锚下预应力及孔道灌浆专项质量检测与评价

桥梁锚下预应力及孔道压浆施工质量控制与检测公路建设中的质量检测与控制徐宏武重庆公路工程检测中心个人简介本人生活照一张姓名：徐宏武出生年月：1968年9月单位：招商局重庆交通科研设计院有限公司(重庆公路工程检测中心)职务/职称：道路检测所副所长教授级高工注册安全工程师专业：路桥隧检测工程师主要成果：岩土锚固安全评价与处治技术研究(中国公路学会一等奖)锚杆索锚固质量无损检测技术与仪器开发(中国公路学会二等奖)联系方式：18008377917一、相关背景二、桥梁预应力工程常见质量问题三、桥梁预应力工程施工质量检测四、预应力自动张拉系统及智能真空灌浆系统一、相关背景423.75万公里；8.5万Km.已建6.8万公里，完成规划79%公路桥梁71.34万座（特大桥梁2688座）预应力混凝土桥梁建桥总数75%近十多年来，全国发生多次桥梁坍塌、病害等质量事故，造成了重大经济和社会损失，引起了国民的众多非议，引起了国家对工程质量的高度重视，同时也引起了交通部的高度重视。2004年6月10日，辽宁辽河田庄台大桥（预应力砼桥）垮塌，从中间断裂27米。湖北黄石长江大桥（162.5m+3×240m+162.5m预应力混凝土连续刚构桥）通车7年，跨中下挠达30.5cm预应力安全储备偏小，出现裂缝。2004年修复广东南海金沙大桥（66m+120m+66m预应力混凝土连续刚构桥）通车6年，跨中下挠22.2cm，箱梁腹板出现大量斜裂缝。2004年修复桥梁建设质量预应力施工张拉控制孔道压浆饱满度控制确保桥梁结构安全性与耐久性2012年7月4日～6日分两批对全浙江省交通厅、质检局、各地市县交通局、质检站、各建设单位、各监理单位和各施工单位近600人进行了文件宣贯、孔道压浆技术指南宣贯，桥梁预应力构件砼、锚下预应力及孔道灌浆施工质量检测，桥梁预应力施工控制技术讲座及现场观摩二、桥梁预应力构件常见质量隐患1、预应力张拉施工存在的质量隐患2、预应力孔道压浆存在的质量隐患3、混凝土密实性存在的质量隐患桥梁预应力构件类型●T梁●箱梁●空心板●盖梁●现浇连续梁●连续刚构等桥梁预应力构件预应力特点■桥梁安全性、耐久性依赖于预应力效应。张拉锚固后，即使发现问题，难以补救。结构性工程、预应力控制要求严格。预应力张拉存在的问题及质量隐患■部分张拉设备控制精度不够①常规张拉设备油压表标定过期使用，荷载误差大；②自动张拉设备未标定或过期使用，荷载误差大；③油泵工作不稳定，进油大小不能人为或自动控制，油泵稳压效果差；④常规张拉设备油压表指针振动大，不能准确控制油压值；⑤大吨位千斤顶张拉束数较少的预应力孔道。油表不防震油表有防震预应力张拉存在的问题及质量隐患■部分张拉配件不符合要求①工具锚使用时间过长，锚孔及锚具变形严重，工具夹片磨损严重；②垫板、限位板选用不当。工具夹片不合格垫板、限位板选用不当预应力张拉存在的问题及质量隐患■穿束工艺不符合要求穿束时不采取逐根编号的梳编穿束工艺，造成钢绞线在预应力孔道内有缠绕现象，使张拉时每束受力不均，同束不均匀度不满足要求，影响钢绞线的均匀受力。正确的穿束工艺■部分张拉工人责任心影响①工作锚具、限位板、千斤顶未完全对位准确，造成各钢绞线受力不均；②张拉过程中工具夹片滑丝或松脱，造成部分束严重超张拉；③张拉操作时随意性太大。工具夹片滑丝或松脱造成部分束严重超张拉工作夹片安装不到位或夹片质量欠缺不能夹持住钢绞线，容易出现施工危险事故■常规同步张拉存在不协调等问题；不按要求进行分级张拉、持荷和卸载。经大量检测总结：张拉到设计张拉力未持荷和不按要求持荷5分钟，锁定预应力比按要求持荷5分钟的小3%～5%。■预应力孔道使用钢绞线、夹片等锈蚀严重钢绞线、夹片锈蚀严重■监管不到位①未对张拉过程进行全过程监管；②未实行张拉力及位移的双控张拉，钢绞线伸长值测量不准确；③未对张拉过程进行客观记录。预应力孔道灌浆特点■桥梁安全性、耐久性与预应力孔道灌浆饱满度密切相关。