浅谈桥梁工程预应力施工要点

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  【摘 要】 桥梁工程建设给人们的生产和生活带来了诸多的便利,然而,由于部分桥梁施工质量不高,从而导致出现桥梁坍塌等安全事故,产生极大的社会安全隐患。因此,桥梁工程的施工管理越来越受到人们的关注。本文主要分析了后张法桥梁预应力技术的重要性,预应力施工过程中存在的主要问题以及相应的解决措施,以期作为参考。
  【关键词】 桥梁工程;后张法;预应力施工;控制要点
  一、预应力施工控制对桥梁工程的重要性
  桥梁建设的规模正伴随着时代的发展而不断推进,但是部分桥梁由于施工质量未过关而造成坍塌(如图1)等安全事故,使得桥梁的施工管理问题越来越受到人们的关注。预应力技术就是在这样的条件下开始大规模实施的。其主要原因是它具有着非常显著的优点:预应力技术在桥梁的建设中也有着较为广泛的应用,由于桥梁建设的规模越来越大,为了获得更好的效果,预应力技术越来越普遍。不仅如此,由于预应力技术充分挖掘了材料所具有的高强度性能,通过在混凝土结构中运用达到加强自身质量的目的,从而减轻了结构自重,防止了混凝土裂缝甚至加大了桥梁跨径。
  图1 重庆綦江彩虹桥坍塌事故
  例如:重庆綦江彩虹桥的垮塌的其中一个原因就是预应力锈蚀导致的,彩虹桥的主要受力拱架钢管焊接质量不合格,存在严重的缺陷,个别焊接并有陈旧性裂痕。钢管内混凝土抗压强度不足,低于设计标号的三分之一;连接桥梁、桥面和拱架的拉索、锚具和馏片严重锈蚀。
  二、预应力桥梁施工中存在的主要问题
  (一)預应力结构问题
  当涉及到砼的张拉时间问题时,为了使混凝土的早期预应力强度达到需求的标准,很多人开始采用早强剂的方法来提高混凝土的强度。然而混凝土的强度的提高需要经过一定的时间,且在整个过程中混凝土的强度模量以及弹性模量不是同步增加的,因此,就会出现预应力在桥梁施工中的问题—桥梁因承受负荷能力不足,就会出现裂缝的现象。在对现场结构的混凝土强度测试中也存在一定的问题,现场测试的混凝土强度等级与实际的混凝土强度等级不相符。
  (二)一端张拉工艺在超长预应力中存在的问题
  一端张拉工艺在国内通常用来实现人跨度预应力连续箱梁底板的预应力束浇筑工作。在工程实际工作中,在25m以上的桥梁都需进行两端预应力的张拉工艺,只有这样才能够使跨中的桥梁及有效预应力在活载、恒载的双重作用下,建立跨中所需的抵抗弯矩。不然,就会因为跨中的承载力不足而出现路桥面裂缝的现象。
  (三)后张预应力结构,张拉力控制问题
  在实际的施工过程中,存在许多施工作业不规范的现象,由于对张拉力的不合理控制,导致了很多预应力桥梁的质量问题。通常,在进行张拉作业时,要对张拉力和预应力的筋伸长量一起进行操控。我们对张拉力的计量通常使用的1.5级油压,但是往往会出现很大的误差。常出现千斤顶未曾通过计量标定,就开始张拉的现象,且在施工中的操作人员也是没有经过专业培训的,所以在施工中因为操作的不规范,再加上责任心不强,对数据的测量经常会出现错误,所以常出现张拉力失控的现象。
  (四)预应力孔道压浆质量问题
  对于预应力孔道压浆的作用主要体现在两个方面:第一,为了保护在施工中的预应力筋不会因为一些原因而被锈蚀。第二,确保预应力筋和结构能够一起工作。
  在工程施工建设中,常见的预应力孔道施工问题有:压浆不密实不饱满的现象普遍,漏浆、漏灌也常见。产生这些问题的主要原因有两方面:一方面,由于施工单位的重视不够,导致孔道压浆施工中工序紊乱;另一方面,现有的压浆工艺还不够成熟,因此常会出现一些留孔的质量问题,特别是在浆体的配制问题上也存在一定的问题,如:规范的规定值的问题以及水灰比的问题。在实际的预应力孔道压浆施工中保证工序的规范操作,能够很好的保证其施工的质量。
