变截面预应力连续梁桥箱梁底板裂缝加固措施及施工工艺

变截面预应力连续梁桥箱梁底板裂缝加固措施及施工工艺（通用4篇）

篇1：变截面预应力连续梁桥箱梁底板裂缝加固措施及施工工艺

变截面预应力连续梁桥箱梁底板裂缝加固措施及施工工艺

以某变截面预应力连续梁桥为例,针对该桥箱梁底板出现的裂缝问题阐述了加固总体思路,提出了加固措施及施工工艺及要点,介绍了植筋施工步骤及注意事项.

作 者：刘毅 胡婷 苏明星 作者单位：刘毅,苏明星(中交第二公路勘察设计研究院有限公司,武汉,430056)

胡婷(武汉市城市综合交通规划设计研究院,武汉,430017)

刊 名：交通科技英文刊名：TRANSPORTATION SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(z1)分类号：U4关键词：连续梁桥 裂缝 加固措施

篇2：变截面预应力连续梁桥箱梁底板裂缝加固措施及施工工艺

变截面预应力混凝土连续箱梁桥由于其桥面行车舒适、受力合理、材料节约、造型简洁美观、养护工程量小及抗震性能强等优点, 在我国交通建设中得到了广泛的应用。但由于设计、施工等各方面的不合理因素, 近几年我国各地连续出现桥梁在施工过程中出现了箱梁底板崩裂事故, 造成了很大的经济损失和社会影响。本文以一座变截面三跨预应力混凝土连续箱梁桥为背景, 分析底板崩裂的原因, 并提出适当的加固措施。

1 工程概况

1.1 结构简介

某桥为40m+64m+40m的三跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥, 箱梁采用单箱双室截面, 箱梁顶宽17m, 底宽12m, 支点断面梁高3.8m, 跨中断面梁高2m, 腹板变厚度40~50cm, 底板变厚度25~50cm。采用挂篮悬臂浇筑法施工, 先合拢边跨再合拢中跨。桥梁中间跨施工时共分为7个节段, 分别记为O~7#块;具体结构形式如图1所示。

1.2 底板破坏特征

该桥在悬浇施工的箱梁底板合拢后, 从3#块往0#段方向进行纵向预应力束张拉时, 发现4#、5#块接缝处出现底板混凝土崩裂现象, 立即停止了张拉。

底板崩裂情况:

⑴4#、5#块接缝处前后两个方向崩裂90cm左右, 波纹管位置崩裂较深, 从波纹管中心往下混凝土全部松散。凿除松散混凝土后, 发现4#、5#块接缝 (波纹管接头) 处波纹管向下位移约4cm。

⑵底板钢筋因受拉, 有局部伸长, 底板横向钢筋有轻微下垂。

2 底板混凝土崩裂原因分析

⑴4#块与5#块接缝处, 预应力波纹管线形不顺, 出现折点。钢绞线张拉时, 由于曲线部分钢绞线取直, 产生的径向力在折点处应力集中, 超过钢筋及混凝土的抗力, 进而产生底板混凝土的破坏。

⑵底板上下层钢筋网间系筋和预应力防崩钢筋设置不足。张拉时, 底板钢筋未能和腹板钢筋有效地形成整体不能共同受力。

⑶混凝土保护层过薄, 可能引起底板开裂。

3 加固措施及施工工艺

3.1 加固措施

先对已张拉的3#块~0#块预应力筋进行放张;凿除底板松散混凝土, 增设U形防崩钢筋, 然后进行灌浆, 待混凝土达到设计强度后, 再进行底板预应力筋的张拉。

3.2 施工的工艺流程及要点

3.2.1 放张

将3#~0#块底板所有张拉钢绞线全部放张, 恢复0#应力状态。放张应采用专用退锚千斤顶。

3.2.2 凿除松散混凝土

⑴清除破坏处松散混凝土;