孔道灌浆后通常不易发现问题，即使发现质量问题，补救也存在各种困难。孔道灌浆要求严格控制。预应力孔道灌浆存在的问题及质量隐患■部分灌浆设备控制精度不够目前孔道注浆有常规注浆及真空注浆两种方法，实际情况多数仍采用常规注浆法。①常规注浆：部分设备压力不足、压力不准，注浆控制较差；②真空注浆：抽真空机、搅拌机、注浆机等不能满足真空注浆要求，造成注浆效果欠佳。■灌浆液拌制配合比和灌浆工艺等影响①局部存在不密实②浆体与孔道分离③大段脱空孔道压浆缺陷常见类型密实松散小规模空洞大规模空洞孔道压浆缺陷现象①T梁、箱梁等预应力正弯矩孔道不密实段常常出现在端头位置②刚构、盖梁、现浇等预应力负弯矩孔道不密实段常常出现在孔道中间位置③其他平行孔道不密实段常常出现在孔道靠上方■预应力筋若不能被浆体包裹且范围相对较大时，在水作用下会造成筋的锈蚀而加重预应力损失。■预应力损失过大，就直接影响到桥梁的安全稳定和使用寿命，给工程造成极大安全隐患。某梁灌浆不密实凿开展示图某梁灌浆有脱空凿开验证某梁灌浆有脱空钻孔试水验证混凝土密实性存在的质量隐患■受配合比影响，造成混凝土抗压强度欠缺或不均匀。受模板、混凝土搅拌和振捣局部不均影响，会造成混凝土内部不密实性、空洞，混凝土表面蜂窝麻面等质量缺陷。混凝土在垫板内不密实性某钢构腹板浇筑时间控制不严，造成腹板下部漏浆形成空洞和不密实区(本图是根据检测结果凿出问题区域)三、桥梁预应力工程施工质量检测为控制施工质量目前(T梁、箱梁、空心板、盖梁、刚构及连续梁等)开展以下专项质量检测：①预制及现浇预应力构件锚下预应力检测；②预制及现浇预应力构件孔道灌浆质量检测。招商局重庆交通科研设计院有限公司锚下预应力及孔道灌浆检测相关业绩重庆渝湘高速桥梁T梁及刚构混凝土质量、孔道灌浆及锚下预应力专项质量检测2007年～2008年云南安晋高速桥梁T梁混凝土质量、孔道灌浆质量及锚下预应力专项质量检测2009年云南元双二级公路桥梁梁(板)混凝土质量、孔道灌浆质量、锚下预应力质量检测2010年云南锁蒙高速桥梁T梁孔道灌浆质量及锚下预应力专项质量检测2010年～2012年贵州水盘高速桥梁T梁及刚构锚下预应力、孔道灌浆质量及混凝土专项质量检测2010年～2012年浙江龙庆高速桥梁锚下预应力及孔道灌浆施工质量专项检测2011年～2012年四川乐雅高速公路桥梁T梁及箱梁孔道灌浆专项质量检测2011年～2012年重庆开开高速公路桥梁T梁及箱梁锚下预应力专项质量检测2012年～2013年重庆铜合高速公路桥梁锚下预应力及孔道灌浆专项质量检测2013年广东梅大高速公路桥梁锚下预应力及孔道灌浆施工质量专项检测2013年～2014年重庆酉沿、永江、江綦江等高速公路桥梁锚下预应力专项质量检测2013年～2015年浙江54、55省道改建工程梁板锚下预应力及孔道灌浆检测2014年～2015年重庆忠万、渝广、秀松江等高速公路桥梁锚下预应力专项质量检测2014年～青海川大路桥梁锚下预应力及孔道灌浆施工质量专项检测2015年～1.1锚下预应力的反拉检测方法获得发明专利1锚下预应力施工质量检测根据“公路工程技术标准”、“公路桥梁施工技术规范”、“桥梁预应力及索力张拉施工质量检测验收规程”有关钢绞线预应力伸长值的计算，结合应力损失与摩阻试验，建立锚下有效预应力计算公式。其他损失值锚具口摩擦损失值反张拉补偿值值检测力值锚下预应力FFFFF---=力传感器测试测试或厂家测试提供经验统计值基于测试伸长值计算：钢绞线总长钢绞线单束面积钢绞线束数钢绞线弹模钢绞线实际拉出值反张拉补偿值LSNELF×××=初始值外露钢绞线伸长值钢绞线测试伸长值钢绞线实际拉出值LLLL--=钢绞线弹模钢绞线单束面积外露钢绞线长度钢绞线束数检测力值外露钢绞线伸长值ESLNFL××=1.2有效预应力检测新方法通常采用现场反张拉法检测锚下预应力AP-10锚下预应力检测系统重庆交通科研设计院有限公司1.电源开关2.充电接口3.USB接口4.位移传感器5.测力传感器6.天线7.状态指示灯8.显示区域9.