浅谈预应力在桥梁施工中常见的问题及解决方案

浅谈预应力后张技术要领和一般出现的问题近年来，预应力混凝土结构由于其具有能充分利用材料的高强度性能，有效防止混凝土裂缝，减轻结构自重，增大桥梁跨径，刚度大、行车舒适等优点，在公路桥梁上得到普遍的应用。然而预应力桥梁的裂缝病害相当普遍，特别是箱梁桥。产生裂缝病害的原因很多，其中预应力桥梁施工中出现的若干预应力技术问题，在施工中常出现一些问题，给工程结构的质量带来一些隐患已受到众多专家的关注和质疑。本文就对施工过程中常见的张拉技术要领进行探讨，分析原因并提出相应的处理方法及预防措施。一、预应力技术在公路桥梁施工中的应用1、预应力技术在受弯构件中的应用碳纤维具有较高的强度，施工也比较简单，所以采用粘贴碳纤维片材对钢筋混凝土受弯构件进行加固的方法得到广泛的应用，但由于加固前结构已存在初始内力，混凝土已有初始的压应变和拉应变，当压区混凝土压应变达到混凝土的极限压应变时，构件达到极限承载力，从加固到构件达到极限承载力，混凝土的应变增量决定了碳纤维片材的最终应力。如初始应变较大，构件破坏时碳纤维片材的应力较小，其强度高的特点也就得不到充分发挥，可在粘贴碳纤维片材时，先对碳纤维片材施加预应力，使其有初始拉应力，从而提高构件破坏时碳纤维片材的应力，使其得到充分发挥。2、预应力技术在加固施工中的应用道路桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有道路桥梁的承载能力，以延长其使用年限，适应现代交通运输的要求。其改造的主要技术途径有：加强薄弱构件增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载、加固暾台及基础等，通常加固方法有：桥面补强层加固法、增大截面与配筋加固法；体外预应力加固法；粘贴钢板加固法；改变结构受力体系加固；增加横向联系加固法度；粘贴碳纤维布加固法等实际上卸载的目的就是为了减小加固施工时混凝土的初始应变，此时可预先对构件施加预应力，使受压区产生拉应力，受拉区产生压应力，减小构件在初弯矩作用下的拉应变和压应变，以提高构件达到极限承载力时的应变增量和加固钢筋的应力，使加固钢筋得到充分发挥。3、预应力技术在钢筋混凝土多跨连续梁的应用多跨连续梁有正弯矩区和负弯矩区，一般支座处为负弯矩，跨中为正弯矩，当梁的抗弯承载力和抗剪承载力不满足要求时，需要进行加固处理，跨中正弯矩区抗弯承载力不满足时，可用粘贴碳纤维的方法进行加固，施工比较容易。主要原因是所加纵筋锚固的问题不宜解决。有时可通过在梁下加大截面提高梁的承载力，这不仅增加了结构的自重，而且还会影响建筑的使用功能，在有些情况下可能不允许。在一定范围内，随着轴向压力的增加，其正截面承载力和斜截面承载力都将会提高。二、张拉前的准备工作1、计算钢绞线的理论伸长值：张拉采取控制应力与伸长值双控和上拱度校核的方法进行，实际伸长值应在理论伸长值误差的±6%以内，如超出此范围，应查明原因，采取措施后方可继续张拉。2、张拉千斤顶、油压表在施工前进行检查和校验，张拉千斤顶和油压表配套校验，以确定张拉力与压力表之间关系曲线，并由千斤顶校验报告所提供线性回归方程计算张拉力时的油表读数，对张拉作业人员进行技术交底，当千斤顶使用超过6个月或200次，或在使用过程中出现不正常现象，应检修以后重新校验。3、检查锚垫板和孔道，孔道要畅通、无水分和杂物，锚具和锚垫板接触处的焊渣、毛刺、混凝土残渣要清除干4、安装锚具和千斤顶：安装锚具、夹片、限位板、千斤顶、工具锚、调整千斤顶的位置，使千斤顶的张拉力作用线与预应力钢绞线的轴线重合一致。5、设置张拉操作台和防护板。制作铁架，张拉前把铁架紧靠在梁两端。千斤顶和倒链悬挂在铁架上，并在距离千斤顶1.5～2.0m处安装防护板，材料为钢模板,尺寸宽高在2米以上,以防锚具夹片弹出伤人。三、张拉操作程序I、钢绞线束张拉顺序：当混凝土强度达到设计值85%后，开始张拉，根据先张拉接近中性轴钢绞线的原则，预应力筋穿束前必须进行编束,防止其产生交叉扭曲.