唐曉成

(重慶巨能建設(shè)集團(tuán)路橋公司,重慶 400700)

淺析現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力施工存在的問題與防治

唐曉成

(重慶巨能建設(shè)集團(tuán)路橋公司,重慶 400700)

隨著國家公路及市政建設(shè)的高速發(fā)展,以及預(yù)應(yīng)力材料高強(qiáng)度性能的充分利用,有效減輕橋梁結(jié)構(gòu)自重,最大限度的增加橋梁跨徑,使預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁工程中得到廣泛設(shè)計(jì)與應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力是橋梁工程中關(guān)鍵工序,其質(zhì)量的好壞直接影響工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量、結(jié)構(gòu)的使用和結(jié)構(gòu)的耐久性。為此,本文就對現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力箱梁橋在預(yù)應(yīng)力施工過程中常見問題進(jìn)行分析與闡述,并提出相應(yīng)的防治措施。

現(xiàn)澆箱梁 預(yù)應(yīng)力施工 防治措施

1 預(yù)應(yīng)力施工常見問題及產(chǎn)生的原因分析

1.1 常見問題

現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力施工容易出現(xiàn)的問題主要是在預(yù)應(yīng)力管道定位、穿束、張拉、壓漿、錨固等五個環(huán)節(jié)。常見的問題有:孔道移位,穿束困難,孔道漏漿,孔道堵塞,壓漿不飽滿,預(yù)應(yīng)力筋斷絲、滑絲,張拉應(yīng)力損失過大,伸長量不足等。

1.2 產(chǎn)生原因分析

1.2.1 孔道移位

孔道移位往往是施工不認(rèn)真、固定點(diǎn)焊接不牢固和操作不當(dāng)造成的,主要原因有:(1)固定點(diǎn)間距過大,沒有按設(shè)計(jì)間距固定,轉(zhuǎn)角和彎道加密區(qū)未加密;(2)固定點(diǎn)焊接不牢,澆筑砼時管道上浮或橫向移位;(3)彎道防爆鋼筋方向不對;(4)澆筑砼時沒有對稱下料,導(dǎo)致振搗時腹板截面變大和鋼束孔道橫向移位;(5)施工放樣定點(diǎn)錯誤,完畢后沒有逐一復(fù)核。

1.2.2 穿束困難

由于在現(xiàn)澆箱梁中往往是幾跨為一聯(lián),預(yù)應(yīng)力束很長,可以上幾百米,這無疑給穿束工作帶來困難,通常有以下原因:(1)設(shè)計(jì)原因,設(shè)計(jì)成孔管道直徑與預(yù)應(yīng)力束直徑不匹配,直徑差過小;(2)牽引頭選擇不當(dāng),牽引頭有采用鐓頭式、錨固式、鋼筒楔頭式等,導(dǎo)致牽引頭過長在幅度區(qū)穿束困難或破壞管壁;(3)穿束機(jī)械選擇不當(dāng)或機(jī)械牽引力過小。由于管道長,管道摩阻力較大,選擇的機(jī)械牽引力過小,同時,對于有坡度的預(yù)應(yīng)力穿束,一般選擇從高處向低處方向穿束。

1.2.3 孔道漏漿、管道堵塞

由于管道在砼澆筑前被破壞或接頭包裹不嚴(yán),導(dǎo)致砼澆筑時水泥漿進(jìn)入管道,其產(chǎn)生的主要原因:(1)施工工序不當(dāng),未穿預(yù)應(yīng)力束便進(jìn)行側(cè)模加固,致使穿束時管道局部破損而沒有仔細(xì)檢查和發(fā)現(xiàn);(2)管道接頭處包裹不牢、接頭過短或接頭內(nèi)外管不匹配,在穿鋼束時接頭脫節(jié)。(3)焊渣燒壞管道或固定管卡時不小心灼傷管道而沒有被發(fā)現(xiàn)。(4)管道材質(zhì)不符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。(5)對于半徑較小的管道在剛束穿束時未選擇合適的牽引設(shè)備,導(dǎo)致在穿束過程中造成管道破壞。(6)錨墊板根部與波紋管處沒有包裹好、錨孔沒有填塞和壓漿孔沒有堵塞。(7)排氣孔處管道處理方法不當(dāng)或包裹不嚴(yán)、排氣孔不小心埋入砼中等而進(jìn)砼漿導(dǎo)致堵塞。

