丹江口库区某桥梁O#块混凝土局部缺陷的处理分析.pdf

2 0 1 4年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 4 No ． 8 Au g u s t 丹江 口库 区某桥梁 O #块混凝土 局部缺陷的处理分析 朱红章 ， 杜厚磊 ， 杨 旭 ( 武汉大学 土木建筑工程学院， 4 3 0 0 7 2 ) 摘 要 ： 依 托 南 水 北调 丹 江 口库 区 某预 应 力 连 续 桥 梁 工 程 ， 通 过 分 析 桥 梁 1 #墩 O ≠ ≠块 混 凝 土 形 成 的 缺 陷原 因 ， 进行 结构计 算与检验 ， 并提 出相 对应的有 效解决方案。 关 键 词 ： 预 应 力 连 续 桥 梁 ； 混凝 土缺 陷 ；结 构 计 算 ； 缺 陷 处 理 Ab s t r a c t ： T h e r e a s o n s f o r c o n c r e t e d e f e c t a r e a n a l y z e d b a s e d o n No ． 0 b r i d g e b l o c k o f a p r e s t r e s s e d c o n t i n u o u s g i r d e r b ri d g e i n t h e D a n j i a n g k o u r e s e r v o i r o f S o u t h — N o r t h Wa t e r T r a n s f e r P r o j e c t ． 1 ’ h e s t r u c t u r a l c a l c u l a t i o n a n d t e s t s a r e d o n e ． a nd e f f e c t i v e s o l u t i o ns a r e put f o r wa r d ． Ke y wo r d s ： P r e s t r e s s e d c o n t i n u o u s g i r d e r b r i d g e ； Co n c r e t e d e f e c t ； S t r u c t u r a l c a l c u l a t i o n ； D e ~c t t r e a t me n t 中 图分 类号 ： TU7 2 5 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 — 4 6 3 7( 2 0 1 4) 0 8 — 7 6 - 0 4 0前 言 混凝 土是一种 由砂 石集 料 、 水泥 、 水及 其他外 加材料混合而形成 的非均质脆性材料I 1 ] 。在混凝土 的施工 、凝结 以及使用等过程 中都会产 生一些缺 陷 ， 缺陷 的存在使混凝土 的强度等级降低 ， 对混凝 土建筑物和构筑物的使用造成一定 的影响阁 。目前 ， 对混凝土中面积较大 的麻面 、 蜂 窝、 孔洞等缺陷 ， 一 般采用 比原 混凝 土强度 高一等级 的细石 混凝土进 行修 补 。然 而 ， 混 凝 土早 期 的收缩 导 致 新 老 混凝 土 之 间粘结 较 为 薄 弱 ， 甚 至使 用较 为 昂贵 的 高效 界面 剂也达不到理想的粘结效果 ， 这不仅对混凝土建筑 物产 生 较 大危 害 ， 甚 至使 其 未 达 到预 期 使 用 年 限而 破坏 ， 造成极大的经济损失和资源浪费 。补偿收缩 混凝土是一种 当膨胀受到约束产生的压应力 ， 能大 致抵消 由于干缩在混凝 土 中出现拉应力的膨胀水 泥混凝土 。