连续梁底板混凝土崩裂分析与处理.pdf

总第 5 期 连续梁底 板混凝土崩裂分析与处理 2 1 连续梁底板混凝 土崩裂分析与处理 夏刚 ， 房 国龙 ( 1 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究 院有 限公 司 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ； 2 中交路桥技术有限公 司 ， 北京 1 0 0 0 2 9 ) 摘要： 通过对连续梁底板预应力钢束径 向力计算方 法和影响因素的分析， 阐述了引起连续梁底板混凝土局部崩 裂的原因， 针对底板局部崩裂提出多种修复加固方案并进行 比选 ， 提 出切实可行 的修 复加 固方 案 ， 为 今后桥 梁设计 和施 工提供参考依据 ， 避免类似工程问题的出现 。 关键词： 连续梁桥； 箱形梁 ； 合龙束； 崩裂； 径向力； 桥梁 加固 l 工程概况 某预应力连续梁桥主桥全 长 1 9 2 m， 上部结构 为( 5 1 +9 0 +5 1 )m预应力混凝土变截面连续箱梁 。 主桥下部采用实体柱式桥墩 ， 钻孔灌注桩基础 。桥 型布置见图 1 ， 主要截面尺寸见图 2 。 4 号墩 3 号墩 2 号墩 图 1 主桥桥型布置 1 2 支点 1 2 合龙段 l 号墩 单位 ：c m l l l 。2 2 。 I l L 王 、 ， ， 育 6 5 0 2 I 1 3 0I 1 7 0 l i 2 5 0 2 。 I 墨 I = =1 7 二0 , J卫 3 q i亘 6 5 0二 二 2 i 单位 图 2 主要截面尺寸 原设计中主桥连续箱梁采用挂篮悬臂现浇法施 工， 在两边跨和主跨设置合龙段， 合龙顺序为先合龙 边跨 ， 后合龙中跨。实际施工时， 在边跨未设置合龙 段 ， 支架现浇段 和合龙段均在支架上现浇。施工过 程为先张拉 1 号墩侧边跨底板合龙束 ， 再张拉 4号 墩侧边跨合龙束 。两边跨顺利合龙后， 底板对钢束 管道进行灌浆 。待边跨落架后发现两边跨 1 l 号块 底板底面混凝土发生局部崩裂 。 2 主要病害 1号墩侧边跨 l l 号块底板崩裂 ， 出现 3处严重 露筋( 图 3 ) ， 其中上游侧 1处 ， 掉块面积为 3 0 m 2 7 5 m； 下游侧 2 处 ， 掉块面积分别为 2 0 m2 0 m、 2 1 mX 2 0 m。4号墩侧边跨 1 1号块 出现 1 处 掉块露筋( 图 4 ) ， 面积为 2 0 m2 2 m。 图 3 1号墩侧底板 崩裂 区 图 4 4号墩侧底板崩裂 区 3 病害分析 从现场情况来看， 引起钢束下方混凝土局部崩 收稿 日期 ： 2 O 1 O l 1 -0 3 作者简介： 夏( 1 9 8 3 -) ， 男， 助理工程师， 2 0 0 6 年毕业于哈尔滨工业大学道路与桥梁工程专业， 工学学士， 2 0 0 8 年毕业于哈尔滨工业大学 桥梁与隧道工程专业 ， 工学硕士 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 桥梁 检测 与加 固 2 0 1 0年第 2期 裂的原因为钢束波纹管发生上浮 ( 图 5 ) ， 导致管道 下方混凝土受力加大 ， 超过混凝土抗拉强度即发生 崩裂现象。 图 5底 板 钢 束 上 浮 3 1 预应力管道下方混凝土受力 从破坏机理来看 ， 预应力管道下方混凝土受力 由 2 部分组成( 图 6 ) ： 径向力产生 的向下 的拉应 力； 由于底板混凝土沿纵 向存在较大的压应力 ， 在竖向按泊松 比效应存在向下的拉应力 。