按键区域1.3、预制和现浇预应力孔道锚下预应力检测AS-10预应力张拉监控系统重庆交通科研设计院有限公司梁体工作锚限位板力传感器张拉千斤顶位移传感器工具锚钢绞线便携式数据采集仪限位板预应力孔道设计张拉控制应力损失分析■设计张拉控制应力损失主要种类①锚具的锚口摩擦损失②预应力筋回缩损失(即限位板预留自由空间张拉后回缩损失)③孔道摩阻损失等锚具的锚口摩擦损失■张拉端锚具处预应力筋由孔道伸入喇叭管时有一转角，安装锚具后有一转角，张拉时在转角处均会产生摩擦损失；当采用限位自锚张拉工艺时，尚存在由于夹片逆向刻划预应力筋而引起张拉应力的损失，上述损失统称为锚口摩擦损失。■根据《公路桥涵施工技术规范》实施手册（JTG/TF50-2011）中第7.3.2条规定：锚具的锚口摩擦损失率不宜大于6%。预应力筋回缩损失■预应力筋回缩造成的预应力损失是预应力构件锚下预应力损失的最主要原因■限位板预留自由空间尺寸设计为6mm，预应力筋理论回缩值为6mm。根据招商局重庆交通科研设计院有限公司研制的AS-10预应力张拉监控系统现场测试，预应力筋回缩值每个锚具处实际回缩值6～10mm之间。预应力筋伸长值计算公式根据《公路桥涵施工技术规范》实施手册（JTG/TF50-2011）中第7.6.3或其它相关规范可查到预应力筋理论伸长值计算公式：(1)——预应力筋理论伸长值(mm)；——预应力筋的平均张拉力(N)，直线筋取张拉端的拉力，两端张拉的曲线筋，计算平均张拉力方法要修正；LL——预应力筋的长度(mm)；——预应力筋的截面积(mm2)；——预应力筋的弹性模量(N/mm2)。rPPPLEALPL=∆LL∆PPPAPE不同长度的预应力筋不同回缩值引起的设计张拉控制应力损失计算值预应力筋长度(m)预应力筋回缩值每端锚具处(mm)预应力筋回缩值两端共计(mm)预应力筋的截面积(mm2/束)设计张拉控制应力总损失计算值306121405.67%8161407.55%10201409.42%206121408.48%81614011.30%102014014.12%预应力孔道设计张拉控制应力损失情况■综合预应力损失原因锚具的锚口摩擦损失、预应力筋回缩损失、孔道摩阻损失和张拉设备误差等的影响，在不超张拉情况下，预应力损失8%～15%是比较常见的，在超张拉3%情况下，预应力损失大约5%～12%是比较常见的。锚下预应力检测判断标准分析根据以上预应力孔道设计张拉控制应力损失分析及重庆市公路工程行业标准《桥梁预应力及索力张拉施工质量检测验收规程》CQJTG/TF81—2009中6.2.2条有效预应力检测控制规定：对fpk=1860MPa、公称直径为15.2mm的单根钢绞线，张拉锚固后锚下有效预应力大小偏差应满足下表的要求。设计张拉控制应力(MPa)(KN)有效预应力经验值(KN)有效预应力允许偏差设计张拉控制应力损失合格判断标准0.7fpk（181.0KN）168±5%0.75fpk（195.3KN）178±5%锚下有效预应力大小的控制要求及损失判断标准3.6%～12.8%2.5%～11.8%备注不满足前面条件，锚下有效预应力不合格表中：fpk—预应力筋抗拉强度标准值；有效预应力：预应力张拉锚固后，实际张拉控制应力扣除锚固损失和弹性压缩损失，预应力筋锚下留存的应力，表中值168、178是的经验值。T梁常规张拉设备张拉锚下预应力现场检测T梁自动张拉设备张拉锚下预应力现场检测箱梁常规张拉设备张拉锚下预应力现场检测箱梁自动张拉设备张拉锚下预应力现场检测连续刚构常规张拉设备张拉锚下预应力现场检测连续刚构自动张拉设备张拉锚下预应力现场检测某30mT梁某孔锚下预应力检测拉力－伸长量曲线图锚下有效预应力检测值：1475.7KN，设计张拉控制应力1745.1KN(9束，每束193.9KN)，设计张拉控制应力损失-15.4%，有效预应力与经验值偏差-7.9%，预应力损失超出规定范围内，不符合判断标准，不合格。0.00200.00400.00600.00800.00100