后张法预应力砼箱梁施工技术浅析.doc

后张法预应力砼箱梁施工技术浅析摘要：研究后张法预应力砼箱梁施工技术及消灭箱梁外观常见病害的处理方法具有重要的实用价值。本文结合南阳宛坪高速公路跨焦柳铁路桥梁厂的箱梁预制，对后张法预应力箱梁的施工技术及箱梁外观常见病害的处理方法进行了总结。关键词：后张法预应力砼箱梁施工 常见病害 技术分析后张法预应力钢筋混凝土箱梁是高速公路及城市道路桥梁中常见的一种梁体结构，在施工中既可以组织大规模预制生产，节约模板支架，降低劳动强度，同时也缩短了工期，加快了施工速度。另外由于其设计技术成熟、造价低廉、使用寿命长且施工方便，因此获得了广泛的使用。所以研究后张法预应力砼箱梁施工技术及消灭箱梁外观常见病害的处理方法具有重要的实用价值。本文结合南阳宛坪高速公路跨焦柳铁路桥梁厂的箱梁预制，对后张法预应力箱梁的施工技术及箱梁外观常见病害的处理方法进行了总结。1、工程概况南阳宛坪高速公路跨焦柳铁路桥位于焦柳铁路南阳韩堂区间，是连接南阳至西坪的重要出口道路，也是沪陕高速公路连接沪、皖、豫、陕的重要组成部分。项目的建设对南阳地区的政治、经济、交通发展具有十分重要的意义。该项目的主桥1联（3134031m）先简支后连续分片式预应力混凝土连续箱梁由洛阳工程指挥部负责代建，中铁四局施工，总计预制箱梁40片。箱梁预制从2005年7月份开始到2005年12月份结束，本文简要总结了箱梁预制的主要施工工艺及常见外观病害的成因和处理方法。2、箱梁预制主要施工工艺21台座 宛坪高速公路跨焦柳铁路桥梁场预制箱梁台座采用C20砼基础,C30水磨石台面，台座制作时按设计要求设置反拱度。台座地基根据最大箱梁自重和施工中的荷载需要用三七灰土夯实，确保施工中台座不出现断裂和不均匀沉降。台身预埋紧固模板的拉筋孔道，在顶面边角处预埋40mm40mm等边角钢，以便于预制箱梁底模与台身混凝土的固定连接密贴。在距梁端100cm处预留吊装槽口，台座顶面用2cm厚钢板补齐缺口，保证台座顶面平整。台座的数量根据预制梁片多少、工期、模板套数、施工组织设计等因素经计算后确定。相临台座的平面布置应利于混凝土的运输、模板的装拆及钢绞线张拉操作为宜。建立台座观测台帐，加强对台座的沉降和变形观测，沉降或变形过大的台座处理后方可使用。22模板箱梁预制的内、外模板采用专门设计制作的定型钢模，钢板厚5mm，加劲采用75角钢和50扁钢；模板在使用过程中应注意以下事项：（1）箱梁内、外模采用具有足够强度、刚度和稳定性，并能可靠地承受施工过程中的各项荷载的定型钢模，并由专业生产厂家加工。（2）内、外模分块应结构合理、装拆方便、表面光洁、无变形，接头处使用螺栓固定。应充分考虑适应性和周转率，做到中跨梁模板与边跨梁模板可搭配使用，中梁模板和边梁模板可搭配使用。（3）模板接缝间、模板与台座间采用高密海面胶条塞缝，确保接缝平齐无错台、严密不漏浆。（4）模板在使用前必须要清理灰尘、除锈打磨、擦拭干净后涂刷脱模剂，同一座桥上须采用同一种类型的脱模剂。2.3 钢筋绑扎与波纹管安装钢筋绑扎包括腹、底板钢筋和顶板钢筋绑扎两部分。钢筋在固定加工场地按设计图纸下料制作，然后转运到现场进行绑扎，钢筋的间距、尺寸、接头符合设计要求和规范规定。其中间距和尺寸在通用图即设计图纸中有明确说明，底版钢筋在焊接是应该注意接头数量，在同一截面上的接头数量不超过本截面钢筋数量的30%，并且焊接接头位置不能弯曲，保证在同一中轴线上。