将补偿收缩混凝土应用于混凝土表 面 缺 陷处 理 的方 法 ， 经 济 、 安 全 、 可 实施 性 好 。本 文 以 南水北调丹江 口库区某预应力连续梁桥 0 #块混凝 土的缺陷为例 ， 分析计算并采用补偿 收缩混凝土进 行修复混凝土缺陷施工 。 1 工 程概 况 南水北调丹 江 口库 区某 桥为六跨预应力混凝 土连续梁，全长 6 7 8 m。箱梁横截面为单箱单室 ， 支 点梁高 8 ． 0 m， 跨中梁高 3 ． 2 m， 高跨 比约为 1 ／ 4 0 ． 6 ， 中 间梁段采用 1 ． 6次抛物线过渡 ，抛物线方程为 ： y 一 0 ． 0 0 6 5 6 7 5 0 6 X 。箱梁顶板宽 儿． 0 m， 底板厚 0 ． 2 5 m， 一 76一 腹板厚度从跨中向根部 由 4 0 c m变化至 9 0 c m； 底板 厚度从跨 中向支点 由 4 0 c m变化至 9 0 c m， 桥面坡度 采 用结 构找 坡 。箱 梁 混凝 土采 用 C 5 0混凝 土 。主 梁 采用纵 、 横 、 竖三向预应力体系， 纵 向预应力钢绞线 采用 1 9 0 1 5 ． 2 、 1 5 0 1 5 ． 2和 1 2 0 1 5 ． 2高强 低松 弛钢 绞线 ， O V M1 5 — 1 9 、 O V M1 5 — 1 5和 O V M1 5 — 1 2群锚体 系。顶板 0 #块横 向预应力钢绞线均采用 3 l 5 ． 2低 松弛钢绞线 ，B M1 5 — 3扁锚体系。竖 向预应力采用 J L 3 2高强精轧螺纹钢筋 ，J L M一 3 2锚 具 ，布置在直 腹板及横隔墙内， 梁顶端张拉。 梁体 0 #块长 1 2 m， 高 8 ． O re， 一个 箱梁 0 #块工 程量 ： 钢 筋 4 5 0 6 1 ． 1 k g ， C 5 0 混 凝 土 3 5 9 ． 9 m 。 2 0 #块混凝土缺陷情况 施工过程中 ， 大桥 1 #墩 0 #块拆 模时大里程上 游侧 4 ． 2 m长 的一块模板脱模后发现有 3处混凝土 表 面只有石子没有水泥浆 ， 表面混凝 土直观表象为 松散 、 含气泡 、 不密实等 ， 还有梁体表面防裂钢筋 网 片外 露 的情 况 。 1 #墩 0 #块 缺陷 截 面共有 两 个位 置 ， 其 中一个截 面位于支座位置 ， 另一个位于距 离支座 2 ． 2 m 的渐变段 。凿除松散混凝 土直至密实混凝土 面 ， 混凝土缺陷位置详见图 1 。 3 0 } } 混 凝土 缺 陷原 因分析 通过实地调查 、 分析 、 研究 ， 采用超声波检测 和 回弹测强度 ， 对 l #墩 o #块施工 工艺流程 、 机械和 人力组织安排 、 混凝土浇筑现场质量控制和各层次 的技术交底等方面进行研究分析 ， 认为造成事故 的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 朱红章 ， 杜厚磊 ， 杨旭 丹江 口库区某桥梁 0 #块混凝 土局部缺陷的处理分析 图 1 0 #块 混 凝 土 缺 陷 位置 原 因主 要有 ： ( 1 ) 缺振 、 漏振 ， 即现场混凝土振捣人员责任心 差 ， 没有充分认识到梁体混凝土浇筑振捣工作 的重 要 性 ， 振 捣 不足 。 ( 2 ) 混凝土振捣过程 中没有严格把关 ， 没能够 督促检查 ， t 昆凝土浇筑过程控制粗糙 、 混凝土浇筑 时模板敲击检查不仔细。没有建立 0 } } 块混凝土浇 筑分区定岗责任制。 ( 3 ) o #块混凝土开盘浇筑 ， 共浇筑 了 3 9 h ， 连续 浇筑时间长。中途 因为泵机故障停止浇筑 3 ． 