体外预应力锚固端横隔墙加固施工
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【摘 要】某跨江公路大桥在体外预应力施工过程中，因锚固端横隔墙混凝土设计强度不够，导致预应力张拉后横隔墙混凝土表面大量出现裂纹，存在较大质量和安全隐患，导致施工暂停、工期延后。通过采取一系列措施对横隔墙进行加固处理，并经过施加体外预应力进行检验，横隔墙表面没有再次出现裂纹，为本工程后续大规模体外索施工排除了障碍，确保了主体结构施工质量。
【关键词】横隔墙 加固 体外预应力 裂纹处理
1 工程概述
某跨江公路大桥5孔或6孔一联70m等跨径预应力混凝土连续刚构桥，合计66孔，桥型均为上、下行分幅设置。
70m等跨径预应力混凝土连续刚构箱梁采用单箱双室斜腹板箱梁形式，梁高为4.0m，箱梁顶板宽19.8m，底板宽10.9m，翼缘悬臂长为3.2m，顶板厚为28cm。节段箱梁长1.7～3.6m，重69～172t。锚固端横隔墙纵桥向宽度为1.8m，预留人洞尺寸为1.5×2m，混凝土为墩顶二次浇筑。
本跨江公路大桥采用15-27型环氧钢绞线体外预应力体系，其钢绞线采用防腐性能高的填充型环氧涂层钢绞线。单股钢绞线是由七根钢丝绞成，单根钢绞线直径φs15.24mm，钢绞线面积Ap=140mm2，钢绞线标准抗拉强度Rby=1860Mpa，弹性模量Ep=1.95×105 Mpa。张拉控制应力为0.65Rby=1209Mpa。
2 锚固端横隔墙裂纹情况说明
体外索张拉后，观测发现锚固端横隔墙背面混凝土表面多处出现裂纹，且裂纹呈现以下特点：
（1）裂纹仅出现在锚固端横隔墙背侧；
（2）裂纹均在横隔墙高度方向的中间位置，并多集中在转向器周边；
（3）裂纹在隔墙人洞位置均有不同长度的延伸（最长延伸长度为97cm）。
经过对已经全部张拉的第一联两个22#块及部分张拉的第二联一个22#块选取多点进行裂纹宽度观测，裂纹宽度分布在0.15～0.61mm之间（多数集中在0.25～0.50mm之间），裂纹在形成后2周内宽度无明显变化，均保持在相对稳定状态。同时，利用ZC3-A型回弹仪进行混凝土强度测定。每个横隔墙选取10个回弹区域，每个区域回弹16个点。根据回弹测定结果显示，横隔墙混凝土强度均满足设计要求。
根据有限元计算分析结果，体外索张拉后横隔墙背面混凝土存在0～7Mpa的拉应力，有限元分析应力云图如下图所示：
由计算结果可以看出，在锚固端横隔墙背面体外索转向器周围混凝土拉应力最大达到7Mpa，与实际裂纹出现位置比较吻合。由此可知，锚固端横隔墙混凝土截面设计较为薄弱是导致施加体外预应力后出现裂纹的主要原因。
3 锚固端横隔墙加固总体施工方案
针对已穿束或张拉的体外索，将其放张，抽出钢束，在箱内妥善保存。
将横隔板加厚区段箱梁内轮廓凿毛，在加厚位置顶面相应位置开下料孔、混凝土振捣孔，按照变更图钢筋位置在横隔板及箱梁内轮廓相应位置放出钢筋位置，用Φ20mm钻头钻孔，孔内填充植筋胶，插入钢筋，待植筋胶达到强度后，绑扎其余钢筋、接长并精确定位转向器，安装模板，利用22#块顶面下料孔浇筑混凝土，并利用振捣孔进行混凝土振捣，确保混凝土浇筑密实。对混凝土进行养护，待混凝土强度达到设计要求后，穿索并张拉体外预应力。
