橋梁預應力混凝土施工中常見的問題及防治策略

我國的預應力混凝土結構是在2O世紀5O年代發(fā)展起來的，最初試用于預應力鋼筋混凝土軌枕，之后預應力混凝土在全國范圍內推廣。隨著我國高等級公路建設的不斷，預應力混凝土技術在公路橋梁工程中發(fā)展最快。橋梁上得到普遍的應用。但就目前預應力混凝土梁施工而言，仍存在很多問題，本文就對施工過程中常見的問題進行探討，分析原因并提出相應的處理方法及預防措施。

 

一、預應力混凝土結構的施工特點

 

預應力混凝土結構的施工，必須同時考慮施工時結構受力情況和現(xiàn)場施工條件，而采取相應的施工方法。如對于大跨度預應力混凝土連續(xù)梁、T型鋼構、斜拉橋，往往采用懸劈掛籃無支架施工方法，即在橋墩兩邊平衡懸臂分節(jié)段澆筑混凝土，后期節(jié)段是靠己澆節(jié)段來支撐，各節(jié)段經歷澆筑、張拉、不斷地加載(移動掛籃)等過程，逐步完成全橋的施工。自架設體系的懸臂施工法，使這種橋型的結構性能和施工特點達到高度的協(xié)調統(tǒng)一，且每一節(jié)段均充分發(fā)揮了預應力的作用，實現(xiàn)了荷載平衡。節(jié)段懸臂施工法是預應力混凝土橋梁施工技術發(fā)展的結果，是預應力等效荷載觀點的直接體現(xiàn)，它為大跨度橋梁在世界各地的迅速發(fā)展，開辟了新的途徑。

 

二、預應力混凝土結構的優(yōu)缺點

 

預應力混凝土結構與鋼筋混凝土結構相比，具有下列主要優(yōu)點：

 

1、改善使用階段的性能。受拉和受彎構件中采用預應力，可延緩裂縫出現(xiàn)并降低較高荷載水平時的裂縫開展寬度；采用預應力，也能降低甚至消除使用荷載下的撓度，因此，可跨越大的空間，建造大跨結構。

 

2、提高受剪承載力�？v向預應力的施加可延緩混凝土構件中斜裂縫的形成，提高其受剪承載力。

 

3、改善卸載后的恢復能力�；炷�土構件上的荷載一旦卸去，預應力就會使裂縫完全閉合，大大改善結構構件的彈性恢復能力。

 

4、提高耐疲勞強度。預應力作用可降低鋼筋中應力循環(huán)幅度，而混凝土結構的疲勞破壞一般是由鋼筋的疲勞(而不是由混凝土的疲勞)所控制的。

 

5、能充分利用高強度鋼材，減輕結構自重。在普通鋼筋混凝土結構中， 由于裂縫和撓度問題，如使用高強度鋼材，不可能充分發(fā)揮其強度。例如，1860Mpa級的高強鋼絞線，如用于普通鋼筋混凝土結構中，鋼材強度發(fā)揮不到20％，其結構性能早己滿足不了使用要求，裂縫寬，撓度大；而采用預應力技術，不僅可控制結構使用階段性能，而且能充分利用高強度鋼材的潛能。這樣，采用預應力，可大大節(jié)約鋼材用量，并減小截面尺寸和混凝土用量，具有顯著的經濟效益。

 

6、可調整結構內力。將預應力筋對混凝土結構的作用作為平衡

 

全部和部分外荷載的反向荷載，成為調整結構內力和變形的手段。因此，現(xiàn)代預應力混凝土是解決建造大(大跨度、大空間建筑一工藝上和使用上要求的)、高(高層建筑、高聳結構)、重(重荷載、重型結構、轉換層結構)、特(特種結構一水池、電視塔、安全殼)等類建筑結構和工程結構物的不可缺少的、重要的結構材料和技術。

 

預應力混凝土結構也存在著一些缺點：

 

l、工藝較復雜，質量要求高， 因而需要配備一支技術較熟練的專業(yè)隊伍。

 

2、需要有一定的專業(yè)設備，如張拉機具、灌漿設備等。

 

3、預應力反拱不易控制，它將隨混凝土的徐變增加而加大，可能影響結構使用效果。

 

4、預應力混凝土結構的開工費用較大，對于跨徑小、構件數(shù)量少的工程，成本較高。

 

 

 

三、橋梁預應力混凝土結構施工中常見的問題及防治策略

 

1、欠張拉、過張拉處理調整：

 