5 h ， 影 响 了浇 筑质 量 。 4缺 陷处 理计 算检 验 通过对现场 l 0块 同体 、同条件养护试件 回弹 仪及试压强度值进行线性 回归 ， 建立该构件 回弹值 与试件抗压强度值 的关系为 Y = 一 4 ． 2 9 + 1 ． 5 4 X，其中 Y为混凝土抗压强度值 ， X为混凝土平均回弹值 ， 两 者 的相关系数为 0 ． 8 1 1 ， 满足强度推定要求。通过对 各 测 区平 均 回弹值 采 用 回归 曲线 进 行 了修 正 ， 推定 该构建混凝土强度值为 5 5 ． 2 MP a 。 通过对施 工过程 中主桥上部结 构混凝土缺 陷 截 面强度 、 刚度计算 ， 以及混凝土补强处理后运 营 阶段主桥上部结构强度 、 刚度计算 ， 验证混凝土缺 陷截 面在 施 工过 程 中强度 是否 满 足规 范要 求 。 4 ． 1 结构 分析 说 明 结构分析采用《 桥梁博士 3 ． 0 3 》 程序进行验算 ， 按照施工 图中截 面形式及钢束 位置建立 结构分析 模型 。桥上部结构计算采用空 问梁系计算 理论分 析 ， 主梁采用全预应力梁单元模拟 ， 墩身采用钢筋 混凝土单元模拟 ， 验证结构的安全性与安全储备 。 偏于安全考虑 ， 计算取截 面缺陷最深截 面进行 计算 。渐变段截面参数对 比见表 1 。 支座位置截面参数对 比见表 2 。 表 1 渐变段截面参数对 比 4 ． 2 结构离散 本桥上部结构计算采用空间梁系计算 理论 ， 桥 梁上部结构离散为 5 2 7个单元 、 5 5 8个节点。 主梁为 全预应力构件 ， 墩身为钢筋混凝土构件。根据桥梁 施工流程划分结构计算阶段荷载组合要求 的内容 进行 内力 、 应力 、 主梁极限承载力计算 ， 验算结构在 施工 阶段 、 运营阶段应力 、 主梁极限承载力及整体 刚度是否符合规范要求 。 总体成桥计算模型见图 2 ， 施工各截断过程计算模型见图 3 。 4 ． 3 施工过程 中主桥上部结构混凝土缺陷截面的 强度、 刚度计算 ( 1 ) 支座截断缺陷修复前施工阶段验算 计算假定支座处混凝土不参与受力 ， 0 #块 自重 完全 由临时支墩承受 。主梁及临时支墩采用梁单元 模拟。临时支墩与承台连接位置采用 固结约束 ， 以 下是 1 #墩 T构支座截面缺陷前施工 阶段计算及结 果 。 施工 阶段 正应力计算 ： 通 过验算 ， 支座缺陷截 图 2 成 桥阶段计 算模 型 一 7 7— 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 0期 图 3 1 #墩 T构施工计算模型 面修复以前 ， 按缺陷截面计算 ， 混凝土最大正应力= 2 ． 2 7 MP a < 容许 应 力 2 2 ． 7 MP a ，最 小 正应 力= 一 0 ． 5 2 MP a 3 8 5 0k N 由以上计算可知 ， o } } 块 自重完全由临时支墩承 受时 ， 满足规范要求 。 ( 2 ) 支座截面修补后截面验算 表 3 1 #墩 T构 施工 阶段截面应力计算结果对照 施工阶段正应力计算结果 ： 按照混凝土完整截 面计算与按照 昆 凝土缺陷截面计算 ， 结果见表 3 。 在 1 — 1 8 #块施工过程中 ，按缺陷截 面计算 ， 混 凝土最大正应力： 1 1 ． 6 4 MP a < 2 2 ． 7 MP a( 容许应力) ， 最小正应力= 一 0 ． 1 6 MP a < 一 3 ． 0 5 MP a ( 容许应力 ) ， 满足 规范要求 ， 且有一定安全储备。 缺陷截面正应力与完整截 面相 比， 上缘应力相 差较小 。下缘应力差值为 l ～ 2 ． 