预应力混凝土桥梁施工常见质量问题及防治措施

预应力混凝土桥梁施工常见质量问题及防治措施武汉市市政工程质量监督站 何祖亮2018年3月主要内容1预应力混凝土桥梁施工常见质量问题2预应力混凝土桥梁病害分析3预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施预应力混凝土桥梁施工常见质量问题 预应力技术在桥梁施工中广泛应用，但施工过程中控制不好就会出现预应力不足或超过、预应力方向不符合设计、压浆不饱满等情况，最终导致构件出现裂缝等病害，影响桥梁整体承载力，给桥梁留下质量、安全隐患。病害主要发生在以下两个主要阶段：准备阶段施工阶段（张拉、压浆、放张、封锚）常见施工质量问题准备阶段n预应力筋锈蚀、断裂n预应力施工机具使用不规范n预应力筋、波纹管定位安装不准n钢绞线发生缠绕n锚板位置不准n锚下螺旋筋遗漏或匝数与设计不符常见施工质量问题施工阶段n预应力筋滑丝、断丝n上拱度不符合要求（上拱度过大、不足或梁体侧弯）n后张法预应力管道堵管（多数是管道破损引起）n放张顺序不对或采用切割钢绞线放张n预应力筋张拉未采取双控n压浆不饱满、不及时n封锚不规范n未做同条件试块或同条件试块未随梁养护n预应力筋切割方式不规范n预应力混凝土锚下裂缝n张拉记录及压浆记录与现场施工脱节，不能真实反映施工情况2 预应力混凝土桥梁病害分析 2.1预应力对桥梁的作用 预应力在桥梁结构中的使用的优点：n提高了桥梁构件的抗裂度和刚度；n有效改善了构件的使用性能；n增加结构的耐久性；n提高了桥梁跨度，减小桥梁自重，节省钢材与混凝土用量，对大跨径桥梁，有显著优越性；n减少了混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，有利于减小梁的腹板厚度，使梁自重进一步减小；n可作为结构构件连接的手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。2.2预应力混凝土桥梁病害分析预应力混凝土桥梁病害分析1 梁体下挠n全预应力构件，预应力效应的作用是比较大的，其提供的消压弯矩能有效保证构件的预应力度。如果预应力施工不当，梁体内不能建立有效的预应力，在混凝土徐变的共同作用下，梁体必将发生严重的下挠。挠度过大不但会使跨中主梁下凹，破坏桥面的铺装层，影响桥梁的使用寿命和行车舒适性，甚至危及高速行车时的安全。n跨中持续下挠的影响因素有：预应力的损失、结构的刚度、超重、混凝土的收缩徐变、温度的影响，而最主要的因素是预应力的损失。有效预应力精度不够n有效预应力偏小，预应力不足，结构过早出现裂缝，下挠超限；n有效预应力偏大，可能导致预应力筋安全储备不足，结构过大变形或裂纹，甚至脆性破坏。预加应力不足造成的桥梁病害预加应力不足造成的桥梁病害梁体主跨下挠达梁体主跨下挠达梁体主跨下挠达梁体主跨下挠达30.5cm30.5cm、腹板斜裂缝数以千计、腹板斜裂缝数以千计、腹板斜裂缝数以千计、腹板斜裂缝数以千计美国加州Parrots Ferry Bridge（主跨195m）跨中明显下挠2.2预应力混凝土桥梁病害分析2 梁体开裂n在预应力桥梁使用中发现，有相当数量的箱梁在顶板、腹板、底板、横隔板以及齿块等部位出现了各种不同形式的裂缝，其中箱梁腹板裂缝最为普遍和严重。n预应力简支梁在运营中大量出现底板、腹板裂缝，承载能力下降。2.2预应力混凝土桥梁病害分析 3 梁体断裂 由于预应力筋的有效预应力失效或梁体裂缝，特别是纵向预应力损失过大引起下挠和底板横向裂缝的进一步发展。当发展到一定程度，由量变转为质变，使梁体发生结构性破坏。某高速路空心板底部大量裂缝2.2预应力混凝土桥梁病害分析预应力混凝土桥梁病害分析n预应力混凝土桥梁的病害主要是梁体下挠和开裂。而这种病害在刚成桥的检测和试验中无法体现，特别是梁体的下挠，在成桥荷载试验时，桥梁的承载力能够达到要求，但运营阶段，在荷载特别是活载作用下，跨中将持续下挠。这是由于预应力筋的有效预应力不均匀度过大，相当于有效预应力大的钢筋承受了本应该所有预应力筋承受的力，这样有效预应力大的钢筋在使用阶段逐渐屈服，梁体也随之下挠。而随着梁体下挠和开裂的不断发展，桥梁承载力将严重下降，甚至有断裂的危险。