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止于至善

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关于我

闻宝联,工学博士,教授级高工,天津市市政工程研究院副总工程师,同济大学、天津大学校外硕士导师,新加坡《urban transportation &construction》杂志副主编,中国土木工程学会混凝土质量专业委员会委员,中国土木工程学会混凝土耐久性专业委员会委员,中国建筑业协会混凝土分会专家组成员,中国腐蚀与防护学会建筑工程专业委员会委员,中国商品混凝土企业联合会专家委员会主任委员,中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品协会理事,数十项国家重点工程混凝土专项技术指导。

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桥梁预应力混凝土施工中常见的问题及防治策略  

2016-06-09 06:30:37|  分类: 桥梁工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 现代预应力混凝土是用高强度钢材和较高强度的混凝土经先进的生产工艺制作的,用现代设计概念和方法设计的高效预应力混凝土。

我国的预应力混凝土结构是在2O世纪5O年代发展起来的,最初试用于预应力钢筋混凝土轨枕,之后预应力混凝土在全国范围内推广。随着我国高等级 公路建设的不断,预应力混凝土技术在公路桥梁工程中发展最快。桥梁上得到普遍的应用。但就目前预应力混凝土梁施工而言,仍存在很多问题,本文就对施工过程 中常见的问题进行探讨,分析原因并提出相应的处理方法及预防措施。
 桥梁预应力混凝土施工中常见的问题及防治策略 - 独上高楼 - 止于至善
一、预应力混凝土结构的施工特点
 
预应力混凝土结构的施工,必须同时考虑施工时结构受力情况和现场施工条件,而采取相应的施工方法。如对于大跨度预应力混凝土连续梁、T型钢构、 斜拉桥,往往采用悬劈挂篮无支架施工方法,即在桥墩两边平衡悬臂分节段浇筑混凝土,后期节段是靠己浇节段来支撑,各节段经历浇筑、张拉、不断地加载(移动 挂篮)等过程,逐步完成全桥的施工。自架设体系的悬臂施工法,使这种桥型的结构性能和施工特点达到高度的协调统一,且每一节段均充分发挥了预应力的作用, 实现了荷载平衡。节段悬臂施工法是预应力混凝土桥梁施工技术发展的结果,是预应力等效荷载观点的直接体现,它为大跨度桥梁在世界各地的迅速发展,开辟了新 的途径。
 
二、预应力混凝土结构的优缺点
 
预应力混凝土结构与钢筋混凝土结构相比,具有下列主要优点:
 
1、改善使用阶段的性能。受拉和受弯构件中采用预应力,可延缓裂缝出现并降低较高荷载水平时的裂缝开展宽度;采用预应力,也能降低甚至消除使用荷载下的挠度,因此,可跨越大的空间,建造大跨结构。
 
2、提高受剪承载力。纵向预应力的施加可延缓混凝土构件中斜裂缝的形成,提高其受剪承载力。
 
3、改善卸载后的恢复能力。混凝土构件上的荷载一旦卸去,预应力就会使裂缝完全闭合,大大改善结构构件的弹性恢复能力。
 
4、提高耐疲劳强度。预应力作用可降低钢筋中应力循环幅度,而混凝土结构的疲劳破坏一般是由钢筋的疲劳(而不是由混凝土的疲劳)所控制的。
 
5、能充分利用高强度钢材,减轻结构自重。在普通钢筋混凝土结构中, 由于裂缝和挠度问题,如使用高强度钢材,不可能充分发挥其强度。例如,1860Mpa级的高强钢绞线,如用于普通钢筋混凝土结构中,钢材强度发挥不到 20%,其结构性能早己满足不了使用要求,裂缝宽,挠度大;而采用预应力技术,不仅可控制结构使用阶段性能,而且能充分利用高强度钢材的潜能。这样,采用 预应力,可大大节约钢材用量,并减小截面尺寸和混凝土用量,具有显著的经济效益。
 
6、可调整结构内力。将预应力筋对混凝土结构的作用作为平衡
 
全部和部分外荷载的反向荷载,成为调整结构内力和变形的手段。因此,现代预应力混凝土是解决建造大(大跨度、大空间建筑一工艺上和使用上要求 的)、高(高层建筑、高耸结构)、重(重荷载、重型结构、转换层结构)、特(特种结构一水池、电视塔、安全壳)等类建筑结构和工程结构物的不可缺少的、重 要的结构材料和技术。
 
