浅谈现浇预应力混凝土箱梁锚后崩裂处理

李济宁，朱庆亮

（中铁三局运输工程分公司工程管理部，山西 晋中 030600）

目前，在铁路及公路桥梁的设计中大部分桥梁为预应力混凝土梁桥。但在施工过程中，由于施工人员责任心不强等原因导致预应力梁出现混凝土不密实等不同程度的病害，致使预应力梁在张拉时出现裂缝、崩裂等现象。结合预应力混凝土连续箱梁出现的典型病害，通过分析桥梁产生病害的原因，制定出切实可行的处理方案及施工控制措施，以消除预应力梁的质量隐患和病害，确保铁路及公路的正常安全运营。

1 工程概况

某高速铁路桥梁为满堂支架预应力混凝土连续箱梁，设计跨度（32+48+32）m，结构为等截面单箱室断面，波纹管采用内径90 mm金属波纹管，钢绞线为12-7Φ5，锚具为M15-12型，梁体为C50混凝土。该梁在浇筑完成28 d后，对同条件及标养砼试件进行检测，混凝土强度及弹性模量均达到设计值的100%，可进行张拉施工，张拉过程中出现锚口处混凝土向外劈裂破坏，锚垫板有断裂、内陷现象。裂缝宽5 mm，长310 mm，锚垫板四处断裂，下陷15 mm，崩裂破坏情况如图1所示。

图1 锚垫板及锚口处砼破坏图

2 原因分析

通过观察崩裂破坏情况，发现端头混凝土预应力钢束M1的锚板后方混凝土有大量气泡，另外两外侧表面混凝土麻面现象严重，麻面集中位于底板上0～1.8 m。

通过查阅图纸、施工记录及施工混凝土配合比，发现该梁混凝土于冬季期间施工，张拉时自最外侧M1对称张拉，混凝土采用高性能混凝土配合比，混凝土掺入聚羧酸高效减水剂、粉煤灰及矿粉。

通过上述现场察看及资料查阅，经分析得出，张拉端锚垫板的凹陷碎裂事故原因有以下几方面。

第一，施工作业队在浇筑混凝土过程中，锚垫板后方的锚固区域漏振、欠振捣造成混凝土不密实，致使锥度状铸铁喇叭管前端不能提供良好的混凝土支承，导致锚垫板在张拉过程中受压内陷碎裂，进而破坏锚垫板周围混凝土，这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预应力钢束6束，分为3排，每排2束，有铸铁喇叭管及螺旋钢筋，有腹板的钢筋网等，钢筋密集，振捣棒难以有效插入至腹板底部进行振捣。

第三，由于采用了聚羧酸高效减水剂，单方混凝土用水量少，掺粉煤灰和矿粉较多的高性能混凝土配合比使混凝土的黏稠性较大，易产生坍损。在坍落度偏小时，易造成箱梁端部锚固区的混凝土不密实。

第四，在箱梁腹板端部的截面上，布置了3排每排2束的预应力钢束，导致外侧的预应力钢束的喇叭管离箱梁外侧面很近，锚下铸铁喇叭管锥度头、小直径端的二次传力台阶较小。在施工现场保护层控制略差的情况下，易产生横向劈裂荷载。

3 处理方案

3.1 处理思路

针对上述分析原因，对箱梁端部预应力钢束M1锚下的铸铁承压板因混凝土浇空导致凹陷碎裂的问题处理，应综合材料技术、结构技术以及施工技术方面去认识及整合处理，具体思路如下。

第一，在材料技术上，总体要解决凿除锚固区不密实的混凝土，新浇筑的混凝土应有良好的体积稳定性，尽量减少新混凝土的收缩率。让新浇筑的混凝土与已完成一定收缩的旧混凝土有良好的结合。