  三、预应力桥梁施工控制的要点
  (一)材料要求
  (1)混凝土
  混凝土强度等级越高,其粘结力越好,有利于预应力筋与混凝土之间的粘结。因此,预应力混凝土中所用混凝土的强度等级要比非预应力高,规范规定其强度等级不宜低于C30,施工过程应根按设计要求施工;当采用钢绞线、热处理钢筋等高强钢材时,其强度等级不宜低于C40,否则不利于发挥高强钢材的强度。此外,预应力构件中所用混凝土还要求能早硬、早强,以缩短施工周期。为此,可选用高标号水泥,严格控制混凝土的配合比尤其是砂率,确保混凝土的强度达到要求,在实验配合比设计时应减少矿粉的使用量,降低配合比原因产生裂缝的可能性。最后应加强水泥混凝土的养护工作,使之始终处于湿润状态,以利于强度的增长和防止裂缝的产生。
  (2)预应力筋
  预应力混凝土结构所采用的预应力筋主要有:螺纹钢、钢丝、钢绞线等。其各项指标均应符合设计及规范规定,进场时应分批验收,验收时,除应按合同要求对其质量证明书、包装、标志和规格等进行检查外,还应进行抗拉强度、弯曲和伸率的试验等。
  (3)对锚具、夹具和连接器
  采用信誉、质量好的厂家产品。对锚具、夹具和连接器等产品进场时应分批验收,验收时除应对其质量证明文件、产品技术手册、锚固区传力性能检验报告、夹片式锚具的锚口摩擦损失测试报告或参数、强度等级、包装、标志和规格等进行验收外,还应重点进行的外观、硬度及静载锚固性能试验等。
  (4)预应力管道
  进场时,除应按出厂合格证和质量保证书核对其类别、型号、规格及数量外,还应对其外观、尺寸、集中荷载下的径向刚度、荷载作用后的抗渗漏及抗弯曲渗漏等进行检验。
  (5)压浆料
  由于,目前市场上所采用的压浆料质量相差悬殊,因应选用信誉、质量好的厂家产品,选定品牌前,应对相应品牌压浆料进行指标试验,选择满足规范要求的质量较优品牌。   (6)原材料保护
  在施工现场预应力材料必须妥善保管,保管场所必须防雨、防潮措施。避免锈蚀、沾污、遭遇受机械损伤、混淆和散失。严禁靠近火源,张拉切割和材料下料严禁电弧切割。
  (二)预应力孔道及预应力筋施工工艺
  箱梁的钢筋施工主要分为两个阶段:第一阶段是绑扎底板和腹板的钢筋。第二阶段为顶板及翼板模板完成后的顶板钢筋。其钢盘施工中,主要须考虑预应力孔道位置及锚后钢筋位置,以方便预应力孔道及相应加强钢筋的布设,预应力孔道定位及预应力筋安装,其预应力筋及孔道施工工艺中主要控制要点有:
  (1)预应力管道(波纹管)下料应按设计要求计算其长度,预应力管道(波纹管)下料应采用砂轮锯,不得采用电弧切割。
  (2)依据图纸中孔道中心到底模及侧模的中心距离,用粉笔在模板及钢筋上画出波纹管位置。预应力管道(波纹管)应与梁体或块体的非预应力筋相间配合安装。
  (3)预应力管道(波纹管)的铺设要严格按设计给定孔道坐标位置进行控制,当预应力孔道与结构物钢筋发生冲突时,不得移动预应力孔道位置,应适当整调钢筋位置。
  (4)安装定位网(钢筋支架),固定波纹管的钢筋支架要与梁体骨架钢筋焊牢(将定位筋轨道与骨架筋焊接或用双扣绑扎牢固),管道与定位钢筋绑扎结实,间距为不宜大于80cm,曲线段与锚垫板附近适当加密,不宜大于50cm。
  (5)定位网(钢筋支架)安装好后,将波纹管穿入定位网方格内,安装波纹管时注意对其保护,防止踩踏导致变形成,以及使用电焊等导致孔道破损。
  (6)管道铺设中要确保管道内无杂物,管道敞口处,可用密封胶带封堵。