依據(jù)設計文件圖紙所用鋼絞線的規(guī)格型號，可知標準應力強度fpk截面積A、彈性模量Ep、松弛率3.5%、松弛系數(shù)§、錨具變形、鋼絞線回縮、管道摩擦系數(shù)u、孔道偏差系數(shù)K、張拉鋼絞線張拉夾角θ、通過數(shù)學公式計算出伸長值ΔL、并且實際伸長值與理論伸長值的偏差應控制在6%之內，再通過對《千斤頂檢驗報告》的回歸方程計算出初應力、控制力讀數(shù)。并把詳細的計算過程書報其相關部門審查，以防失誤。

 

預應力張拉次序應符合設計圖紙要求，張拉操作時應使結構受力均勻、同步、不產生扭轉、側彎，不得使砼超應力、使構件產生過大的附加內力及變形等進行調整，按規(guī)范持荷、錨固、封錨。

 

2、波紋管孔道漏漿原因分析及處理

 

波紋管易于制作，便于施工，對各種形狀的預應力筋束張拉時摩阻力小，故大多數(shù)后張法施工的預應力筋的孔道多由它做成。由于當前波紋管強度、剛度大多數(shù)達不到要求，在安裝和澆筑砼時易變形和破損，使砂漿漏入孔道造成預應力筋穿束困難，并增大預應力筋張拉時的摩阻力，由于砂漿的流入，往往造成預應力筋鑄固在孔道內無法進行張拉作業(yè)。波紋管安裝時，因非預應力筋位置妨礙，又兼波紋管的剛度差，易形成彎折角或管軸線偏位，在彎折角處咬邊容易開裂造成漏漿；軸線偏位易造成轉角增加，使張拉時的摩阻損失增加，波紋管與錨墊板相接處，二者軸線不一致，易造成彎折處咬邊開裂漏漿，兩根波紋管相接，接頭管的長度不夠或直徑太大， 使接頭不嚴也造成漏漿。在砼澆筑中，振搗棒與波紋管相接觸，因振搗時振搗棒高速旋轉和振動，易使波紋管咬口開裂或自身磨損沖擊開洞，造成沙漿漏入波紋管內。

 

遇到堵管問題，首先根據(jù)預應力筋曲線坐標，標注漏漿孔道堵塞的位置，在避開梁的主筋位置，采用沖擊鉆緩慢進行開孔，清除波紋管中的水泥漿塊， 使鋼絞線能順利穿過波紋管并能夠自由伸縮：然后待張拉完畢后用高一等級微膨脹混凝土封堵孔洞。

 

可采取以下預防措施：在施工下料前對波紋管質量仔細檢查，對有缺陷的波紋管及早發(fā)現(xiàn)；在澆筑混凝土前檢查波紋管的安裝位置，固定好，檢查套管接頭連接是否牢固，密閉性是否達到要求；在澆筑混凝土過程中注意波紋管的保護，避免振搗棒碰壞波紋管。

 

3、預應力筋在波紋管內的鑄固和處理

 

現(xiàn)澆預應力砼連續(xù)箱梁的施工中，每跨中的預廊力筋多是曲線形的，當一次澆筑砼的連續(xù)箱梁跨數(shù)多于兩跨時，必須先將預應力筋穿入到波紋管內，待澆筑砼達到沒計要求強度后，張拉并用錨具錨固預應力筋。先穿柬的預臆力筋，往往由于穿筋和砼澆筑工藝處理不善，在砼澆筑作業(yè)中因波紋管漏漿被鑄固，在對結構的預應力筋張拉時，不能自由的拉動，這種現(xiàn)象稱為頂應力筋在波紋管內鑄固。

 

頂應力筋的鑄同，根據(jù)對其張拉時拉動力的大小可分為輕度和重度兩類，在千斤頂拉動預應力筋的拉力為預應力筋的摩阻力1．3倍以下時，該鑄固稱為輕度鑄固。輕度鑄固有的漏漿處較多，但每處漏漿量均不大，漏漿在波紋管內，但預廊力筋在一定拉力下尚可活動；有的局部漏漿較多，預應力筋和波紋管固結在一起，但漏漿體積相對整個孔道仍很小，通過較大的拉力拉開后。預應力筋仍可在孔道內來回活動。這種鑄固，預應力筋張拉作業(yè)時。其摩阻力增加較多。

 

