薄壁预应力混凝土劈裂的处理及控制

张涛，黄智强，陈磊，高彬彬

（1重庆城建控股（集团）有限责任公司，重庆 400010；2重庆建工新型建材有限公司，重庆 401122）

1 概况

某斜拉桥采用塔梁固结体系，主梁共22个节段，设计混凝土强度等级为C60，1#节段长4.15m，为变高段，由端部的5.5m渐变至4.6m。2#-22#节段为等长6m，高度除2#节段为变高，由4.15m渐变至3.3m外，均为等高3.3m。

横隔梁位于每节段主梁的尾端，断面呈马蹄状，上部与主梁顶板结合，两端与主梁斜拉索锚固体结合，起横向连接主梁两侧拉索锚固体的作用。

在横隔梁断面宽度28cm、底部马蹄状48cm处设有倒角渐变，1#节段横隔梁设有2根（25Φ15.2mm）钢绞线预应力束，3-22节段横隔梁设有3根（25Φ15.2mm）钢绞线预应力钢束[1]，预应力管道呈竖向居中层叠、管道间距15cm，见图1。

图1 横隔梁钢束图

主梁1#节段混凝土浇筑完成达到设计要求的强度及龄期要求后，对江跨横隔梁进行张拉，张拉按先下后上钢束的顺序进行，由下至上先N8、后N7。

N8张拉完成后，N7张拉至80%控制力时，横隔梁下游侧预留人孔下缘出现混凝土劈裂 （图2），劈裂呈非对称，劈裂面较薄，剩余约2/3厚度混凝土完好。底部预应力管道已损坏，两束钢绞线在弯曲部挤压到一起。横隔梁另一端，上游侧出现细小裂纹，由人孔下缘沿预应力管道向上。

图2 混凝土张拉劈裂

出现混凝土张拉劈裂的问题后暂停张拉，并对1#节段横隔梁进行全面检查，判断裂纹是否蔓延，结果未发现其他裂纹。

2 原因分析

对造成混凝土劈裂的原因，邀请桥梁设计专家、大学教授、经验丰富的桥梁工程专家，从现场调查入手，查阅相关记录，由设计、施工各环节因素逐一进行剖析，包括混凝土强度、振捣效果密实性、预应力管道间距、定位准确性、钢筋尺寸及安装、预应力张拉设备等方面，排除一些次要因素，确认造成混凝土劈裂的主要原因是：

（1）横隔梁钢筋对拉钩未按设计尺寸安装，存在部分遗漏，且对拉钩未钩住外层竖向钢筋，使横隔梁侧向抵抗力不足，造成横隔梁在预应力张拉时，混凝土侧向劈裂，见图3。

（2）预应力管道安装存在偏位，造成预应力张拉时腹板偏心受力，薄壁混凝土不平衡偏心受压致使侧向劈裂，见图3。

图3 混凝土钢筋、管道

（3）预应力管道间距较小，中心距15cm，管道间净距在弯起部位仅4.5cm，管道间混凝土粗骨料难以达到且振捣不密实，见图4。

（4）张拉顺序由下至上，使下面管道在弯曲处挤压上面管道，且下面管道已被破坏，造成上面钢束在张拉时应力未有效传递，在弯曲处应力集中，加速混凝土劈裂，见图4。

图4 钢束布置图

3 方案及处治

3.1 处理方案

按照质量问题“三不放过”原则，保证结构满足设计要求，工程质量安全可靠，不留隐患，编制处理措施。及时进行处理，避免对结构、工程质量造成影响。

（1）对已张拉钢束退张，解除预应力，对劈裂部分混凝土进行彻底清理，恢复管道，同时增设定位钢筋，对横隔梁混凝土进行加厚，将断面28cm加厚至48cm（每侧加厚10cm），与马蹄等厚，新浇混凝土强度及龄期达到设计要求后张拉。

（2）调整1#节段横隔梁预应力钢束张拉顺序，按先张拉上面钢束，并对上钢束预应力管道进行压浆，待压浆强度达到一定后张拉下钢束，避免先张拉下钢束，造成管道因净距小而破坏，钢绞线挤压造成上钢束张拉时应力集中。

（3）为防止再次出现类似质量问题，对后续节段施工提出了预防措施，加强施工过程管理，尤其是对拉钩钢筋和管道安装应严格控制质量，必须在满足设计和规范的条件下，方可进入下道工序施工。

（4）对横隔梁预应力管道间距适当增大，增设径向反力钢筋，加强对预应力管道曲线段约束。

3.2 施工处治

3.2.1 凿除

首先，对主梁1#节段横隔梁混凝土张拉劈裂部分进行清除，横隔梁相应厚度（腹板28cm、马蹄48cm）凿除，清除区域包括管道破坏处、混凝土劈裂部分、裂缝延伸段，见图5。

图5 凿除区域

预应力管道破损部分也一并清理，直至管道完好处。

3.2.2 预应力管道恢复

混凝土凿除完成，对原预应力管道清理、管道两端与原混凝土接触处留20cm完好管道，利于与新管道接头。

测量出恢复管道需用长度，按长度截取相应塑料波纹管，对中破开为两个半圆，从横隔梁两侧对预应力钢绞线进行包裹，包裹时波纹管壁体对位，防止错位，用钢筋扎丝间距30cm缠牢，再用防水胶带从一端层层向前缠绕至另一端。并通水检查是否漏水，若漏水即进行补缠，直至无漏水现象。

