大跨度预应力桥梁施工控制

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  【摘 要】 在大跨度桥梁的施工过程中,预应力施工技术较为复杂,施工中应该不断的引进新技术、采用新材料,并进一步对工作人员进行技能培训,提高施工人员的实际操作水平,严格按照相关施工规范进行操作,避免发生安全事故,确保工程项目能够按照进度顺利展开,提高施工质量。本文主要对大跨度桥梁预应力施工控制进行了分析探讨。
  【关键词】 大跨度桥梁;预应力;存在问题;施工控制
  引言:
  随着我国大力兴建基础设施,近十年来已经先后建成了很多大跨度桥梁,经过多年来的技术创新和改造,在桥梁建设过程中采用预应力技术发挥了及其重要的作用,能够将施工材料的各种性能充分的发挥出来,并且有效地避免了桥梁开裂等问题,降低了桥梁结构自重,同时还能够进一步增大桥梁的实际跨度,提高桥梁具有的刚度,增加了行车舒适度。
  一、大跨度预应力桥梁施工控制技術的影响因素
  1、施工监测误差
  施工监测是桥梁施工控制中最基本的技术手段之一,包括应力监测、变形监测等。因测量仪器本身、仪器安装、测量方法、数据采集、环境情况等方面存在误差,所以结构监测总是存在误差。该误差一方面可能造成结构实际参数、状态与设计或控制值吻合较好的假象,另一方面也可能造成将本来较好的状态调整变差的情况发生。所以,保证测量的可靠性对控制极为重要。
  2、结构计算分析模型
  对实际桥梁结构进行简化而建立的计算模型,会与实际结构的真实情况之间存在误差,包括各种假定条件、边界约束条件的处理和模型本身的精度等方面。控制中需要在这方面做大量工作,如建立最能反映结构实际特征的模型和分析方法,必要时还要进行专门的试验研究,以使计算模型误差所产生的影响减到最低限度。同时,可通过对多种方法的计算结果作对比分析,验证计算结果的正确性。
  3、材料收缩、徐变
  对混凝土桥梁结构而言,材料收缩、徐变对结构内力、变形有较大的影响,这主要是由于施工中混凝土普遍加载龄期短,各阶段龄期相差较大,控制中要予以认真研究,以期采用合理的、符合实际的徐变参数和计算模型。
  二、大跨度预应力桥梁施工技术
  1、波纹管质量控制
  1.1波纹管的定位
  布置波纹管时首先根据设计图纸要求,严格按照预应力钢束的横向和竖向坐标,对波纹管进行精确定位,用钢筋焊接到箱梁钢筋作为波纹管的标高定位筋,间距1m,再用U型筋焊接在水平定位筋上防止波纹管横向移动。
  1.2波纹管的连接
  波纹管接头处用专门的波纹管接头连接,防止穿束时引起波纹管翻卷导致管道阻塞。波纹管的连接要注意连接方向要与穿钢绞线的方向一致,避免穿钢束时刮伤波纹管。
  1.3波纹管的保护
  施工中注意对波纹管道的保护,避免烧伤、碰伤。在混凝土浇筑前检查波纹管是否有孔洞或变形,接头处是否用胶带密封,在与锚垫板接头处一定要用胶带或者棉纱等封堵严密以防混凝土或杂物进入波纹管和锚垫板孔内。浇筑混凝土时在波纹管密集处用小直径振捣棒振捣,尽量避满振捣棒直接接触波纹管。波纹管安装好后,宜插入塑料管作为内衬,以加强波纹管的刚度和顺直度,防止波纹管变形,碰瘪、损坏。以防震破波纹管造成管道堵塞。
  2、混凝土的浇筑和养生
  模板、钢筋及预应力系统安装完成,经监理工程师检查签证后,即可进行混凝土浇筑。混凝土由集中搅拌站生产,砼输送泵泵送入模浇筑。采用插入式振动器振捣密实,施工中应特别注意对端部锚固区混凝土的振捣密实,并避免振动器碰撞预应力钢材的管道及其他预埋件,并经常检查模板、管道、锚固端垫板等,以保证其位置及尺寸符合设计要求。浇筑完成混凝土初凝后,应抽出内衬管,并用通孔器检验所有的管道是否畅通,并立即进行养生。连续箱梁养生采用湿润法养护,并派专人专门负责,始终保持湿润状态,同时注意对预留孔道的保护,严禁将水和其他物质灌入孔道,以防止波纹管生锈。
