现浇预应力混凝土连续空心板梁桥底板裂缝空洞质量缺陷的处理方法

现浇预应力混凝土连续空心板梁桥底板裂缝空洞质量缺陷的处理方法

现浇预应力混凝土连续空心板梁桥底板裂缝空洞质量缺陷的处理方法 篇1

陈文德

（福建省三明市高速公路有限责任公司，福建 三明 ３６５０００）

摘 要： 现浇预应力混凝土连续空心板梁桥是广泛使用于公路工程上的一种桥型，具有适应性广、施工方便等优 点。但由于采用现浇方法施工，对现浇支架、内模的制作安装、现浇时振捣等工艺控制要求较严，桥梁检测时常 发现有内模移位、梁底出现裂缝、空洞等质量缺陷，需要针对性采取适合的处理方案。文章通过对某座互通匝道 桥梁实例的分析，总结出一种有效的处理该桥型梁底裂缝、空洞质量缺陷的方法。关键词： 预应力； 空心板； 现浇； 裂缝、空洞； 处理 中图分类号： Ｕ４４５．７ 文献标识码： Ｂ 现浇预应力混凝土连续空心板梁桥是广泛使用于公 路工程上的一种桥型。其就地浇注施工方法是在支架上 安装模板，绑扎及安装钢筋骨架，预留孔道，在现场浇 注混凝土，最后施加预应力，从而完成桥梁施工。近年 来随着临时钢构件、万能杆件系统的大量应用，此桥型 特别是在互通区内被广泛采用。现浇连续预应力空心板 梁桥对支架的要求极为严格，因为它要承受桥梁的大部 分恒载，自身必须具有足够的强度和刚度，构件结合要 紧密，必须有足够的纵、横、斜向的连接杆件，并预留 预拱度，同时支架的基础应可靠，使支架成为牢固的整 体。在本文中不过多讨论支架的计算、施工等方面问 题，但如出现质量缺陷，在分析原因时支架是必须考虑 的一个重要因素。那么，在正常完成钢筋骨架、预留孔 道所需内模的制作、安装后，混凝土浇注、振捣、养 生，以及预应力施工、模板的拆除等就显得尤为重要，这些往往成为在桥梁出现质量缺陷后分析原因的主要切 入点，才有可能找出合理的针对性处理方法。在各种质 量缺陷中，裂缝、空洞是最为常见的现象，需要采取经 济、可靠、有效的处理办法。１ 桥梁质量缺陷情况 １．１ 实例桥型简介 本文所举出现裂缝、空洞质量缺陷的一座高速公路 上的预应力混凝土连续空心板梁桥，位于国家干线公路 网福州至银川高速公路福建三明市境的一个互通区内（以下称互通 ２ 号桥）。互通 ２ 号桥桥长 ５２ｍ，为高速公 路主线桥，上跨互通 Ａ 匝道，左右分幅。上部桥跨组合 为（１３＋２０＋１３）ｍ 的预应力混凝土连续空心板梁； 下部结 构为柱式桥墩，肋式桥台及钻孔灌注桩基础。１．２ 存在质量缺陷情况 在桥梁浇注完成、模板拆除后，目测发现在左幅第 二跨底板存在 ４ 个 ３～２０ｃｍ 直径的空洞，梁板侧还有 ３ 条微小的裂缝。随后业主委托省公路工程试验检测中心 对该桥做了重点、专项检测，进一步探明了裂缝的位 置、宽度、长度，以及空洞的实际面积，详见表 １。表 １ 互通 ２ 号桥梁体缺陷统计表

位置 第 ２ 跨

缺陷状况 １、板梁梁侧出现 ３ 条竖向裂缝，分别为：（１）距 １ 号墩 ４．５ｍ，缝宽 ０．１ｍｍ，缝长 ０．８３ｍ；（２）距 ２ 号墩 ４．２ｍ，缝宽 ０．０８ｍｍ，缝长 ０．８３ｍ；（３）距 ２ 号墩 ４．８ｍ，缝宽 ０．０８ｍｍ，缝长 ０．８３ｍ，并延伸入梁 底 １．５５ｍｍ。２、用锤击发现，距 ２ 号墩 ４～６ｍ 板梁梁底出现 ４ 处空洞，共 计面积 ２．２４ｍ２，最大空洞面

