箱梁腹板開(kāi)裂與豎向預(yù)應(yīng)力質(zhì)量的探討

1、箱梁腹板開(kāi)裂與豎向預(yù)應(yīng)力質(zhì)量的探討預(yù)應(yīng)力砼箱梁結(jié)構(gòu)在我國(guó)大、中型跨徑橋梁中廣泛被采用。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)箱梁出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，特別是箱梁腹板開(kāi)裂占了一定的比例。一、箱梁腹板開(kāi)裂的原因分析    箱梁開(kāi)裂的橋梁往往在竣工通車后十年左右，開(kāi)裂情況比較嚴(yán)重的，裂縫寬度在0.25mm以上，裂縫貫通腹板厚度，多發(fā)生在腹板的薄弱部位，如預(yù)留的過(guò)人孔和通氣孔，裂縫隙呈傾斜向，明顯表現(xiàn)出斜截面上抗主拉應(yīng)力不夠。個(gè)別橋梁，通車一年后就發(fā)現(xiàn)裂縫，并逐漸擴(kuò)展，影響到橋梁的正常使用。    箱梁腹板開(kāi)裂的原因是相當(dāng)復(fù)雜的。近十多年來(lái)，路橋交通量迅猛增長(zhǎng)，車輛載

2、重超載現(xiàn)象嚴(yán)重，加之當(dāng)時(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、主拉應(yīng)力等問(wèn)題考慮不周，施工中對(duì)質(zhì)量要求不嚴(yán)，質(zhì)量管理及監(jiān)理體系不健全，橋梁竣工通車后，橋面損壞未及時(shí)維修或隨意加厚加載，少數(shù)橋在橋下建房，改變了橋梁原設(shè)計(jì)的應(yīng)力狀態(tài)。二、關(guān)于設(shè)計(jì)方面的建議    如何避免膠板裂縫的出現(xiàn)，在設(shè)計(jì)和施工工藝方面提出以下建議。    2.1  箱梁腹板不宜設(shè)計(jì)太薄。不能過(guò)分地追求結(jié)構(gòu)的輕巧，腹板厚度不僅從理論上要通得過(guò)，對(duì)砼的收縮和徐變，以及溫度變化引起結(jié)構(gòu)的應(yīng)力重分配等問(wèn)題，要考慮充分；對(duì)混凝土這種復(fù)合材料，本身結(jié)構(gòu)不均勻，以及考慮施工中

3、不可預(yù)見(jiàn)的因素應(yīng)留有足夠的應(yīng)力儲(chǔ)備。腹板上的通氣孔對(duì)消除溫差影響是必要的，如果腹板本身強(qiáng)度有富余，通氣孔對(duì)腹板截面的削弱是微不足道的。    2.2  加強(qiáng)構(gòu)造鋼筋是防止裂縫的有效措施。構(gòu)造鋼筋一定要配好，鋼筋間距不能大，鋼筋直徑不宜太小。對(duì)于腹板構(gòu)造鋼筋，還應(yīng)根據(jù)腹板的高度，在腹板箍筋中間設(shè)置腰部的連接鋼筋，將腹板內(nèi)外兩層鋼筋網(wǎng)連接形成整體，雖然增加鋼筋數(shù)量很少，但起的作用很大。    2.3  縱向預(yù)應(yīng)力的彎索是大跨徑連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)箱梁抗主拉應(yīng)力的重要部分。因?yàn)榭v向預(yù)應(yīng)力噸位大，彎曲在腹板上的作用是非常大的，

4、所以能夠彎的，盡量彎，雖然給施工帶來(lái)一定的困難，但實(shí)際操作是能做到的。    2.4  豎向預(yù)應(yīng)力是抵抗剪應(yīng)力和主控應(yīng)力的關(guān)鍵。沒(méi)有設(shè)置預(yù)應(yīng)力的腹板，開(kāi)裂更為嚴(yán)重。對(duì)于腹板厚度在40cm以上，應(yīng)該考慮設(shè)置兩排，箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)該充分考慮預(yù)應(yīng)力錨固損失問(wèn)題。例如頂推箱梁，一般梁高3m，計(jì)算伸長(zhǎng)值只有8.5mm，而損失一般有3mm，甚至更大。損失主要是螺母與精軋螺紋鋼筋的間隙損失和錨墊板與螺母錨固損失。箱梁豎向如果采用鐓頭錨或者楔片群錨預(yù)應(yīng)力體系，鋼絲松弛和錨固損失則更大，造成實(shí)際預(yù)應(yīng)力所剩無(wú)幾，也是不可取的。三、豎向預(yù)應(yīng)力筋壓漿質(zhì)量問(wèn)題 