1.2.4 斷絲、滑絲

斷絲的主要原因:(1)鋼絞線材質(zhì)不符合要求,有斷頭、刻痕或嚴(yán)重銹蝕。(2)操作過程中沒有做到孔道、錨圈、千斤頂三對中,造成鋼絲偏中,受力不均,個別鋼絲應(yīng)力集中。(3)張拉油表失靈或千斤頂未按規(guī)定進(jìn)行校驗(yàn),導(dǎo)致在張拉時張拉應(yīng)力過大。(4)預(yù)應(yīng)力束沒有編束或編束方法錯誤,使得鋼束長短不一或發(fā)生交叉,造成鋼束受力不均。(5)預(yù)應(yīng)力剛束和錨具硬度不匹配,夾片或錨塞的硬度過大而切入鋼絲表面過深,導(dǎo)致鋼絲斷裂的現(xiàn)象。(6)錨具幾何尺寸的影響。錨環(huán)內(nèi)圓錐兩端出口處倒角不夠(R〈2mm),使鋼絲在張拉過程中形成死角和刀口,造成鋼絲斷絲;錨頭5mm處齒段長度不足,造成張拉時鋼絲的錨口摩阻力大,并產(chǎn)生應(yīng)力集中和斷絲。(7)限位板限位深度過小而引起的斷絲。(8)施工焊接誤傷或用作接地線接,造成鋼絲間短路而損傷鋼絲,引發(fā)張拉時可能斷絲。

滑絲的主要原因:(1)錨圈錐孔與夾片之間有夾雜物。(2)預(yù)應(yīng)力筋和千斤頂卡盤內(nèi)有油污。(3)錨下墊板喇叭口內(nèi)有砼和其它殘?jiān)?4)錨圈偏離錨墊板止口。(5)鋼絞線直徑的影響,錐形錨具錨塞的角度和錨圈內(nèi)孔的錐形角度均是按鋼絞線的公稱直徑設(shè)計(jì)的,鋼絞線直徑偏差大,必將造成錨具各組裝件間的平衡狀態(tài)遭到破壞。顯然直徑不均的鋼絲組裝在一起,直徑小的鋼絲就容易滑絲。(6)錨具(錨圈、錨塞、夾片)質(zhì)量不符合要求。(7)動力作用的影響,錐形錨受到動力作用時,有可能松動,造成滑絲。(8)限位板限位深度過大而引起的滑絲。

1.2.5 張拉應(yīng)力損失過大

張拉應(yīng)力損失過大的主要原因:(1)錨固損失:錨具變形引起預(yù)應(yīng)力筋的回縮、滑移。(2)摩阻力損失:在預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中,后張法預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦。(3)砼的收縮和徐變引起的損失。(4)松弛損失:長度不變的預(yù)應(yīng)力筋,在高應(yīng)力的長期作用下會產(chǎn)生松弛,會引起預(yù)應(yīng)力損失。(5)彈性壓縮損失:砼彈性壓縮,后張法中后拉束對先張拉束造成的壓縮變形而產(chǎn)生分批張拉損失等。

1.2.6 伸長量不足

伸長量不足的主要原因:(1)預(yù)留管道不順直,致使預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩阻力增加,雖控制應(yīng)力未變,但平均張拉應(yīng)力降低,而使伸長量不足。(2)所采用的預(yù)應(yīng)力筋力學(xué)參數(shù)與理論計(jì)算所采用參數(shù)有差異。(3)張拉設(shè)備標(biāo)定時或油表讀數(shù)換算為拉力的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。(4)管道漏漿使管內(nèi)某段處鋼束固結(jié),導(dǎo)致伸長量不足。(5)管道發(fā)生位移使鋼束線形發(fā)生變化以致預(yù)應(yīng)力筋變短而伸長量不足。(6)對于曲線連續(xù)箱梁在計(jì)算伸長量時沒考慮平彎對鋼束的影響。

1.2.7 壓漿不飽滿

孔道壓漿不飽滿產(chǎn)生的主要原因:(1)孔道壓漿時未按照由低處向高處的方式進(jìn)行壓漿。(2)水泥漿配合比不當(dāng),泌水率太大,造成水泥漿離析,管道內(nèi)形成游離水。(3)水泥漿的膨脹率和稠度指標(biāo)控制不好。(4)孔道漏漿、堵塞導(dǎo)致壓漿困難。(5)壓漿時壓力不夠或封堵不嚴(yán)密。(6)管道壓漿前未進(jìn)行清理。(7)管道較長時未設(shè)置排氣孔或排氣孔設(shè)置不恰當(dāng)。(8)注漿孔、排氣孔堵塞。(9)管道周圍砼不密實(shí),在壓漿過程中管道出現(xiàn)漏漿。(10)孔道串孔,內(nèi)漏,封堵不嚴(yán)密,不能保持壓力持荷。(11)孔道空隙較小,水泥漿不易壓入。