  (7)波纹管与喇叭口相接处,波纹管插入喇叭口内的长度不应大于喇叭口的直线段长度,以影响钢绞线扩展而增大摩阻。
  (8)梁端预留准备与下跨梁连接的波纹管,可在接口处用大一级的波纹管作为套管,套管与梁端平齐,待与下跨波纹管进行套接。
  (9)预应力管道应在管道的最高部位设置排气孔,其间距为20~30米一道。排气管为塑料管,管径为2~3CM,与波纹管的连接用波纹管配套的卡子或用胶带封闭连接,连接处要密闭,排气管应伸出混凝土顶面20CM为宜。同时应管道最低部位设置排水孔,设置要求同排气孔道。
  (三)张拉质量控制
  张拉控制应力能否达到设计值要求是影响结构使用功能的关键因素,因此张拉控制应力是张拉质量控制重点,必须严格按设计张拉控制应力进行张拉。张拉预应力值过大,钢绞线截面变小,降低其极限承载能力;另一方面,由于钢绞线等超拉张可能导致钢绞线拉断伤人及增加构件脆性,减少延性。张拉控制要点:
  (1)张拉顺序按照设计要求进行,原则上按照避免构件截面呈过大的偏心受力状态。首次张拉时应尽量靠近结构形心部位。
  (2)尽可能两端同时张拉。如果设备不足,可先固定一端,进行一断张拉,然后在在固定端补足应力。尤其对曲线构件更应如此。一端张拉时,虽然张拉端应力达到设计要求,但由于孔道长,导致转角增大。摩擦力增大,使得预应力往固定端逐步减小,导致固定端应力不足。
  (3)预施控制应力后,钢绞线两端张拉伸长值之和不超过计算理论值的±6%(超出此限时要查明原因),两端钢绞线不同步率≤10%(等于两端伸长值之差除以两端伸长值之和的值),为控制不同步率因此宜采用智能张拉设备。张拉过程中以张拉力控制为主,伸长量控制为辅,理论伸长值与实测伸长值相差不得大于±6%,若偏差超出范围应停止张拉作业,待找出引起误差的原因后重新张拉。
  (4)全梁断丝、滑丝总数不能超过钢丝总数的0.5%,且一束内断丝不得超过一丝,也不得位于梁体的同一侧,因处理滑丝、断丝而引起钢绞线束重复张拉时,同一束钢绞线张拉不得超过3次。若钢绞线与锚具因滑丝而留有明显的刻痕时,须得更换钢绞线和夹片。
  (5)钢绞线每端的回缩量不大于6mm,锚固后夹片表面平整,同束夹片外露量控制在2~3mm。错牙量在1mm。
  (6)认真作好张拉记录和张拉过程中出现各种情况的原始记录,终张拉后经检查并确认全部合格后方可割丝。
  (7)钢绞线切割处距锚具30~50mm,采用砂轮机切割,防止对锚具造成损害。切割完成后用防水涂料对锚具进行防锈处理。
  (8)预应力张拉设备由千斤顶、油泵、压力表等构件组成,宜采用智能张拉设备组。施加预应力前应对张拉设备进行核查:千斤顶(宜为所需张拉力的1.5倍,不得小于1.2倍)及其配套的油泵、油压表(应选用防振型产品,其最大读数应为张拉力的1.5-2倍,标定精度应不小于1.0级)一起进行校核(检定校核单位应具有相应的资质),配套使用,当千斤顶使用超过6个月或300次(JTG/T F50-2011规范要求,施工过程中根据相应行业规范检校)或在使用过程中出现不正常的现象(漏油、钢绞线伸长值误差较大等)或检修以后均应重新校核。
  (四)孔道压浆质量控制
  预应力孔道压浆工作在后张预应力构件中有非常重要的作用,是构件耐久性、预应力筋和混凝土有效粘结,实现整体效果的保证。对水泥浆的质量要求是:水泥浆在固结后有可靠的密实性,能起到保护预应力筋的作用,同时应该具有一定的握裹力(粘结强度和剪切强度),以便使预应力有效传递给周边混凝土。在施工质量控制时必须做到如下几點:
  (1)水泥、水、外加剂和压浆设备必须满足规范要求,宜选用专用压浆料,减少人工配制引起的误差。
