桥梁预应力张拉控制论文讲解.docx

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桥梁预应力张拉控制论文讲解

浅析混凝土桥梁预应力施工的质量控制

吴涛

　摘要：

桥梁预应力施工质量的控制关系到桥梁的运营安全和使用寿命，是桥梁工程施工过程的重点控制工序，保证各环节施工的精确度和克服质量通病是控制桥梁预应力施工好坏的关键因素。

关键词：

桥梁预应力施工；预应力；施工质量要点；影响因素

一、前言 

桥梁预应力混凝土结构是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，同时有行车舒适等优点，为了保证安全可靠的建好每座桥梁，桥梁的施工控制将变得非常重要，而桥梁预应力施工作为预应力桥梁施工中极为重要的一环，无论是从设计、施工等环节都应该进行严格的控制，因为其直接影响今后的运营安全、桥梁使用寿命等问题，在桥梁施工各工序中中是一项极为重要的工序。

二、预应力混凝土施工工序 

预应力混凝土施工流程：

锚具及钢绞线检验合格→预应力梁底模安装→非预应力钢筋安装→按设计坐标及高程焊接波纹管定位支架→安装波纹管→安装锚垫板及螺旋筋→预应力工程隐蔽验收→浇筑混凝土并养护→钢绞线下料编束→预应力钢绞线穿束→拆除模板→张拉设备及仪表配套校验→安装锚板及夹片→安装千斤顶→预应力筋张拉锚固→张拉质量检验→预应力孔道压浆→切除多余长度钢绞线→封堵锚具孔→转入下道工序施工。

其中预应力孔道压浆宜在预应力束张拉完毕后尽早进行，一般预应力混凝土构件，在张拉完毕，后24小时左右，观察无断、滑丝现象后，即可进行。

三、施工质量控制内容及影响因素

预应力混凝土桥梁的施工控制包括结构变形控制、结构应力控制和结构稳定性控制。

线形控制就是严格控制每一节段的竖向挠度及其横向位移，保证混凝土浇筑后的线形趋于设计线形；内力控制则是控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力，使其不致过大而偏于不安全，并符合设计要求；桥梁的稳定性不仅包括桥梁的稳定计算，还包括施工各阶段结构构件的局部和整体稳定。

（一）预应力材料的质量控制 

严把材料质量关，采用信誉好质量好的厂家产品。

产品要有出厂合格证，质量检测报告，对进场原材料进行检验，其外形、外观、强度、刚度等各项指标均达到质量标准方可使用。

加强对波纹管的保护减少对其损伤。

在普通钢筋骨架成型后再铺设波纹管，用振捣棒振捣混凝土时，要避开波纹管。

波纹管接头用大一号规格的波纹管作套管，套管长20-30cm.管道接头在套管内要对口、居中。

两端的环向缝隙用胶带封闭严密。

（二）预应力张拉前的准备工作 

对钢绞线施加预应力之前，应对构件进行检验，外观尺寸应符合质量标准要求。

张拉时，构件混凝土强度应符合设计要求；设计无要求时，不应低于设计强度等级值的75%。

钢丝束、钢绞线束、钢筋束等穿束前，将一端找齐平，按顺序编号。

对于较长束，应套上穿束器，由引线及牵引设备从另一端拉出。

对于夹片式锚具，上好的夹片应齐平，在张拉前并用钢管捣实。

预应力筋的张拉顺序应符合设计要求。

（三）施工控制影响因素 

桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度地与理想设计状态（线性和受力）相吻合。

要实现上述目的，就必须全面了解可能使施工状态偏离理论设计状态的因素，以便施工过程中的有效控制。

1、结构参数。

结构参数是控制中结构施工模拟分析的基本资料，其准确性直接影响分析结果的准确性。

结构参数主要包括：

结构构件截面尺寸、结构材料弹性模量、材料容重、施工荷载和预应力。

2、施工工艺。

施工控制是为施工全过程服务，反过来，施工的好坏又直接影响控制目标的实现。

除要求施工工艺必须符合控制要求外，在施工控制中必须计入施工条件非理想化而带来的结构制作、安装等方面的误差，使施工状态保持在控制之中。

3、施工监测。

检测是桥梁施工监控的最重要手段之一。

检测包括应力检测、变形监测。

因测量仪器、仪器安装，测量方法、数据采集、环境情况等存在误差、所以，结构监测总是存在误差，但我们要尽量将误差控制在允许范围内。

（四）施工注意事项

1、梁体钢筋在预应力钢绞线附近焊接时，一定要注意预应力钢绞线的保护，不能让焊接时的高温灼烧预应力钢绞线，以免发生预应力钢绞线回火，在张拉时发生断裂。

2、钢绞线的定位一定更要准确，符合设计要求，如果钢绞线安装时的坐标与设计有出入，那么在张拉时的张拉力很难保证满足要求，因为坐标发生变化时，张拉力的合成也会发生变化。

