预应力混凝土桥梁张拉后裂缝成因及处理措施分析

总395期
2016年第17期（6月 中）
桥梁与隧道工程
1 工程概况
本项目为预应力混凝土系杆拱桥，主跨60 m ，系梁为现浇混凝土梁，系梁根部为实心矩形截面，截面宽度120 cm ，截面高度240 cm ，混凝土标号C50，采用YM15-8 锚具，预应力采用φs15.2 mm 高强度低松驰预应力钢绞线，抗拉强度标准值fpk=1860MPa ，设计要求待系梁强度达到100%，龄期不小于10d 后，对称张拉N1、N6 并及时压浆。

施工西南侧拱脚的边缘N6 钢束张拉力达100%持荷时，边角混凝土劈裂，西北侧与东北侧拱脚在最北侧N1钢束张拉完成后发现混凝土出现裂缝。

钢束的端头锚具布置如图1所示：
图1：端头锚具布置
2 裂缝成因分析
对于预应力混凝土后张法梁，张拉端头产生裂缝的原因一般有以下几点：
⑴混凝土强度不够，振捣不密实，导致张拉时出现裂缝；
⑵锚下的螺旋筋、钢筋网片配置不足或者位置不正确，垂直预应力钢筋方向的劈裂拉应力引起裂缝出现[1]；
⑶可能存在部分混凝土收缩裂缝；
收稿日期：2016-03-27
作者简介：张玉凤（1970—），女，工程师，主要从事公路桥梁相关方面的工作。

预应力混凝土桥梁张拉后裂缝成因及
处理措施分析
张玉凤
（河北省保定市交通局公路勘测设计院，河北 保定 071000）
摘要：随着高强混凝土、高强度钢筋和预应力等建桥技术的日益成熟，大跨径预应力混凝土连续箱梁桥在短短的几十年内发展迅猛。

某预应力混凝土桥梁梁段在张拉后，边角和拱脚混凝土出现裂缝，分析裂缝产生的原因，主要是由于锚垫板的尺寸不满足施工要求，导致局部承压的抗压承载力不满足设计要求，对其裂缝处理措施进行分析得出，端部锚固段区锚垫板尺寸的计算极为重要。

吸取本次事故的经验，在以后的工程中采取有效预防措施，从设计到施工、监理都必须重视预应力张拉这一环节。

关键词：预应力混凝土桥梁；张拉；裂缝；锚垫板中图分类号：U416.3
文献标识码：B
⑷张拉力超过设计要求；
⑸施工人员对图纸理解不够，当波纹管和普通钢筋发生冲突时，未按设计要求适当挪动普通钢筋，而是自行调整钢绞线位置，使得锚垫板距离混凝土边缘距离变小，导致局部承压所需的截面尺寸不够[2]。

⑹购买锚具时未注意设计采用的锚垫板尺寸或实际未购买到设计的锚垫板，人为选用截面尺寸较小的锚垫板，导致局部承压的抗压承载力不满足设计要求[3]。

本项目经过现场查勘及分析，混凝土的强度及振捣、锚下钢筋网的设置等均没有问题，主要成因为⑸⑹两点。

设计计算锚头混凝土局部承压时采用的方形锚垫板，尺寸为220 ×220 mm ，实际施工时购买的锚具锚垫板尺寸为圆形直径185 mm ，扣除管道孔洞后的面积仅为方形锚垫板的50%，局部承压面积大大减小，导致出现张拉裂缝。

角点位置N6 钢束施工时为避让支座的锚杆，将锚垫板局部挪动后其中心距混凝土边缘仅为10 cm ，局部受压的计算底面积Ab （见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.7.1 条）仅为20×40=800 cm 2，为正常情况下Ab 尺寸（30×40=1200cm2）的66.7%，导致混凝土劈裂。

3 裂缝处理措施
针对现场的实际情况，采取以下的处理措施：⑴所有圆形锚垫板在其与锚板间加垫厚度为3cm ，尺寸为25×25 cm 的钢板，增加局部承压的受力面积，减小锚下局部应力。

钢板安装前需将表面混凝土磨平，确保接合面平整，采用钢板胶涂抹在整块钢板表面，且应限制钢板胶的厚度，并将其对照现场锚垫板位置固定，由监理检查合格后方能再次进行张拉。

⑵对于混凝土劈裂及出现裂缝的拱脚，先将已张拉完的N6 钢束放张退锚，再将混凝土凿除，混凝土须凿出
台阶并注意不要影响到中间两束N6 钢绞线，然后重新安装螺旋钢筋及锚下钢筋网、锚垫板，采用环氧水泥浆代替锚下凿除的混凝土，对于个别锚垫板距离混凝土边缘较小的锚具，需要局部加大截面尺寸。

