大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋腹板裂縫成因分析

大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋腹板裂縫成因分析

預(yù)制混凝土箱梁橋是大跨徑橋的主要類型之一，由于其良好的經(jīng)濟(jì)和適用性，在中國(guó)得到了大量的建設(shè)。然而,實(shí)際運(yùn)行的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋在設(shè)計(jì)壽命的早、中期就普遍出現(xiàn)了開(kāi)裂和下?lián)犀F(xiàn)象,其中腹板開(kāi)裂是主要的病害之一,開(kāi)裂的原因是多方面的?！豆蜂摻罨炷良邦A(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD62-2004)條文說(shuō)明中的第6.3.3條指出:“近年在新建的大跨徑預(yù)應(yīng)力箱型截面連續(xù)梁和連續(xù)鋼構(gòu)中出現(xiàn)不少有規(guī)律的斜裂縫,這些橋都配有豎向預(yù)應(yīng)力筋,在設(shè)計(jì)中它們對(duì)克服主拉應(yīng)力起到很大作用。計(jì)算分析表明,如果這些豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋不能充分發(fā)揮,橋梁腹板的主拉應(yīng)力就將超過(guò)規(guī)范規(guī)定的限值,有可能出現(xiàn)斜裂縫。調(diào)查表明,豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋一般施工質(zhì)量不理想,甚至發(fā)現(xiàn)幾乎失效的情況,由它引起的混凝土豎向壓應(yīng)力很可能達(dá)不到計(jì)算值?！庇纱丝芍?箱梁腹板內(nèi)設(shè)置足夠而穩(wěn)定的豎向永存壓應(yīng)力是控制箱梁腹板裂縫的關(guān)鍵技術(shù)措施?！岸螐埨突乜s鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力短索錨固體系”這一新技術(shù)解決了鋼絞線短索張拉放張后預(yù)應(yīng)力損失大、施工質(zhì)量不理想的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了豎向預(yù)應(yīng)力損失小且可量化檢測(cè)驗(yàn)收的目的,能夠有效防止預(yù)應(yīng)力箱梁腹板斜裂縫的發(fā)生。1錨具及錨具制作某橋箱梁采用二次張拉鋼絞線工藝,豎向預(yù)應(yīng)力鋼束采用3Φ⑴“低回縮豎向錨固系統(tǒng)”張拉端“低回縮錨具”采用下列構(gòu)造型式:(1)張拉端“低回縮錨具”,由錨杯、夾片、支承螺母、墊板、螺旋筋等部分組成,其結(jié)構(gòu)如圖1。(2)回縮錨具的錨杯圓柱內(nèi)設(shè)置有夾片座套,外周應(yīng)為螺紋,螺紋牙距宜為2~4mm,支承螺母螺紋應(yīng)與錨杯螺紋一致,且為間隙配合。同時(shí)還應(yīng)滿足錨杯高度h1≥h2+28(mm)。(3)低回縮錨具的墊板材料為HT200鑄鐵,支承錨杯的墊板平面應(yīng)采用機(jī)械加工,墊板平面設(shè)置壓漿孔,保證漿液的暢通,孔口設(shè)置螺紋與壓漿管道相連,墊板內(nèi)孔直徑與波紋管外徑相匹配。⑵“低回縮豎向錨固系統(tǒng)”固定端“P型錨具系統(tǒng)”應(yīng)采用如下構(gòu)造型式:(1)固定端“P型錨具系統(tǒng)”,由擠壓套、彈簧、墊板、螺旋筋、壓板、壓板連接螺桿、進(jìn)漿鋼管、約束圈等部件組成,其結(jié)構(gòu)如圖2;(2)固定端P錨“彈簧”采用三角彈簧,“擠壓套”宜采用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼;(3)固定端P錨墊板宜采用Q235鋼板,厚度≥18mm。2施工過(guò)程和方法2.1錨杯的張拉和錨杯“二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力筋”(以下簡(jiǎn)稱“低回縮豎向力筋”)的張拉施工工序是:先張拉鋼絞線力筋至設(shè)計(jì)的應(yīng)力值σcon→持荷2分鐘→放張→夾片錨固力筋。待錨固回縮后,間隔2小時(shí)后,第二次再將同一力筋的錨杯張拉至1.03σcon→錨杯的下端面應(yīng)離開(kāi)墊板5~13mm→持荷2分鐘→向墊板側(cè)旋扭支承螺母→消除錨杯下端面與墊板之間間隙→放張錨固力筋錨杯。實(shí)現(xiàn)消除第一次張拉施工因夾片回縮和錨口摩阻造成的預(yù)應(yīng)力損失。2.2結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度⑴預(yù)應(yīng)力筋的下料長(zhǎng)度應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定,計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的孔道長(zhǎng)度、固定端長(zhǎng)度、錨具厚度、一次張拉千斤頂長(zhǎng)度和外露長(zhǎng)度等因素。