公路橋梁施工中若干預(yù)應(yīng)力技術(shù)問題的探討
摘要:預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用很多,隨著高速公路的大規(guī)模建設(shè),出現(xiàn)的質(zhì)量問題和裂縫病害也不斷增多。針對預(yù)應(yīng)力橋梁施工中的砼早期強(qiáng)度、預(yù)留孔道質(zhì)量,超長束張拉工藝、扁錨的應(yīng)用、夾片式錨具的尺寸和夾片長度對錨具質(zhì)量影響等問題,進(jìn)行了大量的調(diào)查和分析,對施工中發(fā)生的若干預(yù)應(yīng)力技術(shù)問題提出了建議。
關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力橋梁;預(yù)應(yīng)力技術(shù);裂縫病害
前言：
從全國各地眾多高速公路橋梁健康檢查情況來看,預(yù)應(yīng)力橋梁的裂縫病害相當(dāng)普遍,特別是箱梁橋。產(chǎn)生裂縫病害的原因很多,其中預(yù)應(yīng)力橋梁施工中出現(xiàn)的若干預(yù)應(yīng)力技術(shù)問題,已受到眾多專家的關(guān)注和質(zhì)疑。
1預(yù)應(yīng)力橋梁的施工工藝問題
1.1預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)砼開始張拉的時間問題
為提高預(yù)應(yīng)力混凝土的早期強(qiáng)度,近幾年通過摻加早強(qiáng)劑的方法,一般澆注砼3d后就開始張拉預(yù)應(yīng)力,然而由于砼強(qiáng)度增長需要一定的時間,而且強(qiáng)度和彈性模量增長是不同步的,強(qiáng)度增長快,彈性模量長慢,早期砼變形大,過早張拉預(yù)應(yīng)力會使預(yù)應(yīng)力損失增加,導(dǎo)致橋梁承載力不足,而出現(xiàn)眾多裂縫病害。此外,采用現(xiàn)場試塊測得的早期砼強(qiáng)度等級代替現(xiàn)場結(jié)構(gòu)的實(shí)際砼強(qiáng)度,也存在一定的問題。試驗(yàn)表明,出現(xiàn)事故的結(jié)構(gòu)最后驗(yàn)算時其實(shí)際強(qiáng)度均未達(dá)到現(xiàn)場測得的強(qiáng)度,有時候甚至很低。
1.2預(yù)應(yīng)力超長束一端張拉工藝的問題
國內(nèi)現(xiàn)澆大跨度(3~5跨,每跨30～50m)預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁底板預(yù)應(yīng)力束一般采用一端張拉的工藝,例如某箱梁橋5跨,第一聯(lián)跨66m,第二聯(lián)跨88m,第三聯(lián)跨150m,如采用一端張拉的工藝將一束鋼絞線拉直需要0.3～0.4fptk的拉力,而如此長的孔道要跨越多道箱梁橫隔板,其孔道摩阻是多少,要通過試驗(yàn)才能確定。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范[1-2]規(guī)定:跨度≥30m以上的預(yù)應(yīng)力橋梁,均要求采用兩端對稱張拉工藝,才能保證跨中有效預(yù)應(yīng)力和橋梁在恒載和活載作用下跨中所需抵抗彎矩的建立;否則會導(dǎo)致跨中承載力不足,而產(chǎn)生正截面裂縫。根據(jù)交通部專門調(diào)查資料,已通車的公路橋梁中,幾乎都出現(xiàn)過由于張拉工藝不適合而產(chǎn)生大量裂縫的現(xiàn)象。
1.3后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉力控制的問題
預(yù)應(yīng)力施工作業(yè)不夠規(guī)范,特別是張拉力控制不嚴(yán)對預(yù)應(yīng)力橋梁質(zhì)量影響較大。一般張拉作業(yè)采用張拉力和預(yù)應(yīng)力筋伸長量同時控制,以張拉力為主,以伸長值校核張拉力。通常張拉力的計(jì)量采用
