桥梁工程中预应力施工技术探讨
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[摘要] 预应力技术是当今桥梁施工领域发展速度最快、用途最为广泛、最有发展潜力的一门施工技术。然而,预应力张拉施工工艺相对较复杂, 要求预应力结构施工的专业性强,在实际施工中存在诸多质量问题。本文针对预应力桥梁施工中的一系列问题,进行了大量的调查和分析, 对施工中发生的诸多预应力技术问题提出了相应措施。
中图分类号： K928 文献标识码： A 文章编号：
1 预应力空心板梁张拉过程出现纵向裂缝的原因
1.1 先张法
先张法施工的缺陷及原因: 先张法施工的空心梁板在梁端放张后顶底板中部附近出现自两端向跨中延伸的1-2.5m长的纵向裂缝的现象较为常见。经考证,主要为放张作业不规范造成,有的采取单侧放张,还有的是采用乙炔—氧气切割放张,而且还是非对称、相互交错切割,使梁体单侧受力,导致梁端中部产生自梁端向跨中延伸的纵向裂缝。
1.2 后张法
后张法空心梁板在张拉过程中的缺陷及原因:后张法空心梁板在张拉过程中,梁端也有出现类似先张法的纵向裂缝,甚至有的在张拉时发生梁端底板混凝土压裂破碎等现象。分析其原因,一是设计上对张拉时梁端混凝土局部应力集中考虑不周;二是张拉时,张拉顺序不当,张拉速度过快;三是梁体混凝土质量低劣、或张拉时间过早,以及锚垫板附近的混凝土不密实,导致梁端混凝土在张拉后出现碎裂。
2 工字梁张拉过程梁体侧向扭曲、梁端底部混凝土破碎的原因
2.1 梁体产生侧向扭曲的原因
工字梁腹板厚度一般仅为18-30cm,马蹄宽度约为40-60cm,马蹄部位预应力筋一般上下布置2排,每排水平布置2孔;第一孔张拉时,张拉侧向施加了预应力而受压,另一侧梁体必然受拉,加之工字梁梁长、腹板厚度薄、侧向自由度大,如果张拉时采取一次张拉到位,则导致梁体侧向扭曲。
2.2 工字梁(或T梁)张拉后梁端底部混凝土破碎的原因工字梁(或T梁) 张拉后,梁体因预应力的作用产生反拱,梁端底部一方面承受因梁体反拱而产生的水平摩擦力,一方面承受梁体的全部自重,导致梁端混凝土在压应力作用下破碎。
3 应力损失过大的原因
设计计算预应力混凝土受弯构件张拉控制应力σcon时,除需要根据承受外荷载的情况,估定有效预应力σy外,还需要估算相应的预应力损失σs,即:σy=σcon-σs。预应力损失σs主要包括预应力筋与管道壁间摩擦引起的预应力损失σs1;锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失σs2; 钢筋与台座间温差引起的预应力损失σs3等。但由于有的施工行为不够规范,致使实际施工情况与原估算应力损失的施工情况不完全相符,导致实际预应力损失大于原估算值。
3.1 管道安装质量控制不严
管道位置偏差过大,或梁体浇筑过程中管道存在漏浆现象,致使σs1过大,超过原估算值。
3.2 期过早
现今梁的预制多采用早强剂或提高混凝土配置强度,梁体浇筑后4- 5天混凝土强度就能达到设计强度的75%以上,有的甚至达到90%以上, 而《公路桥涵施工技术规范》对龄期也未作明确要求,结果梁体混凝土浇筑4-5天后即开始张拉。在此龄期内混凝土的收缩和徐变并未完成, 随着龄期的增加所引起的预应力损失σs6过大,且会导致张拉后梁体反拱度过大。
4 力空心板梁张拉过程出现纵向裂缝的对策
4.1 施工中克服其存在缺陷的对策
均匀放张,多根整批预应力筋放张,宜采用砂箱法或千斤顶法。用砂箱放张时,放张速度应均匀一致;用千斤顶放张时,放张宜分数次完成; 单根钢筋采用拧松螺母的方法放张时,宜先两侧后中间,而不能一次将一根力筋松到位。严禁切割放张。
4.2 心梁板在张拉过程中克服存在缺陷的对策