  (2)水泥浆的水灰比、泌水率、膨胀率和稠度等控制指标满足规范及设计要求。
  (3)压浆前应保持孔内通畅,压浆顺序正确、由低向高进行。严格控制压浆压力和速度。
  (4)在对竖向预应力钢筋压浆时,上部锚头部位浆液应该饱满(通孔压水的结束后,用空压机吹干后再压浆,压浆力求复压、两次间隔为10min左右)。   (5)压浆的充盈度应达到孔道另一端饱满且排出与规定流动度相同的水泥浆为止,关闭出浆口后,宜保持一个不小于0.5MPa的稳压期,稳压时间宜为3-5min(有利于压缩浆内气体体积)。
  (6)压浆过程中及压浆后48h内,结构或构件混凝土温度及环境温度不得低于5度,否则应采取保温措施,并应按冬期施工的要求处理。
  (7)后张孔道压浆的设备宜采用智能化控制系统减少人工称搅的误差,搅拌机的转速不应低于1000r/min,其叶片的线速宜为10-20m/s。用于临时储存浆液的储料罐应具有搅拌功能,同时应设置不大于3mm尺寸的网格。不得采用风压式压浆泵,应采用活塞式压浆机,以保证连续作业。
  四、防止预应力混凝土裂缝的措施
  (一)混凝土及锚板的要求
  预应力端部锚固区,应保证必要的混凝土层厚度及构造钢筋;对预应力传递长度范围内的混凝土,应配筋加强约束;必要时应在端部高应力区域的混凝土中掺加纤维或布置防裂钢筋网片。混凝土龄期太短,张拉预应力时强度较低,容易造成局部挤压裂缝。因此,必须待混凝土强度达到设计强度等级标准值的100%时方可进行张拉。锚垫板的位置应符合设计要求,并连同锚固钢筋、加强钢筋、螺旋钢筋可靠地固定在箱梁两端的模板和钢筋网上。工作锚安装时应与锚垫板凹槽对中,与锚垫板密贴。特别是锚垫板与端模应紧密结合,不得平移或转动,可用胶带粘牢。
  (二)孔道安装控制
  预应力孔道安装时,注意相邻孔道之间隙,尤其是在断面孔束较多情况时,应提高警惕,防止间隙过小,混凝土中粗骨料无法流入,出现全浆现象,导致张拉受力受开裂。
  (三)张拉放张过程控制
  预应力钢绞线张拉过程中要严格按照程序施工,均匀施加拉力,预应力张拉宜分批、分阶段、对称地进行,先张拉靠近截面形心的钢束,如果有多排钢束,必须对称进行。应避免使构件截面呈过大的偏心受力状态,不使构件边缘产生过大的拉应力。尤其对曲线桥梁更应注意,张拉时不能使曲线梁内、外边缘产生过大的拉应力,而使梁腹产生裂缝。为防止骤然放张冲击作用造成的锚固劈裂裂缝,应严格控制放张的程序,必要时应采用多次放张,对多束筋以对称相间由外向里的次序排列,缓慢进行放张,使构件在预加力作用下,各部分混凝土引起的变形速度尽可能相等,以缩小集中力作用处的周围和相邻混凝土的应变差。
  五、加强桥梁施工人员的培训工作
  桥梁施工过程需要由相关的人员来操作,因此,桥梁施工人员的施工技术水平对于桥梁工程的整体质量具有重要的作用。我们应加强对于施工人员的专业知识和施工操作规范的培训工作,并且要求相关技术人员必须持证上岗(建议国家相关部门增加预应力工程执业资格考试,提高技术人员专业水平),以此来减少人为的因素导致的桥梁施工安全事故。
  预应力施工技术在桥梁施工过程中。被广泛的应用,其施工质量的好坏将影响到桥梁工程的整体施工质量。因此,我们必须要及时发现桥梁施工过程中存在的主要问题,并加以解决,不断的提高我国桥梁施工的技术水平,从而确保预应力技术的施工质量水平。
  参考文献:
  [1]朱一湘.橋梁工程施工质量管理问题研究[J].科技传播,2011,17
  [2]胡军武.浅析桥梁工程施工质量管理[J].科技创业家,2012,24
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