  3、钢绞线预应力施加及其质量控制
  关于张拉控制力,施工设计图中均会有明确要求。但这种要求一般指锚下控制应力。如何实现设计图中要求的锚下控制应力,应充分考虑到施工过程中各种引起预应力损失的影响因素。这些因素主要有三种,一是混凝土压缩变形,二是锚圈口摩阻预应力损失,三是夹片回缩引起的预应力损失。混凝土压缩变形的控制,主要在于控制混凝土的质量;锚圈口摩阻预应力损失,《桥涵施工技术规范》中规定有明确的弥补方式。而夹片回缩引起的预应力损失,与施工实际情况有极大的联系。钢束越长,夹片回缩量占总伸长量的比例越小;钢束越短,夹片回缩量占总伸长量的比例越大。夹片本身的锥度对夹片回缩量也有较大影响。不同锥度的夹片,用于同一种直径的钢绞线,千斤顶回油后夹片的回缩量是不同的。因此,为弥补夹片回缩引起的预应力损失,达到精确控制锚下应力的目的,应充分考虑钢束的长短及夹片锥度,综合考虑混凝土压缩变形、锚口摩阻预应力损失后,按长度分批确定实施时的张拉控制应力。
  预应力连续箱梁的张拉顺序恰当与否,不仅关系到预应力损失的大小,及施工支架搭设的经济性;更为关键的是,影响到箱梁结构安全,桥幅越宽影响越大。某跨线桥设计资料中规定张拉顺序为:“腹板束→横梁束→顶底板束→桥面板横向束,并按先长束后短束的原则进行”。按照此顺序进行张拉,横梁底部的支架除要能承受横梁的自重外,尚需能承受由于腹板先张拉而传递到横梁的荷载。后经验算,碗扣式脚手架立杆不足以承受如此大的荷载,横梁中的普通钢筋将参与受力,再次对普通钢筋配筋进行验算后,发现设计图纸中横梁顶面配置的钢筋,远不足以抵抗横梁承受荷载所产生的弯矩。强行先张拉腹板钢束将可能导致支架失稳及墩顶位置横梁顶面开裂,进而破坏结构。改用其他形式的支架又不经济,综合分析及计算后,最终采用先张拉横梁的部分钢束的办法,利用横梁先行张拉的钢束来承受腹板张拉后传递来的荷载。横梁先张拉部分钢束的数量不宜过多,也不宜过少;张拉的钢束太少不足以承受荷载;过多张拉后横梁的起拱值太大,对未施加预应力的腹板弯矩较大处混凝土裂缝防治不利。最终实施的张拉顺序调整为:第一批横梁束→腹板束→第二批横梁束→顶底板束→桥面板横向束→空心板吊装完成后端横梁剩余钢束,并按先长束后短束的原则进行。最终使整个预应力的张拉结果满足了设计和规范要求,达到了预期的效果。   4、孔道灌浆与封端处理
  孔道灌浆是后张法预应力工艺的重要环节。须注意灌浆用水泥标号应符合设计或规划要求,一般采用不低于425#的硅酸盐水泥、普通水泥或采用矿渣水泥。水泥浆水灰比例控制在0.4~0.45之间,3h后泌水率不宜大于2%最大值不超过3%.24h后泌水应全部被浆吸回。为减少水泥浆收缩,可掺0.05%~0.1%的脱脂铝粉或其他类型的膨胀剂,并应与水泥浆均匀混合,水泥浆调度应满足规范要求。灌浆前用压力水冲洗孔道,压力宜控制在0.3~0.5mpa.灌浆顺序应先下后上,直线孔道灌浆可以从构件一端到另一端曲线孔道应从最低点开始向两端进行,在最高点设排气管。孔道末端应设置排气孔,灌浆时待排气孔益处浓浆后,才能将排气孔赌注继续加压到0.5~0.6mpa,并稳定两分钟,关闭控制砸,保持孔道内压力。每条孔道因一次灌成,中途不应停顿,否则将已压的水泥浆冲洗干净,从头开始灌浆。锚固区发生裂纹紧急处理锚固区发生局部裂纹后必须停止一切张拉和混凝土作业,查明原因并提出处理措施后方可复工。发生裂纹的主要原因有:混凝土强度不足、加强钢筋设置不当、结构断面设计不合理、张拉力过大等。