第二，在结构技术上，重点解决腹板部位，设计合理的承受剪力的结合面齿形，加强每排2束锚固区间的联系，减少锥度铸铁喇叭管引发附加横向力的影响。

第三，在施工技术上，制定合理的特殊施工工艺，考虑清楚如何才能凿出符合设计要求的齿形及表面粗糙度，如何才能保证浇筑的新旧混凝土结合良好等。

第四，对于箱梁两侧0～1.8 m范围外表存在的麻面及气泡缺陷，处理的思路为：①表面麻面和小的气泡影响美观，应加以修补，即将麻面部分湿润后用水泥浆或水泥砂浆抹平。②对于混凝土表面小的蜂窝，将表面先用水洗刷干净后采用钢丝刷磨糙，用1∶2或2∶5水泥砂浆修补。③大蜂窝则先将松动石子剔掉。用水冲刷干净湿透，再用提高一级标号的细石混凝土捣实，加强养护。

3.2 处理实施措施

3.2.1 配置综合性能优良的锚下补浇筑的混凝土

特殊条件下，混凝土的配比设计指导思想是努力配制低收缩、低泌水、体积稳定的高性能混凝土，采用高质量的原材料及高效外加剂，减少单方水泥用量，采用低水胶比，提高混凝土的极限抗拉强度。

补浇的混凝土仍采用原配合比，强度提高一个等级，按C55混凝土进行试配。应进行试配试验，入模坍落度控制为160～180 mm。

施工前，认真调配砂浆、水泥浆及混凝土比例，并与浇筑完成的箱梁实体进行对比，选择颜色较为接近的配比进行施工。

3.2.2 补浇筑的新旧混凝土结合面表面处理

腹板端部已崩裂的混凝土凿除后，新补浇筑的混凝土应与原周边的旧混凝土有良好的结合。对新旧混凝土的交界面处，原钢筋配置比较密，若按涂刷界面剂方法处理凿出的混凝土表面会形成新的一个软弱结合层，该层对混凝土抗渗有利，但对抗剪力不利。在充分比较后，根据以往混凝土叠合板的新旧混凝土结合处理试验表明，只要结合面的表面充分浇足水就能很好地满足抗剪要求。因此，提出具体的新旧混凝土结合面的处理方法为：在浇筑锚固区新混凝土之前，对腹板的旧混凝土凿出的结合面连续48h浇水，充分湿润，但混凝土浇筑前其表面不能滴水，保证结合面处的新浇混凝土中的水分不被旧混凝土迅速吸走而造成结合不好。

对于腹板外侧竖排预应力钢束锚固区的原混凝土，内侧竖向垂直面采用人工凿成具有空间尺寸的凹凸齿槽状，顶面呈45°左右斜面，便于振捣混凝土排出气泡。这样既可以利用新旧混凝土间的空间齿相互结合的机械咬合力传递剪切力，又可利用新旧混凝土粗糙面的粘结力传递剪力，确保新旧混凝土共同工作，使浇筑完成的混凝土的抗剪强度基本不受影响，与原一次浇筑成形的箱梁混凝土基本相同。

对于与预应力钢束正交的竖向垂直面，浇筑面凿成垂直状，便于直接传递预应力钢束的正压力。

凿除混凝土的过程中应特别注意，不能损伤任何原有钢筋，对于已弯曲或损坏的钢筋应予以矫直或修复，对于已损坏的波纹管也应予以替换修复。

3.2.3 加强预应力钢束锚下区域横向连系措施

3.2.3.1 技术方案

根据已凿除的锚下区域松散的混凝土，每排预应力钢束间的两束间横向连系较弱，采用结合原有的横向钢筋，增设“U”形钢筋与原横向钢筋搭接焊接，将腹板外侧面的竖向钢筋尽可能包围成水平封闭箍筋状，以加强每排两钢束间的横向连系，共同抵抗锥度铸铁喇叭管承压板引起的横向力。对于截面上横向钢筋较少处，进行植筋处理，增植横向连系钢筋，并形成封闭箍筋。

