淺談現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁錨后崩裂處理

李濟(jì)寧，朱慶亮

（中鐵三局運(yùn)輸工程分公司工程管理部，山西 晉中 030600）

目前，在鐵路及公路橋梁的設(shè)計(jì)中大部分橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。但在施工過程中，由于施工人員責(zé)任心不強(qiáng)等原因?qū)е骂A(yù)應(yīng)力梁出現(xiàn)混凝土不密實(shí)等不同程度的病害，致使預(yù)應(yīng)力梁在張拉時出現(xiàn)裂縫、崩裂等現(xiàn)象。結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁出現(xiàn)的典型病害，通過分析橋梁產(chǎn)生病害的原因，制定出切實(shí)可行的處理方案及施工控制措施，以消除預(yù)應(yīng)力梁的質(zhì)量隱患和病害，確保鐵路及公路的正常安全運(yùn)營。

1 工程概況

某高速鐵路橋梁為滿堂支架預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，設(shè)計(jì)跨度（32+48+32）m，結(jié)構(gòu)為等截面單箱室斷面，波紋管采用內(nèi)徑90 mm金屬波紋管，鋼絞線為12-7Φ5，錨具為M15-12型，梁體為C50混凝土。該梁在澆筑完成28 d后，對同條件及標(biāo)養(yǎng)砼試件進(jìn)行檢測，混凝土強(qiáng)度及彈性模量均達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%，可進(jìn)行張拉施工，張拉過程中出現(xiàn)錨口處混凝土向外劈裂破壞，錨墊板有斷裂、內(nèi)陷現(xiàn)象。裂縫寬5 mm，長310 mm，錨墊板四處斷裂，下陷15 mm，崩裂破壞情況如圖1所示。

圖1 錨墊板及錨口處砼破壞圖

2 原因分析

通過觀察崩裂破壞情況，發(fā)現(xiàn)端頭混凝土預(yù)應(yīng)力鋼束M1的錨板后方混凝土有大量氣泡，另外兩外側(cè)表面混凝土麻面現(xiàn)象嚴(yán)重，麻面集中位于底板上0～1.8 m。

通過查閱圖紙、施工記錄及施工混凝土配合比，發(fā)現(xiàn)該梁混凝土于冬季期間施工，張拉時自最外側(cè)M1對稱張拉，混凝土采用高性能混凝土配合比，混凝土摻入聚羧酸高效減水劑、粉煤灰及礦粉。

通過上述現(xiàn)場察看及資料查閱，經(jīng)分析得出，張拉端錨墊板的凹陷碎裂事故原因有以下幾方面。

第一，施工作業(yè)隊(duì)在澆筑混凝土過程中，錨墊板后方的錨固區(qū)域漏振、欠振搗造成混凝土不密實(shí)，致使錐度狀鑄鐵喇叭管前端不能提供良好的混凝土支承，導(dǎo)致錨墊板在張拉過程中受壓內(nèi)陷碎裂，進(jìn)而破壞錨墊板周圍混凝土，這是造成事故的直接原因。

第二，箱梁的腹板有斜度，在箱梁腹板端部上有并排的預(yù)應(yīng)力鋼束6束，分為3排，每排2束，有鑄鐵喇叭管及螺旋鋼筋，有腹板的鋼筋網(wǎng)等，鋼筋密集，振搗棒難以有效插入至腹板底部進(jìn)行振搗。

第三，由于采用了聚羧酸高效減水劑，單方混凝土用水量少，摻粉煤灰和礦粉較多的高性能混凝土配合比使混凝土的黏稠性較大，易產(chǎn)生坍損。在坍落度偏小時，易造成箱梁端部錨固區(qū)的混凝土不密實(shí)。

第四，在箱梁腹板端部的截面上，布置了3排每排2束的預(yù)應(yīng)力鋼束，導(dǎo)致外側(cè)的預(yù)應(yīng)力鋼束的喇叭管離箱梁外側(cè)面很近，錨下鑄鐵喇叭管錐度頭、小直徑端的二次傳力臺階較小。在施工現(xiàn)場保護(hù)層控制略差的情況下，易產(chǎn)生橫向劈裂荷載。