  三、大跨度桥梁预应力张拉时常见弊病的防治
  1、预应力钢筋张拉伸长量不足
  1.1主要原因
  (1)预留管道不顺直,致使预应力钢筋与管道壁的磨阻力增加,虽然控制张拉应力未变,但由于预应力钢筋平均张拉应力降低,故而使得伸长量不足。即在千斤顶张拉处虽然达到了设计值,但远离张拉点的部位由于管道摩阻力的平衡作用使其张拉应力减小的程度过大,使得整体预应力降低伸长量自然就不足了;(2)采用了先将预应力筋穿入管道后浇混凝土的方法时,管道漏浆已将部分预应力筋粘结牢固,在张拉时该段预应力筋处于拉应力基本为零的状态,相应的伸长量也就基本为零,使得总伸长量不足;(3)所采用预应力钢筋的实际弹性模量与理论计算伸长量时,所采用的弹性模量数据有一定的差异;(4)张拉设备标定时或油表读数换算为拉力的数据不准确;(5)机械设备发生故障。
  1.2防治措施
  (1)预埋预应力钢筋管道时,对每个坐标位置都要严格按照设计数据准确定位,固定可靠,整个管道线形要保持圆滑顺直。特别是不得有由施工造成的局部弯曲,在浇注混凝土之前必须经过认真仔细检查后方可继续施工,并在混凝土振捣时特别注意,振捣棒不得直接碰撞管道,以免预应力管道发生位移。(2)如采用先行将预应力钢筋穿入管道而后浇混凝土的施工方法时,在混凝土浇筑和振捣时要特别注意保护管道,不得使插入式振捣器过分靠近管道,以免将管道振漏或发生偏移。并要有专人负责每隔10~20min将各束预应力钢筋作推拉活动,直至最后浇筑的混凝土达到初凝以后。其作用:一是可以检查预应力钢筋是否被砂浆或水泥浆凝固二是如果有少量砂浆或水泥浆漏入管道内,通过推拉预应力钢筋可以把这些少量砂浆或水泥浆拉平填入波纹管的凹槽内。使得管道仍能保持基本平滑。在预应力钢筋张拉之前应将其再一次做少许推拉活动,以确认预应力钢筋未被漏浆所凝结。(3)在计算理论伸长量时,预应力钢筋的弹性模量要采用通过试验取得的实际数据。(4)认真复核张拉力、油表读数的对应关系,找出相应的关系曲线,准确计算。(5)检查油压泵、千斤顶、锚具、油压表等设备是否运转正常,必要时重新进行标定。
  2、管道堵塞预应力钢筋无法穿入
  2.1主要原因
  (1)由于管道街头处理不好、管壁有小孔或在振捣混凝土时不注意将波纹管振漏,在浇筑混凝土时产生漏浆现象,而这些砂浆或水泥浆已经凝固;(2)在穿入预应力钢筋时,端头将波纹管壁刺破产生卷曲。
  2.2防治措施
  (1)在安装波纹管之前要认真检查有无小孔,如发现要用胶带包裹密实;(2)要特别注意波纹管的安装质量,接头要牢固平滑无卷曲变形,用胶带包裹密室不漏浆;(3)在开始浇筑混凝土至最后一盘的初凝期间,用比梁稍长的中间焊有两头小中间大的圆滑拉块的钢筋(∮8或∮1钢筋)经常来回穿拉管道,可将少许一旦漏入管道的砂浆或水泥浆拉平,嵌入波纹管的凹槽内,使得管道仍保持基本平滑;(4)一旦发现已經堵塞的情况,要查明其准确位置,如果堵塞不严重,可将该位置管道从梁的外部凿开,将管道疏通,穿入预应力钢筋,衬好铁皮后再用高标号的环氧树脂砂浆封堵;(5)在穿入预应力钢筋时,要将其端头打磨圆滑,避免刺破波纹管,如估计波纹管已被刺破时,要拉出预应力钢筋再试着以另一端穿入。若仍然不能解决问题,则采取其他的处理方法。
  四、结束语
  大跨度预应力混凝土桥梁施工质量直接影响桥梁质量、使用寿命和营运安全,广大从业人员应当高度重视,提高预应力技术水平的科研工作,切实抓好每道工序、每个环节的质量控制,确保大跨度预应力混凝土桥梁的质量,缓解和解决人们生产生活中的交通问题。
  参考文献:
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