因顶板钢筋在内模安装完成后才能进行绑扎，为缩短预制周期，事先在场外将顶板钢筋网片绑扎成型，包括齿板钢筋也预先绑扎成型待内模拼装就位后，再将钢筋网片就位进行整体绑扎，这样可以缩短预制周期，提高工作效率。箱梁级钢筋的接头采用焊接，级钢筋采用冷拉。钢筋安装时应注意内、外边梁护栏钢筋，边跨伸缩缝钢筋，边跨支座钢板的预埋。钢筋保护层控制采用高强塑料垫块（外侧）和圆柱形砂浆垫块（内侧）相结合。波纹管在绑扎完腹板钢筋后穿入腹板钢筋内，波纹管使用前要进行外观质量检查和密封性试验，检查合格后波纹管才能使用。安装过程中避免弯曲，以免波纹管开裂破坏。同时防止电火花灼伤波纹管。锚具用螺栓固定在封头钢模板上，其定位偏差必须符合设计规定。并且定位钢筋按设计位置进行固定，波纹管接头采用大一号的波纹管套接，套接长度一般为40cm左右，在接缝处缠绕塑料胶带密封,以防漏浆。 整体上要顺滑，保证预应力钢束在梁长方向和梁宽方向的位置准确，波纹管孔道定位误差：梁长方向30mm，梁高方向10mm。 24.混凝土 2.4.1配合比的选定 选定配合比前，对粗、细骨料、水泥、拌合用水和外加剂等原材料进行抽检试验，符合规范要求后方可使用。选定配合比时，根据不同的含砂率、水灰比、外加剂等进行多组设计比较，除满足强度要求外还要确保砼的外表质量，尽量减少表面气泡。根据箱梁钢筋密、有波纹管、振捣困难等特点，砼配合比严格按重量法施工，采用强制式拌和站拌合，严格控制水灰比（W/C）在0.35-0.45之间；坍落度太大很难消除表面的气泡、水斑、砂线等缺陷；太小则砼密实很难保证，一般控制在70-90mm。2.4.2混凝土浇筑 梁厂采用标号C50，坍落度79cm的混凝土浇筑，混凝土由50m3/h 的搅拌站拌制，混凝土搅拌车运输，龙门吊吊料斗入模。混凝土横断面浇筑顺序：底板腹板顶板混凝土纵向浇筑顺序：由一端向另一端逐渐分层递进浇筑。先浇筑底板由一端开始浇筑至底板开槽部分，浇筑长度一般约8-10m，分段长度根据浇筑时的气温及工人浇筑速度具体确定，新旧砼间隔时间不能大于水泥的初凝时间。封底后开始浇筑腹板及顶板砼。当腹板砼的分层坡脚到达底板第一次分段长度位置后，再向前浇筑底板，以次类推进行浇筑到距另一端8-10m位置后，及时封底后，变换方向从端部向中部方向浇筑腹板及顶板砼。腹板砼浇筑采用斜抽分段水平分层浇筑，分层厚度不大于30cm，斜向坡度不大于1：3。混凝土振捣时要特别注意分层及接茬处混凝土透层振捣，确保不出现施工缝。混凝土振捣以插入式振捣器为主，采用50型、30型振动棒。局部不易振实处使用附着式振动器，布置间距一般为1.0m1.5m。施工过程中应避免振捣棒触及模板、钢筋和波纹管；箱梁腹板与底板及顶板的承托、预应力钢束锚固钢筋密集部位，由于钢筋比较密集，应采用直径稍小的30型振动棒，适当延长振捣时间，并配合附着式振捣器，确保不漏振，不过振，保证箱梁的外观质量。附着式振捣器使用时要注意“多开、短时、浇注哪里振哪里”的原则，就是要多次开动，每次开动时间不能超过40秒，以免过振和模板变形，不能空振模板；混凝土浇筑应连续进行，混凝土要振捣密实，振动棒的移动间距宜控制在20cm左右，每次振捣时间1520s，以混凝土表面停止下沉，不再冒出气泡，呈现平坦、泛浆为准。施工过程中应注意孔道端头、预埋件和张拉口加固筋处的混凝土密实性，必要时采用小骨料混凝土及时进行养护。施工腹板混凝土时应注意观察内模是否出现上浮，若有，则应在内模顶面采取顶压措施予以固定。混凝土浇筑过程中要及时抽动波纹管内芯棒，防止管道堵塞。混凝土浇筑完成，表面收浆干燥后，应及时养护。2.5.3梁体养护 混凝土达到初凝状态后，顶面及时用有纺土工布覆盖，并设专人经常洒水保湿养护。