预应力混凝土结构也存在着一些缺点:
 
l、工艺较复杂,质量要求高, 因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。
 
2、需要有一定的专业设备,如张拉机具、灌浆设备等。
 
3、预应力反拱不易控制,它将随混凝土的徐变增加而加大,可能影响结构使用效果。
 
4、预应力混凝土结构的开工费用较大,对于跨径小、构件数量少的工程,成本较高。
 
 
 
三、桥梁预应力混凝土结构施工中常见的问题及防治策略
 
1、欠张拉、过张拉处理调整:
 
依据设计文件图纸所用钢绞线的规格型号,可知标准应力强度fpk截面积A、弹性模量Ep、松弛率3.5%、松弛系数§、锚具变形、钢绞线回缩、 管道摩擦系数u、孔道偏差系数K、张拉钢绞线张拉夹角θ、通过数学公式计算出伸长值ΔL、并且实际伸长值与理论伸长值的偏差应控制在6%之内,再通过对 《千斤顶检验报告》的回归方程计算出初应力、控制力读数。并把详细的计算过程书报其相关部门审查,以防失误。
 
预应力张拉次序应符合设计图纸要求,张拉操作时应使结构受力均匀、同步、不产生扭转、侧弯,不得使砼超应力、使构件产生过大的附加内力及变形等进行调整,按规范持荷、锚固、封锚。
 
2、波纹管孔道漏浆原因分析及处理
 
波纹管易于制作,便于施工,对各种形状的预应力筋束张拉时摩阻力小,故大多数后张法施工的预应力筋的孔道多由它做成。由于当前波纹管强度、刚度 大多数达不到要求,在安装和浇筑砼时易变形和破损,使砂浆漏入孔道造成预应力筋穿束困难,并增大预应力筋张拉时的摩阻力,由于砂浆的流入,往往造成预应力 筋铸固在孔道内无法进行张拉作业。波纹管安装时,因非预应力筋位置妨碍,又兼波纹管的刚度差,易形成弯折角或管轴线偏位,在弯折角处咬边容易开裂造成漏 浆;轴线偏位易造成转角增加,使张拉时的摩阻损失增加,波纹管与锚垫板相接处,二者轴线不一致,易造成弯折处咬边开裂漏浆,两根波纹管相接,接头管的长度 不够或直径太大, 使接头不严也造成漏浆。在砼浇筑中,振捣棒与波纹管相接触,因振捣时振捣棒高速旋转和振动,易使波纹管咬口开裂或自身磨损冲击开洞,造成沙浆漏入波纹管 内。
 
遇到堵管问题,首先根据预应力筋曲线坐标,标注漏浆孔道堵塞的位置,在避开梁的主筋位置,采用冲击钻缓慢进行开孔,清除波纹管中的水泥浆块, 使钢绞线能顺利穿过波纹管并能够自由伸缩:然后待张拉完毕后用高一等级微膨胀混凝土封堵孔洞。
 
可采取以下预防措施:在施工下料前对波纹管质量仔细检查,对有缺陷的波纹管及早发现;在浇筑混凝土前检查波纹管的安装位置,固定好,检查套管接头连接是否牢固,密闭性是否达到要求;在浇筑混凝土过程中注意波纹管的保护,避免振捣棒碰坏波纹管。
 
3、预应力筋在波纹管内的铸固和处理
 
现浇预应力砼连续箱梁的施工中,每跨中的预廊力筋多是曲线形的,当一次浇筑砼的连续箱梁跨数多于两跨时,必须先将预应力筋穿入到波纹管内,待浇 筑砼达到没计要求强度后,张拉并用锚具锚固预应力筋。先穿柬的预臆力筋,往往由于穿筋和砼浇筑工艺处理不善,在砼浇筑作业中因波纹管漏浆被铸固,在对结构 的预应力筋张拉时,不能自由的拉动,这种现象称为顶应力筋在波纹管内铸固。
 
顶应力筋的铸同,根据对其张拉时拉动力的大小可分为轻度和重度两类,在千斤顶拉动预应力筋的拉力为预应力筋的摩阻力1.3倍以下时,该铸固称为 轻度铸固。轻度铸固有的漏浆处较多,但每处漏浆量均不大,漏浆在波纹管内,但预廊力筋在一定拉力下尚可活动;有的局部漏浆较多,预应力筋和波纹管固结在一 起,但漏浆体积相对整个孔道仍很小,通过较大的拉力拉开后。预应力筋仍可在孔道内来回活动。这种铸固,预应力筋张拉作业时。其摩阻力增加较多。
 
