連續箱梁底板頂板崩裂成因分析及處理

摘 要：文章以某工程預應力砼變截面連續箱梁頂板、底板砼崩裂為例，對該類缺陷的形成原因進行分析，并對處理方法與結果進行探討，可為今后類似橋梁的設計、施工提供借鑒。

關鍵詞：連續箱梁；砼崩裂；原因分析；處理

中圖分類號：U448.213 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0134-04

近年來，隨著交通工程建設項目的增多，預應力砼變截面連續箱梁以施工方便、結構剛度大、跨度大、變形小、行車舒適、造價低等優點越來越多的應用于公路橋梁中。但該類橋梁的施工缺陷也逐漸暴露出來。本文以預應力砼變截面連續箱梁邊跨、中跨合龍段施工完成后，由于底板、頂板縱向預應力筋線型欠順適，預應力筋張拉過程中，合龍段附近節段箱梁底板、頂板分別出現表面砼局部崩裂為例，簡述采用放松相關預應力束后，修補崩裂處，重新張拉預應力束的處理措施，處理后經運營期觀測達到了預期效果，可為今后類似橋梁的設計、施工提供借鑒。

1 工程概況

某橋梁總長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的預應力砼變截面連續箱梁。主橋上部結構變截面連續箱梁根部（中支點）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3 m，頂板厚28 cm，底板厚32-100cm，腹板厚50-70 cm。箱梁設縱、橫、豎三向預應力，頂板、底板、腹板縱向預應力鋼束采用Φs15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，標準強度fpk=1 860 MPa，縱向預應力束錨具采用ZKYM15-19及15型；頂板橫向預應力束扁錨體系（BM15-4）配以扁平波紋管成孔；腹板豎向預應力束采用直徑32 mm的精軋螺紋粗鋼筋，JLM32型預應力錨具，預應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日砼試塊的抗壓強度48.9 MP，滿足達到設計施工圖90%張拉的要求，2009年8月30日開始張拉，預應力筋張拉根據設計要求先長束、后短束，張拉順序為：底板SB5→SB4→SB3→SB2→SB1，頂板ST3→ST2→ST1。在張拉完成后檢查發現4#墩邊跨底板15#、16#塊，頂板17#塊砼局部崩裂（見圖2）。16#～17#節段頂板下游側混凝土開裂、脫落，面積約為4 m2，在鋼絞線破裂處最深達12 cm；外露鋼筋有明顯向下呈現彎曲，混凝土開裂處預應力波紋管也有破裂現象。

2.2 3號墩邊跨底板砼崩裂

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日砼試塊抗壓強度達到50.4 MPa，滿足設計施工圖90%張拉的要求，2009年9月13日對3#墩邊跨合攏段進行張拉，張拉的順序跟4#墩邊跨合攏段一樣。在張拉完成后檢查發現3#墩邊跨底板16#塊上游和下游表面砼出現局部崩裂（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抗壓強度達到46.4 MPa，滿足設計施工圖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。張拉完后檢查發現3#墩底板15#、16#塊上游砼局部崩裂（見圖4）。

3 產生的原因分析

3.1 直接原因

①縱向預應力管道坐標不準確，局部下偏造成預應力束線性不順，局部凸兀處的鋼束在張拉時，產生較大且相對集中的徑向力，造成對砼局部應力超過其設計強度而發生破損。在砼破損處隨機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計12cm，實際檢查最小10.2 cm，波紋管位置偏差達到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確，局部間距過大， 當徑向力較大時，混凝土會發生抗拉破壞，導致底層鋼筋發生向下變形，同時鋼筋直徑為頂板16 mm、底板20 mm，剛度較大，其對混凝土保護層有撬板作用，因此導致混凝土保護層大面積拉裂，破壞崩落。

3.2 管理原因

①施工單位質量保證體系不完善，自檢不嚴格，施工人員素質較差、質量意識不強，沒有嚴格按照設計圖紙施工，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監理工作不到位，未能履行監理職責，把好質量關；現場監理人員檢查不到位，沒有對施工工序進行把關和控制，在檢查中沒有覺察到施工單位沒有嚴格按照設計圖紙施工。