3 處理方案

3.1 處理思路

針對上述分析原因，對箱梁端部預(yù)應(yīng)力鋼束M1錨下的鑄鐵承壓板因混凝土澆空導(dǎo)致凹陷碎裂的問題處理，應(yīng)綜合材料技術(shù)、結(jié)構(gòu)技術(shù)以及施工技術(shù)方面去認(rèn)識及整合處理，具體思路如下。

第一，在材料技術(shù)上，總體要解決鑿除錨固區(qū)不密實(shí)的混凝土，新澆筑的混凝土應(yīng)有良好的體積穩(wěn)定性，盡量減少新混凝土的收縮率。讓新澆筑的混凝土與已完成一定收縮的舊混凝土有良好的結(jié)合。

第二，在結(jié)構(gòu)技術(shù)上，重點(diǎn)解決腹板部位，設(shè)計(jì)合理的承受剪力的結(jié)合面齒形，加強(qiáng)每排2束錨固區(qū)間的聯(lián)系，減少錐度鑄鐵喇叭管引發(fā)附加橫向力的影響。

第三，在施工技術(shù)上，制定合理的特殊施工工藝，考慮清楚如何才能鑿出符合設(shè)計(jì)要求的齒形及表面粗糙度，如何才能保證澆筑的新舊混凝土結(jié)合良好等。

第四，對于箱梁兩側(cè)0～1.8 m范圍外表存在的麻面及氣泡缺陷，處理的思路為：①表面麻面和小的氣泡影響美觀，應(yīng)加以修補(bǔ)，即將麻面部分濕潤后用水泥漿或水泥砂漿抹平。②對于混凝土表面小的蜂窩，將表面先用水洗刷干凈后采用鋼絲刷磨糙，用1∶2或2∶5水泥砂漿修補(bǔ)。③大蜂窩則先將松動石子剔掉。用水沖刷干凈濕透，再用提高一級標(biāo)號的細(xì)石混凝土搗實(shí)，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

3.2 處理實(shí)施措施

3.2.1 配置綜合性能優(yōu)良的錨下補(bǔ)澆筑的混凝土

特殊條件下，混凝土的配比設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是努力配制低收縮、低泌水、體積穩(wěn)定的高性能混凝土，采用高質(zhì)量的原材料及高效外加劑，減少單方水泥用量，采用低水膠比，提高混凝土的極限抗拉強(qiáng)度。

補(bǔ)澆的混凝土仍采用原配合比，強(qiáng)度提高一個等級，按C55混凝土進(jìn)行試配。應(yīng)進(jìn)行試配試驗(yàn)，入模坍落度控制為160～180 mm。

施工前，認(rèn)真調(diào)配砂漿、水泥漿及混凝土比例，并與澆筑完成的箱梁實(shí)體進(jìn)行對比，選擇顏色較為接近的配比進(jìn)行施工。

3.2.2 補(bǔ)澆筑的新舊混凝土結(jié)合面表面處理

腹板端部已崩裂的混凝土鑿除后，新補(bǔ)澆筑的混凝土應(yīng)與原周邊的舊混凝土有良好的結(jié)合。對新舊混凝土的交界面處，原鋼筋配置比較密，若按涂刷界面劑方法處理鑿出的混凝土表面會形成新的一個軟弱結(jié)合層，該層對混凝土抗?jié)B有利，但對抗剪力不利。在充分比較后，根據(jù)以往混凝土疊合板的新舊混凝土結(jié)合處理試驗(yàn)表明，只要結(jié)合面的表面充分澆足水就能很好地滿足抗剪要求。因此，提出具體的新舊混凝土結(jié)合面的處理方法為：在澆筑錨固區(qū)新混凝土之前，對腹板的舊混凝土鑿出的結(jié)合面連續(xù)48h澆水，充分濕潤，但混凝土澆筑前其表面不能滴水，保證結(jié)合面處的新澆混凝土中的水分不被舊混凝土迅速吸走而造成結(jié)合不好。