积为 １．５ｍ×０．５ｍ。

备注 其他跨无明显缺陷 对外观检测发现的空洞、裂缝缺陷，业主会同设 计、监理、施工单位又对空洞部位进行了钻孔探测，进 一步明确了空洞的范围以及梁底板的厚度情况。经探 测，第 ２ 跨板梁底板厚度原设计为 １２ｃｍ，实际一些部 位的底板厚度仅为 ４～９ｃｍ，特别是在内模下方的部位； 作者简介： 陈文德（１９７２－），男，福建泉州人，工程师，从事高速公路建设管理工作。

１１６ ＧＯＮＧＬＵ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ ＹＩＮＧＹＯＮＧＪＩＳＨＵＢＡＮ

公路交通科技 应用技术版

先要进行体外预应力筋设计，包括体外束的线形布置、体外束的预应力损失、体外束面积的确定、转向块设计 等，还需要堆载预压，对体外施加预应力的张拉设备、技术要求也较高，因此处理的效果就难以保证； 若施工 完毕，从外观上看，质量缺陷将暴露无遗，也不利于互 通区桥梁的美观，故舍弃此方案。方案二首先要将底板凿毛，密集钻孔安装膨胀螺 丝，然后将两层钢筋网焊接在膨胀螺丝上，完成堆载预 压后，喷射混凝土。此方案基本可行，但施工周期较 长，底板厚度不足的部位新旧混凝土粘结效果将不够理 想，空洞部位内的钢筋无法完全包满混凝土、存在锈蚀 隐患； 从效果上看，若施工完毕，还需要对喷射混凝土 进行磨光处理，新旧混凝土会存在颜色差异，同时明显 增大了板梁的厚度，也不利于美观，故此方案也舍弃不 用。方案三优点在于工期短，不需加载，工艺简单，易 于操作，能达到原设计桥梁功能，费用低。选用的材料 容易配置，不需要大型、专用设备，只需在局部安设模 板，采用小压力灌注水泥浆，就能够保证钢筋完全被混 凝土包裹，使力的作用、传递基本恢复到希望的设计状 态，又避免钢筋被锈蚀； 在底板采用粘贴碳纤维布进行 补强，其机理是： 使用粘结剂后会大大提高碳纤维布的 抗拉强度，充分利用了碳纤维布具有的抗拉强度大、弹 性模量小、比重小、疲劳强度高、能与混凝土形成一体 共同受力的特性，且耐腐蚀、后期不需要特殊的养护，同时还兼顾美观的效果。故选定方案三。３ 实施步骤 ３．１ 裂缝处理 ３．１．１ 准备材料及工具 自动压力灌浆器、烧杯、搅拌棒、橡胶手套、手提 磨光机，灌浆树脂、快干封缝胶等。３．１．２ 施工步骤（１）裂缝表面处理、确定注入口。首先清理裂缝表 面，注意不要将裂缝表面堵死，并保持干燥； 按 １５～ ２０ｃｍ 间距标出注入口，尽量位于裂缝较宽、开口通畅 部位。（２）封闭裂缝、粘贴灌浆器底座。用快干型封缝胶 在预先标出的注入口上粘贴底座，并沿裂缝表面刮涂快 干封缝胶，宽度 ５ｃｍ，确保封严。（３）配制树脂、连续注浆。按比例配制灌浆树脂，把装有树脂的灌浆器旋紧于底座上，松开弹簧进行注 浆，直至注满全部裂缝。（４）注浆完毕、打磨混凝土表面。待确认浆液已注 空洞严重的地方钢筋暴露，没有混凝土包裹，内模外包 的彩条布也清晰可见； 局部的底板厚度不足 ９ｃｍ，造成 钢筋的保护层严重不足。２ 缺陷处理方案 ２．１ 原因分析 经查阅施工记录、询问相关人员，发现在全桥混凝 土现浇完成、在预应力张拉之前，混凝土试件的试压强 度符合设计张拉要求，张拉、压浆过程中，所记录的钢 绞线伸长量符合要求，２０ｍ 长的中跨的跨中反拱度为 ３ｃｍ。关于混凝土运输、振捣等其他方面也未见异常记 录。业主聘请了专家，组织了设计、监理、施工等单位 的相关人员进行了研究分析，认为产生该情况的主要原 因是：（１）内模移位。可能是因为内模的定位筋偏少或绑 扎不牢，在混凝土浇注过程中，产生了移位，致使内模 下沉，造成局部混凝土厚度不足；（２）钢筋的保护层垫块 数量偏少，或是偏薄，也是造成局部混凝土厚度不足的 原因；（３）最重要的原因应该是： 施工过程的振捣工艺不 当。因为振捣不足、漏振或是振捣顺序错误，都有可能 使得底板钢筋布置得较为紧密的部位，特别是内模的下 部，混凝土流动不到该部位，引起空洞或混凝土收缩后 产生裂缝。２．２ 处理方案 经过分析，专家们认为空洞及裂缝的存在，特别是 底板厚度不足，使得原设计板梁的断面形式及预应力状 态已经改变，须对空洞及裂缝进行加固补强处理。经过 讨论，提出如下几种处理方案： 方案一：（１）将空洞部位的混凝土敲掉，在底板利用 膨胀螺丝支设模板，本孔加载情况下压力灌浆，以保证 底板混凝土的厚度；（２）横向增加预应力钢筋，进行体外 张拉，加强空心板整体性。方案二：（１）该跨的桥面铺装用加强钢筋网处理，以 改善桥跨的整体受力性能；（２）加载情况下对该跨底板进 行挂网喷射混凝土，以保证底板厚度；（３）在裂缝部位粘 贴钢板。方案三：（１）该跨的桥面铺装用加强钢筋网处理，以 改善桥跨的整体受力性能；（２）在空洞底板的周边打膨胀 螺丝支设模板，再沿纵向钻注浆孔，对空洞进行压力注 浆；（３）对裂缝进行压力灌注灌浆树脂；（４）最后对整跨底 板粘贴两层碳纤维布。２．３ 方案的比选 方案一所提的体外预应力加固法是一种主动加固方 案，能有效改善结构的应力状态。但施工难度较大，首