严重的铸固则是在较大的拉力作用下,甚至在全部预应力筋总张拉力的作用下。仍不会将铸同的预应力筋拉开。预应力张拉作业中,若出现波纹管和预应 力筋的轻度铸固,常常在预廊力筋实施张拉作业前,不安装工作锚夹片,用张拉千斤顶由两端分别交替张拉项应力筋,使其铸固的项应力筋在波纹管内松动后。并可 在外力作用下自由移动。对于严重铸同的孔道,必须找到铸同的部位,将箱粱结构砼凿开清理干净波纹管内的灰浆,然后再经修复后,进行预应力筋的张拉作业。
 
4、钢绞线滑丝、断丝
 
通过预应力束张拉后检查,来判断张拉后是否有滑丝、断丝现象。遇到这种情况,应根据滑丝、断丝情况,采取相应的施工手段。如果受损根数少, 根据比例,适当地超张拉:如果数量多,超张拉无法解决问题,应更换钢绞线,重新张拉。
 
分析滑丝原因可能有以下几种:预应力钢绞线生锈太厉害或表面有水泥、油污、杂物等;工作夹片中的丝出现生锈、油污、杂物或夹片里的丝被损伤;工 作夹片的尺寸不合格(尺寸大);千斤顶被其他工具所抵触而受力不均。常见的处理方法:用千斤项拉出滑丝的钢绞线,取出旧夹片,换上新夹片,再用千斤顶张拉 到设计要求。
 
分析断丝原因可能有以下几种:出现钢绞线相绞缠而发生受力不均,导致个别钢绞线张拉力太大,而出现拉断丝现象;钢绞线在运输中受到机械损伤。如 果断丝根数超过设计范围,应作处理,具体处理方法:一般用千斤顶将钢绞线全部卸载后,换上新钢绞线后,重新穿束张拉。张拉完成后,为防止预应力损失,在 48h内必须完成压浆工作。
 
5、过长的扁波纹管孔道在施工中的问题及改进
 
扁波纹管由圆波纹管通过压扁制成,在压制过程中,其各个转角和长轴中心附近的接缝咬口都会有不同程度的翘起,形成使灰浆进入波纹管内的通道,在箱梁砼浇筑中就可能有灰浆进入。
 
现浇箱梁一联长度较大,波纹管的短轴只有19mm,当其在钢筋骨架中安装时,由于其平顺性差、预应力孔道较长且有不少接头,难免发生一些咬口处 开裂加大。当Oj15.2O的钢绞线穿入有咬口翘起的波纹管内时,难免会有碰撞,这就加大了咬口的缝隙。同时,由于穿钢绞线时摩擦力会使波纹管薄弱处出现 孔洞,这就更加大了砼浇筑时灰浆进入的机会。
 
因灰浆进入形成许多局部对预应力筋的铸固,在张拉作业中,预应力筋因在孔道内铸固,形成一些段的预应力筋不能被张拉,出现了预应力筋张拉时的实测伸长值远低于理论计算伸长值的结果,使预应力筋起不到对梁体结构防裂的效果。
 
另外,因扁波纹管的面积和预应力筋的面积比较小,又加孔道内出现了局部铸固,孔道灌浆不能完全充满孔道,这样一旦锚具锚固失灵,预应力筋难以靠孔道灰浆将其锚固,防止箱梁结构产生裂缝的预应力既完全消失。
 
对以上问题,现浇箱梁为防止结构裂缝,建议在砼施工工艺上改为每2~3跨浇筑一次砼,张拉预应力筋。若将几跨连接成一联,预应力筋的连接应采用 连接器来完成。预应力孔道用的波纹管,当其长度超过25m时,建议改为圆形波纹管,预应力锚具相应的作一些改变。若仍拟整联箱梁一次浇筑砼,预应力筋用通 长束,建议预应力筋孔道用圆形波纹管,预应力锚具相应的变更,这样从防止漏浆和预应力筋张拉锚固效果上,均会比扁波纹管好得多。另外,圆形孔道的灌浆比扁 孔道易饱满,且灰浆面积和预应力筋面积的比值也大,灌筑效果比扁形波纹管好,一旦锚固失灵,其锚固效果比扁波纹管要好些。
 
总而言之,预应力混凝土技术在公路桥梁工程中的具有很大的优势,应用普遍。只有做好各种预案措施,才能保障工程顺利施工。从而提高了施工效率,缩短施工周期。
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