环氧树脂由现场配置，配置过程需严格按照配合比进行，环氧树脂混凝土浇筑完毕后需要注意养护，待达到设计强度后，方能进行下一步施工。

⑶为加强钢绞线与压浆料、混凝土间的黏结锚固，减小锚头的负担，孔道内灌浆采用JC-K20 高性能孔道压浆料，该灌浆料具有早期和后期强度高，3d 强度≥30MPa ，7d 强度≥50MPa ，28d 强度≥60 MPa ，低水胶比，高流动度，低损失和微膨胀等特点。

⑷对于怀疑为收缩裂缝的适当凿开后观察再决定处理方法。

4 计算分析
端部锚固段区的局部应力比较复杂，本文采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》公式⑴及⑵的不同锚垫板尺寸、不同的锚垫板距混凝土边缘距离q 1、q 2，从计算角度进行简单的分析，规范公式和角点N6 钢束锚下局部抗压承载力计算结果如下：
配置间接钢筋的混凝土构件，其局部受压区的截面尺寸应满足下列要求：
⑴
配置间接钢筋的局部受压构建，其局部抗压承载力应按下列规定计算：
⑵
A 为设计选用的方形锚垫板尺寸；
B 为施工购买的锚垫板尺寸；
C 为加垫的钢板尺寸；
D 为产家提供的最新版方形锚垫板尺寸；q 1,q 2为两个方向锚垫板中心距混凝土边缘距离；A b 为局部受压的计算底面积；d cor ——螺旋式间接钢筋内表面范围内的混凝土截面直径；n 1、A s1——分别为方格网沿 l1方向的钢筋根数、单根钢筋的截面面积；A cor ——方
格网式或螺旋式间接钢筋内表面范围内的混凝土核心截面面积。

根据表1计算结果分析，设计用的A 类锚垫板，为OVM 厂家提供的《后张法预应力锚固体系及其设计施工指南》2010 年5 月版本中的锚垫板尺寸，能满足规范要求。

B 类锚垫板为《指南》2012年8月版本中提供的圆形锚垫板尺寸，不能满足规范要求且相差较多，设计时应避免采用圆形锚垫板或根据计算加大锚垫板距离混凝土边缘以及锚垫板之间的距离，不能直接采用《指南》中的建议值。

C 类为在B 类基础上加垫的钢板（本文的处理措施1），计算结果满足要求且有较大的富余量。

D 类为最新《指南》中提供的方形锚垫板尺寸，对于YM15-8 的锚具不满足局部承压的要求，选用时需要根据实际钢绞线的数量通过局部承压计算确实是否需要加大锚垫板距离混凝土边缘以及锚垫板直接的距离。

5 预防措施
张拉产生的微裂缝当后期荷载逐步增加时，可能会发展成为可见裂缝，影响结构的耐久性，造成钢筋锈蚀、混凝土碳化等病害影响桥梁的质量。

为尽量避免由于张拉产生的裂缝或混凝土劈裂，可以采用以下方法：
⑴混凝土施工时注意加强振捣，保证混凝土的密实度。

⑵混凝土必须达到设计要求的强度后方能张拉。

张拉时注意根据设计图纸有需要的要对称张拉[4]。

⑶锚下螺旋筋位置要放置正确，同时须设置锚下钢筋网片，网片不应少于四层。

对于靠近混凝土边缘的钢束的锚下钢筋网片设置时应加设直角弯钩更多的锚入混凝土。

梁端锚头集中区应设置加密箍筋[5]。

⑷施工必须严格按照图纸要求进行钢束的布置，对于局部钢束和普通钢筋存在碰撞的情况，应优先保证波纹管不动，适当挪动普通钢筋。

设计人员在给出锚具型号的同时应给出相应的锚垫板的尺寸，尽量建议采用方形锚垫板。

⑹设计人员在满足计算要求的前提下，尽量选用单束钢绞线根数较少的锚具，减小单个锚具的锚下张拉力。

6 结语
锚下应力是个比较复杂的课题，本文仅从锚垫板的尺寸及施工角度对锚下局部承压的能力进行分析。

预应力混
表1：角点N6 钢束锚下局部抗压承载力计算结果
锚垫板类型
锚垫版尺（mm ）
k Aco （mm 2）d cor r v
b cor
（2-2）-左（KN ）
（2-2）-右边（KN ）
右边/左边螺旋筋螺旋筋螺旋筋螺旋筋螺旋筋螺旋筋A 220X220 2.0320312020.0610.81418672132 1.14B Φ185 2.023*******.0650.935186711830.63C 250X250 2.023*******.0650.61318672414 1.09D
195X195
2.0
23494
173
0.065
0.887
1867
1509
0.81
（下转第65页）
循环作用，管道内的空气能够被有效排除。

