总第５期 连续梁底板混凝土崩裂分析与处理 ２１ 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４３００３４；２．中交路桥技术有限公司，北京１０００２９） 摘要：通过对连续梁底板预应力钢束径向力计算方 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１ｌ号块 底板底面混凝土发生局部崩裂。 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 ２主要病害 １号墩侧边跨ｌｌ号块底板崩裂，出现３处严重 ｌ工程概况 某预应力连续梁桥主桥全长１９２ ｍ，上部结构 露筋（图３），其中上游侧１处，掉块面积为３．０ ｍ× ２．７５ ｍ；下游侧２处，掉块面积分别为２．０ ｍ×２．０ ｍ、２．１ ｍＸ ２．０ ｍ。４号墩侧边跨１１号块出现１处 掉块露筋（图４），面积为２．０ ｍ×２．２ ｍ。 为（５１＋９０＋５１）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 ｌ号墩 单位：ｃｍ 图１主桥桥型布置 １／２支点 １／２合龙段 图３ １号墩侧底板崩裂区 ∞ｌ ｌｌ 。２％ ． ２％ 。Ｉｌ Ｌ 王 ——、 ，，育 ６５０／２ Ｉ１３０Ｉ １７０ ｌ ｉ ２￣５０／２。 Ｉ 墨Ｉ ［＝１＝７０二，Ｊ卫３ｑｉ亘［６５０二／二］２ ｉ 图２主要截面尺寸 单位… 图４ ４号墩侧底板崩裂区 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 收稿日期：２Ｏ１Ｏ—ｌ１－－０３ ３病害分析 从现场情况来看，引起钢束下方混凝土局部崩 作者简介：夏￣（１９８３－－），男，助理工程师，２００６年毕业于哈尔滨工业大学道路与桥梁工程专业，工学学士，２００８年毕业于哈尔滨工业大学 桥梁与隧道工程专业，工学硕士。 ２２ 桥梁检测与加固 ２０１０年第２期 表ｌ钢束径向力与混凝土应力 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）：①径向力产生的向下的拉应 力；②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 口 ／Ｉ 再 张 ￣＂Ｔ ｄＯ１‰ 图７底板钢束径向力示意 按图７取出钢束微段分析： ｄｑ一２Ｎｓｉｎ ；厶 ｑ—ｆ’２』＼，ｓｉｎ （厶 ０≤ａ≤ｉ）； 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 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 ＣＩＴＩ，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１０号、１１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１１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１Ｏ号、１１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Ｃ５ｏ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 ｃｍ，整平处理后， 总第５期 连续梁底板混凝土崩裂分析与处理 ２３ 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 ５０ｌ（廛板凿除 ）（座板凿除 ）｝５０ ’’ ２５０ ＇５０ ２５０ ．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 ６５０ （ａ）方案１ 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， § ．Ｊ （ｂ）方案２ 单位：ｃｍ 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ｌ０号、１１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Ｃ５０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 ＭＰａ 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，２００７． ［２］ＪＴＧ Ｄ６２—２００４，公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥 涵设计规范［Ｓ］．