模板拆除后，采取箱内注水、箱外喷水的方式养护，养生时间不少于14天。冬季施工时应采取蒸汽养生。2.5. 预应力张拉施工工艺2.5.1千斤顶、油表、高压油泵及其配套设备在使用前要进行校验标定，根据校验结果分别绘制出张拉力与压力表之间的关系曲线。2.5.2确定控制张拉应力k （1）施工图纸中所示的控制应力为锚下控制应力，在常规的预应力混凝土后张结构设计中，一般在设定预应力永存应力时已经考虑了预应力钢束与管道之间的摩擦损失，工作锚具变形、钢束回缩损失，混凝土的弹性压缩损失，预应力钢束的应力松弛损失，混凝土的收缩徐变损失五种因素引起的预应力损失值。（2）预制箱梁钢绞线张拉锚下设计控制应力k=0.75Ryb。在实际施工操作确定千斤顶张拉力时，还应考虑锚环孔口的预应力损失，此损失为锚垫板外侧钢绞线非直线通过锚环孔口、夹片及限位板时增加的摩擦损失，此值一般为控制张拉应力的3%。 2.5.3确定张拉油表读数根据设计的锚下控制应力，再加上3%的张拉控制力，得到预应力结构体外最终施加张拉力值，用此值在张拉力与压力表之间的关系曲线中用内差法选取其对应的张拉压力表的数值，用此值作为张拉施工时的油表控制读数。2.5.4伸长量计算应注意的问题 （1）由于量测钢绞线伸长量时是量测千斤顶缸体伸出的距离，所以要考虑千斤顶内5060cm钢绞线在1.03k张拉应力下的伸长量，一般取45mm的常数，也可以用虎克定律计算得出。（2）张拉采取两端同时对称张拉，整个孔道以跨中为中心对称分布，先按一半孔道计算伸长量，再乘以2。（3）有平曲线时（靠近梁端）角的计算方法是：取纵、平曲线转角平方之和再开方。 2.5.5张拉施工操作 2.5.5.1安装预应力钢束（1）钢绞线采用后穿法。（2）后穿束时保证孔道畅通的方法：对于圆形孔道，采用在波纹管内穿入硬质塑料管，塑料管外径比波纹管内径小1cm为宜，在混凝土浇筑完毕及时将塑料管拔出；对于扁波纹管孔道，采用在波纹管内穿入与设计相同根数的圆钢，在混凝土浇筑完毕及时将圆钢拔出。（3）钢绞线截断宜采用切断机或砂轮锯，严禁使用电弧焊或气焊切割。 （4）钢绞线编束要保证钢绞线平行，不得缠绕，每1.01.5m用35根22号铁线绑扎，距端点2.0米范围每0.5米绑扎一道。钢绞线编束后，将端头点焊在一起，然后用砂轮打磨端头，使之呈鸡蛋头形，以免穿束时戳坏波纹管，造成堵孔。（5）穿束前须用压缩空气吹净管道内的水分等杂物，穿束时先将导线穿过孔道与预应力钢束连接在一起，以导线牵拉为主，以推为辅，穿束后检查预应力筋外露孔口情况，保证两端外露相等，并满足张拉要求，最后散开预应力钢束端头，以备安装锚具、千斤顶。2.5.5.2确定张拉顺序和张拉程序2.5.5.2.1张拉顺序 钢束张拉顺序应严格按图纸要求进行，预制箱梁一般是从上向下、横向对称、两端均匀张拉。2.5.5.2.2张拉程序0初应力（10%k）2倍初应力（20%k）1.03k（持荷2min）回油、锚固。锚固时可采取两端同时补足预应力值后锚固，也可先在一端锚固后，再在另一端补足预应力值后锚固。 2.5.5.3伸长值的量测与计算现场一般直接使用钢板尺量测千斤顶缸体伸出值，再通过推算累计得到总伸长值L。计算方法：L=L1+L2-C1-C2式中：L1从初应力至松油前千斤顶缸体伸长值； L2从初应力至2倍初应力缸体伸长值，并作为0至初应力的推算值； C1千斤顶内5060cm钢绞线的伸长值，一般为45mm，也可计算得出； C2力筋回缩和锚具变形值，对于夹片式锚具按规范取6mm。 