3.3 技術原因

在嚴格按照設計圖紙施工的條件下，邊跨張拉預應力束前后斷面應力值如表1所示，中跨張拉預應力束前后斷面應力值如表2所示，計算結果表明合龍后預應力束張拉前后，合龍段附近混凝土的壓應力并不太大，邊跨最大為9 MPa左右，中跨最大為14 MPa左右，均小于規范要求。

經初步分析破損的原因可能是由于預應力筋局部波浪形起伏明顯，張拉鋼束后，局部應力過大。對崩裂處波紋管位置偏差進行檢查，波紋管位置偏差情況如表3所示。

對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）進行數值計算分析，分析局部預應力線型波浪起伏導致的局部應力。計算程序采用Midas Fea 3.0?？紤]到本橋主要局部應力引起的病害，計算模型采用實體單元，受計算機容量限制，無法進行全橋計算，取跨中附近9個節段梁能夠滿足計算精度要求。

模擬施工過程中可能出現的偏差，建立施工狀態模型，進行應力分析?？紤]三種情況，分別為模型2，預應力孔道在節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，預應力孔道在節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，預應力孔道在節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?？v向預應力張拉時，混凝土強度只達到設計值的90%，C50的抗拉強度標準值Ftk為2.39 MPa，抗拉強度設計值Ftd為1.65 MPa。鋼絞線偏心2 cm時底板最大主拉應力1.5 MPa；鋼絞線偏心3 cm時底板最大主拉應力1.7 MPa；鋼絞線偏心5 cm時底板最大主拉應力2.1 MPa。鋼絞線偏心達到3 cm及以上時，底板最大主拉應力會超過C50的抗拉強度設計值。

4 處理情況及結果

4號墩邊跨底板頂板砼崩裂處理步驟如下：

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

②鋼筋骨架和波紋管修復。采用U型狀φ16鋼筋對破損處的預應力鋼束及下層鋼筋進行豎向定位（間距30cm），以減少徑向預應力，同時在底面適當加密鋼筋網格；對破損處的波紋管進行修補，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應力束：修復處混凝土表面先用粘合劑處理，立模澆筑C60微膨脹混凝土，當修補混凝土強度達到90%后，再嚴格按設計順序張拉預應力束，并及時灌漿。

3號墩邊跨底板砼崩裂、中跨底板砼崩裂采用同樣方法進行了修復處理，修復完成后該橋經荷載試驗檢測驗證能滿足設計承載力要求，投入試運營一年半，運營情況正常。

5 結 論

通過該橋預應力砼變截面連續箱梁邊跨、中跨合龍段張拉過程中底板、頂板出現表面砼局部崩裂事故，有以下幾方面需在同類橋梁實施過程中加強關注：

①設計階段設計單位加強對變截面連續箱梁徑向預應力進行復核驗算，加強上下兩層豎向拉筋，增加防崩鋼筋，增加抗徑向預應力的安全系數。

②施工單位要高度重視預應力施工質量，加強自檢，對一線工人進行預應力施工技術交底，嚴格按設計圖紙安裝預應力管道，管道坐標在規范允許偏差范圍內，管道線型順適，無突變情況，定位鋼筋安裝準確，間距均勻。

③箱梁頂板縱向預應力索直線段，在施工時由于要抵消結構及掛籃變形，施工時需對箱梁設置預拋高，實際上“直線段不直”；當梁體標高發生較大誤差時，仍會產生較大的徑向力，故同樣要設置防崩鋼筋，施工時并嚴格控制梁體標高。

④監理單位要擔負監理職責，加強現場監理人員責任心，嚴格控制預應力管道定位鋼筋的間距，提高管道位置和線型等施工質量。

參考文獻：

[1] JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[2] JTGD62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土[S].

[3] JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[4] JTGD62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].