浅谈后张法预应力混凝土简支梁施工质量防范与控制[权威资料]

浅谈后张法预应力混凝土简支梁施工质量防范与控制 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 摘要：结合后张法预应力混凝土简支梁施工实践，对后张法铁路桥梁预制中的常见问题进行探讨，找出解决方案和对策。 关键词：后张法 预应力 简支梁 常见问题 方案 对策 TU71 A 一、前言 后张法预应力混凝土简支梁在桥梁结构形式中始终占着举足轻重的作用，它是我国铁路建设应用最多的桥梁型式。随着铁路建设标准化的深入，桥梁预制 施工对生产工艺水平及产品质量要求越来越高。为保证施工标准化，特整理此论文，对施工质量方面影响较大的常见问题进行研究和探讨，制定相应对策。这不仅对保证预制梁产品质量起到了重要作用，而且，对整个预制领域产品的科学性发展起到了一定的指导意义。 二、客运专线预应力混凝土预制梁的四大特点 1、耐久性 混凝土结构耐久性是指钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构抵抗环境中各种因素作用而保持正常使用功效的能力。没有由单一因素造成的混凝土劣化，必然是几种因素的交互作用。但是，也并不是在任何地区、任何场 合下相同影响混凝土耐久性的因素都起作用，在不同气候条件下和工程部位，其中必有一个起主导作用。同样的因素，结构部位、气候等条件不同时，对混凝土的作用是不同的，引起混凝土劣化的主导因素在不同条件下是不同的。应当根据系统的整体性，分析系统中各元素之间对立统一的关系，找出主导元素。为延保证或延长结构的寿命（如一般客运专线为 100 年寿命），我们可以把结构物寿命分为以下几个阶段：第一阶段，凡是组成良好并经适当捣固和养护的混凝土，只要内部孔隙和微裂缝尚未形成相互连接而直达表面的通道，则基本上是水密性的。使用期间结构的荷载 以及大气环境的影响如冷热交替、干湿循环，可使这些内部微裂缝发展并传播；第二阶段，混凝土丧失水密性，变成水饱和，有害离子浸入。由于有害离子作用而连续膨胀、收缩，开裂，重量损失，渗透性增加。修补、加固后仍可用。简单的说混凝土材料的耐久性指标一般包括：混凝土的碳化、混凝土中钢筋的锈蚀、碱 -骨料反应、混凝土冻融破坏和氯离子侵蚀。 2、刚度 刚度表现为受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力。结构的刚度除取决于组成材料的弹性模量外，还同其几何形状、边界条件等因素以及外力的作用形式有关。客运专线混 凝土梁的刚度表现为以下几个方面：（ 1）上拱度，即建立预应力混凝土 T 梁的有限元空间计算模型 ,考虑徐变作用 ,计算存梁期 T 梁上拱度。上拱度还会受到气候条件、徐变等因素的影响 ,上拱度一直是桥梁设计施工的重要控制环节。（ 2）下挠度，即构件在弯矩作用下因挠曲引起的垂直于轴线的线位移。挠度与荷载大小、构件截面尺寸以及构件的材料物理性能有关。传统的桥梁挠度测量大都采用百分表或位移计直接测量。简单表现在公示为 f/L 1 4000。（ 3）弹性上拱，即梁体在预加应力后将产生两部分拱度，张拉上拱度和由梁的自重作用而产生的下挠度。而 自重挠度一般较张拉上拱度要小得多，因此，张拉上拱度在抵消自重挠度后，梁体跨中实际存在的上拱度称为弹性上拱度。终张拉完成后，弹性上拱度为 1.05 倍的设计值。（ 4）横向刚度，即双线整孔或多片式 T 梁的横向张拉施工。 