2 防治措施

2.1 孔道移位的防治措施

(1)在進(jìn)行孔道定位時要仔細(xì)核對相應(yīng)固定點(diǎn)的坐標(biāo)位置,正確后固定。電焊固定時點(diǎn)焊要牢固,并不得燒傷孔道壁;固定點(diǎn)間距嚴(yán)格按設(shè)計(jì),在轉(zhuǎn)角、變弧和彎道處應(yīng)比設(shè)計(jì)適當(dāng)加密。(2)彎道防爆鋼筋方向要放置正確。(3)澆筑砼時腹板砼要對稱下料,下料高度和砼堆料高度基本一致,振搗時要對稱均勻振搗,防治腹板內(nèi)側(cè)模位移而截面變大和鋼束孔道橫向移位(沒有對拉桿的腹板)。

2.2 防治穿束困難的措施

(1)在施工時先要核對和計(jì)算圖紙上相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力束與對應(yīng)的孔道內(nèi)徑,要求孔道的內(nèi)徑要比預(yù)應(yīng)力束的外徑大5-10mm,且孔道面積應(yīng)大于預(yù)應(yīng)力束截面凈面積的2倍,否則應(yīng)提請?jiān)O(shè)計(jì)修改成孔材料規(guī)格。(2)根據(jù)孔道長度和曲線弧度變化緩急選用相應(yīng)的牽引頭方式,一般講盡量選擇牽引頭相對較小和較短的,以便于在曲線區(qū)穿束容易和不會破壞管壁。(3)穿束機(jī)械選擇要正確,一般超長束、特重束和多波曲線束,一般選擇牽引型機(jī)械作牽引設(shè)備,如卷揚(yáng)機(jī),要求卷揚(yáng)機(jī)的速度宜慢些(10m/min),且電機(jī)功率為1.5-2.0kW,才有足夠的牽引力,對于有坡度的預(yù)應(yīng)力穿束,一般選擇在高處方向牽引。

2.3 孔道漏漿、堵塞防治措施

(1)對每批進(jìn)場的波紋管材料進(jìn)行取樣、檢測,使用的波紋管必須具備足夠的承壓強(qiáng)度和剛度。有不合格或破損的管材不得使用。(2)嚴(yán)格按正確的工序施工,每道工序完成后經(jīng)檢驗(yàn)合格方可進(jìn)行下道工序。(3)管道接頭長度為20-30cm,采用大一號的同型螺旋管,接頭兩端包裹牢固,避免在穿鋼束時接頭脫節(jié)。(4)鋼筋電焊和固定管道管卡時應(yīng)防止電焊火花灼燒波紋管的管壁,同時每完成一個管卡時仔細(xì)檢查該處有沒有燒傷現(xiàn)象,做到及時發(fā)現(xiàn)及時處理。(5)錨墊板根部與波紋管接頭處要包裹好,排氣孔、灌漿孔及泌水孔要位置留設(shè)正確,錨孔要填塞和壓漿孔堵塞。排氣孔、泌水孔及中間灌漿孔要開口向上,要露出砼面至少500mm上,并包裹好防治進(jìn)漿堵塞。(6)在砼澆筑前先進(jìn)行孔道鋼絞線穿束,穿束過程中跟蹤檢查管道是否受損,對被已破壞的位置及時進(jìn)行處理。(7)遇到孔道堵塞時,首先根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋曲線坐標(biāo),標(biāo)注漏漿孔道堵塞的位置,在避開梁的主筋位置,采用沖擊鉆緩慢進(jìn)行開孔,清除波紋管中的水泥漿塊,然后待張拉完畢后用高一等級微膨脹砼封堵孔洞。