1.4級油壓,誤差大,有的千斤頂甚至未經(jīng)計(jì)量標(biāo)定就張拉,而且張拉人員多數(shù)未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn),如果作業(yè)不專心,經(jīng)常容易出現(xiàn)較大誤差,甚至讀錯表,發(fā)生張拉力忽高忽低的現(xiàn)象。特別在多束張拉時,由于每束張拉力都不同,往往對預(yù)應(yīng)力筋的伸長值計(jì)算不準(zhǔn)確,彈性模量取值混亂,實(shí)際張拉時難以做到將伸長量按規(guī)范規(guī)定控制在±6%范圍內(nèi),導(dǎo)致張拉力失控。
1.5預(yù)應(yīng)力孔道壓漿有兩個重要作用:一是保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋不被銹蝕；二是保證預(yù)力筋和結(jié)構(gòu)共同工作；然而實(shí)際工程中預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿不飽滿、不密實(shí)、漏漿和漏灌現(xiàn)象十分普遍,已成為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的通病。其主要原因除了施工單位對孔道壓漿工序不夠重視外,目前的壓漿工藝、留孔質(zhì)量、漿體配置等也存在一定問題,特別是漿體的水灰比,規(guī)范的規(guī)定值(0.4～0.45)偏大。采用規(guī)范規(guī)定的水灰比后孔道漿體泌水,孔道不易飽滿和密實(shí)。近幾年,采用新研制的外加劑JMH-3對漿體配置技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn),將水灰比降到0.35以下,通過高速攪漿機(jī)(轉(zhuǎn)速≥1000r/min),將漿體的流動度提高到12s(規(guī)范規(guī)定為14～18s),只要規(guī)范操作,普通壓漿工藝也能保證壓漿質(zhì)量。從南京長江二橋施工引進(jìn)的瑞士VSL公司真空輔助壓漿工藝技術(shù),從壓漿工藝原理到漿體配置技術(shù),應(yīng)該說是目前比較理想的壓漿工藝技術(shù),值得推廣[3-4]。
1.6后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的砼保護(hù)層失控問題
由于砼保護(hù)層普遍偏小,而施工時采用的保護(hù)層水泥墊塊都已損壞和移位,導(dǎo)致梁板保護(hù)層失效,加之預(yù)應(yīng)力孔道壓漿多數(shù)不到位使箱梁底板和板梁底面出現(xiàn)許多縱橫向裂縫。建議推廣應(yīng)用塑料墊塊控制保護(hù)層厚度。
2預(yù)應(yīng)力孔道和錨具存在的問題
2.1后張法預(yù)留孔道質(zhì)量的問題
后張預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的預(yù)留孔道不流暢、漏漿現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)致孔道摩阻和預(yù)應(yīng)力損失增大,已成為預(yù)應(yīng)力施工中的通病。后張法預(yù)留孔道普遍采用金屬波紋管,建設(shè)部1994年頒布了相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力砼留孔用金屬螺旋管》(JG/T3013-94),然而市場上應(yīng)用的金屬波紋管,90%以上達(dá)不到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼帶厚度宜為0.3mm,而實(shí)際常用的僅0.24～0.28mm;波高要求≥2.5mm,而實(shí)際波高僅1.25～1.5mm,標(biāo)準(zhǔn)所要求的徑向剛度也普遍達(dá)不到。扁管的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)更低,扁管內(nèi)徑高度規(guī)定兩種高度19mm(Φj12.7鋼絞線用)和25mm(Φj15.24鋼絞線用),現(xiàn)在普遍為22mm,由于徑向剛度小,導(dǎo)致留孔空間更小。建議重新修訂1994年的產(chǎn)品標(biāo).