二者叠 加即为预应力管道下方混凝土受力状况 。 峰 向拉 应 力 轴 向 3 2 钢束 径 向力 底板合龙束沿梁底按曲线布置 ， 在张拉钢束过 程中， 产生向下的径 向力_ 2 ， 见图 7 。 田 I 张 T dO1 口 再 图 7 底 板钢束径 向力示意 按图 7 取出钢束微段分析 ： d q 一2 N s i n ； q f2 ， s i n ( 0 a i ) ； 厶 厶 N 由分析可知 ， 径 向力 的大小与张拉控制力以及 管道布置线形有较大关系， 为减小径 向力 ， 可以适 当 减小张拉控制力或加大管曲率半径。鉴于桥梁承载 力的需要， 张拉控制力的调整余地较小， 因而在进行 桥梁设计时 ， 可将底板线形调整圆滑 ， 在将预应力钢 绞线按底板线形布置时即可减小径向力 ， 从而达到 防止底板崩裂的 目的。 管道下方混凝土受力分析结果见表 1 。 由表 I 可知， 管道上浮对径 向力 的影响十分显 著 ， 是引起底板混凝土崩裂的主要 因素 。因此在进 表 l 钢束径 向力与混凝土应力 行桥梁设计时 ， 对按曲线布置的钢束， 为防止出现钢 束张拉过程中可能出现 的管道上浮 ， 尤其在曲率变 化处应对预应力钢束 的定位钢筋进行加密布置， 起 到限制钢束变位的作用 ， 从而达到减小崩裂事故发 生可能性的目的。 3 3 崩裂病害产生原因 ( 1 ) 施工中箱梁底板混凝土中拉筋 、 防崩裂钢 筋部分缺失 ， 导致底板抵抗钢束张拉引起的径 向力 的能力不足 。 ( 2 )崩裂区域预应力管道存在上拱现象， 最大 上拱达到 5 C IT I ， 导致预应力钢束径向力增加。 4 加 固处理 对两侧边跨底板 已崩裂区进行修复。同时由于 中跨合龙段底板上、 下 2层钢筋 网之间拉筋 以及预 应力钢束定位钢筋布置过少 ， 为防止 中跨合龙束张 拉时中跨底板也发生崩裂 ， 对 中跨底板预先进行加 固， 加固完成后再进行 中跨合龙束张拉 。 4 1 边跨修 复 方案 1 图 8 ( a ) ： 按锯齿状将崩裂处底板混凝 土全部凿除 ， 对底板原有横 向绑扎 连接 的钢筋采用 焊接连接 ， 同时增设上 、 下 2 层钢筋网之间的联系拉 筋 。完成后在 1 0号 、 1 1 号块范 围内桥面分 2级施 加配重 ， 浇筑修复混凝土并达到强度后， 卸掉桥面临 时荷载 ， 使后浇混凝土储备一定压应力。 方案 2 图8 ( b ) ： 仅将原底板崩裂区底板松散 混凝土凿除， 将 U 形锚固钢筋通过钻孔穿过底板 ， 用螺栓锚 固于设置在底板顶面上的钢板上 ， 完成后 在 1 1 号块及附近梁段范围内桥面分 2级施加配重 ， 用导管将高性能无收缩灌浆料送至底板崩裂 开凿 区。待达到设计强度后卸掉桥面临时荷载， 使修复 区混凝土储备一定压应力。 4 2中跨加固 方案 l ： 将 1 O号、 1 1号块 和合龙段预应力管道 位置底板混凝土全部凿除， 重新绑扎上、 下 2 层钢筋 网之间的连接钢筋 ， 完成后浇筑 C 5 o微膨胀混凝土 恢复底板 。对 i 9号块 ， 沿预应力管道布置位置将 底板底面混凝土保护层凿开 3 5 c m， 整平处理后， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 5 期 连续梁底板混凝土崩裂分析与处理 2 3 5 0 l ( 廛板 凿除 ) ( 座板 凿除 ) 5 0 2 5 0 5 0 2 5 0 65 0 ( a )方案1 J ( b )方案2 单位：c m 图 8边跨修复方案 在钢板与箱梁底板之间用专用钢板粘贴胶对钢板进 行粘贴， 并通过螺栓穿过底板 2层钢筋网后连接到 箱梁 内钢板上。