連續(xù)箱梁底板頂板崩裂成因分析及處理

摘 要：文章以某工程預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁頂板、底板砼崩裂為例，對(duì)該類缺陷的形成原因進(jìn)行分析，并對(duì)處理方法與結(jié)果進(jìn)行探討，可為今后類似橋梁的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：連續(xù)箱梁；砼崩裂；原因分析；處理

中圖分類號(hào)：U448.213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）20-0134-04

近年來，隨著交通工程建設(shè)項(xiàng)目的增多，預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁以施工方便、結(jié)構(gòu)剛度大、跨度大、變形小、行車舒適、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)越來越多的應(yīng)用于公路橋梁中。但該類橋梁的施工缺陷也逐漸暴露出來。本文以預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁邊跨、中跨合龍段施工完成后，由于底板、頂板縱向預(yù)應(yīng)力筋線型欠順適，預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中，合龍段附近節(jié)段箱梁底板、頂板分別出現(xiàn)表面砼局部崩裂為例，簡(jiǎn)述采用放松相關(guān)預(yù)應(yīng)力束后，修補(bǔ)崩裂處，重新張拉預(yù)應(yīng)力束的處理措施，處理后經(jīng)運(yùn)營(yíng)期觀測(cè)達(dá)到了預(yù)期效果，可為今后類似橋梁的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒。

1 工程概況

某橋梁總長(zhǎng)447 m，全橋孔徑布置為:2×30 m +72 m +120 m +72 m +4×30 m。主橋采用72 m +120 m +72 m的預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁。主橋上部結(jié)構(gòu)變截面連續(xù)箱梁根部（中支點(diǎn)）梁高7.0 m，跨中梁高3.1 m，梁底曲線采用二次拋物線。箱梁采用單箱單室直腹板斷面，頂寬12 m，底寬6 m，懸臂長(zhǎng)3 m，頂板厚28 cm，底板厚32-100cm，腹板厚50-70 cm。箱梁設(shè)縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力，頂板、底板、腹板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用Φs15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1 860 MPa，縱向預(yù)應(yīng)力束錨具采用ZKYM15-19及15型；頂板橫向預(yù)應(yīng)力束扁錨體系（BM15-4）配以扁平波紋管成孔；腹板豎向預(yù)應(yīng)力束采用直徑32 mm的精軋螺紋粗鋼筋，JLM32型預(yù)應(yīng)力錨具，預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管。箱梁采用C50混凝土。橋型立面圖見圖1。

2 底板頂板砼崩裂情況

2.1 4號(hào)墩邊跨底板頂板砼崩裂

主橋4#墩邊跨合龍段砼于2009年8月24日澆筑，2009年8月29日砼試塊的抗壓強(qiáng)度48.9 MP，滿足達(dá)到設(shè)計(jì)施工圖90%張拉的要求，2009年8月30日開始張拉，預(yù)應(yīng)力筋張拉根據(jù)設(shè)計(jì)要求先長(zhǎng)束、后短束，張拉順序?yàn)椋旱装錝B5→SB4→SB3→SB2→SB1，頂板ST3→ST2→ST1。在張拉完成后檢查發(fā)現(xiàn)4#墩邊跨底板15#、16#塊，頂板17#塊砼局部崩裂（見圖2）。16#～17#節(jié)段頂板下游側(cè)混凝土開裂、脫落，面積約為4 m2，在鋼絞線破裂處最深達(dá)12 cm；外露鋼筋有明顯向下呈現(xiàn)彎曲，混凝土開裂處預(yù)應(yīng)力波紋管也有破裂現(xiàn)象。

2.2 3號(hào)墩邊跨底板砼崩裂

主橋3#墩邊跨合攏段砼于2009年8月28日晨澆筑，2009年9月2日砼試塊抗壓強(qiáng)度達(dá)到50.4 MPa，滿足設(shè)計(jì)施工圖90%張拉的要求，2009年9月13日對(duì)3#墩邊跨合攏段進(jìn)行張拉，張拉的順序跟4#墩邊跨合攏段一樣。在張拉完成后檢查發(fā)現(xiàn)3#墩邊跨底板16#塊上游和下游表面砼出現(xiàn)局部崩裂（見圖3、4）。