ＧＯＮＧＬＵ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ ＹＩＮＧＹＯＮＧＪＩＳＨＵＢＡＮ １１７

技术论坛 满后，拆下灌浆器，用堵头将底座堵死，３０ｍｉｎ 后用软管 对注入口点浆，确保灌注饱满。待树脂固化后方可敲掉底 座和堵头，最后用磨光机打磨混凝土表面，恢复原状。３．１．３ 质量检验方法 从端头一个底座注浆，待相邻底座冒出浆液后，继 续灌注至浆液无法再进入为止。３．２ 空洞处理 ３．２．１ 准备材料及工具 注浆设备、冲击电锤、角磨机、空压机、剪刀、榔 头、搅拌器、刮板、浸渍树脂用罗拉、单位面积重量 ３００ｇ 的碳纤维布、底层树脂。３．２．２ 施工步骤（１）搭设脚手架施工平台。（２）将空洞严重、底板厚度不足的部位敲开暴露出 钢筋，底下打膨胀螺丝支设临时模板，以免注浆时薄弱 处混凝土崩裂。（３）在底板纵向沿内模中心线每隔 １．５～２．０ｍ 钻注浆 孔，适当位置设置排气孔。（４）封堵检查孔及其他孔洞。（５）从低处往高处逐孔注浆，压力不宜过高。Ｃ４０ 注浆液配比为（单位： ｋｇ／ｍ３），水泥∶ ∶ 水 ＦＤＮ 减水剂＝ １４３０∶ ∶。注浆量以下一注浆孔溢浆为准。５８６ １１．４（６）注浆完毕，直到水泥浆强度达到 ７０％以上时，进入下一道工序施工。（７）粘贴碳纤维布。①其步骤为： 基底打磨处理→ 涂刷底层树脂→基面整平→刷浸渍树脂→粘贴碳纤维 布→滚压碳纤维布→涂刷罩面胶。②涂刷底层树脂用于 增强混凝土基底强度，提高混凝土与碳纤维布的粘结 力。③用找平树脂修复、填补基面上不平整及缺陷部 位。④刷浸渍树脂，涂刷厚度以能够浸透碳纤维布为 止。⑤而后把预先裁好的碳纤维布轻压粘贴在浸渍树脂 上，用罗拉顺纤维方向多次滚压树脂，排除气泡，直到 布完全浸透到树脂内。⑥待第一层纤维布干透后，粘贴 第二层。⑦最后刷涂罩面胶（也可用水泥浆），恢复混凝 土本色，不能有明显的色泽差异。３．２．３ 施工注意事项 施工人员要戴好防护用具，避开明火； 配置胶液搅 拌时间 ３～５ｍｉｎ，胶液要在 １．５ｈ 内用完； 粘贴碳纤维布 时要远离电气设备和电源； 施工及养护期间封闭交通。３．２．４ 质量检验方法 可用小锤轻击粘贴面判断粘贴效果，总有效粘结面 积不应小于 ９５％； 如出现轻微空鼓（面积小于 １０ｃｍ２），可采取针管注胶的办法补救； 若空鼓面积大于 １０ｃｍ２，可将空鼓处的碳纤维布切除，补粘四周搭接长度大于