2.4 壓漿不飽滿防治措施

(1)孔道壓漿時嚴(yán)格按照由低向高、先下后上的方式進(jìn)行施作,張拉完成后應(yīng)及時進(jìn)行管道壓漿。(2)根據(jù)孔道形式、壓漿方法、材料性能及設(shè)備等因素,選擇配合比,一般宜采用純水泥漿;空隙大的孔道,水泥漿中可摻入適量的細(xì)砂,優(yōu)化水泥漿的配合比既能保證足夠的強(qiáng)度,又能有效地控制泌水率及有效膨脹系數(shù)。(3)水泥漿的拌制:水灰比宜為0.40～0.45,稠度控制在14～18s之間,水泥漿拌和時,先下水后下灰,拌和時間不少于2min,水泥漿自拌制到壓入孔道的間隔時間不得超過40min。(4)嚴(yán)格控制水泥漿的泌水率及有效膨脹系數(shù),泌水率最大不超過3%,拌合后3h泌水率宜控制在2%,24h后泌水應(yīng)全部被漿吸收。水泥漿的流動性不超過6s。水泥漿中所加入的外加劑通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確定。(5)孔道壓漿前用壓力水沖洗,以排除孔內(nèi)粉渣雜物,保證孔道暢通。沖洗后用空壓機(jī)吹去孔內(nèi)積水,但要保持孔道濕潤。在沖洗過程中,若發(fā)現(xiàn)有冒水,漏水現(xiàn)象,則應(yīng)及時堵塞漏洞。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有串孔現(xiàn)象不易處理時,應(yīng)判明串孔數(shù)量,安排幾個串孔同時壓漿?；蚰骋豢椎缐簼{后,立即對相鄰孔道用高壓水徹底沖洗。(6)采用真空泵壓漿工藝。壓漿前,先用真空泵抽吸管道中的空氣,使管道的真空度不小于-0.08Mpa,然后在管道另一端用壓漿泵以一定的壓力將攪拌好的水泥漿體壓入預(yù)應(yīng)力管道并產(chǎn)生一定的壓力,由于管道內(nèi)只有極少數(shù)空氣,漿體中很難形成氣泡;同時管道內(nèi)和壓漿泵之間的預(yù)應(yīng)力差,大大提高管道內(nèi)漿體的飽滿度和密實(shí)度,從而減少漿體的離析、泌水和干硬收縮。(7)對較長的管道在管道最高點(diǎn)處設(shè)置排氣管,使在壓漿過程中將管道內(nèi)的空氣及時排除。(8)保證壓漿壓力。壓漿使用活塞式壓漿泵,壓力以保證壓入孔內(nèi)的水泥漿密實(shí)為準(zhǔn),壓力從小逐步增加,最大壓力一般為0.5～0.7Mpa。每個孔道壓漿至最大壓力后,應(yīng)有一定的穩(wěn)壓時間,壓漿應(yīng)達(dá)到孔道另一端飽滿和出漿,并應(yīng)達(dá)到排氣孔排出與規(guī)定稠度相同的水泥漿為止,應(yīng)保持不小于0.4～0.6Mpa的二個穩(wěn)壓期,該穩(wěn)壓期不宜少于5min。穩(wěn)壓力應(yīng)保持在0.6～0.8Mpa之間。

2.5 預(yù)應(yīng)力斷絲防治措施

(1)對每批進(jìn)場的材料進(jìn)行抽檢、全檢,對質(zhì)量不穩(wěn)定的產(chǎn)品,嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),必要時應(yīng)逐片檢查夾片的硬度。(2)應(yīng)按規(guī)定要求進(jìn)行錨具外觀尺寸檢驗(yàn)和錨固性能試驗(yàn)。(3)加強(qiáng)進(jìn)場材料防護(hù),錨束在張拉前應(yīng)有專人和專門的措施保護(hù),以免因人為或自然的因素造成鋼絞線刮傷、燒傷、松散、銹蝕及孔道進(jìn)入雜物等事故,穿束完成后及時用帆布將錨束兩端遮蓋。(4)嚴(yán)格控制頂楔力。按規(guī)范規(guī)定頂楔力不應(yīng)超過張拉控制應(yīng)力的60%。(5)對鋼絞線和鋼絲進(jìn)行認(rèn)真編束。(6)若施工中剛束出現(xiàn)斷絲情況,但斷絲數(shù)量在設(shè)計(jì)及規(guī)范范圍內(nèi)的,可采取提高其它鋼絲束的張拉力作為補(bǔ)償。但在任何情況下最大超張拉力不得超過設(shè)計(jì)的規(guī)定。凡反復(fù)張拉已經(jīng)超過三次,或張拉力超過鋼絲的抗拉極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,則整束更換。(7)限位板限位深度過小,張拉時工作夾片不能充分后退導(dǎo)致鋼束被夾片刮傷,鋼絲截面變小而引起的斷絲。通常限位板槽深5-7mm,根據(jù)不同錨固體系和生產(chǎn)廠家有所不同。