5 MP a ， 缺陷截面下缘 正应力与完整截面下缘正应力之间的比值在 1 ． 0 5 ～ 1 ． 1 5之 间 。 施工阶段主应力计算结果 ： 在 1 — 1 8 #块施工过程中 ，按缺陷截面计算 ， 混 凝土最大主应力= 1 1 ． 6 8 MP a < 2 2 ． 7 MP a( 容许应力 ) ， 最大主拉应力= 一 0 ．4 9 MP a < 一 3 ． 0 5 MP a ( 容许应力) 。 满 一 7 8一 足规范要求 ， 且有一定安全储备 。 施工阶段极 限强度计算 ： 混凝土施工阶段极限承载能力计算 ， 主要给 出 最不利工况 ， 即施工合拢块阶段 。施工 1 8 #块时弯 矩包 络 图如 图 4所 示 。 图 4 施工 1 8 #块时弯矩包络 图 主梁混凝土缺 陷截面最大 弯矩 为 7 0 1 4 5 1 k N i n ， 小于极限拉力值 1 0 3 2 4 9 0 k N m。 ( 3 ) 鉴定结论 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 朱红章 ， 杜厚磊 ， 杨旭 丹江 口库区某桥梁 0 #块混凝土局部缺陷的处理分析 由上所述 可 知 ， 施工 0 #块 、 l #块 阶 段永 久 支座 受力较小 ， 主要由临时支墩受力 。支座处缺陷截面 满足受力要求 。将支座缺陷截面修复后 ， 再施工其 余块段 ， 可满足受力及使用要求 。 通过结构检测与计算 ，本桥梁 0 } } 块混凝土外 观缺陷属于可修复缺陷。 5修 补方 法 5 ． 1 缺 陷 混凝 土表 面处 理 ( 1 ) 先凿除 0 #块需修 补范围 内松散混凝 土及 无浆石子 ， 直至各部位均露 出新鲜 、 密实的t 昆凝土。 混凝 土凿除采用人 工细凿 ， 凿 除到位后 ， 要仔 细检 查 ， 确保混凝土表面粗糙 ， 露出新鲜石子 ， 无裂纹浮 浆和空隙等。 ( 2 ) 现场画出凿除范围内竖向预应力筋的位置 ， 混凝 土凿除操作人员要注意对预应力筋和钢筋 的 保护 。 ( 3 ) 现场凿除混凝土 自检合格后 ， 由项 目部安 质部 负责 报监 理 工 程 师进 行 检查 ， 确保 混 凝 土 凿 除 符合要求。 ( 4 ) 对需修补位置用水全面冲洗干净 。混凝 土 浇筑灌注前 ， 在混凝土表面喷涂水泥浆。 5 ． 2 模板安装 模板采用竹胶模 板 ， 根据凿 除范围大小 ， 现场 放样 出所需竹胶模板尺寸。模板安装前须涂刷脱模 剂 。模板 固定方式采用腹板钢筋上焊接长螺杆 固 定。 5 ． 3 灌注材料准备 梁体混凝土设计强度等级 C 5 0，修补灌注混凝 土采用 C 5 5补偿收缩混凝土 。 材料 ：按 C 5 5配制补偿收缩混凝土 ，采用 P 0 4 2 ． 5级水泥、 J E A膨胀剂和聚羧酸高效减水剂。 混凝 土入模 坍落度控制在 1 2 ～ 1 6 c m，初凝 时间不 小于 6 h ， 终凝时间约 1 0 h 。 微膨胀混凝土配合 比经试验确 定 为 ： 水 泥 ： 膨 胀剂 ： 砂 ： 石 ： 外加剂= 1 ： 0 ． 0 8 7 ： 1 ．4 5 ： 2． 2 2： 0． 01 3 。 混凝土 的拌制及运输 ：采用机 械强制式搅拌 机 ， 拌合时间为 1 8 0 s ， 使膨胀剂掺和均匀 。施工的同 时取试件 6组 。混凝土运输采用平板车运输混凝土 罐 ， 并 由汽车 吊机 吊至需修补位置。混凝土入模采 用已设计加工好的溜槽引流入仓 。 混凝土灌注及振捣 ： 灌注时分层进行 ， 模板分 层为 3 0 c m一道 ，每层分 开灌注 。混凝 土浇筑 以 3 0 e m为分层振捣厚度 。