嚴重的鑄固則是在較大的拉力作用下，甚至在全部預應力筋總張拉力的作用下。仍不會將鑄同的預應力筋拉開。預應力張拉作業(yè)中，若出現(xiàn)波紋管和預應力筋的輕度鑄固，常常在預廊力筋實施張拉作業(yè)前，不安裝工作錨夾片，用張拉千斤頂由兩端分別交替張拉項應力筋，使其鑄固的項應力筋在波紋管內松動后。并可在外力作用下自由移動。對于嚴重鑄同的孔道，必須找到鑄同的部位，將箱粱結構砼鑿開清理干凈波紋管內的灰漿，然后再經修復后，進行預應力筋的張拉作業(yè)。

 

4、鋼絞線滑絲、斷絲

 

通過預應力束張拉后檢查，來判斷張拉后是否有滑絲、斷絲現(xiàn)象。遇到這種情況，應根據(jù)滑絲、斷絲情況，采取相應的施工手段。如果受損根數(shù)少， 根據(jù)比例，適當?shù)爻瑥埨�：如果�?shù)量多，超張拉無法解決問題，應更換鋼絞線，重新張拉。

 

分析滑絲原因可能有以下幾種：預應力鋼絞線生銹太厲害或表面有水泥、油污、雜物等；工作夾片中的絲出現(xiàn)生銹、油污、雜物或夾片里的絲被損傷；工作夾片的尺寸不合格(尺寸大)；千斤頂被其他工具所抵觸而受力不均。常見的處理方法：用千斤項拉出滑絲的鋼絞線，取出舊夾片，換上新夾片，再用千斤頂張拉到設計要求。

 

分析斷絲原因可能有以下幾種：出現(xiàn)鋼絞線相絞纏而發(fā)生受力不均，導致個別鋼絞線張拉力太大，而出現(xiàn)拉斷絲現(xiàn)象；鋼絞線在運輸中受到機械損傷。如果斷絲根數(shù)超過設計范圍，應作處理，具體處理方法：一般用千斤頂將鋼絞線全部卸載后，換上新鋼絞線后，重新穿束張拉。張拉完成后，為防止預應力損失，在48h內必須完成壓漿工作。

 

5、過長的扁波紋管孔道在施工中的問題及改進

 

扁波紋管由圓波紋管通過壓扁制成，在壓制過程中，其各個轉角和長軸中心附近的接縫咬口都會有不同程度的翹起，形成使灰漿進入波紋管內的通道，在箱梁砼澆筑中就可能有灰漿進入。

 

現(xiàn)澆箱梁一聯(lián)長度較大，波紋管的短軸只有19mm，當其在鋼筋骨架中安裝時，由于其平順性差、預應力孔道較長且有不少接頭，難免發(fā)生一些咬口處開裂加大。當Oj15．2O的鋼絞線穿入有咬口翹起的波紋管內時，難免會有碰撞，這就加大了咬口的縫隙。同時，由于穿鋼絞線時摩擦力會使波紋管薄弱處出現(xiàn)孔洞，這就更加大了砼澆筑時灰漿進入的機會。

 

因灰漿進入形成許多局部對預應力筋的鑄固，在張拉作業(yè)中，預應力筋因在孔道內鑄固，形成一些段的預應力筋不能被張拉，出現(xiàn)了預應力筋張拉時的實測伸長值遠低于理論計算伸長值的結果，使預應力筋起不到對梁體結構防裂的效果。

 

另外，因扁波紋管的面積和預應力筋的面積比較小，又加孔道內出現(xiàn)了局部鑄固，孔道灌漿不能完全充滿孔道，這樣一旦錨具錨固失靈，預應力筋難以靠孔道灰漿將其錨固，防止箱梁結構產生裂縫的預應力既完全消失。

 

對以上問題，現(xiàn)澆箱梁為防止結構裂縫，建議在砼施工工藝上改為每2～3跨澆筑一次砼，張拉預應力筋。若將幾跨連接成一聯(lián)，預應力筋的連接應采用連接器來完成。預應力孔道用的波紋管，當其長度超過25m時，建議改為圓形波紋管，預應力錨具相應的作一些改變。若仍擬整聯(lián)箱梁一次澆筑砼，預應力筋用通長束，建議預應力筋孔道用圓形波紋管，預應力錨具相應的變更，這樣從防止漏漿和預應力筋張拉錨固效果上，均會比扁波紋管好得多。另外，圓形孔道的灌漿比扁孔道易飽滿，且灰漿面積和預應力筋面積的比值也大，灌筑效果比扁形波紋管好，一旦錨固失靈，其錨固效果比扁波紋管要好些。

 

總而言之，預應力混凝土技術在公路橋梁工程中的具有很大的優(yōu)勢，應用普遍。只有做好各種預案措施，才能保障工程順利施工。從而提高了施工效率，縮短施工周期。