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后张法预应力施工中梁端头混凝土破裂的原因及补强措施

摘要;结合西汉高速公路六十标在后张法预应力施工中出现梁端头混凝土破裂这一工程问题,对混凝土破裂原因分析的同时,重点研究了高标号混凝土在补强中的应用,并与环氧树脂混凝土作了对比分析,经多次试验,解决了该工程问题,也可供类似工程参考。
[ 关键词] 预应力张拉混凝土破裂高标号混凝土补强

1、引言对于跨度较大的简支梁桥,多采用后张法预制梁板,它在减轻结构自重,提高抗震抗裂能力,改善结构受力性能等方面都具有良好的效果,但在张拉施工过程中经常出现梁端头混凝土破裂这一工程问题。
结合西汉高速公路庙沟二号大桥25米箱梁在预应力施工中出现的实际问题,在分析了混凝土破裂原因的同时,主要研究了高标号混凝土在补强中的应用,并与环氧树脂混凝土作了对比分析,经过多次使用取得了较好的效果,可供类似工程参考。
2、工程概况

庙沟二号大桥采用3×25米预应力连续组合箱梁,为满足锚具布置的需要,箱梁端头在箱梁内侧方向加厚,腹板内预应力钢绞线除竖向弯曲外,在主梁加厚段尚有平面弯曲。
预应力筋采用张拉力和伸长值双控,,等于1395MPa。张拉顺序为N1、N3 、N5 、N2 、N4。箱梁结构断面见图1。

2004年5月28日下午,我桥梁施工队进行庙沟二号大桥2-1号箱梁的预应力施工,张拉至N3钢绞线时,发生梁端头混凝土破裂(如图2),此时张拉应力为设计应力的45%。在后期张拉施工中又出现过类似问题,通过对梁端混凝土补强的研究,总结出了一套实用有效的工艺方法。
图1 图2
3、混凝土破裂原因分析
张拉过程中引起钢筋混凝土结构破裂的原因较多,归纳如下:
(1)由于梁端头钢筋较密,并安装有锚垫板及波纹管,空间小,振捣不密实导致锚垫板后的混凝土局部有蜂窝或空洞。
(2)锚垫板后的螺旋筋固定不牢,振捣梁端头混凝土时螺旋筋移位,失去加强作用。
(3)运输过程中混凝土产生离析,导致端头混凝土缺陷严重。
(4) 边模及端模的间隙较大,端头模板预留钢筋孔洞较多,用海绵填塞后还有漏浆现象,导致混凝土强度不足。
4、环氧树脂混凝土补强
环氧树脂是一种无定形粘稠液体,没有明显的熔点,受热变软,逐渐熔化而发粘,不溶于水。根据使用条件和要求不同,树脂可加入适当的水泥、石子、砂、等填料和增塑剂,具有良好的振动和易性,强度高,粘结力强,耐腐蚀防水等特性。
经试验比选确定,环氧树脂混凝土配合比为:
环氧树脂(6101):乙二***:邻苯二甲酸二丁脂:水泥:细砂:石子=100:15:20:200:250:350 。
最终拌成的环氧树脂混凝土是干硬性混凝土,坍落度在3~5cm左右,.操作时温度大于15度,否则树脂粘度太大无法拌和,二丁脂是增韧剂,防止混凝土脆化.。
具体修补措施,先将混凝土表面凿毛,清除表面处灰尘、浮渣及松散层,用高压水枪冲洗干净,并用高压空气机吹干缝内积水,然后尽行修补。(修补面见图3)
三天后用回弹仪对修补面进行强度回弹,,达到了预应力张拉设计强度,随后进行张拉,当张拉应力达到了控制应力的47%时,补强区环氧树脂混凝土再次破裂,经现场检查,发现环氧树脂混凝土的表面大约5cm左右厚度范围强度很高,但是内部仍不能完全凝结,甚至没有强度,导致张拉时再次开裂。二次修补后,延长了凝固时间
(7天),但仍存在同样的问题,最终放弃了采用环氧树脂混凝土修补的方案。
图3
5、高标号混凝土补强
拆除钢绞线
,强度较高等特点,故决定作为修补方案。作业流程如图:
凿除缺陷混凝土
清理混凝土表面
安装螺旋筋
安装补强钢筋
安装锚垫板
准备混凝土材料
拌制混凝土
浇筑混凝土
加工安装模板
制作混凝土试件
拆模养护
张拉钢绞线

穿束
压试块
完成
、修补工艺
1、凿除缺陷混凝土,因损坏已影响到4#钢束,所以将4#、3#钢束一起拆除,沿裂缝凿除梁端头有缺陷的混凝土,确定的修补区域的形状如下图:


2、用清水将混凝土表面冲洗干净,注意防止混凝土碎屑堵塞波纹管。
3、安装螺旋筋及波纹管截取适当长度的波纹管,与原有的波纹管套接牢固,用胶带包裹严密。在原设计位置旋入螺旋筋,并用横向￠8钢筋固定牢靠。
4、安设补强钢筋为增加强度,在原有腹板钢筋的基础上,增加少量拉筋,加强腹板的钢筋结构,如下图所示:
5、安装锚垫板按原设计位置安设锚垫板,固定牢固,防止在浇筑土过程中移动。
6、安设模板,外模采用平板钢模,为方便浇筑混凝土,内模采用木模,随浇筑的进度分三层安装,用海棉填塞模板间隙缝。
7、拌制混凝土,