賈桂玲

(深圳地鐵三號(hào)線投資有限公司 深圳 518173)

1 工程概況

深圳地鐵龍崗線河坳—大運(yùn)區(qū)間跨機(jī)荷立交處橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)置為40+68+40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，采用雙向(縱向、豎向)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，梁體采用全預(yù)應(yīng)力、單箱單室直腹板變高度箱梁。箱梁頂寬8.6 m，底寬4.7 m，中支點(diǎn)梁高4.5 m，邊跨端部及中跨跨中梁高2.25 m，跨中10 m采用直線段，其余變高段梁高H采用二次拋物線。箱梁跨中合攏段及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高2.8 m(以箱梁外側(cè)橋面低處為準(zhǔn))，箱梁底板厚除兩中墩頂0號(hào)梁段為90 cm外，其余各梁段從箱梁根部截面的90 cm漸變至跨中及邊跨現(xiàn)澆截面的45 cm厚，共設(shè)6道橫隔板。兩中墩墩頂箱梁0號(hào)段各設(shè)兩道厚1.0 m的橫隔板;兩邊跨支點(diǎn)處箱梁各設(shè)1道厚1.0 m的橫隔板。梁體縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用fpk=1 860 MPa公稱直徑為15.2 mm的鋼絞線，群錨錨具，采用塑料波紋管成孔，管道灌漿要求采用真空灌漿，以保證灌漿質(zhì)量。腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋采用fpk=830 MPa精軋螺紋冷拉Ⅳ級(jí)粗鋼筋，每側(cè)腹板內(nèi)布設(shè)2排，按梅花形布置。錨具和管道壓漿要求同普通橋梁。兩中墩墩頂箱梁0號(hào)塊長6 m，施工中2個(gè)T構(gòu)各對(duì)稱劃分8對(duì)節(jié)段，節(jié)段長度從墩頂至跨中分別為:2×3.0 m、6×4.0 m?？缰性O(shè)2 m合攏段;邊跨現(xiàn)澆段長6.95 m。1～8號(hào)梁端采用掛籃懸灌施工，掛籃、機(jī)具、人群等施工荷載設(shè)計(jì)重不超過450 kN。梁體采用C50混凝土澆筑。

2 預(yù)應(yīng)力鋼筋布置及張拉要求

主梁腹板布置縱向預(yù)應(yīng)力通長鋼束，頂板和底板根據(jù)計(jì)算需要布置預(yù)應(yīng)力短鋼束。根據(jù)橋梁施工先后順序，主梁分別采用A型梁端和B型梁端組合，對(duì)梁端腹板鋼束進(jìn)行兩端張拉，頂板和底板短鋼束在箱內(nèi)設(shè)置齒塊進(jìn)行兩端張拉。剛構(gòu)梁相鄰梁端張拉受到限制，腹板鋼束采用一端張拉。

全段對(duì)稱施工，混凝土一次性澆筑，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%(并滿足3 d齡期)以上，張拉縱向預(yù)應(yīng)力筋T、F和豎向預(yù)應(yīng)力筋，0號(hào)段結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頂板預(yù)應(yīng)力管道密集，施工中要密切注意預(yù)應(yīng)力管道的準(zhǔn)確定位，同時(shí)腹板鋼束孔道的曲線加固，定位準(zhǔn)確。預(yù)應(yīng)力管道張拉合攏段鎖定束，要根據(jù)合攏時(shí)間確定張拉噸位(見圖1～圖2)。

圖1 梁施工現(xiàn)場(chǎng)圖

3 裂紋出現(xiàn)情況

施工過程中在頂板預(yù)應(yīng)力束張拉期間和張拉后，頂板在頂板底部距腹板10～15 cm處普遍出現(xiàn)縱向裂縫，橋面上部水從裂縫中滲到頂板底部。裂縫開展始于與前節(jié)段交接縫60～100 cm處，裂縫長度120 cm左右，個(gè)別節(jié)段裂縫達(dá)200 cm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，就剛構(gòu)梁的裂紋防治和加固處理進(jìn)行分析(見圖3)。

圖2 腹板預(yù)應(yīng)力鋼束布置情況

圖3 頂板底部裂縫示意圖

4 裂紋監(jiān)測(cè)方案

為杜絕結(jié)構(gòu)本身裂縫的出現(xiàn)，項(xiàng)目部采取監(jiān)測(cè)頂板縱向預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí)頂板開裂部位的橫向應(yīng)變值。采取在邊跨頂板底面橫向粘貼混凝土應(yīng)變片，在中跨頂板底面及頂面橫向粘貼混凝土應(yīng)變片的方案進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。采用UCAM及YJ－26應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)變片布置見圖4～圖6。

張拉測(cè)試時(shí)間為2009年8月8日下午 13∶40～17∶00，溫度39 ℃左右。

5 原因分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，分析裂縫產(chǎn)生原因。

5.1 主要原因

在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力的目的是完全消除在使用荷載下砼的拉應(yīng)力，認(rèn)為它是一種達(dá)到最大設(shè)計(jì)荷載仍不開裂、并處于彈性狀態(tài)的全新的均質(zhì)材料。此類設(shè)計(jì)在全部使用荷載下限制砼的拉應(yīng)力為0，即截面正應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力，也就是通常所說的“全預(yù)應(yīng)力”。在實(shí)際設(shè)計(jì)或施工中，全預(yù)應(yīng)力的抗裂性容易滿足，但是截面正應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)不容易滿足，需要施加較大的縱向預(yù)應(yīng)力。要通過頂板或腹板的預(yù)應(yīng)力鋼束來完成，在本工程施工期間，由于頂板預(yù)應(yīng)力鋼束錨固位置不在同一斷面，在施加預(yù)應(yīng)力后孔道未壓漿前，縱向預(yù)應(yīng)力過大，且不均，橫向防崩鋼筋配置不夠，在箱內(nèi)頂板下緣混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大縱向預(yù)加壓應(yīng)力，在頂板橫向產(chǎn)生過大的拉應(yīng)變，引起結(jié)構(gòu)橫向劈裂，產(chǎn)生縱向裂縫。同時(shí)由于在橋頂板縱向預(yù)應(yīng)力束平彎半徑過小(R=400 m或500 m)，中跨水平彎曲鋼束在箱外頂板上緣混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生預(yù)加徑向拉應(yīng)力，使引起的橫向應(yīng)變超出了砼的極限拉應(yīng)變值，引起結(jié)構(gòu)橫向外崩，產(chǎn)生縱向裂縫。

圖4 中跨頂板頂面應(yīng)變片

圖5 中跨頂板底面應(yīng)變片

圖6 邊跨頂板底面應(yīng)變片

5.2 次要原因

頂板預(yù)應(yīng)力束過于密集，從而削弱了結(jié)構(gòu)的受力面積(見圖7)。同時(shí)，因全預(yù)應(yīng)力梁會(huì)出現(xiàn)由于偏心預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的過大的上拱度(恒重荷載產(chǎn)生的撓度僅能抵消上拱度的一部分)，這種傾向在預(yù)應(yīng)力施加完后會(huì)繼續(xù)發(fā)展。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員過分追求全預(yù)應(yīng)力，為了滿足全預(yù)應(yīng)力的抗裂要求，過大的預(yù)壓應(yīng)力引起的橫向拉應(yīng)變超出極限值而造成梁體出現(xiàn)縱向水平裂縫。

圖7 橋頂板束預(yù)應(yīng)力設(shè)置

6 根據(jù)檢測(cè)結(jié)果原因分析采取的裂紋防治措施

6.1 檢測(cè)結(jié)果分析

在腹板束張拉過程中，頂板箱內(nèi)應(yīng)變均較小，橋面受溫度影響產(chǎn)生明顯的拉應(yīng)變。

從實(shí)測(cè)的橫向拉應(yīng)變結(jié)果表明:頂板束水平彎曲產(chǎn)生了較大的拉應(yīng)變，由于中跨在頂板半高部位靠近平彎預(yù)應(yīng)力束處增加了一層橫向水平鋼筋(見圖8)，分擔(dān)并擴(kuò)散了橫向拉應(yīng)力，頂板底部的拉應(yīng)變與邊跨的拉應(yīng)變相比大為降低，從根本上阻止了裂縫的開展。

圖8 梁體裂縫位置示意

而邊跨則按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了施工，在頂板束張拉過程中，中跨頂板橋面3、4號(hào)點(diǎn)位拉應(yīng)變較大，頂板箱內(nèi)拉應(yīng)變最大為50，邊跨頂板箱內(nèi)2、3、6號(hào)點(diǎn)位拉應(yīng)變較大。該應(yīng)變值已達(dá)到混凝土極限拉應(yīng)變值，雖然表面尚未出現(xiàn)裂縫但內(nèi)部已經(jīng)開裂。

6.2 裂紋防治措施

1)在距頂面35 cm處增設(shè)一層φ16@15 cm構(gòu)造鋼筋(見圖9)，以增加頂板抵抗橫向拉應(yīng)力的能力。

圖9 頂板構(gòu)造鋼筋

2)在頂板束平彎區(qū)段適當(dāng)加設(shè)U形拉結(jié)筋，增加結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力。

3)在設(shè)計(jì)較大噸位的縱向預(yù)應(yīng)力時(shí)，充分考慮由于縱向應(yīng)力而引起的橫向應(yīng)力值是否超過了砼本身的拉應(yīng)力值。

4)在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力時(shí)，充分考慮波紋管道對(duì)結(jié)構(gòu)本身截面積的削弱程度。

5)在設(shè)計(jì)腹板厚度時(shí)，充分考慮能夠承受集中的錨固力，如若腹板太薄或砼強(qiáng)度太低也會(huì)引起預(yù)應(yīng)力束線方向的開裂。為避免砼的開裂，可以用主動(dòng)鋼筋網(wǎng)和豎向預(yù)應(yīng)力筋并借助應(yīng)力箍來錨固。

6)施工單位在施加預(yù)應(yīng)力力時(shí)，砼要有足夠的齡期，最好在7 d之后施加，使砼有足夠的彈性模量和抗拉應(yīng)力。

6.3 裂縫處理措施

對(duì)橋梁裂縫重新安排裂縫灌漿修復(fù)、粘碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)兩種措施。