⑵用小锤敲击破坏处边缘, 确定是否有空鼓, 空鼓位置用人工沿崩裂处由内向外进行凿除, 并使凿除部位形状规则;

⑶凿除混凝土时不得破坏钢筋网, 凿除深度最薄处需达到保护层厚度 (4~5cm) ;

⑷检查崩裂处波纹管, 对破损处进行包裹, 防止灌浆过程中堵塞波纹管。

3.2.3 植筋

⑴沿波纹管走向, 间距20cm在波纹管两侧钻孔, 植入U形防崩钢筋, 因底板底层钢筋网较密, U形筋不能直接钩住波纹管, 将U形筋下部钩住底板钢筋网, 上部弯成L形与底板顶层钢筋网焊接, 以保证能将波纹管有效吊起。

⑵在底板其他部位按间距40cm×40cm钻孔, 孔径18mm, 植入Φ16两头带弯钩钢筋, 下部与底板下层横向钢筋焊接, 上部与底板上层横向钢筋焊接, 将底板上下层钢筋网片连系成整体, 共同受力。

⑶在底板凿开处, 在植入钢筋上挂钢筋网片。底板植筋布置图见图2。

3.2.4 灌浆孔设置

⑴底板从4#、5#块接缝处往5#块方向50cm钻灌浆孔, 直径55mm, 底板中间利用原泄水孔作为灌浆孔, 在接缝往4#块方向20cm钻直径55mm观察排气孔 (辅助灌浆) 。

⑵钻孔前应确定底板钢筋及钢绞线的位置, 不得钻断底板钢筋及波纹管。

⑶灌浆孔布置图见图3。

3.2.5 清理

⑴钻孔及钢筋安装结束后, 用钢刷将崩裂面刷干净, 再用气泵进行清理。

⑵在原底板混凝土表面涂界面胶, 均匀涂刷, 以利于新旧混凝土粘接。

3.2.6 模板

⑴模板利用整块竹胶板, 横向拼接, 板面用10×10方木固定成整体。

⑵用脚手架钢管支撑在挂篮模板上, 利用下部丝杆调节出梁底板弧度。两侧倒角处用厚1mm钢板弯制, 底部固定在底板竹胶板上, 侧面用膨胀螺丝固定在梁体或利用挂篮侧模板用木条固定。

⑶靠近5#块的底模板端头部位用电钻钻5mm小孔排气。横桥向间距100cm。在模板最低端钻直径1cm的孔, 横桥方向3个, 两侧设置在距梁体最外侧50cm、中间各一个, 方便湿润底板的水顺利排出。

3.2.7 灌浆

⑴检查模板, 确认检查无误后, 安装灌浆管, 灌浆管采用PVC管高度200cm, 连接部位用环氧树脂粘贴在灌浆孔内。

⑵将搅拌好的支座砂浆按由左往右 (线路前进方向) 的顺序从5#块灌浆孔中灌入, 灌浆过程中, 在4#块检查孔中查看灌浆饱满情况。

⑶安排人员从底部适当敲击震动底模板, 利于空气排出及砂浆密实。检查孔中有砂浆冒出时, 用木塞将检查孔塞住。

⑷灌浆孔用PVC管加高, 增加灌浆压力, 待底板靠近5#块处排气孔有砂浆冒出后, 用木塞封堵, 灌浆孔灌满后, 灌浆结束。保持模板稳固, 24h后拆除模板。

⑸灌浆需连续进行, 中途不得停顿。

3.2.8 修补后张拉和压浆

⑴待修补砂浆达到张拉强度后, 按图纸张拉顺序张拉钢绞线, 分阶段进行, 必要时适当减小张拉控制力。

⑵张拉过程中, 随时监测伸长量变化, 发现异常立即停止张拉, 设专人观察底板, 有无开裂及其他情况, 发现问题立即停止张拉, 待查出原因解决后继续。

⑶张拉结束后, 立即进行压浆, 压浆时要密切注意修补位置的情况。

3.2.9 修整

压浆结束后, 对修补处的混凝土进行外观修整。接缝不平处及倒角部位用砂轮机进行打磨。

4 结论

⑴预应力束曲率效应产生的下崩力以及施工误差造成的预应力曲率效应的增大是导致底板混凝土崩裂脱空的主要原因, 在设计与施工中需要注意这个问题。

⑵合理布置底板横向普通钢筋及预应力钢束防崩钢筋的间距和直径, 使防崩钢筋产生的拉应力平衡大部分径向压应力;同时增设短的弯钩钢筋, 增强箱梁底板上下层钢筋的整体性, 从而起到防崩的作用。

⑶箱梁施工时振捣密实, 确保混凝土质量, 张拉预应力时箱梁混凝土应有足够的强度, 主跨跨中底板钢束应分批张拉、灌浆。

摘要：以某变截面预应力混凝土连续箱梁桥为例, 分析了导致底板崩裂的主要原因, 提出了加固措施, 并介绍了施工工艺及要点。

关键词：变截面连续箱梁桥,底板崩裂,原因分析,加固措施,施工工艺

参考文献

[1]杨文渊, 等.桥梁维修与加固[M].北京:人民交通出版社, 1997

[2]王雷.变截面预应力混凝土连续箱梁桥底板裂缝问题分析[J].公路与汽运, 2010 (3) :141143

[3]刘鹏, 陈艺.变截面连续箱梁跨中底板崩裂原因分析及其应对措施[J].现代交通技术, 2002 (1) :5456

[4]魏乐永, 沈旭东, 肖汝成, 等.预应力混凝土连续箱粱底板崩裂破坏的机理及其对策[J].结构工程师, 2007, 23 (2) :5357

篇3：变截面预应力连续梁桥箱梁底板裂缝加固措施及施工工艺

某桥上部结构为 (30+45+30) m预应力混凝土变截面连续箱梁, 截面为单箱双室截面, 中墩墩顶处箱梁截面高度2.5m, 边墩墩顶及中跨跨中截面高度1.3m。箱梁采用50号混凝土, 预应力钢绞线采用符合国际通用标准ASTM A416-92规定的低松弛钢绞线。

桥梁设计荷载:汽车-超20级, 挂车-120。桥梁上部结构采用满堂支架现浇混凝土的施工工艺。

2. 裂缝调查

检查中发现, 中跨箱梁内外侧腹板及中腹板均出现了斜向裂缝, 且裂缝宽度较大, 对裂缝的长度、宽度、深度和分布位置进行了详细调查, 裂缝总体情况如下:

1) 中跨L/4和3L/4附近箱梁内外侧腹板外侧面共计33条斜向裂缝, 长度为0.32m~1.74m, 宽度为0.1mm~0.24mm, 其中外侧腹板17条, 内侧腹板16条。典型裂缝深度为77.1mm。裂缝分布如图2所示。

2) 中跨L/4附近箱梁外侧腹板内侧面斜向裂缝共4条, 长度为0.86m~1m, 宽为0.06mm~0.25mm;中跨L/4附近箱梁中腹板北侧面斜向裂缝共4条, 长度为1m~1.7m, 宽为0.17mm~0.5mm, 典型裂缝深度为91.7mm。裂缝分布如图3所示。

3. 成因分析

根据该桥腹板出现斜裂缝的分布特点和裂缝特征判断腹板斜裂缝为受力裂缝, 造成斜裂缝出现的应力有以下几个组成部分:

1) 图4所示为根据规范要求, 计算得到的箱梁在恒载和使用活载组合作用下主应力分布图, 由图可见L/4和3L/4跨附近出现了2.11MPa拉应力, 虽然满足A类预应力构件的要求, 未超过规范限值, 但仍是造成腹板开裂的一个应力组成。