2.5.5.4张拉操作中应注意的几个问题 （1）梁体混凝土强度达到设计强度的90%时才可进行预应力钢束张拉。（2）预应力钢束采取双控张拉，即以应力控制为主，以伸长值进行校核。实测伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%范围内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取有效措施予以调整后，方可继续张拉。 （3）位于锚垫板上的压浆孔，在安装锚垫板时应将其调整在锚垫板前平面的上方，防止混凝土浇筑时将其堵死。 （4）将伸出预制构件部分的波纹管撕掉后，如锚垫板孔内有混凝土，一定要清除干净，保证钢绞线在此区间能充分形成放射状，减小锚圈口处钢束的转角，减少锚圈口摩阻损失。 （5）应使用能张拉多根钢绞线的千斤顶同时对每一钢束中的全部力筋施加应力，不应采用小千斤顶逐根张拉。 （6）限位板、工具锚、千斤顶、高压油泵、压力表、油路管线应配套使用，不得混用。 （7）工作锚周围有粗钢筋等障碍物（一般多发生在底板束和边跨梁伸缩缝端）千斤顶不能正常就位时，可采用两块限位板中间垫锚板的办法加以解决。 （8）工作锚与工具锚的夹片最好用钢管敲紧，这样可以保证夹片在同一平面，并达到均匀受力的目的。（9）工作夹片锚固次数有一定的寿命限制，多次使用会影响锚固效果，尤其在高应力状态下，容易夹不住钢束产生滑束发生危险。 （10）张拉前锚具的承压面应清理干净，锚环一定要进入锚下垫板槽口内，以免张拉时因角度偏差造成钢绞线断丝或滑丝，影响伸长规律而使伸长值的测定与计算的结果离散性偏大。2.6.孔道压浆压浆前，用手动砂轮锯（严禁使用气焊或电弧焊）将端头多余的钢绞线切除，保证钢绞线外露长度不小于3cm，然后堵塞锚固端力筋的空隙，进行孔道压浆。孔道压浆采用纯水泥浆，水泥标号不低于P.O 42.5且使用前必须进行过筛，掺入一定量的膨胀剂，水泥浆掺入膨胀后的自由膨胀应小于10%，收缩率不大于2%；水灰比宜采用0.40.45，泌水率不超过3%；（试验室状态下拌合后3h泌水率控制在2%，24h后泌水应全部吸收）水泥浆拌和时先下水再下水泥，拌和时间不少于1min，自调制到压入管道的间隔时间不超过40min。压浆前先吹入无油分的压缩空气清洗预应力筋孔道，接着用清水冲洗管道，直到将松散颗粒除去及清水排出为止，再用无油的压缩空气吹净管道。打开两端压浆嘴阀门，由一端压入水泥浆，当另一端冒出浓浆时，关闭该端压浆嘴阀门，压浆机继续加压，压浆最大的压力宜为0.50.7Mpa之间，稳压2分钟，等其凝固10分钟后，方可拆除止浆嘴。 2.7.封端 （1）锚头混凝土表面应凿毛，凿净表面浮浆，露出粗骨料一个结合面。（2）按图纸要求安装封锚钢筋网，牢固安装模板。（3）混凝土浇筑时小心振捣，防止出现蜂窝、空洞。（4）避免梁体超长，控制梁长误差为（-10mm，+5mm）。（5）注意端部混凝土养生。 2.8.箱梁上拱度的观测预制箱梁张拉结束后，应注意观测跨中1d、7d、14d、30d、60d的上拱值，并做好记录，绘出其变化曲线并与理论计算值比较。若正负差异超过20%，须暂停施工，查明原因，采取有效措施加以解决。3、梁体外观常见病害及处理办法水纹、鱼鳞纹、冷缝、气孔、蜂窝麻面等是混凝土表面经常出现的外观缺陷，这些外观缺陷的克服必须从原材料、混凝土配合比及混凝土施工工艺上去找原因，加以排除处理，事前采取措施进行整制，而混凝土施工工艺又必须从混和料的拌和、浇筑、振捣这三个环节上加以控制。3. 