3.2.3.2 植筋孔定位

由于锚后端钢筋较密，且波纹管集中，钻孔前需根据方案及间距认真测量定位，定位孔用红色油漆标记，在局部钢筋冲突地段，适当移动位置进行定位。

3.2.3.3 钻植筋孔

施工人员按照标注位置、成孔直径及锚固深度进行锚固孔的钻进工作，确保钻成的孔洞位置、孔径及深度符合要求。钻孔垂直度偏差＜2°，钻孔深度偏差＜5 mm。钻孔时不得伤害构件内主筋。

3.2.3.4 清理

清理应严格按照试验的方法进行操作，确保孔内无杂物，清孔时严禁使用水冲。清理完成后，报请技术人员认真检查，确保孔内干净，检查可采用空压机细管再次高压清洗的方案检查，高压气流冲击时，孔内无灰尘飞出即为清理干净。

3.2.3.5 注胶

注胶要严格按照试验方法及说明书进行。注胶后，在插入钢筋之前将注胶孔周围相邻孔内胶同时注满。

3.2.3.6 植筋

植筋前，需认真将钢筋除锈，保证钢筋与胶结合面无隔膜层。植筋采用顺时针旋转植入的方案，植筋过程中不可逆向旋转。旋转到位后，立即调整好钢筋位置。植筋后，没有到设计养护期间，严禁触动钢筋。

3.2.4 补浇混凝土施工

3.2.4.1 混凝土支模

新浇筑被凿除的部分腹板端部，其支模工艺从底部向上分层浇筑混凝土，保证新旧混凝土结合良好，锚下区域混凝土充分振捣密实，减少新浇筑自密实下沉造成结合面分离的影响。

3.2.4.2 混凝土的拌制

保证混合材的质量，加强材质检验，进行混凝土试配，根据试配结果确定掺量。外加剂及膨胀剂掺量要准确，掺量误差应控制在总掺量的±1%以内，搅拌时要均匀。外加剂在新拌混凝土中应分布均匀，避免局部过量引起不良后果。混凝土浇筑前，要进行坍落度检验。

3.2.4.3 浇筑方法

腹板外侧的结合面处分3次连续浇筑：第1层混凝土浇至第1排预应力钢束的螺旋钢筋上方约50～100 mm处，进行第1次充分振捣，排出结合面处的气泡；待振捣密实并初步沉实后，封闭该层斜口模，再进行第2层混凝土浇捣。第2次混凝土浇筑至第2排预应力钢束的螺旋筋上方约50～100 mm，封闭该层斜口模；第3次浇筑至顶面。注意分层间的时间间隔应不超过混凝土的初凝时间。

3.2.4.4 混凝土的养护

混凝土浇筑完成24 h后，沿模板上方浇水养护，保证混凝土表面湿润，至少养护14 d以上。模板拆除应在7 d以后。

4 控制措施

第一，结合施工现场的箱梁构件及施工条件，在箱梁施工中，应充分认识到具有一定斜度的腹板端部多排预应力钢束锚固区混凝土浇筑振捣密实有一定难度，可采用预先插入内径为60 mm左右的钢管，将直径为50 mm的振捣棒从钢管内斜向导至腹板锚固区底部，并随拔随振捣。对于其他倾斜的腹板梁，可采用振捣棒端部电焊钢筋作为斜向插入的导杆，保证振捣棒能插入腹板梁的底部。

第二，由于箱梁腹板的端面上，预应力钢束外列布置与腹板外侧边很近，因此，必须重视铸铁喇叭管区域钢筋网片能增加每排两钢束间横向约束的作用。设计的锚下区域钢筋网必须安装到位，未设计的要在施工过程中进行加强，并将钢筋网与横向约束主筋焊接固定。

第三，对端部模板考虑开设必要的辅助振捣口方案，加强振捣，端部的混凝土浇筑要密实。

第四，加强预应力波纹管的准确定位，保护层要有厚度。

5 结束语

该桥按照上述施工方案进行处理，新加固混凝土达到强度后再次进行张拉，没有出现问题，锚垫板良好。施工过程中采用千分表进行监控量测表明，新旧混凝土共同作用，变形一致，新旧混凝土结合面未出现裂纹，结合良好，外观色泽一致，加固措施较为成功。

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