3、温度 混凝土出机温度控制在 10 35 ，模板温度控制在5 35 ，混凝土入模温度控制在 5 30 ，升温速度不大于 10/h 、降温速度不大于 10/h ，芯部温度不得超过60 ，脱模温度注意两个 15 ，即芯部与表层温度和表层与环境温度均不得超过 15 ，冬期施工的昼夜平均温度为5 ，不得低于 -3 ，夏期施工的模板温度不宜超过 35 。 4、材料检验 材料检验是控制产品质量的首要因素。主要包括 20 种材料的检测（包括 169 项），其中增加了四个检测项目（钢绞线弹模、螺纹钢筋碳当量、水泥铝酸三钙 -8%、拌合物氯离子含量 -0.06%）；提高了三项技术指标（砂细度模数 -2.63.0、碎石压碎指标 -10、减水剂减水率 -20）；加大了四个项目的检验频次（每 100 件梁做一次孔道摩阻试验、每施工混凝土梁 2 万立方做一次耐久性试验、每施工桥面混凝土1500 立方做一次耐久性试验、每 使用锚具 1000 套做一次锚具检测试验）。 5、小结 针对客运专线预应力混凝土预制梁的四大特点，我们必须执行 “ 高标准、严要求 ” 的方针，因为只有将这些特点所反映出来的各项技术参数合理、准确的运用到各项施工环节当中，才能更好的保证预应力混凝土梁的产品质量。 三、施工质量影响因素 桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度地与理想设计状态相吻合。为了保证安全可靠的建好每座桥梁，桥梁的施工控制将变得非常重要。只有全面了解及掌握施工状态偏离理论设计状态的因素和各工序的施工技术 要点，才能在实际施工中有的放矢，保证桥梁的安全质量的良性循环发展。 1、结构参数。结构参数是控制结构施工模拟分析的基本资料，其准确性直接影响分析结果的准确性。结构参数主要包括：结构的截面尺寸、结构的强度、结构材料弹性模量、材料容重、材料热膨胀系数、材料的抗拉抗压系数等等。严把材料质量关，采用信誉好的质量好的厂家产品。产品要有出厂合格证、质量检测报告，对到场的材料进行检验，各项指标均达到质量标准方可使用。介绍几种主要材料的结构参数，望读者加以学习，并认真执行贯穿： （ 1）非预应力筋 非预应力钢筋主要有 HPB235 和 HRB335 两种材质。进场后必须对其进行抗拉和冷弯试验，并且要符合钢筋混凝土用钢第 1 部分：热轧光圆钢筋 GB1499.1-2008、钢筋混凝土用钢第 1 部分：热轧带肋钢筋 GB1499.2-2010 和GB/T232-2010 的有关规定。其中 HRB335：抗拉强度为455MPa、屈服强度 335 MPa、伸长率 17%、冷弯 3d； HPB235：抗拉强度 370 MPa、屈服强度 235 MPa、伸长率 25%、冷弯d。 （ 2）预应力筋 预应力筋通常采用 17 标准 型强度级别为 1860MPa、弹性模量为 19510GPa 、公称直径为 15.20mm 的高强低松弛钢绞线 (允许 +0.4mm,-0.2mm)；其技术条件必须符合GB/T5224-2003预应力混凝土用钢绞线的有关规定。 （ 3）水泥 水泥主要的强度等级为 P.O42.5、 P.O52.5 低碱普通硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。其技术质量标准要符合通用硅酸盐水泥（ GB175-2007）的相关规定。各项技术参数满足如下：碱含量 0.6% ，游离氯化钙含量 1.0% ，氧化镁含量 5.0%, 三氧化硫含量 3.5%，氯离子含量 0.06% ，初凝的凝结时间 45min ，终凝的凝结时间 600min 。只要满足以上技术参数，水泥的产品检验才算达标。 （ 4）粉煤灰 粉煤灰的质量要求必须符合用于水泥和混凝土中的粉煤灰（ GB/T1596-2005）的相关规定。具体各项技术参数如下：细度 12% ，氯离子含量 0.02% ，需水量比 100% ，含水量 1.0% ，三氧化硫含量 3.0% ，氯化钙含量 10% ，游离氯化钙含量 1.0% ，安定性 5.0mm 。首批进场后，必须对以上各项技术指标进行检验，全部合格后 ，方可转入到生产当中。 （ 5）骨料 骨料主要分细骨料和粗骨料。细骨料的各项技术参数如下：细度模数 2.6-3.0，含泥量 2%，氯离子含量0.02% ，坚固性 8% ，吸水率 2% ；粗骨料的各项技术参数如下：紧密孔隙率 40%，含泥量 0.5% ，针、片状含量5% ，氯离子含量 0.02% ，压碎指标值 10% 。粗、细骨料的碱活性都要求无碱碳酸反应活性矿物。 （ 6）小结：针对介绍以上几种主要原材料的各项技术指标参数，望大家认真按照标准执行，只有全面掌握这些参数，并在检测当中认真贯彻 这些参数所反应的各类试验数据，才能有效地保证材料质量的顺利过关，从而更加规范我们预制梁的产品质量。 2、施工工艺。施工控制是为施工服务的，反过来，施工的好坏又直接影响控制目标的实现。除了要求施工工艺必须符合控制要求外，在施工控制中必须计入施工条件非理想化而带来的结构制作、安装方面的误差，使施工状态保持在控制中。 （ 1）模板工序 首先我们要知道 2 种立模程序：对立法（侧包底）和侧立法（底包侧、端模底包侧）。其次就是立模前的检查，比如模板的强度、刚度、稳定性，模板是否变形，是否存在残 留灰渣，零配件是否齐全等等。最后就是模板的安装及过程控制。拿后张法预应力简支 T 梁为例，模板的安装顺序为端模 -侧模 -挡碴墙模，先找正端模和底模的相对位置，在端模徐徐就位过程中，应紧密配合，切实保证端模端部橡胶管道顺直无死弯。端模安装之后吊装侧模，同时检查长、宽、高各部分尺寸，并记录在案，不符合规定必须予以调整。端模和侧模吊装就位后，以此安装临时上拉杆，安装好泄水管、滴水槽、横向张拉孔成孔钢管。同时再次检查各部尺寸，不符合规定者必须予以调整。 模板安装必须做到位置准确，连接紧密，尤其要注意底模与侧模垂 直，且不漏浆，上下拉杆、斜拉杆、底顶件、垫扣件要有专人负责检查，如有松动应及时紧固，以免模板走形漏浆。 模板的过程控制尤为的重要，模板安装的正确与否，直接反应成品梁的外形外观尺寸。所以，我们在模板安装过程中，必须认真做好各项准备工作，检查各部分尺寸，从而保证预制梁的产品质量。 （ 2）钢筋工序 首先，钢筋工序主要注意几种误差，比如下料误差为10mm ，绑扎误差 5mm ，弯曲误差 5mm 等。其次，要注意钢筋绑扎间距，试验表明，钢筋间距不准确，很大程度上会导致梁体出现裂纹，所以我们要 把钢筋间距作为重中之重来对待。 （ 3）混凝土工序 在混凝土施工前，要对拌合物进行三测试，即坍落度（如 T 梁 18020mm ，箱梁 10020mm ），保证混凝土的和易性、粘聚性、流动性和保水性。混凝土浇筑过程中，要注意它的四项基本原则，即斜向分段，水平分层，连续灌注，一次完成。同时要保证振捣工艺的正确性，、如 T 梁为侧振为主，棒振为辅，而箱梁则恰好相反。混凝土的养护要注意 4个阶段，即静停、升温、恒温和降温，其中升降温的速度不得超过 10/h 。 （ 4）预应力工序 预应力工序 又称为张拉工序。张拉前要注意三个控制，即强度、弹性模量和龄期，例如 T 梁 14d、箱梁 10d、跨中区段有无明显可见及潜在空洞、同孔梁张拉时间不得超过6d 等。 张拉过程中必须做到 “ 两同步、三同心、三控 ” 。 “ 两同步 ” 即两端同步进行加载与同时达到同一荷载值测量；不同步率控制在 5%以内。指挥端稳住油速，两端操作人员，每 2MPa 呼应一次。 “ 三同心 ” 即预留管道、锚具和千斤顶应位于同一轴线上。 “ 三控 ” 即 应力、应变、时间 。“ 应力 ” 按管道摩阻实测并调整的锚外应力考虑千斤顶实际校正系数计算出油表读数，控制张拉应力 。 “ 应变 ” 两端伸长量相差最大不得大于 5%，两端总伸长量之和，与按进场检验的实际弹模计算的伸长量相差不大于 6% ； “ 时间 ” 在控制应力下持荷 2min。 张拉后的验收，以油表读数为主、以钢绞线的伸长量作校核。并且按设计图规定的编号及张拉顺序进行。测量钢绞线回缩量，每端钢绞线回缩量应控制在 6mm 以内 ,滑断丝不得超过 0.5%,夹片外露量控制在 2-3mm，夹片错牙量控制在 1-2mm。割断丝保留长度 4010mm （必须保证预应力筋端头保护层厚度不小于 35mm）。 （ 5）压浆工序 压浆必须 执行铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件 TB/T3192-2008 的标准。压浆时间为张拉 24h 之后、 48h 之内。工艺要求混凝土配比应具有早强、高强、密实、耐久性特点，抽真空 (0.092Mpa）、稳压（ 0.5Mpa），养护（ 3d 且不低于 5) 。质量要求浆体的流动性为 184s ，每10 盘要检测一次，要有密实度开凿验证（ 500 孔一次）。 （ 6）桥面防水工序 桥面防水层的施工标准要求按照客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件科技基【 2007】 56 号（第二次修订版）、铁路混凝土桥梁 桥面 TQF- 型防水层技术条件执行。铺设前要确保基层无浮渣、浮灰、油污等，同时挡碴墙根部应无蜂窝、麻面等现象。防水卷材铺贴应按水流方向，从低到高，从下往上，挡碴墙根部及泄水管处应先做防水附加层，附加层卷材厚度不小于 0.5mm（不含无纺布）。防水卷材铺贴时，应边涂刷边铺贴防水卷材，同时用橡皮刮板在卷材上部来回刮实。严禁有起鼓、起泡等现象，卷材铺贴应做到平直，卷材的搭接应用水泥基胶粘剂进行密封。铺设防水层时，防水卷材的粘贴一般在防水涂料涂刷完毕后 20分钟内做完，也可按施工现象具体情况，根据试验确定随配随用。施 工时，不得因流溅或其它原因污染梁体。每片梁用防水卷材一幅，横向铺设至挡碴墙根部（或边缘），纵向铺设至梁端部台阶内侧根部。 （ 7）其它工序 封端、保护层。 3、施工监测。监测是桥梁施工监控的最重要手段之一。监测包括应力监测、变形监测等。因测量仪器、仪器安装、测量方法、数据采集、环境情况等存在误差，所以结构监测总是存在误差。这就要求我们在监测过程中，严格要求自己，尽可能地减小误差甚至避免误差，保证预制梁的产品质量上升到另一个高度。 四、后张法预应力混凝土简支梁施工重点与难 点 1、重点工序为：钢筋、模板、混凝土、浇筑、预应力张拉、压浆。 2、难点为：孔道成孔及摩阻、钢绞线预应力张拉、压浆、外形外观控制等几个方面。 五、后张法预应力混凝土简支梁常见问题、出现原因及防范对策 1、预应力孔道及锚口摩阻 桥梁预制通过摩阻试验调整张拉控制力。孔道是否位置准确、顺直，锚具安装是否到位对试验结果影响很大。一般生产前期孔道线性控制较好，新调试的模板锚具安装误差较小，但规模生产时往往控制较差。摩阻试验在前期梁场试生产期进行，其结果往往不能很好的 反映实际施工水平，造成调整的张拉控制力不够，产生系统化的预应力误差，给桥梁质量带来严重隐患。 