準(zhǔn)要,并強(qiáng)制執(zhí)行。近兩年預(yù)留孔道又推廣應(yīng)用塑料波紋管,交通部2004年出臺了《預(yù)應(yīng)力砼橋梁用塑料波紋管》(JT/T529-2004),建設(shè)部目前正在編制,并已出臺了征求意見稿。目前生產(chǎn)的塑料波紋管質(zhì)量問題較多,若不加強(qiáng)質(zhì)量控制和管理,對后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。
2.2扁錨和扁錨連接器應(yīng)用的問題
扁錨多應(yīng)用于結(jié)構(gòu)截面尺寸受到限制或構(gòu)造連接等特定條件下。例如,應(yīng)用于先簡支后連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)的支座負(fù)彎矩處作為構(gòu)造連接和橋面橫向整體連接,不作為主要受力用。然而近年來部分單位為了減小截面尺寸,追求經(jīng)濟(jì)指標(biāo),在預(yù)應(yīng)力箱梁底板和板梁結(jié)構(gòu)中都采用扁錨,有的單位還申請專利、出標(biāo)準(zhǔn)圖,這是不可取的。由于扁錨的張拉工藝是采用逐根張拉,整體張拉設(shè)備技術(shù)不成熟,導(dǎo)致鋼絞線受力不均勻。采用扁波紋管留孔,扁孔空間很小,孔道摩阻大,特別是超長孔道采用一端張拉工藝,問題更加嚴(yán)重。上述某大橋5跨30m跨度連續(xù)箱梁,第一聯(lián)跨66m,采用5孔扁錨,扁金屬波紋管留孔,預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長值偏差在-10%～-40%,平均偏差-25%,超出規(guī)范要求的范圍。由此可見,由于超長束、扁孔孔道摩阻大和一端逐根張拉工藝不合理性,導(dǎo)致有效預(yù)應(yīng)力值平均減少25%。第二聯(lián)跨和第三聯(lián)跨分別為88m和150m,其有效預(yù)應(yīng)力將減少更多。另外,由于扁孔本身空間小,孔道壓漿困難,無法做到孔道壓漿飽滿。某高速公路25m跨預(yù)應(yīng)力空心板梁,采用扁錨預(yù)應(yīng)力,后因出現(xiàn)質(zhì)量事故,檢查發(fā)現(xiàn)只有兩端2m范圍內(nèi)的孔道有漿體,中間孔道幾乎沒有漿體,所以成橋后一旦通車必然出現(xiàn)裂縫。建議箱梁底板、腹板、空心板梁等結(jié)構(gòu)禁止采用扁錨。對于扁錨連接器的應(yīng)用更要慎重,尤其是5孔和3孔連接器,由于設(shè)計(jì)構(gòu)造不合理會導(dǎo)致偏心受力,不宜推廣使用。
2.3錨具尺寸減小而影響錨具質(zhì)量的問題
2000年以后由于低價中標(biāo)的影響,盡管鋼材價格在上漲而錨具的價格逐年下滑。2005年每孔價格在20元(三件套)左右,最低每孔15元;而2000年前每孔40元左右,跌幅達(dá)50%,使生產(chǎn)廠家無利潤空間,政府又沒有保護(hù)措施,其后果只能是偷工減料。目前很多廠家將夾片長度減為38～40mm,錨環(huán)厚度、直徑和孔距的減小,使錨具質(zhì)量得不到保證。錨具的所有幾何尺寸都是經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算和無數(shù)次試驗(yàn)確定的,無任何科學(xué)依據(jù),不可隨意更改尺寸,否則會影響錨固性能。國、內(nèi)外專家研究發(fā)現(xiàn),夾片對高強(qiáng)度鋼絞線的夾持長度對錨具的錨固性能影響很大,夾持長度過小,會引起鋼絞線滑移錨不住;因此對夾片長度應(yīng)嚴(yán)格控制,一般不宜小于50mm[6-7]。錨板尺寸和厚度過小,會影響錨具的承載力,因此隨意地減小錨具尺寸后果將非常嚴(yán)重。
3結(jié)語
預(yù)應(yīng)力技術(shù)從理論到工程實(shí)踐經(jīng)過幾代人的研究和不斷創(chuàng)新,已發(fā)展為比較成熟的技術(shù),然而經(jīng)調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn),由于張拉工藝不適合、孔道和錨具質(zhì)量不合規(guī)范等原因,造成預(yù)應(yīng)力施工中仍存在許多不足之處,本文針對預(yù)應(yīng)力橋梁施工中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析,以期引起相關(guān)設(shè)計(jì)和施工人員的高度重視�！ �
