薄壁預應力混凝土劈裂的處理及控制

張濤，黃智強，陳磊，高彬彬

（1重慶城建控股（集團）有限責任公司，重慶 400010；2重慶建工新型建材有限公司，重慶 401122）

1 概況

某斜拉橋采用塔梁固結體系，主梁共22個節段，設計混凝土強度等級為C60，1#節段長4.15m，為變高段，由端部的5.5m漸變至4.6m。2#-22#節段為等長6m，高度除2#節段為變高，由4.15m漸變至3.3m外，均為等高3.3m。

橫隔梁位于每節段主梁的尾端，斷面呈馬蹄狀，上部與主梁頂板結合，兩端與主梁斜拉索錨固體結合，起橫向連接主梁兩側拉索錨固體的作用。

在橫隔梁斷面寬度28cm、底部馬蹄狀48cm處設有倒角漸變，1#節段橫隔梁設有2根（25Φ15.2mm）鋼絞線預應力束，3-22節段橫隔梁設有3根（25Φ15.2mm）鋼絞線預應力鋼束[1]，預應力管道呈豎向居中層疊、管道間距15cm，見圖1。

圖1 橫隔梁鋼束圖

主梁1#節段混凝土澆筑完成達到設計要求的強度及齡期要求后，對江跨橫隔梁進行張拉，張拉按先下后上鋼束的順序進行，由下至上先N8、后N7。

N8張拉完成后，N7張拉至80%控制力時，橫隔梁下游側預留人孔下緣出現混凝土劈裂 （圖2），劈裂呈非對稱，劈裂面較薄，剩余約2/3厚度混凝土完好。底部預應力管道已損壞，兩束鋼絞線在彎曲部擠壓到一起。橫隔梁另一端，上游側出現細小裂紋，由人孔下緣沿預應力管道向上。

圖2 混凝土張拉劈裂

出現混凝土張拉劈裂的問題后暫停張拉，并對1#節段橫隔梁進行全面檢查，判斷裂紋是否蔓延，結果未發現其他裂紋。

2 原因分析

對造成混凝土劈裂的原因，邀請橋梁設計專家、大學教授、經驗豐富的橋梁工程專家，從現場調查入手，查閱相關記錄，由設計、施工各環節因素逐一進行剖析，包括混凝土強度、振搗效果密實性、預應力管道間距、定位準確性、鋼筋尺寸及安裝、預應力張拉設備等方面，排除一些次要因素，確認造成混凝土劈裂的主要原因是：

（1）橫隔梁鋼筋對拉鉤未按設計尺寸安裝，存在部分遺漏，且對拉鉤未鉤住外層豎向鋼筋，使橫隔梁側向抵抗力不足，造成橫隔梁在預應力張拉時，混凝土側向劈裂，見圖3。

（2）預應力管道安裝存在偏位，造成預應力張拉時腹板偏心受力，薄壁混凝土不平衡偏心受壓致使側向劈裂，見圖3。

圖3 混凝土鋼筋、管道

（3）預應力管道間距較小，中心距15cm，管道間凈距在彎起部位僅4.5cm，管道間混凝土粗骨料難以達到且振搗不密實，見圖4。

（4）張拉順序由下至上，使下面管道在彎曲處擠壓上面管道，且下面管道已被破壞，造成上面鋼束在張拉時應力未有效傳遞，在彎曲處應力集中，加速混凝土劈裂，見圖4。

圖4 鋼束布置圖

3 方案及處治

3.1 處理方案

按照質量問題“三不放過”原則，保證結構滿足設計要求，工程質量安全可靠，不留隱患，編制處理措施。及時進行處理，避免對結構、工程質量造成影響。

（1）對已張拉鋼束退張，解除預應力，對劈裂部分混凝土進行徹底清理，恢復管道，同時增設定位鋼筋，對橫隔梁混凝土進行加厚，將斷面28cm加厚至48cm（每側加厚10cm），與馬蹄等厚，新澆混凝土強度及齡期達到設計要求后張拉。

（2）調整1#節段橫隔梁預應力鋼束張拉順序，按先張拉上面鋼束，并對上鋼束預應力管道進行壓漿，待壓漿強度達到一定后張拉下鋼束，避免先張拉下鋼束，造成管道因凈距小而破壞，鋼絞線擠壓造成上鋼束張拉時應力集中。

（3）為防止再次出現類似質量問題，對后續節段施工提出了預防措施，加強施工過程管理，尤其是對拉鉤鋼筋和管道安裝應嚴格控制質量，必須在滿足設計和規范的條件下，方可進入下道工序施工。

（4）對橫隔梁預應力管道間距適當增大，增設徑向反力鋼筋，加強對預應力管道曲線段約束。

3.2 施工處治

3.2.1 鑿除

首先，對主梁1#節段橫隔梁混凝土張拉劈裂部分進行清除，橫隔梁相應厚度（腹板28cm、馬蹄48cm）鑿除，清除區域包括管道破壞處、混凝土劈裂部分、裂縫延伸段，見圖5。

圖5 鑿除區域

預應力管道破損部分也一并清理，直至管道完好處。

3.2.2 預應力管道恢復

混凝土鑿除完成，對原預應力管道清理、管道兩端與原混凝土接觸處留20cm完好管道，利于與新管道接頭。

測量出恢復管道需用長度，按長度截取相應塑料波紋管，對中破開為兩個半圓，從橫隔梁兩側對預應力鋼絞線進行包裹，包裹時波紋管壁體對位，防止錯位，用鋼筋扎絲間距30cm纏牢，再用防水膠帶從一端層層向前纏繞至另一端。并通水檢查是否漏水，若漏水即進行補纏，直至無漏水現象。

