预制小箱梁锚垫板破坏事故分析与处理(灌浆料法).doc

30m跨径预应力混凝土箱梁锚垫板破坏事故分析与处理
1.概述
河西高架桥全长8484m，上部结构采用装配式预应力混凝土小箱梁，标准段箱梁长30m，梁体采用C50混凝土，纵向预应力筋采用Ф15.2-4和15.2-5低松弛钢绞线，管道采用镀锌金属波纹管成孔，张拉端采用夹片式锚具，垫板及锚下螺旋筋采用厂家定型产品。预应力束采用张拉应力和伸长量双控制。
2.锚垫板张拉破坏事故说明
图1 锚端破坏示意图
图2
6月26日下午，对326-327#Z4箱梁预应力张拉，在终张拉过程中，锚垫板后混凝土破坏，腹板混凝土局部劈裂，锚垫板发生向后的位移，锚垫板压碎，工作锚进入梁体2-3cm，导致未完成张拉作业。根据现场记录，锚垫板碎裂时，张拉应力已达到100%。图2所示为压碎的锚垫板。
上述小箱梁张拉出现问题后，我单位高度重视，立即对后张法预应力小箱梁张拉锚垫板破损、混凝土压碎进行了仔细查勘，并邀请有经验的人员现场进行原因分析和讨论采取确实可行的处理方案，处理方案施工人员均为有多年技术经验的技术人员。
3.箱梁锚垫板张拉破坏事故分析
事故发生后，对箱梁锚垫板张拉破坏事故的原因从以下3个方面进行了分析。
3.1 从结构设计分析
在箱梁结构体系中，钢筋较密，特别是在锚下局部位置，钢筋网密集，钢筋间距小，在浇筑混凝土时，混凝土中的粗骨料与胶凝材料分离，导致波纹管上方钢筋网处粗骨料较多，波纹管下方粗骨料较少，混凝土出现一定程度的离析。
另外，小箱梁腹板较薄，锚垫板边缘距离腹板边缘较近，定位偏差超限易导致张拉时混凝土局部受力过大而爆裂。
3.2 从锚下混凝土施工质量分析
从施工记录中看出，进行预应力钢束张拉时混凝土养护时间为7天，抗压强度为53.9MPa，满足桥梁上部结构施工中要求的梁体混凝土强度达到设计强度的90%，可进行预应力钢束张拉。
但从观察锚头处混凝土施工质量，有的箱梁存在局部粗细骨料分离情况，原因可能为混凝土塌落度控制不到位，或者出于对锚下混凝土振捣质量的担心而造成过振。有的箱梁锚垫板下方的混凝土不密实，有空洞现象。这都会造成锚下混凝土抗压强度降低，达不到设计强度，受到压力时破碎。
3.3从锚垫板和工作锚的安装上分析
张拉前安装工作锚时，工作锚未能卡入锚垫板凹槽内，导致张拉时锚垫板与工作锚不同心，出现偏心张拉情况，锚垫板下侧受到的压应力远大于锚垫板上侧，致使锚垫板下侧被压碎。
上述原因为本桥箱梁锚垫板张拉破坏事故的主要原因，而在施工中，造成锚垫板破坏的可能还存在其他原因，比如锚下局部混凝土的承载力设计值不够、锚下螺旋筋安装不到位、锚垫板质量不符合要求等问题。这些常见的问题都会导致张拉过程中出现锚垫板破坏甚至更严重的事故。
4.箱梁锚垫板张拉破坏事故处理
根据现场记录，锚垫板是在张拉应力达到100%时被压碎，说明锚垫板后面距达到规范张拉强度相差不大，可以通过用高强、无收缩灌浆材料修补锚下混凝土的方法来进行重新张拉。根据实际情况，选取成都天福特种工程材料有限公司生产的TY-B无收缩高强灌浆材料。选用TY-B无收缩高强灌浆材料性能特点：
①TY-B无收缩高强灌浆材料是以无机胶凝材料为基材，复配有机高分子功能材料而成的新型工程材料，该产品配置简节、浆料流动性能好、浆体表面光洁、均匀度高、浆体硬化后无收缩、早期强度快速且早期后期强度高，具有抗冻性及耐腐蚀性；其主要用于桥梁支座重力灌浆、设备基础地脚螺栓灌浆、基座二次灌浆、混凝土结构与混凝土结构、钢结构与混凝土结构间的连接；也可用于锚杆、锚栓、道钉等构件的锚固；还可用于道路路面、混凝土面板等结构的快速修补加固，后张法施工预应力空岛的灌浆等。
②其强度发展迅速。
③此灌浆材料具有微膨胀作用，可以将锚垫板后面填充密实，并不需捣和和抹压，不会留下因收缩造成的空隙。
④和易性好，不但流动性好而且保持时间长，具有很好的粘聚力，不分层离析，不泌水，并具有很好的施工性能。
4.1 预应力束放张
预应力束放张采用250t穿心千斤顶单束对称放张。钢束单端伸长量为106.8mm，放张时，先在工作锚上套入反力架，待放张预应力束穿入千斤顶，千斤顶空拉150mm，装上工具锚及工具夹片，千斤顶继续拉出至180mm，挑出工作夹片，千斤顶缓慢回油至0mm，挑出工具夹片。
4.2 锚下混凝土修补
4.2.1 放张结束后，卸下工作锚，拆除破坏的锚垫板，槽口破坏处按工作缝处理，凿毛至密实的砼，清理碎渣。向腹板两侧加宽截面重新植钢筋（见下图），在原有的钢筋外绑扎加强钢筋。加宽段顺桥向0.6m，并设坡面过渡回箱梁腹板。
4.2.2 恢复箱梁及锚下钢筋，接长波纹管，长度以露出锚垫板为准，注意接头处一定要紧密，并用胶带裹好，防止水泥浆进入。
安装新的锚垫板，新的锚垫板的位置、角度应与原设计一致。将锚垫板用方木固定，并将锚垫板周围的空隙封堵严密防止漏浆，将波纹管内塞毛毡布以防灌浆材料将管道堵塞，浇筑部位四周用模板封闭牢固，并在顶部预留一个孔用于灌注灌浆料。
4.2.3 根据灌浆料使用说明，计算好水量与灌浆料用量。先将计量好的灌浆材料加入搅拌桶中，然后2/3的计算用水量，搅拌均匀，然后再加入剩下的1/3用水量，再继续搅拌2-4min，再次搅拌均匀。
4.2.4 灌浆采用重力灌浆法，将搅拌好的砂浆倒入漏斗槽中，接一软管到锚穴预留的小口，软管不可将小口全部封住，以防内部形成高压，浆料灌浆不饱满密实，为增大灌浆压力，应尽量抬高灌浆用漏斗。（如图5）
4.2.5 制作三组同条件试件，作为张拉依据。
图5
4.2.6 待灌浆料的强度达到50Mpa时，安装工作锚及工作夹片，然后进行张拉，并及时进行灌浆、封锚。
5.质量控制
在锚端修复中严格按产品要求配料，在施工同时取制试件（4组）同条件养护，按检测资料分别12小时、24小时、7天、28天4个阶段分别检测抗压强度，待28天后再按梁板设计强度进行静载试验，合格后方可安装
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