5、60;  預(yù)應(yīng)力壓漿，特別是豎向預(yù)應(yīng)力壓漿一直存在效果不理想的問(wèn)題。豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)一般采用如圖1構(gòu)造。32精軋螺紋鋼筋，45mm的金屬波紋管或簿鐵皮管。    壓漿存在的主要問(wèn)題：    （1）進(jìn)漿不通。由于管道薄，砼澆注時(shí)造成干擾，使進(jìn)漿管脫落，排氣孔堵塞。（2）壓漿不飽滿。豎向壓漿一般采用常規(guī)的壓漿設(shè)備和方法，壓漿機(jī)排量大，壓力大，水泥漿水灰比偏大，而豎向預(yù)應(yīng)力管道又小又短，需要漿量很小，壓漿的時(shí)間就是一瞬間，通和不通就是這么一下，既沒(méi)有補(bǔ)救措施，又沒(méi)有持壓裝置，水泥漿必然會(huì)分泌、沉淀，造成上端總有一段空隙部分，而這一

6、段恰恰又是錨頭的關(guān)鍵部位，空隙和銹蝕將留下隱患。    （3）壓漿起不到粘結(jié)、握裹作用。由于預(yù)應(yīng)力鋼筋本身剛度大，周邊面積小，不象鋼絲和鋼絞線預(yù)應(yīng)力筋那樣剛度小，周邊面積大，多根互相作用，只要壓漿飽滿，就能起到握裹和防銹蝕作用。我們?cè)?jīng)做過(guò)試驗(yàn)，將已張拉并壓漿的豎向筋進(jìn)行放張，伸長(zhǎng)量基本上回縮了。如將套管直徑加大，握裹不一定加強(qiáng)，而對(duì)腹板斷面削弱加大。四、國(guó)內(nèi)、外關(guān)于豎向筋的情況和信息    4.1  1989年湖南省長(zhǎng)沙湘江北大橋試用過(guò)無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋（見(jiàn)圖1）。由于當(dāng)時(shí)對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力筋壓漿質(zhì)量的懷疑，在主孔斜拉橋和邊孔頂推連

7、續(xù)梁幾段箱梁腹板中，試用了無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。后來(lái)，引起爭(zhēng)議很大。由于對(duì)豎向有粘壓漿質(zhì)量存在的問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足，對(duì)無(wú)粘結(jié)筋的設(shè)計(jì)理論也認(rèn)識(shí)不深；加上當(dāng)時(shí)無(wú)粘結(jié)筋施工工藝過(guò)于草率，試用很快就停止了。圖1    豎向預(yù)應(yīng)力筋壓漿設(shè)計(jì)圖4.2  針對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力的壓漿質(zhì)量難以保證，鐵路部門提出一種新型預(yù)應(yīng)力筋工藝緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。即在預(yù)應(yīng)力筋上包裹一層緩凝結(jié)砂漿，要求這種包裹砂漿安裝到結(jié)構(gòu)上，25天后逐漸硬化。張拉錨固前如無(wú)粘結(jié)，在張拉錨固完成后，逐漸硬化，產(chǎn)生粘結(jié)，最終形成有粘結(jié)筋，緩粘結(jié)筋是一種具有無(wú)粘結(jié)筋施工工藝特點(diǎn)的有粘結(jié)筋。在設(shè)計(jì)計(jì)算和工藝操作方面有其自身特點(diǎn)：

8、磨阻損失計(jì)算時(shí)，要考慮緩凝結(jié)砂漿同預(yù)應(yīng)力筋之間的摩阻；在工藝操作上要求緩粘結(jié)筋必須在工藝規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成張拉錨固，才能保證預(yù)應(yīng)力的正常建立。為了保證包裹砂漿具有良好的緩凝效果，對(duì)包裹層工藝要求高。    4.3  真空灌漿工藝（見(jiàn)圖2）。目前國(guó)外成尤其是歐洲已開(kāi)始普遍采用這種工藝，并且起到了良好的效果。我公司承建的南京長(zhǎng)江二橋主橋斜拉索塔上采用了這種工藝。技術(shù)和主要設(shè)備都是瑞士VSL公司進(jìn)口的。工藝是從水泥漿的拌制入手。配合比是壓漿質(zhì)量的一個(gè)主要因素。所以采用專用攪拌設(shè)備，水泥漿內(nèi)加外摻劑，使水泥漿的水灰比在0.30.4，且增塑、微膨脹。管道密封性要求高