若在桥梁施工过程中出现管道堵塞的现象，要立即进行处理，避免影响接下来的施工工作。

可以适当增加冲孔压力，将管道中残留的杂质进行冲击并排除，以防出现压浆不实的现象。

另外，为了保障桥梁施工质量，要在管道的进、出口处设置相应的传感器，主要对压力、浆液比例以及流量等进行实时监控，以便对压浆工作的参数进行分析，减少工作失误[4]。

另外，智能压浆系统还能够将所获取的数据传输给主机系统，通过主机的综合分析，发出相应的操作指令，根据施工的具体情况，对压浆的压力与流量进行相应的调整，保障压浆工作的有效实施，在智能压浆系统的支持下，浆液质量、压力等都能够得到保证，施工更具科学性与有效性，使桥梁建设质量以及安全性得到保障。

2.2 智能压浆系统在桥梁建设中的应用
在传统的桥梁施工过程中，普遍存在空气排除不净、压浆不密实等现象，管道内会存在大量的残留空气，再加上泌水率的超标，钢绞线会逐渐锈蚀，影响钢绞线性能的发挥，存在较大的安全隐患，这也是桥梁工程建设中亟待解决的一大问题。

随着我国科学技术的不断发展，智能压浆系统在桥梁建设中得到了有效地应用，在这一系统的支持下，预应力管道实际上形成了一种灌浆回路，不仅能够保障浆液的持续性循环，而且能够将管道中的残余空气以及其他残留物质进行排除，使压浆更加密实。

另外，智能压浆系统能够对工作的参数进行实时监测，并对监测结果进行有效分析，从而对管理压力做出科学地调整，满足管道内部压力需求。

除此之外，通过智能压浆系统，浆液从较低位置压入，然后顺着较高的孔流出，浆液能够直接进入储浆桶，这不仅能够提升注浆效率，而且还大大节省了人力成本，具有一定的优越性。

智能压浆充分利用了计算机技术，无论是浆液的比例组合还是水量的加入，都经过了科学的分析，数据更加精确，施工工艺规范，有效降低了由于操作不当造成的质量损失，保证了压浆质量，体现出鲜明的优越性[5]。

而且智能压浆系统所获取的数据能够通过计算机共享给每一位操作员工，为施工人员提供一个可靠的参照，保障桥梁建设的顺利完成。

通过对智能压浆系统的应用，桥梁施工的效率得到大大提升，解决了传统压浆不实的问题，施工技术更加规范，不仅有效缩短了压浆、灌浆时间，而且还保证了桥梁工程施工质量，发挥了鲜明的优势。

3 结语
经过实践证明，智能张拉以及智能压浆系统在桥梁建设中的应用，能够有效解决传统桥梁建设中的各种问题，提升桥梁施工质量与施工效率，使桥梁结构更加稳固、安全，保障了桥梁预应力体系的有效建立，避免了桥梁建设中人工操作失误带来的损失，在今后的桥梁施工中，可以将这两个智能系统加以推广，提升桥梁施工质量，为我国社会主义现代化建设提供基础保障。

参考文献：
[1] 李宝辉.浅谈桥梁梁体预应力智能张拉和大循环智能压
浆技术[J].中小企业管理与科技，2013，5（34）：307-308.
[2] 辛崇升，卢忠梅，赵毅，等.预应力数控智能张拉施
工技术在桥梁施工中的应用[J].科技展望，2015，27（23）：16-17.
[3] 张瑞斌.谈公路桥梁预应力智能张拉施工技术[J].山西建
筑，2013，39（3）：197-198.
[4] 刘亚昌.智能张拉和智能压浆系统在桥梁建设中的应用
[J].交通标准化，2014，42（10）：111-113.
[5] 任皓.论桥梁预应力智能张拉施工技术[J].有色金属文
摘，2015，30（3）：127，129.
（编辑：钱宇宁）
（上接第59页）
凝土构件的张拉工序至关重要，直接关系到结构的质量和使用寿命，因此需要严格控制张拉裂缝的产生，从设计到施工、监理都必须重视预应力张拉这一环节。

参考文献：
[1] 胡志红，王攀，邹红丹.某预应力混凝土箱梁桥悬臂施
工中底板纵向裂缝成因分析及处理措施[J].世界桥梁，2015（3）：89-93．
[2] 于晓光.悬臂浇筑箱梁0号块开裂原因分析及防裂措施[J].
世界桥梁，2014（1）：90-95．
[3] 徐栋，孙远，吴佳璞.箱梁薄壁效应及腹板开裂成因分
析[J].桥梁建设，2009（4）：80-83．
[4] 虞建成，李旺丰.某连续刚构桥中跨跨中底板纵向裂缝
成因分析[J].中外公路，2007（1）：118-121．
[5] 汤伟泉.论连续刚构桥的施工质量控制[J].广东科技，
2011（20）：194-195．
（编辑：刘学文）。