2.3 中跨底板砼崩裂

主橋中跨合攏段砼于2009年9月26日晨澆筑，2009年10月1日，砼試塊5 a抗壓強(qiáng)度達(dá)到46.4 MPa，滿足設(shè)計(jì)施工圖90%張拉的要求。2009年10月2日開始張拉，采用間隔張拉施工，張拉順序：第一批底板CB9→CB7→CB6→CB3→CB1，第二批底板CB8→CB5→CB4→CB2，頂板CT1。張拉完后檢查發(fā)現(xiàn)3#墩底板15#、16#塊上游砼局部崩裂（見圖4）。

3 產(chǎn)生的原因分析

3.1 直接原因

①縱向預(yù)應(yīng)力管道坐標(biāo)不準(zhǔn)確，局部下偏造成預(yù)應(yīng)力束線性不順，局部凸兀處的鋼束在張拉時(shí)，產(chǎn)生較大且相對(duì)集中的徑向力，造成對(duì)砼局部應(yīng)力超過其設(shè)計(jì)強(qiáng)度而發(fā)生破損。在砼破損處隨機(jī)抽查了波紋管的位置，如在4#墩17＃邊跨頂板波紋管外邊緣到梁底距離設(shè)計(jì)12cm，實(shí)際檢查最小10.2 cm，波紋管位置偏差達(dá)到1.8cm。

②頂、底板上層和下層鋼筋間的豎向拉筋間距控制不準(zhǔn)確，局部間距過大， 當(dāng)徑向力較大時(shí)，混凝土?xí)l(fā)生抗拉破壞，導(dǎo)致底層鋼筋發(fā)生向下變形，同時(shí)鋼筋直徑為頂板16 mm、底板20 mm，剛度較大，其對(duì)混凝土保護(hù)層有撬板作用，因此導(dǎo)致混凝土保護(hù)層大面積拉裂，破壞崩落。

3.2 管理原因

①施工單位質(zhì)量保證體系不完善，自檢不嚴(yán)格，施工人員素質(zhì)較差、質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)，沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，如4#墩邊跨底板崩裂位置波紋管橫向偏位最大1.7cm， 4#墩邊跨頂板崩裂位置波紋管橫向偏位最大1.8cm，鋼筋間距最大偏差4 cm。

②監(jiān)理工作不到位，未能履行監(jiān)理職責(zé)，把好質(zhì)量關(guān)；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員檢查不到位，沒有對(duì)施工工序進(jìn)行把關(guān)和控制，在檢查中沒有覺察到施工單位沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工。

3.3 技術(shù)原因

在嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工的條件下，邊跨張拉預(yù)應(yīng)力束前后斷面應(yīng)力值如表1所示，中跨張拉預(yù)應(yīng)力束前后斷面應(yīng)力值如表2所示，計(jì)算結(jié)果表明合龍后預(yù)應(yīng)力束張拉前后，合龍段附近混凝土的壓應(yīng)力并不太大，邊跨最大為9 MPa左右，中跨最大為14 MPa左右，均小于規(guī)范要求。

經(jīng)初步分析破損的原因可能是由于預(yù)應(yīng)力筋局部波浪形起伏明顯，張拉鋼束后，局部應(yīng)力過大。對(duì)崩裂處波紋管位置偏差進(jìn)行檢查，波紋管位置偏差情況如表3所示。

對(duì)破損處的鋼筋間距檢查情況如表4所示。

建立了有限元模型（圖5）進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析，分析局部預(yù)應(yīng)力線型波浪起伏導(dǎo)致的局部應(yīng)力。計(jì)算程序采用Midas Fea 3.0?？紤]到本橋主要局部應(yīng)力引起的病害，計(jì)算模型采用實(shí)體單元，受計(jì)算機(jī)容量限制，無法進(jìn)行全橋計(jì)算，取跨中附近9個(gè)節(jié)段梁能夠滿足計(jì)算精度要求。