1水纹原因：主要是由于混凝土拌和过程中，水灰比未控制好，水量过大，引起坍落度过大，浇筑时经振捣后混凝土离析，水泥稀浆浮到混凝土的表面，水泥含量较多，终凝后在混凝土表面出现形成的水泥石颜色较深，形成的形状似水波纹状，此外混凝土分层浇筑时，由于振捣上层混凝土时振动棒没有深入到下层足够的深度，往往也会引起出现水波纹现象。解决方法:（1）、施工前必须做好施工配合比，确定好水灰比及砂、石含水量，混凝土拌和过程中必须严格控制坍落度，对坍落度不符合要求的混凝土必须倒掉重新拌和，严禁不合格的混凝土入模。（2）、混凝土振捣时必须将振动棒透入到下层一定的深度，且振捣时必须控制每一棒的振捣时间，时间为3-5s，振捣时间不能过长，过长将会引起混凝土的离析。3. 2鱼鳞纹原因：主要由于新拌和混凝土离析，或放置时间过长造成泌水，形成水膜及水泥稀浆挤占骨料间空隙，并分散、包裹于骨料表面，水份迁移形成水膜痕迹及浅表层多孔低强度的硬化水泥石，低强度硬化水泥石在拆模时易与模板粘连、脱落，从而形成表面粗糙，色差等鱼鳞纹。当混凝土过振形成离析时，石料挤压形成一部分骨料少，一部分骨料多，外观颜色不一形成色差，骨料多的地方外观便形成鱼鳞纹。另外，当芯模反压固定及芯模底部未封闭，浇筑时芯模上浮，混凝土出现塑性变形并向下滑移，也将会在表面出现鱼鳞纹。解决方法:（1）控制混凝土离析及放置时间过长，控制骨料的最大粒径及骨料级配，碎石应为5-25mm之间的连续级配，做理论配合比时应适当增加砂率，浇筑时应尽量不让混凝土等待时间过长，运输过程中应尽量减少翻运次数，这样便可控制混凝土的泌水。（2）对芯模要一次性的固定好，防止上浮。（3）分段浇筑后，封闭芯模底模，限制混凝土从芯模底板处上翻。（4）采用二次振捣，先用50型棒，间隔一定距离后，再用30型棒进行二次补振，振动棒振捣间距要均匀，时间要大致相等，不能间距时大时小，时间时长时短，这样便可控制混凝土不离析、不漏振、不过振。3. 3冷缝原因：(1）、由于梁浇筑时分层、分段时间间隔过长，浇筑上层时，下层已超过初凝时间，上层振动棒无法深入到下层混凝土中，在两层交界面上出现的色差现象。（2）、由于浇筑时下层表层形成水泥稀浆，水泥含量大，而上层浇筑时振动棒插入深度不够，使得两层之间形成界面出现的色差现象。（3）、由于气温较高，下层浇筑后，上层还没有来得及浇筑就初凝，从而在两层间交界面形成的色差现象。解决方法：（1）、控制拌和能力及浇筑时间，应尽量减少混凝土的翻运次数，适当控制混凝土的浇筑长度，控制混凝土的浇筑时间，在下层初凝前浇筑上层。（2）、浇筑时应控制振动棒的插入深度，尽可能的使棒插入深一些，深入到下层中，使上下层界面混凝土混和均匀，消除色差。（3）、高温时在混凝土中掺入缓凝剂，延长混凝土的初凝时间。（4）、在外侧模上使用附着式振动器，也可减小混凝土外观上的色差。3. 4气孔原因：（1）、由于水灰比较大、拌和用水计量不准确及未调整施工配合比或调整不准确，都将会造成拌和用水量偏多，坍落度过大，形成水珠，从而在混凝土终凝后，再吸收水份，在表面便形成气孔。（2）、模板表面不光滑，脱模剂太多、太粘，将滞留混凝土中的水珠及气泡，从而拆模后在混凝土表面出现气孔。（3）、振动棒振捣的间距过大，振捣时间短，使混凝土中的水珠及气泡没能全部逸至表面，从而在混凝土表面形成气孔。解决方法：（1）、掺入减水剂，减小用水量，充分做好理论配合比，混凝土拌和前调整好施工配合比，拌和时控制好用水量，限制坍落度、水灰比。（2）、对模板必须除锈打磨，洁净模板，且同时用清洁的脱模剂，不能使用废机油等会引起色