9、，采用新型的成孔材料塑料波紋管，壓漿過(guò)程采用又壓又吸的工藝，壓漿效果良好。但工藝要求高，費(fèi)用昂貴。圖中：  球閥1        構(gòu)件        球閥2        球閥3        過(guò)濾器        真空壓力表 &

10、#160;         高強(qiáng)橡膠管   真空泵      攪拌機(jī)       灌漿泵       輸漿膠管圖2    真空灌漿施工裝置布置圖    4.4  1997年橋梁建設(shè)第3期，發(fā)表了鐵道部大橋局橋梁研究院周履教授的無(wú)粘結(jié)力筋與體外力筋預(yù)應(yīng)力混凝土橋

11、梁的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀一文。列舉了無(wú)粘結(jié)與有粘結(jié)兩種預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并指出“由于體外力筋無(wú)粘結(jié)力筋防腐措施的改進(jìn)，促進(jìn)了結(jié)構(gòu)形式和施工工藝的發(fā)展；另一方面是由于管道壓漿的后張梁質(zhì)量的可靠性受到懷疑，引導(dǎo)人們?nèi)ジ嗟乜紤]先張法及無(wú)粘結(jié)體外力筋的后張法混凝土結(jié)構(gòu)”。該文在無(wú)粘結(jié)力筋預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方面，對(duì)錨具、連接器、套管、防腐包裹材料的技術(shù)要求，對(duì)構(gòu)造的細(xì)節(jié)方面都作了詳細(xì)介紹，還介紹一些國(guó)外有代表性的橋梁實(shí)例。五、關(guān)于豎向預(yù)應(yīng)力筋壓漿工藝的設(shè)想    5.1  仍采取有粘結(jié)筋工藝。在學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)工藝的基礎(chǔ)上，使材料、設(shè)備逐步國(guó)產(chǎn)化，降低成本，完

12、美和改進(jìn)壓漿工藝。    確保豎向壓漿管道暢通牢固，并在張拉端設(shè)置持壓裝置（見(jiàn)圖3）。在兩頭錨墊板上焊接一節(jié)長(zhǎng)6cm的鋼管，這樣增強(qiáng)了錨墊板的承壓剛度，將豎向筋的波紋管固定在鋼管內(nèi)，并用膠布密封。在固定端管旁焊一節(jié)小鋼管，將壓漿塑料管插入，使進(jìn)漿管牢固，上面錨墊板上斜鉆一孔，與管內(nèi)相通，作為排漿孔，并插一根小塑料管引出來(lái)，并有80cm作為持壓長(zhǎng)度，張拉錨固后，用高標(biāo)號(hào)砼密封張拉端。圖3    有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)圖    提高水泥漿質(zhì)量。與真空灌漿法相同，在水泥漿中加外滲擠，使水灰比在0.30.4，且增

13、塑，微膨脹。    改進(jìn)壓漿工藝，改變過(guò)去用大壓漿機(jī)壓漿方法，研制一種專用小型壓漿機(jī)，要求排漿量小，壓力均勻持速，使壓漿過(guò)程有一個(gè)具體時(shí)間完成。在北方農(nóng)村打農(nóng)藥的機(jī)子基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，排漿量比較大，并改人工操作變?yōu)殡姍C(jī)自動(dòng)。    5.2  豎向預(yù)應(yīng)力筋采用部分粘結(jié)、部分無(wú)粘結(jié)的組合結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4）。即在預(yù)應(yīng)力兩端都采用有粘結(jié)，中部部分采用無(wú)粘結(jié)，為彌補(bǔ)無(wú)粘結(jié)的不足，適當(dāng)配備構(gòu)造鋼筋。下面固定端另增加30cm左右鋼筋不套管，作為錨固端的補(bǔ)充，這一段距離在箱梁底板與腹板相交的承托范圍內(nèi)，另外，張拉端上方40cm范圍，設(shè)置壓漿錨固部分，用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿來(lái)填充，或者拌好環(huán)氧樹(shù)脂砂漿，在張拉時(shí)，涂在鋼筋上，增加錨固力。工作都在橋面上進(jìn)行，操作方便，質(zhì)量易控制。圖4    豎向預(yù)應(yīng)力筋有粘結(jié)、無(wú)粘結(jié)組合示意圖結(jié)束語(yǔ)：    預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，特別是壓漿質(zhì)量，在橋梁結(jié)構(gòu)中確實(shí)還存在不少問(wèn)題。過(guò)去設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，