安裝破開的波紋管前，在鋼紋線上套入“C”型環筋，環筋采用Φ6，環型直徑等于波紋管內徑，作為波紋管破開后的環向支撐，使拼合管體在澆筑混凝土時不致被擠扁。

波紋管道恢復后，再對管道按設計坐標進行定位、固定，定位鋼筋適當加密。

對預應力鋼束曲線處增設徑向拉力鋼筋，鋼筋直徑Φ12，長度由管道至鑿除混凝土區域底緣。

圖6 波紋管恢復

圖7 加厚補強混凝土

3.2.3 鋼筋恢復與混凝土澆筑

管道恢復完成，首先對因恢復預應力管道而割開的原有鋼筋進行恢復，綁條焊接割斷鋼筋，使鋼筋達到原有受力要求。

并增設加厚體鋼筋，沿橫隔梁混凝土鑿除區域縱向長度，豎向自馬蹄由下而上將混凝土厚度由28cm調整為48cm（圖7），加厚體鋼筋按橫隔梁腹板鋼筋設計圖設置，水平鋼筋、豎向鋼筋、鋼筋對拉鉤規格及間距與設計腹板鋼筋一致。為了加強新舊混凝土聯結，豎向鋼筋設為向下開口“門”型，植入原混凝土8cm。

鋼筋實際尺寸按照鑿除區域及加厚體厚度與其貼合，達到加厚體鋼筋連接成整體的效果。

鋼筋安裝定位準確、綁扎牢固，對拉鉤與主筋焊接，并與橫隔梁原鋼筋交叉點進行點焊，使增設鋼筋與原鋼筋形成整體，增強受力效果。

加厚體混凝土豎向高度按鑿除混凝土區域最高點+20cm控制，對橫隔梁鑿除區域形成包裹，使橫隔梁鑿除區域補強混凝土與原混凝土貼合緊密、無縫隙。

橫隔梁原混凝土被加厚體包裹面需鑿除表面層，使新舊混凝土無隔縫。

加厚體混凝土澆筑前，對新舊混凝土接合面噴灑水泥漿，用圓鋼插入新舊混凝土接合處插搗，再用插入式振動棒自模板上口插入底部振搗，使混凝土密實。

3.2.4 預應力張拉與壓漿

混凝土達到張拉強度后，按先上鋼束后下鋼束順序進行預應力束張拉，上鋼束張拉完成，壓漿待其漿體達到設計值后，再張拉下鋼束。

在張拉過程中，對橫隔梁混凝土的變化嚴密觀測，包括加厚混凝土及新舊混凝土接合面進行觀察，是否有新的混凝土裂紋產生、原裂紋是否發展。

1#節段橫隔梁江跨上游側斜腹板裂紋，經檢測裂紋寬度≤0.2mm，采用環氧材料封閉。

張拉結束，梁體及新舊混凝土結合未發現新的混凝土裂紋，原裂紋收斂。混凝土劈裂處治成功。

4 預防措施

加強人員質量意識，深刻汲取橫隔梁張拉劈裂的教訓，從思想上樹立嚴格執行設計和規范標準觀念，做到質量可控。

加強領導，組織技術管理人員對設計圖紙要求、相應規范條文、相關技術知識的學習掌握，并對現場各工序檢驗進行控制。

嚴控過程管理，各工序嚴格按設計要求進行實施，實行工序交接檢驗制度，合格后再進入下一道工序。

鋼筋安裝時，注意對拉鋼筋的間距、規格、尺寸，兩端彎鉤包住豎向主筋并焊接固定。管道定位準確、牢固可靠，能抵抗混凝土澆筑過程中的沖擊及振搗擠壓。混凝土澆筑加強振搗，達到無空洞，密實無氣泡。

預應力鋼束的布置間距，不宜太小，應有足夠的管道間隙，混凝土能夠完全充盈，粗骨料不被阻隔，且易被振搗密實。同時，預應力管道通過結構門洞時，應對門洞鋼筋加強，防止應力集中。管道居中放置，嚴禁偏心，防止張拉時產生側向應力造成劈裂。

5 結語

薄壁預應力混凝土構件承受較大應力，鋼筋、混凝土、預應力鋼束作為組成要素在設計、施工各個環節上合理設置，嚴格控制，精細實施，才能有效控制質量，通過本次薄壁預應力混凝土劈裂處理，可以總結出以下幾點：

（1）鋼筋制作及定位準確，在人孔門洞減弱混凝土斷面處加強設置；

（2）預應力管道間距應有足夠空間，滿足混凝土充盈要求，能夠振搗密實，且核心混凝土具有張拉鋼束彎曲徑向力的抵抗力；

（3）預應力管道在彎曲半徑較小時，應設彎曲徑向反力筋，使混凝土整體均勻受力；

（4）預應力管道在薄壁結構里居中布置，定位牢固，防止偏心造成張拉時側向應力；

（5）混凝土下料緩慢，振搗密實，具有足夠抗力及耐久性。

對影響質量的重要環節重點控制，措施得當，能防止薄壁預應力混凝土彎曲位置應力集中、偏心受壓劈裂，質量將得到保障。

[1]中交公路規劃設計院.JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范 [S].北京：人民交通出版社，2004.