安装破开的波纹管前，在钢纹线上套入“C”型环筋，环筋采用Φ6，环型直径等于波纹管内径，作为波纹管破开后的环向支撑，使拼合管体在浇筑混凝土时不致被挤扁。

波纹管道恢复后，再对管道按设计坐标进行定位、固定，定位钢筋适当加密。

对预应力钢束曲线处增设径向拉力钢筋，钢筋直径Φ12，长度由管道至凿除混凝土区域底缘。

图6 波纹管恢复

图7 加厚补强混凝土

3.2.3 钢筋恢复与混凝土浇筑

管道恢复完成，首先对因恢复预应力管道而割开的原有钢筋进行恢复，绑条焊接割断钢筋，使钢筋达到原有受力要求。

并增设加厚体钢筋，沿横隔梁混凝土凿除区域纵向长度，竖向自马蹄由下而上将混凝土厚度由28cm调整为48cm（图7），加厚体钢筋按横隔梁腹板钢筋设计图设置，水平钢筋、竖向钢筋、钢筋对拉钩规格及间距与设计腹板钢筋一致。为了加强新旧混凝土联结，竖向钢筋设为向下开口“门”型，植入原混凝土8cm。

钢筋实际尺寸按照凿除区域及加厚体厚度与其贴合，达到加厚体钢筋连接成整体的效果。

钢筋安装定位准确、绑扎牢固，对拉钩与主筋焊接，并与横隔梁原钢筋交叉点进行点焊，使增设钢筋与原钢筋形成整体，增强受力效果。

加厚体混凝土竖向高度按凿除混凝土区域最高点+20cm控制，对横隔梁凿除区域形成包裹，使横隔梁凿除区域补强混凝土与原混凝土贴合紧密、无缝隙。

横隔梁原混凝土被加厚体包裹面需凿除表面层，使新旧混凝土无隔缝。

加厚体混凝土浇筑前，对新旧混凝土接合面喷洒水泥浆，用圆钢插入新旧混凝土接合处插捣，再用插入式振动棒自模板上口插入底部振捣，使混凝土密实。

3.2.4 预应力张拉与压浆

混凝土达到张拉强度后，按先上钢束后下钢束顺序进行预应力束张拉，上钢束张拉完成，压浆待其浆体达到设计值后，再张拉下钢束。

在张拉过程中，对横隔梁混凝土的变化严密观测，包括加厚混凝土及新旧混凝土接合面进行观察，是否有新的混凝土裂纹产生、原裂纹是否发展。

1#节段横隔梁江跨上游侧斜腹板裂纹，经检测裂纹宽度≤0.2mm，采用环氧材料封闭。

张拉结束，梁体及新旧混凝土结合未发现新的混凝土裂纹，原裂纹收敛。混凝土劈裂处治成功。

4 预防措施

加强人员质量意识，深刻汲取横隔梁张拉劈裂的教训，从思想上树立严格执行设计和规范标准观念，做到质量可控。

加强领导，组织技术管理人员对设计图纸要求、相应规范条文、相关技术知识的学习掌握，并对现场各工序检验进行控制。

严控过程管理，各工序严格按设计要求进行实施，实行工序交接检验制度，合格后再进入下一道工序。

钢筋安装时，注意对拉钢筋的间距、规格、尺寸，两端弯钩包住竖向主筋并焊接固定。管道定位准确、牢固可靠，能抵抗混凝土浇筑过程中的冲击及振捣挤压。混凝土浇筑加强振捣，达到无空洞，密实无气泡。

预应力钢束的布置间距，不宜太小，应有足够的管道间隙，混凝土能够完全充盈，粗骨料不被阻隔，且易被振捣密实。同时，预应力管道通过结构门洞时，应对门洞钢筋加强，防止应力集中。管道居中放置，严禁偏心，防止张拉时产生侧向应力造成劈裂。

5 结语

薄壁预应力混凝土构件承受较大应力，钢筋、混凝土、预应力钢束作为组成要素在设计、施工各个环节上合理设置，严格控制，精细实施，才能有效控制质量，通过本次薄壁预应力混凝土劈裂处理，可以总结出以下几点：

（1）钢筋制作及定位准确，在人孔门洞减弱混凝土断面处加强设置；

（2）预应力管道间距应有足够空间，满足混凝土充盈要求，能够振捣密实，且核心混凝土具有张拉钢束弯曲径向力的抵抗力；

（3）预应力管道在弯曲半径较小时，应设弯曲径向反力筋，使混凝土整体均匀受力；

（4）预应力管道在薄壁结构里居中布置，定位牢固，防止偏心造成张拉时侧向应力；

（5）混凝土下料缓慢，振捣密实，具有足够抗力及耐久性。

对影响质量的重要环节重点控制，措施得当，能防止薄壁预应力混凝土弯曲位置应力集中、偏心受压劈裂，质量将得到保障。

[1]中交公路规划设计院.JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 [S].北京：人民交通出版社，2004.