１５ｃｍ 的碳纤维布块。３．３ 桥面铺装 该跨的桥面铺装取消原设计的普通钢筋网，改 为采用加强钢筋网（Φ１２＠１００ｍｍ），最后浇注桥面铺装 混凝土。４ 效果 按确定的方案处理完毕后，从外观上看，没有明显 的修补痕迹，达到互通区桥梁简单、美观的要求。为验 证处理效果，随后业主委托有资质的省公路工程试验检 测中心站对该桥进行了静载试验检测。分别检验加载后 全桥每一跨 Ｌ／２ 截面的最大正弯矩和挠度，并观察裂缝 开展情况； 同时检验 ２ 号墩顶的板梁截面最大负弯矩。加载过程中，未见裂缝开展和新裂缝出现，底板粘贴的 碳纤维布也没有破损情况发生。现在，该桥已通车半 年，养护部门定期进行了检查，在粘贴碳纤维布部位的 表面没有发现拉裂等破坏现象，原裂缝没有发展，全桥 其他部位也未见新的裂缝产生，通车使用效果良好。５ 结语 经过对质量缺陷的分析及总结，可以得出类似桥梁 在施工中应关注的几个问题：（１）施工中应建立完整的自 检、质保体系及监理体系，开工前不应忽略对具体操作 的务工人员进行技术交底，应讲清施工难点、注意事 项。施工质检员、监理工程师应全过程旁站。２）对关键（部位应该有杜绝质量通病的预防措施（３）施工前对混凝 土现场配合比要多次试验确定，可以添加外加剂以改善 混凝土性能； 施工时特别注意检查混凝土的坍落度、和 易性。４）浇注时最好使用溜槽或导管，这样倾倒混凝土（时就不易产生离析。５）特别要注意混凝土振捣工艺，在（钢筋密集部位，要采取合理措施避免造成关键部位混凝 土的漏振。现浇板梁桥如施工控制不严，就容易产生空洞、裂 缝等质量缺陷。采用压力注浆，能有效填满板梁的空 洞，避免预应力钢筋的锈蚀，使力的传递符合设计要 求； 对裂缝灌注树脂，能有效恢复混凝土受拉区的面 积； 在板梁底粘贴碳纤维布可有效提高梁的抗弯承载能 力，又充分利用了碳纤维布的其他特性，如很好的耐久 性能、较强的抗酸、碱性腐蚀的特点，还十分便于施 工，不需要大型的机械设备，工效极高，处理后的效果 极为显著。参考文献： ［１］ ＣＥＣＳ１４６－ ２００３，碳纤维片材加固混凝

土结构技术规程［Ｓ］．