2) 图5为裂缝分布位置与箱梁预应力钢束配置的对比图, 由图可见, 腹板斜裂缝位于顶底板束锚固区域, 在顶底板钢束锚固位置弯起时, 对腹板产生局部对拉效应, 易引起腹板产生一定的主拉应力;同时出现裂缝的区域无腹板预应力弯起钢束。

中腹板由于受到两侧箱室钢束对拉效应的同时作用, 受力比边腹板大, 因此裂缝宽度较大, 而边跨由于仅有顶板束的锚固, 没有产生对拉效应, 因此边跨腹板没有出现斜裂缝。

4. 加固方案

经研究, 决定采用粘贴钢板的加固方案, 限制裂缝的发展, 提高L/4和3L/4跨附近区域抗剪承载力。对中腹板及边腹板内表面四分跨附近各8m区域进行加固;采用5mm厚钢板, 单块钢板宽25cm;钢板斜45°方向粘贴, 大致垂直腹板斜裂缝方向。

5. 结语

该桥采用粘贴钢板加固后, 腹板斜向裂缝未增加, 原有裂缝没有扩展, 表明对裂缝的成因的分析是正确的, 斜向粘贴的钢板发挥了作用, 起到了较好的加固效果。

摘要：对某PC变截面连续箱梁腹板斜向裂缝进行了现场调查, 通过对裂缝分布特点的分析和计算, 确定了裂缝产生的原因, 并提出了维修加固方案。

关键词：PC变截面连续箱梁,斜裂缝,粘贴钢板

参考文献

[1]叶见曙.桥梁病害成因分析[M].人民交通出版社.2013年第1版.

篇4：变截面预应力连续梁桥箱梁底板裂缝加固措施及施工工艺

变截面连续箱梁桥由于其桥面行车舒适、受力合理、材料节约、造型简洁美观、养护工程量小及抗震性能强等优点,在我国交通建设中得到了广泛的应用。目前变截面连续梁桥横截面绝大部分为箱形截面,且以单箱单室截面居多。然而采取变高度宽箱梁的同时也带来了诸多问题,预应力箱梁在施工阶段底板向下崩裂就是其中之一。我国已有大量桥梁在施工过程中出现了箱梁底板崩裂事故,江苏省内近几年也连续发生几起跨中箱梁底板崩裂事故,造成了很大的经济损失和社会影响,变截面连续箱梁跨中底板崩裂问题是设计与施工均要重视的问题。

2 典型箱梁底板崩裂案例

2.1 事故大桥A

主桥孔跨采用51 m+85 m+51 m的3跨PC变截面连续箱梁桥,该桥全宽33 m,分左右两半幅,单幅宽16.25 m。采用整体式断面,为单箱单室的变高度直腹板箱形梁,箱梁底采用圆曲线。根部梁高4.8 m,跨中梁高2.2 m,顶板宽16.25 m,底板宽9 m,跨中底板厚度30 cm。主桥连续箱梁采用挂篮悬臂现浇法施工。在左半幅桥中跨合龙束全部张拉完成后,中跨箱梁底板混凝土出现了大面积崩落和脱空。

2.2 事故大桥B

主桥孔跨采用51 m+85 m+51 m的3跨PC变截面连续箱梁桥;分左右两半幅设置,箱梁顶板横坡为2%,底板横向水平,桥面横坡由腹板高度调整,梁高横桥向为变值;梁部为单箱单室的变高度直腹板箱形梁;梁底采用圆曲线,曲线半径R=309 m。跨中梁高2.11~2.29 m,支点处梁高4.71~4.89 m,箱梁顶板厚0.3 m,底板厚0.3~0.65 m,腹板厚0.5~0.8 m,悬臂长3.625 m,底宽9.0 m,顶宽16.25 m。箱梁采用C50混凝土,3向预应力结构。张拉完成左幅桥中跨箱梁底板合龙束,发现左幅跨中箱梁底板波纹管下混凝土出现了大面积崩落和脱空,预应力钢束均呈现明显下垂,底板下层钢筋网整体掉落。

