查阅相关资料，认为薄壁空心墩根部裂缝产生主要有以下几个原因：
(1)墩身实心段浇筑体积较大，混凝土硬化初期水泥水化放出较多的热量，混凝土又是热的不良导体，散热较慢，因此在混凝土内部温度较外部高，这将使内部混凝土的体积产生较大膨胀，而外部混凝土却随气温降低而收缩，内部膨胀和外部收缩互相制约，外表混凝土中将产生很大拉应力，这种温度拉应力最大值出现在墩身实心段中心部位，当拉应力超过能承受的最大拉应力时混凝土将产生裂缝。
(2)在浇筑墩身第一节段混凝土时，下部承台已经完成了水化热耗散过程，达到足够的强度，对墩身产生约束作用，限制了墩身混凝土的散热收缩过程。墩身浇筑在混凝土承台上，水化热使内部升温，在承台约束下产生压应力，后来经过恒温后降温，混凝土收缩，在承台约束下产生拉应力。由于降温时混凝土的弹性模量较高，在混凝土内除抵消升温时的压应力外，建立了较高的拉应力，导致混凝土开裂。
(3) 混凝土浇注完后养护不力，环境相对湿度较低时，则会失水形成干燥收缩裂缝。
(4)由于墩身和承台混凝土存在龄期差，其水灰比和坍落度也不一样，其收缩徐变必然不一致，在墩身根部就容易产生裂纹。
3.墩身裂缝控制措施
混凝土开裂原因复杂，一般与使用的材料、施工温度、气候、施工工艺有密切的关系，存在一定的随机性。因此必须采取防裂措施才能防止墩身裂缝的产生。
(1)精心做好混凝土配合比的设计工作，采用掺高效缓凝减水剂及粉煤灰的“双掺技术”。在混凝土中掺人优质粉煤灰取代部分水泥，以降低水化热；在混凝土中掺用高效减水剂，延长混凝土可重塑时间，满足混凝土设计强度，延缓水泥水化热峰值出现的时间。通过多次试配，在本工程中采用亲和性较好的秦岭牌P.0 42.5水泥，西安紫云ZY一PCE缓凝高效减水剂，具体配比为（C30混凝土）水泥：砂：碎石：水：粉煤灰：外加剂=322：811：1121：180：48：3.22。
(2)加强原材料的质量控制，采用符合规范、质地坚硬、级配良好的碎石，并严格控制含泥量、针片状颗粒含量及最大粒径。
(3)承台施工完成后，应尽快进行墩身混凝土施工，尽可能减少承台与墩身混凝土龄期差，因为承台与墩身的共同收缩，对墩身拉应力的减小有一定作用，可以减少墩身根部裂缝产生的几率。
(4)在墩身第一施工节段承台顶以上4m高度范围内钢筋外侧与模板间设置直径Φ3 mm、网格100 mm×100mm的抗裂网，净保护层厚度10mm，以提高墩身混凝土表面抗裂能力。
(5)为降低混凝土水化热的影响，在实体段增设冷却管，按大体积混凝土施工控制。冷却水管网按照冷却水由热中心区流向边缘区的原则分层分区布置。
(6)浇筑墩身第一节段混凝土时调整配合比，降低坍落度，以减小混凝土的收缩和徐变。混凝土采用吊斗至串筒均匀入模，浇筑过程中采用分层连续浇注，分层厚度为30cm，分层浇注时间不得超过混凝土初凝时间。振捣采用插入式振捣棒进行，插入下层混凝土5～10cm， 振捣棒快插慢拔，防止漏振和过振，确保混凝土振捣密实。
(7)采取措施控制混凝土的入模温度。混凝土夏季最高入模温度控制在30℃以下，选择室外气温较低时浇筑混凝土，浇注前对模板进行浇水降温处理，以降低混凝土人模温度，防止其与混凝土凝固时产生的水化热叠加。混凝土冬季最低入模温度控制在lO℃，选择室外气温较高时浇筑混凝土。
(8)延长墩身第一节段脱模时间，混凝土脱模强度应达到100％，脱模龄期不宜小于7天。
(9)加强混凝土早期养生，提高混凝土的养生效果，对防止出现早期收缩裂缝有很重要的意义。混凝土浇注完成后必须及时采取措施养护，未拆模时采用土工布覆盖顶面混凝土，并连续洒水保湿，拆模后立即用土工布包裹新浇注的混凝土，对其进行持续喷水保湿养生，养生时间不少于14 d。当昼夜平均气温＜5℃，最低温度＜-3℃时，按冬季施工要求进行养护。
4.结语
赵氏河大桥剩余的七个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开裂现象。对于前期出现裂缝的两个墩身，通过检测，裂缝宽度＜0.2mm，深度＜5mm，采用铁科院TZ型封缝胶和环氧树脂进行了封闭，经检测满足设计和规范要求。
薄壁空心墩根部裂缝的产生与混凝土硬化过程中的性质及混凝土施工工艺、养护方法以及墩身自身结构特点等有关，其中混凝土温差变形以及承台的约束作用是产生裂缝的最主要原因。
实践证明，施工阶段采用双掺技术优化配合比，混凝土中埋设冷却水管、混凝土表层设置抗裂网，加强混凝土入模温度控制、加强混凝土养护工作，都是预防空心墩根部出现裂缝的有效途径。施工中根据实际情况综合采用以上措施，裂缝是完全可以避免的。 |