6.3.1 裂縫灌漿修復(fù)

1)沿縫對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理，清除松散灰漿、砂粒、油垢，使縫隙暢通、干燥。

2)使用灌縫膠摻入水泥或大白粉作為封閉膠埋設(shè)注漿嘴和封縫，注漿嘴埋設(shè)在裂縫端部、交叉處和較寬處，間隔300～500 mm。

3)縫膠固化使用壓縮氣體試壓，確認(rèn)灌注通道暢通、密封無泄漏。

4)將灌縫膠按規(guī)定比例調(diào)配好，立即裝進(jìn)壓力罐，盡快將其注入裂縫中。灌漿一般應(yīng)按由寬到細(xì)，從一端自注漿嘴順序注入;從第一注漿嘴開始灌注，待下一注漿嘴出漿后關(guān)閉本注漿嘴，在下一注漿嘴繼續(xù)采用壓力灌注，依次進(jìn)行。對(duì)垂直裂縫應(yīng)按由低到高的順序進(jìn)行，縫隙全部注滿后應(yīng)繼續(xù)穩(wěn)定壓力一定時(shí)間，吸漿率小于50 ml/h時(shí)停止注漿，關(guān)閉注漿嘴。

5)膠液固化后，敲去注漿嘴。

6.3.2 粘貼碳纖加固補(bǔ)強(qiáng)

1)施工前應(yīng)對(duì)粘貼部位混凝土的表層含水率及所處環(huán)境強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙，在加固部位放線定位。

2)清除被加固構(gòu)件表面，若有裂縫應(yīng)先行修補(bǔ)使表面堅(jiān)實(shí)，除去浮漿層和油污等雜質(zhì)，并打磨平整，構(gòu)件轉(zhuǎn)角粘貼處打磨成圓弧狀，并將表面粉塵徹底清除。

3)底膠用滾筒刷或特制的毛刷均勻涂在已用清洗劑擦凈的混凝土表面，調(diào)好的底膠應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完。

4)黏合劑的配制，應(yīng)按黏合劑的配制比例和工藝要求進(jìn)行，調(diào)膠應(yīng)攪拌均勻，無氣泡產(chǎn)生，防止灰塵等雜質(zhì)混入，且應(yīng)有專人負(fù)責(zé)。

6.3.3 粘貼碳纖維織物的施工要求

1)裁剪60cm寬的碳纖維織物;將配制好的黏結(jié)劑均勻涂抹于需要粘貼部位的混凝土面上。

2)將裁剪好的碳纖維織物敷在涂好黏合劑的基層上;用特制的滾筒沿碳纖維方向在已粘好碳纖維織物的面上多次滾壓，使黏合劑充分浸透，并使其平整、無氣泡。在最后一層碳纖維的表面應(yīng)均勻涂抹一道黏合劑。

3)濕度在85%以上時(shí)，嚴(yán)禁施工。

4)主劑和硬化劑混合后，嚴(yán)守使用時(shí)間，不得超過樹脂的可使用時(shí)間，碳纖維布在保管時(shí)，不得直曬和雨淋。

5)碳纖維織物為導(dǎo)電材料，施工時(shí)應(yīng)使其遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源。

6)各種黏合劑應(yīng)在其說明書規(guī)定的環(huán)境溫度中密封儲(chǔ)存，并遠(yuǎn)離火源，且避免日光直射。

7)黏合劑的配制應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行，其操作環(huán)境及施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)保持良好通風(fēng)，施工人員應(yīng)戴防護(hù)口罩、手套和穿工作服。

7 小結(jié)

預(yù)應(yīng)力混凝土箱形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫很常見，但可避免或減少，關(guān)鍵在以下兩點(diǎn):

1)設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)真驗(yàn)算，合理布置構(gòu)造鋼筋或預(yù)應(yīng)力筋，對(duì)易出現(xiàn)裂縫的部位，通過施工過程的嚴(yán)格控制，盡可能地避免開裂或減少裂縫的數(shù)量，減少裂縫的長度和寬度，通過對(duì)裂縫的妥善處理，控制裂縫的發(fā)展，使裂縫不至于對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害，保證結(jié)構(gòu)的正常使用。該工程對(duì)箱梁頂部倒角處鋼筋進(jìn)行了加密和補(bǔ)強(qiáng)，在張拉工序完成到拆除模板，混凝土表面平整光潔，沒有出現(xiàn)裂縫，證明采取的防裂措施是有效的。同時(shí)加固補(bǔ)強(qiáng)方案實(shí)施后，檢測(cè)證明，裂縫灌注飽滿、密封完整，強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求且混凝土的結(jié)構(gòu)性能良好;碳纖維粘貼平整、牢固、無氣泡、空鼓等現(xiàn)象。

2)加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)范要求的施工程序和方法施工，是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵，防止人為因素引起的不合理的施工工藝和方法，杜絕超越客觀現(xiàn)實(shí)的盲目施工等不良現(xiàn)象至關(guān)重要。

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