2.6 預(yù)應(yīng)力滑絲防治措施

(1)預(yù)應(yīng)力施工的人員必須經(jīng)過專項(xiàng)培訓(xùn),掌握機(jī)械性能,熟悉張拉程序和技術(shù)要求,杜絕誤操作。(2)張拉過程中若發(fā)生異響和不正?，F(xiàn)象時,應(yīng)停止張拉,緩慢回油,再對工作錨、工具錨、夾片、預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行仔細(xì)檢查,必要時予以更換。(3)應(yīng)嚴(yán)格對錨具和預(yù)應(yīng)力筋材料供應(yīng)商的資質(zhì)審查,并按規(guī)定數(shù)量進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。必要時應(yīng)對鋼絲(或鋼絞線)極限強(qiáng)度上限值予以規(guī)定,并對鋼絲表面硬度進(jìn)行檢查。(4)根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋直徑在允許誤差范圍內(nèi)的浮動量,合理選用限位板槽深。(5)限位板限位深度過大,張拉時工作夾片后退過大,導(dǎo)致自錨時不能完全回縮錨固而滑絲。通常限位板槽深不大于7mm,根據(jù)不同錨固體系和生產(chǎn)廠家有所不同。

2.7 預(yù)應(yīng)力張拉損失過大防治措施

(1)所使用的錨具必須與使用的剛束配套,對進(jìn)場的錨具的各項(xiàng)力學(xué)性能進(jìn)行檢測,對不合格的錨具嚴(yán)禁投入使用。(2)改進(jìn)鋼束孔道施工工藝,使孔道線形符合設(shè)計(jì)要求,必要時可使用減摩劑,以減少管道摩擦力對應(yīng)力的損失。(3)通過對剛束進(jìn)行超張拉方式減少應(yīng)力的損失,對于應(yīng)力損失較大的剛束可適當(dāng)超張拉3%~5%。(4)選擇合理的張拉方法,對于曲線預(yù)應(yīng)力筋和長度大于30m的直線預(yù)應(yīng)力筋,宜采用雙端張拉。(5)預(yù)應(yīng)力筋在持久不變的應(yīng)力作用下會產(chǎn)生隨持續(xù)加荷時間延長而增的蠕變,如果把預(yù)應(yīng)力筋張拉到一定的應(yīng)力值后將其長度固定不變則應(yīng)力將會隨時間延長而降低。因此選擇低弛的鋼絞線可有效減少應(yīng)力損失。(6)減少砼收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失應(yīng)減少砼收縮及徐變變形。所用砼采用高標(biāo)號水泥,減小水泥摻量,降低水灰比;采用級配較好的骨料,加強(qiáng)振搗,提高砼的密實(shí)性;加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),張拉前應(yīng)定期澆水養(yǎng)護(hù),以減少砼收縮;延長砼的受力時間控制砼的加載齡期。(7)增加預(yù)應(yīng)力筋張拉至設(shè)計(jì)應(yīng)力時的持荷時間。

2.8 預(yù)應(yīng)力筋伸長量不足防治措施

(1)在張拉前仔細(xì)驗(yàn)算其剛束的伸長量與設(shè)計(jì)是否相符,計(jì)算時所取的預(yù)應(yīng)力筋的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,必要時通過實(shí)驗(yàn)來確定其管道的摩阻系數(shù)及預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量等參數(shù)。(2)張拉前,應(yīng)根據(jù)剛束的控制應(yīng)力、孔數(shù)等要求,選用合適的張拉設(shè)備。(3)張拉所用的設(shè)備必須通過有資質(zhì)的計(jì)量單位進(jìn)行標(biāo)定,張拉時張拉油表和千斤頂必須配套使用。(4)張拉時,按照0%—10%δcon—50%δcon—100%δcon(持荷3~5分鐘錨固)的順序進(jìn)行,并及時記錄、計(jì)算該階段的伸長量。(5)伸長量的量測根據(jù)測定鋼絞線直接伸長值,鋼絞線伸出千斤頂尾端10cm。測定鋼絞線直接伸長值比測定千斤頂?shù)纳扉L量更準(zhǔn)確,減少操作誤差對剛束伸長量的影響。(6)對于半徑較小的連續(xù)箱梁在計(jì)算其伸長量時不僅要考慮剛束的豎彎角度還應(yīng)考慮其平彎角度對剛束的影響。

3 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力工程本是較復(fù)雜和施工要求精細(xì)的工作,任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題將直接影響預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量,可導(dǎo)致工程質(zhì)量事故而無法挽回,為此本文簡要分析了現(xiàn)澆連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力施工容易出現(xiàn)的問題、產(chǎn)生的原因及防治措施,對類似工程施工起指導(dǎo)作用,同時也可對其他預(yù)應(yīng)力橋梁工程起參考作用。

[1]閻毅志.后張法預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量問題的原因及對策.山西交通科技,2007.12第6期共第18期.