主要原因：（ 1）定位网孔尺寸偏大或安装不准确。（ 2）成孔橡胶棒材质低劣，表现为不顺直、强度不够、径偏率和不圆率等。（ 3）混凝土振捣不当，扰动预应力孔道，引起位置偏差。（ 4）锚垫板小口直径与橡胶管道直径偏差过大，造成混凝土浆体流入，喇嘛口清理不净，引起摩阻过大。（ 5）钢绞线直径偏大，或限位板槽深过浅引起锚扣摩阻过大。（ 6）端模板漏浆后未清理即安装锚垫板。（ 7）钢绞线强度不达标，会降低预应力值，影响承载能力。 防范对策：（ 1）选择合格厂家的产品。（ 2）按规定、按批量认真进行检验与实验。（ 3）经检验不合格的产品，不得使用，应退货处理。（ 4）加强过程控制，确保管道平顺。严格检查定位网成品的加工尺寸，定期对加工胎具进行校核，确保产品满足规范要求。必要时增加与成孔胶棒准确位置重合的 “ 轨道筋 ” ，来保证孔道准确顺直。（ 5）加强作业人员培训，从思想上杜绝插捣混凝土触动成孔胶棒。（ 6）安装锚垫板及张拉前务必将锚垫板表面及喇嘛口水泥浆清理干净。（ 7）明确张拉操作人员测量钢绞线直径及按测量直径适用的限位板。（ 8）保持工艺 稳定，使前期抽检对的摩阻试验结果与现场实际相符，具有整个施工阶段代表性，并定期进行摩阻试验。 2、预应力张拉控制 在预应力张拉过程中容易出现滑丝、断丝现象，其结果会使预应力受力不均。张拉力往往控制不够准确，有两端不同步，伸长值超差、超标等现象出现，严重影响了预应力张拉质量。 主要原因：（ 1）钢丝束存放不好，表面存在油垢、锈斑等。（ 2）钢丝编束时，由于没有认真梳理，造成钢丝束交叉混乱。（ 3）锚具加工尺寸不准确，锥度误差大。（ 4）锚圈放样不准，锚垫板倾斜，千斤顶安装不正。（ 5） 传统张拉工艺采用人工操作、人工读数、人工记录，造成张拉控制力不准确。 防范对策：（ 1）在施工中要加强材料检验，选择较好的锚具类型，施工遵守操作规程。（ 2）滑丝和断丝如果发生在顶锚之前，应立即停止张拉，并使用千斤顶回油，认真检查滑丝和断丝原因，更换已断的钢丝或更换已损伤的夹片，再重新进行张拉。（ 3）滑丝和断丝如果发生在顶锚之后，应将千斤顶按张拉状态安装好，张拉钢丝，当钢丝受力伸长时，夹片稍微带出，这时立即用钢纤卡出夹片，同时千斤顶回油，钢丝回缩，夹片因被卡住而不能与钢丝同时回缩。千斤顶再次进油，如此 反复的进行，直至夹片退出为止。在夹片退出时，钢丝的张拉应力不得超过钢丝的极限张拉应力的0.8 倍。如钢丝已断，应更换钢丝束，重新张拉并锚固。（ 4）可采用自动控制液压张拉机组，通过控制柜程序化控制泵站及千斤顶联动两端同步自动张拉，可实现自动准确操作，两端严格同步，自动记录数据，权限控制，确保安全。这项装置在某些项目已经成功得到了实践应用。 3、孔道压浆密实度控制 孔道压浆密实与否，直接关系到预应力构件永存能力的稳定性和耐久性，它是后张法预应力构件质量控制的主要环节。 压浆不密实主要 表现在：（ 1）压浆初凝后，用探测棒探测到不饱满，有空洞。（ 2）计算浆体压进孔道总量小于孔道总空隙量。（ 3）排气孔未冒浆。（ 4）压浆增压时，不能保持恒定压力。（ 5）梁体因蜂窝、空洞、裂缝等内部缺陷而漏浆。（ 6）锚头封堵不严而漏浆。（ 7）孔道窜孔。 主要原因：（ 1）穿入预应力钢绞线后，设计孔道空隙狭窄，水泥浆不易压入。（ 2）孔道曲线长、曲率小、曲折点多。（ 3）成孔材料不佳，孔道摩阻系数大，有偏孔，出现波浪等现象。（ 4）制浆不规范，稀稠失控或过滤不好，有杂物造成孔道堵塞。（ 5）水灰比不当，水灰比过大，不 但降低强度，而且泌水率增大，当被吸收或蒸发后，形成空洞。