预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施1预应力筋锈蚀、断裂（保管不当或穿束过早引起）预应力筋锈蚀、断裂（保管不当或穿束过早引起）表现形式：表现形式：1)预应力筋在施工阶段发生锈蚀，减小预应力筋截面积，预应力效果达不到设计要求，还易产生断丝或预应力筋整根断裂；当锈蚀严重影响握裹力时，会降低结构的安全性；2)预应力筋在施工阶段发生弯折、断裂，无法张拉；3)张拉后未及时压浆，引起锈蚀。n钢绞线张拉前锈蚀 钢绞线弯折、断裂 预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施1预应力筋锈蚀、断裂预应力筋锈蚀、断裂防治措施：防治措施：1)钢绞线应规范存放、专人保管；2)在临近张拉时放置钢绞线，应在张拉前采取必要的防锈措施；3)钢绞线穿束后应加强保护，避免受到外力而发生损坏；4)尽量缩短张拉与混凝土施工（压浆）的时间，并及时封闭端头（先张法）或封锚（后张法）。预应力材料及器材在运输、存放、加工、安装过程中，应采取防止其损伤、锈蚀或污染的措施：预应力材料及器材具体要求有粘结预应力筋开展后应平顺，不应有弯折，表面不应有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮和油污 锚具、夹具、连接器和锚垫板表面应无污物、锈蚀、机械损伤和裂纹 无粘结预应力筋保护套应光滑、无裂纹、无明显褶皱 后张预应力成孔管道内外表面应清洁，无锈蚀，不应有油污、孔洞和不规则的褶皱，咬口不应有开裂或脱落预应力筋安装后的保护：n对在混凝土浇筑或养生之前安装在孔道中但未在规定时限内压浆的预应力筋，应采取防锈措施，直至压浆；n预应力筋安装在孔道中后，应采取适当的方式保护外露的预应力筋，后续工程施工中应避免预应力筋、管道、锚垫板及锚具损伤和移位；n在任何情况下，在安装有预应力筋的构件附近进行电焊时，应对全部预应力筋和金属件进行保护，防止溅上焊渣或造成其他损坏。钢绞线外露处包裹防锈 注意对预应力钢绞线原材料以及穿入张拉管道后的保护，采取覆盖、包裹塑料布等防止锈蚀的措施。不得在水养完成前将钢铰线穿入管道。预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施2预应力施工机具使用不规范预应力施工机具使用不规范表现形式：表现形式：1)张拉机具随意摆放，保养不到位或不及时，导致设备损坏且不能及时维修；2)张拉机具未按规定要求成套标定，张拉用油泵压力表指示不准，不能保证张拉力达到设计要求；3)张拉油顶与油表不配套；4)压浆用压力表损坏，无法控制压力；5)压浆管爆裂致使无法正常压浆。油表损坏无法读数 油表污染无法读数 预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施2预应力施工机具使用不规范预应力施工机具使用不规范防治措施：防治措施：1)建立预应力张拉用机具设备和仪表标定台帐并严格按规定要求配套进行标定；2)选用可靠性良好的施工机具并专人负责保管、使用、保养，保证施工机具完好性，避免出现中途损坏、油表指针抖动厉害等问题；3)选用质量较好的压浆管并严格控制压浆时的压力；4)为避免液压油混入杂质而导致油路不畅，应定期更换液压油。正常状态的油表 预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施3预应力筋、波纹管定位安装不规范预应力筋、波纹管定位安装不规范 表现形式：表现形式：1)先张法板梁钢绞线定位不准，实际预应力位置与设计不符；2)后张法施工波纹管横、竖向定位不准确，安装不牢固，导致施加预应力位置与设计不符，构件易产生裂缝；3)钢绞线编束混乱，两端不能一一对应或管道内发生缠绕，影响张拉；4)锚板位置与设计不符，发生歪斜，导致预应力施加方向、位置与设计不符，影响梁体的结构安全；5)预应力筋与锚垫板不垂直，张拉时产生应力集中，可导致预应力筋断裂；6)锚下螺旋筋遗漏或直径、匝数与设计图纸不符。钢绞线间距与图纸不符 波纹管紧贴腹板内侧钢筋 波纹管定位不准，外偏 波纹管安装定位偏差过大，预应力孔道线形与设计线形相差较大波纹管定位钢筋漏焊 锚板位置与设计不符 钢绞线互相缠绕穿束工艺不当，导致钢绞线无法穿全锚下螺旋筋遗漏 部分锚下螺旋筋匝数偏少（设计不少于5匝）预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施3预应力钢筋、波纹管定位安装不规范预应力钢筋、波纹管定位安装不规范 防治措施：防治措施：1)施工管理人员应加强工后复核，尤其加强定位筋间距、管道线形及管道坐标复核；2)针对钢绞线穿束易产生的如扭曲、长短不一、缠绕等质量问题，宜优先采用编束后整体穿入的方法，即将一根钢束中的全部预应力筋疏顺编束后整体穿入孔道中，整体穿束时，束的前端应扎紧并缠裹胶布或套上弹头型壳帽。