對于腹板外側(cè)豎排預(yù)應(yīng)力鋼束錨固區(qū)的原混凝土，內(nèi)側(cè)豎向垂直面采用人工鑿成具有空間尺寸的凹凸齒槽狀，頂面呈45°左右斜面，便于振搗混凝土排出氣泡。這樣既可以利用新舊混凝土間的空間齒相互結(jié)合的機(jī)械咬合力傳遞剪切力，又可利用新舊混凝土粗糙面的粘結(jié)力傳遞剪力，確保新舊混凝土共同工作，使?jié)仓瓿傻幕炷恋目辜魪?qiáng)度基本不受影響，與原一次澆筑成形的箱梁混凝土基本相同。

對于與預(yù)應(yīng)力鋼束正交的豎向垂直面，澆筑面鑿成垂直狀，便于直接傳遞預(yù)應(yīng)力鋼束的正壓力。

鑿除混凝土的過程中應(yīng)特別注意，不能損傷任何原有鋼筋，對于已彎曲或損壞的鋼筋應(yīng)予以矯直或修復(fù)，對于已損壞的波紋管也應(yīng)予以替換修復(fù)。

3.2.3 加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼束錨下區(qū)域橫向連系措施

3.2.3.1 技術(shù)方案

根據(jù)已鑿除的錨下區(qū)域松散的混凝土，每排預(yù)應(yīng)力鋼束間的兩束間橫向連系較弱，采用結(jié)合原有的橫向鋼筋，增設(shè)“U”形鋼筋與原橫向鋼筋搭接焊接，將腹板外側(cè)面的豎向鋼筋盡可能包圍成水平封閉箍筋狀，以加強(qiáng)每排兩鋼束間的橫向連系，共同抵抗錐度鑄鐵喇叭管承壓板引起的橫向力。對于截面上橫向鋼筋較少處，進(jìn)行植筋處理，增植橫向連系鋼筋，并形成封閉箍筋。

3.2.3.2 植筋孔定位

由于錨后端鋼筋較密，且波紋管集中，鉆孔前需根據(jù)方案及間距認(rèn)真測量定位，定位孔用紅色油漆標(biāo)記，在局部鋼筋沖突地段，適當(dāng)移動位置進(jìn)行定位。

3.2.3.3 鉆植筋孔

施工人員按照標(biāo)注位置、成孔直徑及錨固深度進(jìn)行錨固孔的鉆進(jìn)工作，確保鉆成的孔洞位置、孔徑及深度符合要求。鉆孔垂直度偏差＜2°，鉆孔深度偏差＜5 mm。鉆孔時不得傷害構(gòu)件內(nèi)主筋。

3.2.3.4 清理

清理應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)的方法進(jìn)行操作，確?？變?nèi)無雜物，清孔時嚴(yán)禁使用水沖。清理完成后，報(bào)請技術(shù)人員認(rèn)真檢查，確?？變?nèi)干凈，檢查可采用空壓機(jī)細(xì)管再次高壓清洗的方案檢查，高壓氣流沖擊時，孔內(nèi)無灰塵飛出即為清理干凈。

3.2.3.5 注膠

注膠要嚴(yán)格按照試驗(yàn)方法及說明書進(jìn)行。注膠后，在插入鋼筋之前將注膠孔周圍相鄰孔內(nèi)膠同時注滿。

3.2.3.6 植筋

植筋前，需認(rèn)真將鋼筋除銹，保證鋼筋與膠結(jié)合面無隔膜層。植筋采用順時針旋轉(zhuǎn)植入的方案，植筋過程中不可逆向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)到位后，立即調(diào)整好鋼筋位置。植筋后，沒有到設(shè)計(jì)養(yǎng)護(hù)期間，嚴(yán)禁觸動鋼筋。