根据后张法空心梁板在张拉过程中产生缺陷的原因, 应采取如下策略:①梁端布筋设计应充分考虑张拉时产生的局部应力集中,增加横向分布钢筋数量或螺旋筋, 适当增加封锚端和梁端混凝土的几何尺寸。②预应力筋张拉顺序应符合设计要求,当设计未规定时, 宜采取分次、逐级对称张拉。张拉时,均匀加载,不宜过快,以尽可能减小张拉过程出现局部应力集中。
5 梁张拉过程梁体侧向扭曲、梁端底部混凝土破碎的对策
5.1 侧向扭曲的对策
工字梁张拉过程梁体产生侧向扭曲宜采用分次逐级对称张拉,第一次张拉时,逐孔预应力施加至50%的张拉控制应力σcon。张拉顺序第一次为左右侧对角线交叉进行,因马蹄宽度小,位置不够,只能逐孔张拉。第一孔张拉至50%的σcon后拆下千斤顶,移至第二孔张拉,以次类推;第二次张拉时按第一次张拉顺序逐孔张拉到80%σcon;第三次张拉时按前二次张拉顺序逐孔张拉到100%σcon。实践证明,采取这种方法,可以有效的解决工字梁侧向扭曲的问题。
5.2 工字梁（或T梁）张拉后梁端底部混泥土破碎的对策
根据工字梁(或T 梁) 张拉后梁端底部混凝土破碎的原因分析,应采取如下对策措施:1.在梁体预制的底模端部设置一块长约1m、厚约2- 3cm 的橡胶板,梁体张拉后,橡胶板受压变形,受压面积增大,梁端混凝土承受的集中压应力随之减小,梁端底部混凝土完整不破碎;2.梁体预制时在梁端底部设置梁长方向约20cm、竖向约10cm的倒角,有效地增大了张拉后梁端底部的受压面积。
6 应力损失过大的对策
首先, 加强预应力材料检验和各工序的质量控制。严格按照有关规范组织施工,避免因预应力材料不合格或施工行为不规范而造成预应力损失过大。其次,严格控制梁体混凝土龄期。梁体张拉前,除对梁体混凝土强度有要求外,对龄期也应进行控制,避免过早张拉。在设计时就规定龄期须达到10天以上方可张拉,以便减少混凝土收缩和徐变引起的预应力损失和梁体反拱度过大。最后,采用级配良好的石英砂。先张法施工采用砂箱法放张工艺时,宜采用级配良好的石英砂,预应力施加后砂箱的压缩值不应大于0.5mm,装砂量为砂箱长度的1/3-2/5。
7 应力施工值得注意的其它问题
7.1量的计算
理论伸长量和实际伸长量计算时,应考虑千斤顶的预应力筋的工作长度。张拉过程中千斤顶的工具锚锚住预应力筋使其伸长,量测到的伸长量实际包括了千斤顶内工作长度部分的伸长量;有些技术人员在计算理论伸长量时疏忽了千斤顶内工作长度的伸长量,而在实际量测的伸长量数值中,却已经包括了工作长度的伸长量,导致计算的伸长量误差超过+6%;相反,若计算理论伸长量时考虑了工作长度的伸长量,而在实际量测伸长量时没有包括工作长度的伸长量,则可能导致伸长量误差超出-6%。
7.2记录换算
张拉过程中2σ0时的张拉力常用2倍的σ0时的油压表读数代替,且张拉控制应力σcon对应的油压表读数,没有依据千斤顶与压力表配套校正校验报告给定的相应参数,而进行内插法换算。
7.3记录初应力的伸长值推算
目前施工中,张拉施工人员对初应力的伸长值计算大致有四种方法: ①直接量测法,初应力的伸长量为凭经验感觉预应力筋刚好拉紧后到张拉至初应力σ0 时量测到的预应力筋的伸长量;②直接计算法,初应力σ0 的伸长量为(σ0/σcon)×L(L为理论计算伸长量);③间接计算法,张拉过程量测初应力σ0至张拉到张拉控制应力σcon的伸长量L,初应力σ0的伸长量取值为[σ0/(σcon-σ0)]×L(mm);④采用相邻级的伸长值,例如初应力σ0 为10%σcon时,其伸长值采用由10%张拉到20%的伸长值。
8 结语
预应力混凝土桥梁预制安装施工质量直接影响桥梁质量、使用寿命和营运安全,务必引起广大从业人员的高度重视,切实抓好每道工序、每个环节的质量控制, 确保桥梁梁板预制安装工程的质量。