检查方法为两端所有钢绞线束均平齐为准，可在钢绞线上做好标记以利于查找。3)加强锚垫板安装质量控制，确保预应力筋轴线与锚垫板垂直；预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施4）管道与普通钢筋相碰时，可适当移动普通钢筋或适当进行弯折，预应力管道不动。横隔板钢筋与波纹管冲突时应将横隔板钢筋弯起绕过马蹄位置钢筋与波纹管相冲突，应将钢筋加高或降低以方便安装管道线形、坐标复核 波纹管定位安装技术要求：密封良好、接头严密、线型平顺、安装牢固预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施4预应力筋滑丝、断丝表现形式：表现形式：n锚夹具在预应力张拉后，夹片“咬不住”钢绞线或钢丝，钢绞线或钢丝滑动，导致实际预应力达不到设计值，降低结构承载能力。n张拉钢绞线或钢丝时，夹片将其“咬断”，即齿痕较深，在夹片处断丝。预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施4预应力筋滑丝、断丝原因分析n锚夹片硬度指标不合格、硬度过低；夹不住钢绞线或钢丝；硬度过高则夹伤钢绞线或钢丝，有时因锚夹片齿形和夹角不合理也可引起滑丝或断丝。n钢绞线或钢丝的质量不稳定，硬度指标起伏较大，或外径公差超限，与夹片规格不相匹配。预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施4预应力筋滑丝、断丝预应力筋滑丝、断丝防治措施：防治措施：1)应将实际使用的预应力筋与锚具配套进行锚固性能试验，确保其具有良好的匹配性；锚夹片的硬度除了检查出厂合格证外，在现场应进行复验；2）钢绞线和钢丝的直径偏差、椭圆度、硬度指标应纳入检查内容。如偏差超限，质量不稳定，应考虑更换钢绞线或钢丝的产品供应单位。3)工具锚应根据使用情况及时更换；4)锚垫板安装时应垂直于管道，并固定牢固，防止张拉时千斤顶与管道不在同一直线上发生滑丝、断丝。5）滑丝断丝若不超过规范允许数量，可不予处理，若整束或大量滑丝和断丝，应将锚头取下，经检查并更换钢束重新张拉。预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施5梁体张拉后上拱度不符合要求梁体张拉后上拱度不符合要求表现形式：表现形式：1)梁体上拱度不足，使用期下挠偏大，易开裂，影响其耐久性；2)梁体上拱度超出规范允许，易引起梁体上层混凝土开裂；预制梁在预应力筋张拉后上拱度大小不一，安装后相邻梁中部出现高差。3)梁体张拉后发生侧弯，超出设计要求的范围，改变了梁体受力状态，梁体易产生破坏。n上拱度偏大 张拉后侧弯 预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施5梁体张拉后上拱度不符合要求防治措施：防治措施：1)应尽量减小混凝土的收缩和徐变，如在配合比中尽量减少水泥用量，减小混凝土的水灰比，增加粗骨料用量；尽可能延长混凝土的龄期和存放时间，加强混凝土养生。存梁期不能超过规范或设计要求的限定时间；2)严格按照设计要求进行预应力筋安装，确保预应力筋定位准确，防止预应力方向错误导致梁体侧弯；3）预应力筋张拉时按设计要求的顺序进行，左右对称施加预应力张拉速度应一致，保证构件对称受力；4)严格按照规范制作同条件养护试块，在混凝土强度、龄期、弹性模量达不到规定要求时不得进行张拉。每片梁张拉预应力筋时混凝土的龄期应当一样。5）架设时尽可能将上拱度相近的梁安装在同一孔内，使相邻梁的拱度差不大于1cm。预应力混凝土桥梁施工常见质量问题的防治措施6后张法预应力管道损伤、孔洞导致堵管现象：预应力筋穿入孔道，根据其与混凝土的关系分为先穿束和后穿束。混凝土浇筑前将预应力筋穿入管道内的工艺方法称为先穿束，而待混凝土浇筑完毕再将预应力筋穿入孔道的工艺方法称为后穿束。后张法预应力管道一旦有损伤、孔洞，混凝土浇筑过程中水泥浆进入孔道形成堵管。采用先穿束的，待混凝土浇筑后