3.1 体外索放张及保存
针对已经张拉的体外索放张应做到左右箱室同束、同时、同步、单端放张，放张前应在钢绞线下方满铺土工布。放张时千斤顶油缸行程顶升至约12cm，然后安装到位后继续顶升，直至工作夹片可以取出后，再慢慢回缩千斤顶行程，待行程回缩至约4cm时，安装并打紧工作夹片，并完全回缩油顶。取下千斤顶重复以上过程，直至钢绞线松弛。放张时严禁作业人员在钢绞线正前方及后方箱室内停留，避免钢绞线突然放张伤人。钢绞线放张后，应将钢绞线单根抽至梁面存放（提前铺设土工布，抽出时在人洞位置应设置PE管）。
3.2 凿毛及开下料孔、振捣孔
为了便于横隔板加固砼的下料、振捣，在已浇筑和未浇筑横隔墙的加固区顶面凿开4个尺寸为20×40cm的下料孔，16个Φ10cm振捣孔。开凿下料孔时在开孔位置避开横向预应力位置，注意保护横向钢绞线。将横隔板加厚区混凝土浇注范围内凿毛处理。
3.3 加固区植筋
3.3.1 植筋位置
如右图所示，加固区钢筋分为A、B、C三层，其中A、C断面植筋，B断面不植筋。
（1）A-A断面植筋位置。
A断面在转向器侧竖向按照15cm间距植筋，其它位置竖向按照30cm间距植筋，横向按照30cm间距植筋。A断面植筋位置详细布置见下图所示：
（2）C-C断面植筋位置。
C-C断面在转向器侧竖向按照15cm间距植筋，横向按照30cm植筋，其它位置不植筋。C断面植筋位置详细布置见下图所示：
按照A类梁段横隔板加固方案图在已浇筑横隔板的22#块底板、腹板、顶板上标记出钢筋位置，钻孔深度按照10*D控制（D为钢筋直径）。Φ16钢筋用Φ20钻头钻孔，钻孔深度16cm。
3.3.2 植筋胶简介
植筋胶采用“爱牢达KIT680”注射式化学植筋锚固胶。在双体胶筒中分别装有反应树脂填充剂和固化剂。其作用的基本原理是，利用打胶枪把在胶筒中隔离放置的黏结剂和固化剂同时挤进混合器。经过混合器的螺旋状路径两种成份混台后直接被注入钻孔内，随即手工插入钢筋。胶体固化后，钢筋与锚基连成一体，实现安全的锚固。胶体固化时间随温度而变化。启封后未用完的胶可用随胶筒一起提供的盖子密封，以后只要更换混台器即可继续使用。
常温下，植筋胶固化时间约为6小时。
3.3.3 植筋
（1）植筋抗拔承载力试验。根据《结构设计原理》，HRB335钢筋抗拉强度设计值为280Mpa，φ16钢筋截面积为201.1mm2，设计抗拉承载力为56KN。根据植筋抗拔力试验结果，植筋深度为16cm时抗拔承载力大于81.9KN（因拉拔器规格限制，未进行破坏性拉拔试验），植筋胶性能和现场施工质量能够满足设计要求。
（2）植筋工艺及要求。按照加固变更图在已浇筑横隔板的22#块底板、腹板、顶板上标记出钢筋位置，钻孔深度按照10*d控制（d为钢筋直径）。Φ16钢筋用Φ20钻头钻孔，钻孔深度16cm。
先根据图纸位置进行尝试钻孔，如果钻头遇到钢筋则要对钻孔位置进行适当调整。植筋孔施工完毕后，用空压机对孔眼进行初步清理，然后用试管刷对孔眼逐个进行仔细清理，确保无混凝土灰尘。加厚段混凝土进行凿毛时，应将表面浮浆凿除干净，露出新鲜石子。
钻孔完成后按照下述要求进行植筋：
（1）胶体灌注完后立即插入钢筋。
（2）钢筋要按照一个方向旋转插入。
（3）钢筋一定要插入孔底。