单束钢绞线的张拉顺序：0——I0%δcon——100%δcon（持荷2分钟锚固）2、用穿心式千斤顶电动油泵，按照油泵说明书，将B路截止阀（回油阀）打开，A路截止阀门关闭即可启动油泵电机，向张拉缸供油进行预张拉，同时调节节流阀，以控制油压高低和张拉速度。3、油表达到初应力（10%δcon）所需的读数时，暂缓进油，量取伸长值作为钢绞线初应力时的伸长值。4、继续缓缓慢进，当张拉力达到控制应力时，即可停止向A路供油，并维持两分钟，油表稳定后，量取钢绞线伸长值。5、油阀回旋，同时轻回截止阀（回油阀），A路压力降至零点，至此完成一次张拉循环，由于钢绞线的回缩，活塞将被拉回若干毫米，这时工作锚的夹片被带入锚孔内而自行夹紧钢绞线。卸下千斤顶并在紧靠锚具后有一定长度的钢绞线上画标记线，以便观察有无滑锚现象。四、孔道注浆1、水泥浆的拌制：孔道压浆采用纯水泥浆，水灰比为0.40～0.45稠度控制在工14～18s之间，泌水率控制在3%以内，水泥为52.5号普通硅酸盐水泥。水泥浆拌和时，先下水后下灰，拌和时间不少于2min，水泥浆自拌制到压入孔道的间隔时间不得超过40min。2、压浆工艺：(1)、孔道压浆顺序是先下后上，预应力筋张拉后，孔道在48小时内应尽早压浆。(2)、采用电动活塞式电动压浆泵，压浆的压力保证压注孔内的水泥浆密实为准，开始压力要小，逐步增加。每个孔道出浆口端冒出不含气体的浆液，且稠度与压注的浆液稠密度相同时，将出口孔眼封闭，压浆端的泵压升至0.7Mpa以上，维持时间不宜少于10min，拨除灰浆管及时封闭，压浆后24小时内禁止梁体受到震动。（3）当气温低于5℃时，孔道压浆应使用热水,梁体压浆后48小时内必须采取保温措施,可以用塑料布将梁体全部封闭,同时在保温棚里生火保温,保证压浆后梁体不发生冻害.,（4）、拌制水泥浆时，制作标准试块，同条件下做3组,标准养护条件下做2组,作为水泥压浆28d抗压强度。水泥浆强度达到设计要求后（通过随梁养护试件控制），撤消养护，进行移位和吊装。（5）、压浆时，应由专人认真负责填写施工记录。五、封端及存梁养护孔道压浆后，立即将梁端水泥浆冲洗干净，同时清除支撑垫板、锚具及端面混凝土的污垢，并将端面混凝土凿毛，进行梁体封端，封端混凝土的浇注如一下：设置端部钢筋网→固定封端模板→浇注封端混凝土→拆模→养护。绑扎端部钢筋网：为固定钢筋网的位置，可将部分箍筋点焊在支撑垫板上。加固封端模板，以免在浇注混凝土时，模板走动而影响梁长，立模后校核梁体全长。其长度应符合允许偏差的规定。浇注封端混凝土时，要仔细操作并认真插捣，务使锚具处的混凝土密实。封端混凝土浇注后，静置3小时，带模浇水养护，24小时后脱模，在常温下养护时间不少于7天。六、张拉及压浆操作注意事项I、为保证理论伸长值和实际伸长值在规定的范围内，必须减少额外摩阻，做到波纹管定位准确，孔道内清洁干净无杂物。2、张拉前根据钢绞线试验报告和张拉千斤顶标定试验报告，认真做好钢绞线理论伸长值计算和张拉控制应力计算，并对作业人员进行详细交底。3、张拉前认真检查各项准备工作，主要有：混凝土强度是否达到张拉强度，张拉所需的千斤顶、油表和张拉控制数值表是否对应，油管的安装是否准确，锚垫板和钢绞线是否清理干净，张拉记录表和所张拉的预制梁是否对应。4,张拉要严格按操作规范进行，进油要缓慢进行，两端对称张拉时要做到千斤顶升降压、画线、量伸长等工作基本一致。5、张拉按既定顺序进行，不可随意张拉，张拉时要认真做好记录。6、压浆要严格控制好水泥浆的水灰比，稠度、拌和时间、泌水率，同时控制好静置时间和压浆压力．7、严格遵守安全操作规范，不得违规操作，做好安全防护工作，张拉时千斤顶后要设安全网，并严禁千斤顶正后方站人。8,认真检查油管是否老化，张拉时任何人不要站在油管附近，以防高压油管破裂伤人。9、孔道压浆时，工人要戴防护眼镜，以免水泥浆喷伤眼睛。