⑵預(yù)應(yīng)力鋼筋的切斷采用砂輪鋸,不得采用電弧切割。2.3確定波紋管位置⑴將鋼絞線、P錨組裝件穿入固定端墊板,用壓板和螺桿將P錨固定在固定端墊板上,同時(shí),按圖將“P錨系統(tǒng)”的“進(jìn)漿鋼管”固定在鋼絞線上。⑵將鋼絞線力筋編束和捆扎成束。彈簧豎向預(yù)應(yīng)力筋的孔道波紋管嚴(yán)格按設(shè)計(jì)坐標(biāo)布置,且每間距0.8~1.5m設(shè)置一個(gè)固定支承點(diǎn),將波紋管定位在非預(yù)應(yīng)力筋上,以確保澆搗混凝土?xí)r孔道位置的正確性。⑶用鋼筋搭橋,將固定端的墊板按設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行支承并固定定位,安裝固定端螺旋筋。將進(jìn)漿連接塑料管的一端與固定端“P錨系統(tǒng)”的“進(jìn)漿鋼管”連接,并扎緊接口,另一端則引出混凝土外,并用膠帶紙封住管口,將塑料進(jìn)漿連接管固定在非預(yù)應(yīng)力筋上,塑料進(jìn)漿連接管不允許有壓扁、急轉(zhuǎn)彎折堵內(nèi)孔的現(xiàn)象。⑷用水泥砂漿封堵固定端波紋管口。⑸安裝張拉端墊板,安裝張拉端槽口穴模,并應(yīng)保證墊板中心線與橋梁平面基本垂直。⑹用膠帶紙封包張拉端墊板與波紋管連接處,防止水泥砂漿從此接口處滲入管道內(nèi)。2.4伸長(zhǎng)值的張拉控制待混凝土澆筑完成其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)張拉值后,開(kāi)始第一次張拉鋼絞線,預(yù)應(yīng)力筋采用應(yīng)力控制方法張拉,以伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核,第一次張拉的實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值之差應(yīng)控制在±6%以內(nèi),第二次張拉實(shí)際伸長(zhǎng)與理論計(jì)算伸長(zhǎng)值之差應(yīng)控制在±10%內(nèi);否則,應(yīng)暫停張拉,待查明原因和采取措施以后,方可繼續(xù)張拉。為確保永存預(yù)應(yīng)力的穩(wěn)定性,第二次張拉放張后實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值之間誤差應(yīng)控制在+10%~-15%內(nèi),否則應(yīng)重新張拉,使之達(dá)到要求。第一次張拉理論伸長(zhǎng)值△LI(mm)按下式計(jì)算:第二次張拉初應(yīng)力宜采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試平均值的方法確定,即:第一次張拉放張后,按第二次張拉工藝,將力筋張拉至力筋錨杯下端面離開(kāi)墊板平面之時(shí)的張拉應(yīng)力值為初應(yīng)力值。預(yù)應(yīng)力筋的錨固,應(yīng)在張拉控制應(yīng)力處于穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行,錨固階段張拉端的內(nèi)縮量應(yīng)符合下列規(guī)定。⑴第一次張拉錨固回縮量≤6mm;⑵第二次張拉錨固回縮量≤1mm。2.4孔道壓漿和壓漿⑴豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道壓漿宜由孔道的下端壓入,從上端排氣,壓漿孔道系統(tǒng)暢通。進(jìn)漿管道與壓漿機(jī)管道的連接應(yīng)牢靠,能確保在0.2~1.5Mpa之間壓漿工作時(shí)連接件不滑脫、破壞。進(jìn)漿管道應(yīng)設(shè)置止回閥門(mén)或開(kāi)關(guān)。排氣口應(yīng)設(shè)置具有首先能排氣、排水后封堵關(guān)閉和穩(wěn)壓功能的連接附件。⑵漿前應(yīng)將張拉端的錨具用水泥砂漿封堵,不允許水泥漿從張拉端的錨具夾片、支承螺母與螺紋之間的間隙處泄漏。⑶壓漿壓力為0.3~1.2Mpa,穩(wěn)壓時(shí)間不得少于2min。穩(wěn)壓后應(yīng)先關(guān)閉進(jìn)漿管道止回閥門(mén),才能允許拆卸壓漿機(jī)管道。孔道內(nèi)水泥漿初凝30分鐘后拆卸進(jìn)漿管道的止回閥門(mén)和附件。孔道壓漿后,切除錨具外露多余的鋼絞線,切割工具使用砂輪鋸,切割過(guò)程中須先用水冷卻錨具。切割后預(yù)應(yīng)力鋼絞線外露長(zhǎng)度不應(yīng)小于30mm。⑷在預(yù)應(yīng)力施加完畢后,埋封于梁體內(nèi)的錨具周圍應(yīng)設(shè)置構(gòu)造鋼筋使之與梁體連接,超長(zhǎng)多余鋼絞線的切除應(yīng)采用砂輪鋸或其它機(jī)械方法來(lái)完成。采用澆注混凝土的方式進(jìn)行封錨。3預(yù)應(yīng)力錨索