（ 6）外加剂使用量不当。（ 7）压浆机性能不好。 防范对策：对影响压浆质量的重要因素严格地进行控制。（ 1）优化配合比。配合比是压浆质量的关键。优良的配合比是控制孔道压浆质量的前提。（ 2）慎用外加剂。在水浆凝固过程中，外加剂和水泥发生反应，产生气体，使水泥体积产生微膨胀。（ 3）适当提高压浆稳压持荷压力，一般保持在 0.4-0.6Mmp 之间，稳压持荷时间不少于 5min，稳压压力保持在 0.6-0.8Mmp 之间。（ 4）采用后期加压补浆法补充密实。（ 5）采 用真空压浆。 4、支座板空腹控制 保证支座板处混凝土的密实饱满难度偏大，提高支座板处混凝土密实是减少支座板空腹现象的关键。 主要原因：支座板处钢筋密集，不利于混凝土进入及振捣棒插入。 防范对策：（ 1）在浇筑前确定好振捣棒的位置及深度，必要时适当移动钢筋，预留插棒位置并做好标记，利于插棒。（ 2）在支座板处底模及端模增加高频振捣器加强振捣。（ 3）在底模设置出浆孔，通过观察出浆情况，判别支座处的饱满密实情况，调整振捣时间可大大提高支座板处混凝土密实度。 5、全长、 跨度误差偏大 误差主要原因：（ 1）预留压缩量不准确。（ 2）支座预埋件固定不牢固产生移动。（ 3）端模安装位置偏差或施工中端模位移。 防范对策：（ 1）保证支座板定位及桥梁全长跨度的测量精确度，可用全站仪进行定位测量，和人工拉尺比较，可大大提高精度。（ 2）制作预埋件与底模采用支座螺栓固定，防止其位移。（ 3）梁体预留压缩量，根据理论值结合经验值来确定，并及时根据制梁实测结果进行调整。 6、梁体上拱值偏差 偏差主要原因：（ 1）控制应力因摩阻数据偏差过大不准确。（ 2）施加预应力时 梁体未达到混凝土强度、弹性模量、龄期要求。（ 3）混凝土徐变上拱过大。 防范对策：（ 1）提高摩阻数据准确度及孔道施工质量。（ 2）及时根据实测结果调整梁体预设反拱。（ 3）严格执行张拉通知单制度，确保张拉时混凝土强度、弹性模量、龄期满足技术要求。（ 4）浇筑时严格控制拌合物的稳定，尤其是水胶比偏差，减少水胶浆徐变，同时在一般水中硬化的混凝土徐变比空气中硬化的混凝土小，采取科学养生方法，尽可能做到水淋潮湿养生。 7、外观控制 外观经常出现的问题：接缝色差、漏浆、蜂窝、麻面等。 主要原因：（ 1）模板的光洁度。（ 2）脱模剂涂刷是否均匀。（ 3）模板拼装接缝质量。（ 4）浇筑振捣方式。 防范对策：（ 1）加强模板打磨，确保光洁无锈。（ 2）采用专用涂刷工具涂刷脱模剂，使模板表面脱模剂覆盖全面均匀。（ 3）提高模板工操作细致度，接缝严格采用海绵条封堵，并做好浇筑时监控，及时堵漏。（ 4）严格缩短上下层混凝土浇筑时间间隔，保证分层、分段连续浇筑。严格控制振捣时间，不漏振，不过振，振捣棒插入时不得触及模板。 8、裂纹控制 裂纹产生的主要原因：（ 1）钢筋位置不均匀。（ 2）吊运 梁体时，未达到设计强度（尤其是箱梁）。（ 3）养护及脱模时温度控制不精确，因温度应力产生裂纹等。 防范对策：（ 1）加强钢筋位置准确度。（ 2）吊装梁体时（箱梁），必须严格达到设计强度 80%以上。（ 3）严格控制养护温度，保证芯部温度不超过 60 ，各部位温差不超过 15 ，拆模时严格按照降温程序进行梁体降温，混凝土芯部与表层，箱内与箱外（箱梁）表层与环境温度之差均不大于 15 ，拆模后不可马上进行喷淋养生。 五、结束语 后张法预应力混凝土简支梁应用范围广，需求数量较大，受施工区域不固定的影 响，在不同环境下施工，难免会遇到各种不同的问题，但只要高度重视，分析原因，制定对策，问题一定会被逐步克服。笔者通过亲身调查、实践，总结了后张