七、梁体钢绞线伸长量的计算（1）理论伸长量△L由以下公式计算：Pp×L△L二——————EpAp式中：Pp—预应力筋平均张拉力（N）L—预应力筋长度（mm）Ep—预应力筋弹性模量（N/mm2）Ap—预应力筋截面面积（mm2）（2）预应力筋的平均张拉力直线筋取张拉端的拉力P=Pp两端张拉的曲线筋，Pp值可由以下公式计算：p（1-e-(kx+μθ)）Pp=———————(kx+μθ)式中：p—预应力筋张拉端的张拉力P（N）；k—孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数：取K=0.0015；x—从张拉端至计算截面长度(m)；μ—预应力筋与孔道壁的摩擦系数；取μ=0.225，θ—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和(rad)；（3）式中各项变量的取值，依据设计图纸、桥涵规范，张拉时千斤顶所需工作长度确定。八．目前路桥工程预应力施工技术中存在问题1、波纹管堵塞堵管是指在混凝土浇筑后波纹管出现堵塞的现象发生了堵管会导致后期预应力钢绞线穿束无法通过或张拉预应力时钢绞线实际伸长值与设计计算值相差很大，给施工带来不必要的麻烦，即影响了工期，又耗费了人力。引起堵管的原因分析：首先，施工单位在施工过程中没有严格按照施工规范安装波纹管，出现波纹管定位不精确引起的弯折扭曲、套管接头松动，或者是在混凝土浇筑施工中，振捣人员在振捣混凝土时操作失误，造成波纹管局部的破裂，直接导致混凝土水泥浆渗漏到波纹管中造成堵管。其次，波纹管自身的质量缺陷引起漏浆堵管。2、预应力超长束一端张拉工艺的问题国内现浇大跨度(3～5跨，每跨30～50m)预应力连续箱梁底板预应力束一般采用一端张拉的工艺。例如某箱梁桥5跨，第一联跨66m，第二联跨88m，第三联跨150m，如采用一端张拉的工艺将一束钢绞线拉直需要0.3～0.4Ak的拉力，而如此长的孔道要跨越多道箱梁横隔板，其孔道摩阻是多少，要通过试验才能确定。根据国内外相关规范规定：跨度≥30m以上的预应力桥梁，均要求采用两端对称张拉工艺，才能保证跨中有效预应力和桥梁在恒载和活载作用下跨中所需抵抗弯矩的建立：否则会导致跨中承载力不足，而产生正截面裂缝。根据交通部专门调查资料，已通车的公路桥梁中，几乎都出现过由于张拉工艺不适合而产生大量裂缝的现象。3、后张预应力结构张拉力控制的问题预应力施工作业不够规范，特别是张拉力控制不严对预应力桥梁质量影响较大。一般张拉作业采用张拉力和预应力筋伸长量同时控制，以张拉力为主，以伸长值校核张拉力。通常张拉力的计量采用1.5级油压，误差大，有的千斤顶甚至未经计量标定就张拉，而且张拉人员多数未经专业培训，如果作业不专心，经常容易出现较大误差，甚至读错表，发生张拉力忽高忽低的现象。特别在多束张拉时，由于每束张拉力都不同，往往对预应力筋的伸长值计算不准确，弹性模量取值混乱，实际张拉时难以做到将伸长量按规范规定控制在±6％范围内，导致张拉力失控。4、预应力结构张拉前出现裂隙问题钢筋砼结构在使用荷载作用下裂隙是不能避免的，部分预应力的B类构件也允许出现有限制的裂隙，而在预制场内的构件，则应尽量避免出现裂隙。张拉前出现的裂隙经常是由于干缩和温差造成的。裂缝常在表面处，宽度较细、分布不均，梁板类构件多沿短方向分布，有时产生在箍筋位置，有时从构件顶面延伸到构件侧面，温度裂缝温度裂缝有表面的、深进的和贯穿的，走向元一定规律。梁板式构件裂缝多平行于短边，深进和贯穿的裂缝一般与短边方向平行，裂缝沿构件全长分段出现。5、预应力钢筋孔道堵塞问题这种现象主要发生在后张法构件中，预留孔道塌陷或堵塞使预应力筋不能顺利穿过，不能保证灌注工程质量，影响张拉效果。产生的主要原因是抽芯过早，水泥砼尚未凝固，不具有一定的强度，或抽芯太晚，橡胶抽拔管可能被拔断。九、路桥工程中预应力技术相关问题解决方案遇到堵管问题，首先根据预应力筋曲线坐标，标注漏浆孔道堵塞的位置，在避开梁的主筋位置，采用冲击钻缓慢进行开孔，清除波纹管中的水泥浆块，使钢绞线能顺利穿过波纹管并能够自由伸缩；然后待张拉完毕后用高一等级微膨胀混凝土封堵孔洞。可采取以下预防措施：在施工下料前对波纹管质量仔细检查，对有缺陷的波纹管及早发现；在浇筑混凝土前检查波纹管的安装位置，固定好，检查套管接头连接是否牢固，密闭性是否达到要求；在浇筑