混凝土灌注时 ， 现场技术人 员要监督控制好混凝土的分层厚度 。现场配备两振 捣棒和若干钢钎进行插捣 ，确保混凝土振捣密实 。 操作人员一定要耐心细致地插捣每一层混凝 土 ， 下 层混凝土插捣表面翻浆并充分引出气泡 、 混凝土面 不再 下沉 时 ， 方可 继续 灌 注混凝 土 。 5 ． 4 混 凝土 的养 护 混凝土初凝后进行保 湿养护 ，养护期不 少于 1 4 d ， 修 补 混凝 土强 度 达 2 ． 5 MP a时拆 除 模板 。 5 ． 5外 观处 理 混凝土修补后 ，梁体表面将 留下处理痕迹 ， 会 影响梁体外观。为保持梁体外观色泽一致 ， 需要对 处理痕迹进行外观处理 。试验室先做好色差配比试 验 ， 现场修饰时采用涂刷调配好的水泥浆进行统一 涂刷 ， 达到色泽统一 。梁体表面外观处理要有经验 的操作 人 员进 行 。 5 ． 6 安全质量保证措施 ( 1 ) 混凝 土缺 陷修 复是一项十分重要 的工作 ， 每一次修复工作都要严格按照规程规范执行 嘲， 确 保工程质量。严禁随意切割钢筋 ， 随意凿除混凝土。 每一道工序完成后 ， 必须 认真检查 ， 自检合格后报 监理 工程 师检 查 。 ( 2 ) 修 补混 凝 土 施工 要 设 专 人 紧 盯施 工 配 合 比 情况 ， 确保材料计量准确 ， 保证混凝土质量。准确计 量膨胀剂 ， ? 昆凝土要充分搅拌均匀。 ( 3 ) 使用补偿 收缩混凝土必须精心 振捣 ， 现场 拌制补偿收缩混凝土 的拌合 时间要 比普 通混凝土 延长 3 0 s ， 以保证膨胀剂和水泥 、 减水剂拌合均匀 ， 提高其匀质性 。混凝土布料 、 振捣按施工规范进行 。 混凝 土 振 捣 人员 一 定要 有 明确 的质 量 意 识 ， 现 场 技 术人员检查每一层振捣混凝土的分层厚度 、 振捣情 况等 ， 并对整个修补过程做详细的施工记录。 参 考 文 献 ： 【 1 ] 马建 革． 混凝土缺 陷处理技术及应 用[ M】 ． 郑州： 黄河水 利 出版 社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 丁道红， 章青 ． 混凝 土缺 陷研究 综述【 J ] ． 混凝 土 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 1 6 —1 8 ． [ 3 ] 蒋正 武， 龙 广成 ， 孙振 平． 混凝 土 修补 ： 原 理 、 技 术 与材 料 [ M】 ． 北京 ： 化学工业 出版社， 2 0 0 9 ． [ 4 】 赵顺 增 ， 游宝坤． 补偿收缩混凝 土裂 渗控制技术及 其应用 [ M ] ． 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 0 ． [ 5 】 周开庆 ， 王福． 混凝 土建筑工程缺 陷修补技术探 讨[ J 1 ． 混凝 土， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 1 2 3 — 1 2 5 ． 收稿 日期 ： 2 0 1 4 — 0 6 — 1 4 作者简介 ： 朱红章( 1 9 6 8 一 ) ， 男 ， 博 士 、 高级工程师 。 通讯地址 ： 武汉市武 昌区东湖南路 8号 联 系 电话 ： 1 3 0 8 0 6 7 48 1 7 E — ma i l ： 4 5 5 61 2 8 9 1@q q． c o m — ． 7 9— 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m