2.3 事故大桥C

主桥孔跨采用47 m+75 m+47 m的3跨PC变截面连续刚构桥,该桥主梁采用单箱单室截面,箱梁顶宽17 m、底宽8 m,根部断面梁高4.2 m,跨中和边跨现浇段梁高2.0 m,梁高按1.5次抛物线变化;腹板变厚度40(跨中)~50 cm(支座),底板厚度25~50 cm,不设跨中横隔板,箱梁采用C50混凝土,3向预应力结构,中跨跨中底板共配置22束15.24-19的合龙钢束。在中跨合龙钢束张拉完成后发现跨中合龙段范围内腹板底部及底板底面纵向开裂严重,底板束以下普通混凝土与上层混凝土崩裂、脱离。该桥典型箱梁底板崩裂如图1所示:

3 底板崩裂原因分析

从崩裂的底板断面看,底板在预应力径向力作用下,横向整体崩裂,底板上下层之间竖向钢筋很少,横向预应力管道布置密集,有效受压截面较小,跨中位置均未设置横梁。不难看出,上述底板崩裂的3座桥梁在预应力布置较为集中、径向力较大的箱梁跨中位置,均存在设计考虑不周、施工构造处理不当的问题。

3.1 径向力作用

变截面连续梁桥梁底线形一般采用曲线形。在箱梁主跨跨中,为抵抗恒载和活载产生的正弯矩,一般底板在跨中合龙段都布置了底板预应力束,预应力筋随着箱梁底板的线形布置,在垂直平面内的预应力筋也成曲线形(这里不计预应力筋的平弯),张拉底板纵向预应力筋后,将产生向下的附加径向力荷载[1]。

当梁底为曲线时,张拉力筋产生的径向力为q,q=T/R,其中T为有效预加力,R为预应力筋的曲率半径;当为折角时,张拉力筋产生大小为的集中力,如图所2示。钢束弯曲产生的径向力使预应力管道下缘的混凝土承受径向荷载作用,若设计中对此径向力产生的不利影响估计不足时,底板混凝土可能崩裂。

3.2 非预应力钢筋构造[3]

箱梁底板预应力束呈曲线形,施加的预加应力在底板上产生径向力。而底板内在纵横向一般都配置上下2排普通钢筋,组成钢筋网,分别置于波纹管的上下层。上下层钢筋网间根据径向力的大小,配置足够的受拉钢筋,称为防崩钢筋,防崩钢筋把径向力传递到上下层钢筋网,使径向力由全底板上下钢筋网共同承受。张拉纵向预应力筋后产生的径向力主要由箍筋承受,当箍筋间距过大,箍筋应力超限,底板上下层钢筋网被撕开,导致底板混凝土向下崩出。

如图3所示,对于任一梁段(如L1~L2),径向力引起的底板箍筋应力[1]为:

式中:σg为底板箍筋应力;Ag为底板预应力影响范围内箍筋总面积,Ag=n×A0;A0为单根箍筋面积,n为L1~L2范围内箍筋的总数,n=nz×nh,nz为纵向L1~L2范围内箍筋的总排数;nh为预应力筋横向影响范围内单排箍筋数。

3.3 施工影响

(1)大跨径变截面连续箱梁桥在施工时一般采用挂篮悬臂分段施工法,由桥墩中心向两边对称施工,这样难免会在跨中合龙段出现合龙高差[3],高差的存在会使预应力束产生转折,因而会在转折处对底板产生集中力的作用。当底板预应力束的张拉力过大时,如果不采取合理措施,就会使底板开裂甚至局部剥落。

(2)施工中波纹管的安装位置与设计出入较大,定位钢筋与梁内普通钢筋骨架的连接不牢固,浇筑混凝土时波纹管产生较大变形或位移,导致预应力筋实际线形与设计有较大出入,这将使得局部预应力钢束的曲率变大,钢束引起的下崩力也将相应增大。