处理后用专用修补料恢复箱梁开凿 部位 。 方案 2 ： 将 l 0号、 1 1号块和合龙段预应力管道 位置底板混凝土全部凿除 ， 重新绑扎上 、 下 2 层钢筋 网之间的连接钢筋 ， 完成后浇筑 C 5 0微膨胀混凝土 恢复底板。对 5 9号块 ， 在 U形筋布置位置， 将底 板底面混凝土凿开， 钻孔布置 U 形锚 固钢筋， 将 U 形筋穿过底板锚固在箱梁底板顶面上的钢板上 。处 理后用专用修补料恢复箱梁开凿部位。 方案 3 ： 在原合龙束布置范 围内布置体外束 ， 体 外束设置于箱梁内部 ， 通过专用转向架进行线形调 整 ， 并通过锚固支架锚 固于箱梁上。通过施加体外 束 ， 减少原合龙束控制张拉应力 ， 以防止合龙束范围 内底板崩裂。同时在底板布置钢板条加固。 4 3 方 案 比选 对边 、 中跨修复加固方案进行分析计算 ， 修复加 固设置的钢筋( 螺栓) 受力分析结果见表 2 。 由表 2计算结果可知 ， 边跨 修 复 方案 1 和 中跨 表 2 修 复加 固所 用钢 筋( 螺栓 ) 应力 MP a 加固方案 1中， 钢筋( 螺栓) 所受应力相对较小 ， 安全 富余较大。同时考 虑到结构的美观和施工要求 ， 边 跨修复方案 1中底板崩裂区全部开凿后进行修复， 不影响原桥外观 ， 施工质量容易控制 ， 混凝土浇筑方 便进行 ， 边跨崩裂区采用方案 1 进行修复 ； 对于中跨 的加固方案 ， 方案 2 、 3中钢筋( 螺栓) 应力较大 ， 同时 方案 3中体外束施工工艺复杂 ， 工期要求时间较长， 故 中跨加 固采用方案 1 。 从修复加 固施工效果来看 ， 边跨底板通过配重， 修复崩裂 区的新浇筑混凝土储备 了足够 的压应力 ； 同时通过预先对中跨底板 的加 固处理， 在 张拉 中跨 底板合龙束的过程 中， 未发现中跨底板混凝土 出现 任何异常， 钢束 已顺利灌浆 。 5结语 随着预应力技术在桥梁工程中的广泛运用， 连 续梁桥在张拉预应力阶段箱梁底板混凝土发生崩裂 现象大量出现 ， 本文通过对混凝土崩裂机理 的具体 分析 ， 查明底板混凝土崩裂的影响因素 ， 提供 了加固 处理的相关措施 。为防止今后桥梁建设 中类似事故 的发生提供指导 ， 得出以下结论。 ( 1 )连续梁桥设计前进行截面尺寸拟定 时， 底 板线形应尽量平滑 ， 底板预应力布置时应避免出现 较大突变 ， 以便减小张拉钢束过程 中产生的径 向力。 ( 2 )预应力钢束的变位对混凝土的崩裂有较大 的影响， 因而施工 中预应力钢束的定位要准确 ， 同时 为防止施工中管道出现变位， 设计时钢束的定位钢筋 在曲线段应进行加密， 对预应力钢筋变位进行限制。 ( 3 )底板上 、 下 2层钢筋 网之间的连接钢筋可 设计成闭合状或是槽形 ， 以加强上 、 下 2 层钢筋 网的 联系， 该钢筋构造作用不可忽视 ， 对该连接钢筋的设 计和施工应引起足够的重视。 参考文献： 1 江见鲸高等混凝土结构理论 M 北京： 中国建筑工 业 出版社 ， 2 0 0 7 2 J T G D 6 2 2 0 0 4 ， 公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥 涵设计规范 S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m