模擬施工過程中可能出現(xiàn)的偏差，建立施工狀態(tài)模型，進(jìn)行應(yīng)力分析?？紤]三種情況，分別為模型2，預(yù)應(yīng)力孔道在節(jié)段中間位置向下偏移20 mm，孔道中心距離底板邊緣最小130 mm；模型3，預(yù)應(yīng)力孔道在節(jié)段中間位置向下偏移30 mm，孔道中心距離底板邊緣最小120 mm；模型4，預(yù)應(yīng)力孔道在節(jié)段中間位置向下偏移50 mm，孔道中心距離底板邊緣最小100 mm。縱向預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，混凝土強(qiáng)度只達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%，C50的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值Ftk為2.39 MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值Ftd為1.65 MPa。鋼絞線偏心2 cm時(shí)底板最大主拉應(yīng)力1.5 MPa；鋼絞線偏心3 cm時(shí)底板最大主拉應(yīng)力1.7 MPa；鋼絞線偏心5 cm時(shí)底板最大主拉應(yīng)力2.1 MPa。鋼絞線偏心達(dá)到3 cm及以上時(shí)，底板最大主拉應(yīng)力會(huì)超過C50的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

4 處理情況及結(jié)果

4號(hào)墩邊跨底板頂板砼崩裂處理步驟如下：

①破損砼處理。對(duì)4#墩邊跨底板SB4、SB2，頂板ST2、ST1共8束進(jìn)行放張，對(duì)不規(guī)則破裂面進(jìn)行修整、鑿毛，鑿除松散混凝土，使其四周成為有一定規(guī)則的形狀。

②鋼筋骨架和波紋管修復(fù)。采用U型狀φ16鋼筋對(duì)破損處的預(yù)應(yīng)力鋼束及下層鋼筋進(jìn)行豎向定位（間距30cm），以減少?gòu)较蝾A(yù)應(yīng)力，同時(shí)在底面適當(dāng)加密鋼筋網(wǎng)格；對(duì)破損處的波紋管進(jìn)行修補(bǔ)，小孔洞用膠布粘貼，破損較大處用新波紋管包裹。

③重新澆筑混凝土和張拉預(yù)應(yīng)力束：修復(fù)處混凝土表面先用粘合劑處理，立模澆筑C60微膨脹混凝土，當(dāng)修補(bǔ)混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，再嚴(yán)格按設(shè)計(jì)順序張拉預(yù)應(yīng)力束，并及時(shí)灌漿。

3號(hào)墩邊跨底板砼崩裂、中跨底板砼崩裂采用同樣方法進(jìn)行了修復(fù)處理，修復(fù)完成后該橋經(jīng)荷載試驗(yàn)檢測(cè)驗(yàn)證能滿足設(shè)計(jì)承載力要求，投入試運(yùn)營(yíng)一年半，運(yùn)營(yíng)情況正常。

5 結(jié) 論

通過該橋預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁邊跨、中跨合龍段張拉過程中底板、頂板出現(xiàn)表面砼局部崩裂事故，有以下幾方面需在同類橋梁實(shí)施過程中加強(qiáng)關(guān)注：

①設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)單位加強(qiáng)對(duì)變截面連續(xù)箱梁徑向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，加強(qiáng)上下兩層豎向拉筋，增加防崩鋼筋，增加抗徑向預(yù)應(yīng)力的安全系數(shù)。

②施工單位要高度重視預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，加強(qiáng)自檢，對(duì)一線工人進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)交底，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙安裝預(yù)應(yīng)力管道，管道坐標(biāo)在規(guī)范允許偏差范圍內(nèi)，管道線型順適，無突變情況，定位鋼筋安裝準(zhǔn)確，間距均勻。

③箱梁頂板縱向預(yù)應(yīng)力索直線段，在施工時(shí)由于要抵消結(jié)構(gòu)及掛籃變形，施工時(shí)需對(duì)箱梁設(shè)置預(yù)拋高，實(shí)際上“直線段不直”；當(dāng)梁體標(biāo)高發(fā)生較大誤差時(shí)，仍會(huì)產(chǎn)生較大的徑向力，故同樣要設(shè)置防崩鋼筋，施工時(shí)并嚴(yán)格控制梁體標(biāo)高。

④監(jiān)理單位要擔(dān)負(fù)監(jiān)理職責(zé)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員責(zé)任心，嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力管道定位鋼筋的間距，提高管道位置和線型等施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTGD62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土[S].

[3] JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JTGD62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].