3.2.4 補(bǔ)澆混凝土施工

3.2.4.1 混凝土支模

新澆筑被鑿除的部分腹板端部，其支模工藝從底部向上分層澆筑混凝土，保證新舊混凝土結(jié)合良好，錨下區(qū)域混凝土充分振搗密實(shí)，減少新澆筑自密實(shí)下沉造成結(jié)合面分離的影響。

3.2.4.2 混凝土的拌制

保證混合材的質(zhì)量，加強(qiáng)材質(zhì)檢驗(yàn)，進(jìn)行混凝土試配，根據(jù)試配結(jié)果確定摻量。外加劑及膨脹劑摻量要準(zhǔn)確，摻量誤差應(yīng)控制在總摻量的±1%以內(nèi)，攪拌時要均勻。外加劑在新拌混凝土中應(yīng)分布均勻，避免局部過量引起不良后果?；炷翝仓埃M(jìn)行坍落度檢驗(yàn)。

3.2.4.3 澆筑方法

腹板外側(cè)的結(jié)合面處分3次連續(xù)澆筑：第1層混凝土澆至第1排預(yù)應(yīng)力鋼束的螺旋鋼筋上方約50～100 mm處，進(jìn)行第1次充分振搗，排出結(jié)合面處的氣泡；待振搗密實(shí)并初步沉實(shí)后，封閉該層斜口模，再進(jìn)行第2層混凝土澆搗。第2次混凝土澆筑至第2排預(yù)應(yīng)力鋼束的螺旋筋上方約50～100 mm，封閉該層斜口模；第3次澆筑至頂面。注意分層間的時間間隔應(yīng)不超過混凝土的初凝時間。

3.2.4.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成24 h后，沿模板上方澆水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土表面濕潤，至少養(yǎng)護(hù)14 d以上。模板拆除應(yīng)在7 d以后。

4 控制措施

第一，結(jié)合施工現(xiàn)場的箱梁構(gòu)件及施工條件，在箱梁施工中，應(yīng)充分認(rèn)識到具有一定斜度的腹板端部多排預(yù)應(yīng)力鋼束錨固區(qū)混凝土澆筑振搗密實(shí)有一定難度，可采用預(yù)先插入內(nèi)徑為60 mm左右的鋼管，將直徑為50 mm的振搗棒從鋼管內(nèi)斜向?qū)е粮拱邋^固區(qū)底部，并隨拔隨振搗。對于其他傾斜的腹板梁，可采用振搗棒端部電焊鋼筋作為斜向插入的導(dǎo)桿，保證振搗棒能插入腹板梁的底部。

第二，由于箱梁腹板的端面上，預(yù)應(yīng)力鋼束外列布置與腹板外側(cè)邊很近，因此，必須重視鑄鐵喇叭管區(qū)域鋼筋網(wǎng)片能增加每排兩鋼束間橫向約束的作用。設(shè)計(jì)的錨下區(qū)域鋼筋網(wǎng)必須安裝到位，未設(shè)計(jì)的要在施工過程中進(jìn)行加強(qiáng)，并將鋼筋網(wǎng)與橫向約束主筋焊接固定。

第三，對端部模板考慮開設(shè)必要的輔助振搗口方案，加強(qiáng)振搗，端部的混凝土澆筑要密實(shí)。

第四，加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力波紋管的準(zhǔn)確定位，保護(hù)層要有厚度。

5 結(jié)束語

該橋按照上述施工方案進(jìn)行處理，新加固混凝土達(dá)到強(qiáng)度后再次進(jìn)行張拉，沒有出現(xiàn)問題，錨墊板良好。施工過程中采用千分表進(jìn)行監(jiān)控量測表明，新舊混凝土共同作用，變形一致，新舊混凝土結(jié)合面未出現(xiàn)裂紋，結(jié)合良好，外觀色澤一致，加固措施較為成功。

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