(3)操作困难时,随意变动或取消部分防崩钢筋,或者部分防崩钢筋没有箍住底板上、下层钢筋,导致防崩钢筋防崩效果下降。

(4)混凝土质量较差,导致密实度不够、局部强度下降。

(5)箱梁钢筋布置较为复杂,扣除波纹管和非预应力钢筋所占的空间,混凝土浇筑质量很难得到保证,底板底部混凝土不密实,混凝土实际抗拉强度低于理论值,易导致拉裂。

(6)施工单位为了保证施工进度,混凝土强度尚未达到施工规范要求便过早张拉预应力钢束,施加预应力后,变形较大。

3.4 其它影响因素

施工过程中,夏天箱梁表面气温高,箱梁内呈半封闭状态,昼夜温度变化大,可能引起局部温度裂缝。

4 对策及建议[4]

针对底板崩裂的原因进行分析,结合设计与施工提出以下防止措施及建议。

4.1 设计方面措施

为防止底板崩裂,设计方面应采取以下措施:

(1)当采用平面杆系有限元程序进行计算时,应充分考虑箱梁的空间效应,加强底板钢束区的局部预应力计算,避免过大的预应力度;

(2)充分考虑张拉纵向预应力钢束产生的径向力带来的不利影响;

(3)当径向力较大,箱梁较宽时,可考虑在底板布置横向预应力束。

(4)适当增加底板厚度,减少钢束根数或增大钢束间距,底板上尽量避免在竖向布置多层预应力束;

(5)加强底板预应力管道的定位钢筋,以保证管道牢固定位;

(6)加强底板的防崩钢筋,以增强底板的抗裂效果;

(7)由于底板预应力束产生的径向力在钢束顶部最大,设计中应对合龙段箍筋进行加密;

(8)在跨中加设横隔板或加劲肋,以使底板承受的径向力传递给整个箱梁截面,可有效防止底板混凝土的失稳崩裂;

(9)当合龙段底板预应力钢束较多时,可考虑减少合龙段纵向预应力钢束,在合龙段附近增加纵向体外预应力束,以减小底板承受的径向力,结合合龙段加设的横隔板或加劲肋,则效果更佳;

(10)在底板上设置备用管道,以备施工中或运营中出现非正常情况使用;

(11)对预应力管道在张拉结束后应及时灌浆。

4.2 施工方面措施

为防止底板崩裂,施工方面应采取以下措施:

(1)严格控制施工误差;

(2)严格按设计布置波纹管的定位钢筋,保证预应力管道符合设计要求;

(3)采取有效措施保证定位钢筋与防崩钢筋的两端与底板上、下层钢筋牢固连接,以加强底板上、下层钢筋的连接;

(4)采取有效措施,保证混凝土浇筑质量,保证底板底部混凝土密实,混凝土实际抗拉强度符合设计要求;

(5)混凝土强度及弹性模量达到设计要求时方可张拉预应力束。

5 结论

变截面连续箱梁桥是一种经济合理、施工安全可靠的桥型,施工和运营过程中出现底板开裂甚至崩裂事故,主要原因是设计人员经验不足、考虑因素不全面,施工经验缺乏、采取工程措施不周导致。箱梁底板崩裂事故在工程中时常发生,应该引起设计、施工、建设管理人员的高度重视;只要从设计着手,采取有效的施工措施,这些问题是完全可以克服的。

参考文献

[1]包立新,杨广来,杨文军.对连续刚构桥底板开裂问题的探讨[J].公路,2004,(8):39-41.

[2]严允中.连续刚构桥箱梁底板崩裂原因及预防措施[J].公路交通技术,2006,(6):101-104.

[3]陈岳.变高度混凝土箱梁底板崩裂成因分析与修复施工技术[D].南京:东南大学,2007.