（4）钢筋插入后要按照固化时间表要求等待胶体完全固化，固化期间钢筋不得受力。
（5）针对顶板植筋后用木楔将钢筋牢固固定在植筋孔内，防止在植筋胶固化前钢筋因重力作用缓慢从孔内脱落。
3.4 转向器接长
按照钢束在加固区域的竖弯角度，订做长度为85cm、规格Φ219×6mm的钢管，直径与原转向器相同。接长管道长度为85cm，规格为Φ219×6mm的钢管，直径与原转向器相同。转向器接长时端口难以与原转向器完全吻合对齐。经过多次尝试后采取先在原管道上焊接3根定位钢筋，然后将接长钢管端部借助定位钢筋与原转向器端部精确对齐，接触紧密后焊接牢固。转向器钢管接长后应将钢管接缝位置及端部用胶带缠绕封堵严密，防止混凝土浇筑时进浆。
3.5 钢筋绑扎
植筋胶完全固化后，绑扎钢筋，横桥向、竖向钢筋与所植钢筋均采用搭接，钢筋绑扎时注意保护层厚度（4cm）。
3.6 模板安装
横隔墙加固区模板为木模，面板为15mm竹胶板，背肋采用100mm×100mm木方，间距为300mm，隔墙模板由横向布置的[10a背肋支撑，并用18mm圆钢做拉杆（拉杆采用植筋，应先采用拉拔器检测植筋锚固力，确保施工安全）。
3.7 混凝土浇筑和养护
为确保横隔墙加固质量，加厚段采用微膨胀混凝土，混凝土浇筑时，下料、振捣均通过顶板所开下料孔、振捣孔进行。
由于所开下料孔较小，混凝土下料和振捣条件有限，为保证混凝土浇筑密实，要求混凝土应具有良好的流动性。适当调整混凝土配合比，并在试验室提前进行多次拌合试验，以达到最佳效果。
安排专人加强砼养护，特别是早期养护，桥面要用土工布全覆盖，箱梁内模板表面经常洒水，保持湿润。为减少混凝土表面收缩裂纹，采取延迟拆模的方法（三天后拆模），拆模后及时喷洒混凝土养护剂进行养护，然后采用塑料薄膜包裹保湿养护。
4 质量保证措施
（1）钻孔前必须按照图纸在横隔墙、箱梁内轮廓相应区域准确放出钢筋位置并标记。
（2）钻完植筋孔后，必须用空压机或气筒、毛刷等工具将孔内清理干净，确保孔壁无尘。
（3）严格按照“模板及拉杆布置图”设置拉杆，钻拉杆孔时须拉线准确定位，按照植筋工艺在已浇筑横隔墙上锚固拉杆。模板缝隙用泡沫胶填堵，防止漏浆。
（4）浇筑完混凝土及拆模后及时养护。
5 效果检查
在前期多种措施的保证下，横隔墙加固混凝土施工取得了较好的效果，横隔墙四周与箱梁交界处混凝土浇筑密实，无空洞产生，混凝土表面光滑无气泡、无蜂窝麻面等质量通病出现。
对锚固端横隔墙范围内4对（共5对，其中1对为备用索）体外索张拉完毕。整个施工过程中派专人全程观测，横隔墙表面没有因体外索张拉而再次出现裂纹。
6 结语
通过对体外索锚固端横隔墙加厚段的施工，并经过体外索张拉检验，横隔墙表面没有再次出现裂纹，从而验证了本加固施工方案的可行性，并彻底的解决了前期体外索施工过程中锚固端横隔墙出现裂纹的问题，消除了安全和质量隐患，为下步全面展开体外索施工排除了障碍，施工经验值得类似工程借鉴。
参考文献：
[1]中交公路规划设计院.本工程施工设计图.
[2]浙江省交通厅工程质量检查局，交通运输部公路科学院.本工程专用施工技术规范.
[3]中铁大桥局集团有限公司.实施性施工组织设计.
作者简介：林洁君（1986—），女，助理工程师，2008年毕业于长沙理工大学桥梁工程专业，获学士学位。