3、注意预应力管道的保护，在浇筑混凝土过程中，由于振捣，挤压等原因很可能造成预应力管道的移位变形，甚至破裂，造成漏浆，影响张拉工作，这就要在张拉过程中注意预应力管道的加固和保护，制定详细的振捣方案（浇筑方案），在预应力管道位置振捣时，一定要注意管道的保护。

4、为防止混凝土浇筑过程中预应力管道破裂，混凝土进入管道（这种情况要比轻微的漏浆严重的多）堵塞预应力管道，在施工中一般先穿钢绞线，使得管道有一定的抗压强度，其次就是在浇筑过程中进行防堵工作，一般的做法是，双端张拉的预应力钢绞线可在浇筑过程中两端来回拉扯（视混凝土浇筑时间长短进行拉扯，在混凝土进行初凝前进行数次的拉扯），在混凝土浇筑完成后，4小时，8小时，12小时分别拉扯数次，如有少量的渗漏，可将进入管道的混凝土结构在进行初凝前进行破坏，避免堵塞管道，影响张拉工作。

5、预应力钢绞线在下料时，首先要符合设计要求长度，其次考虑张拉设备应用情况，最后还要考虑施工现场存在的特殊情况等，通过综合分析，最终确定下料长度，以免盲目下料，造成浪费。

6、在混凝土浇筑完成后，张拉前对张拉端外露钢绞线做好保护工作，用塑料套筒将外露的钢绞线套严，防止雨水腐蚀导致钢绞线生锈等。

7、张拉前对张拉设备的配套情况进行详细的试验，尤其是工具锚和工作锚孔洞的同心是否精确，如果不精确2个锚板势必造成对钢绞线的切割，削弱钢绞线的受力截面，造成断丝等质量问题。

四、控制施工质量的要点 

（一）、张拉前检查混凝土抗压强度，张拉时严格按照设计要求和有关规范执行。

张拉采用三控，即应力、应变和时间控制。

（二）、施工中如因千斤顶工具式夹片磨损造成夹持不紧，出现滑丝，处理方法为压力机立即回油，更换工具式夹片，检查锚具锥孔与夹片间是否有杂物，清除锚垫板喇叭口内混凝土重新张拉。

如果仍有滑丝现象，则应对钢绞线、锚具进行重新检测，对千斤顶油压表进行重新标定，合格后继续施工。

（三）、由于波纹管破损而漏浆，造成钢绞线与混凝土握裹，引起摩擦力过大。

处理方法：

反复多次张拉并持荷一段时间，以克服摩擦力过大的影响，所以要求梁体预制时应注意及时清孔。

（四）、由于孔道摩阻而使伸长量偏小，处理方法：

在开始张拉时把钢绞线拉到5.0MPa，再回油至油压表读数为零，然后分级张拉，并按规范要求进行超张拉，这样得出的张拉伸长值满足设计要求。

（五）、张拉过程中随时观测梁的上拱度和梁体的侧向变形，避免梁体变形过大而产生裂纹，并及时观测各项数据，以便今后设计、施工时用作参考，做到心中有数。

五、预应力钢筋张拉过程中出现的质量问题及原因分析

问题一：

断、滑丝

钢绞线张拉过程中出现滑丝和断丝现象，其结果会使预应力钢绞线受力不均，甚至使梁体不能达到足够的预应力。

（一）原因分析

1、钢丝束存放不好，表面存在油污、锈斑等。

2、钢丝编束时，由于没有认真梳理，造成钢丝束交叉混乱。

3、锚具加工尺寸不准确，锥度误差大。

4、锚圈放样不准，支承垫板倾斜，千斤顶安装不正。

（二）预防及处理措施

1、在施工中要加强材料的检验，选择较好的锚具类型，施工时遵守操作规程。

2、滑丝和断丝现象如果发生在顶锚之前，应立即停止张拉，并使千斤顶回油，认真检查滑丝和断丝的原因，更换已断的钢丝或更换已损伤的夹片，再重新进行张拉。

3、滑丝和断丝现象如果发生在顶锚之后，其处理程序如下：

（1）将千斤顶按张拉状态安装好。

（2）张拉钢绞线。

当钢绞线受力伸长时，夹片稍被带出，这时立即用钢纤卡住夹片，同时千斤顶回油，钢丝回缩，夹片因被卡住而不能与钢绞线同时回缩。

千斤顶再次进油，如此反复的进行，直至夹片退出为止。

在退夹片时，钢绞线的张拉应力不得超过钢绞线的极限张拉应力的0.8倍。

（3）如钢丝已断，应更换钢丝束，重新张拉并锚固。

问题二：

后张预应力结构孔道压浆不实

后张预应力孔道压浆密实与否，直接关系到预应力构件永存内力的稳定性及耐久性。

据有关资料介绍，美国从地震垮塌的后张预应力桥梁构件上截取若干断面解剖测试，发现后张预应力结构存在因孔道压浆不密实而造成的预应力筋锈蚀、断面锐减、断丝及内力损失严重等致命的质量问题，为此，曾一度禁止后张预应力结构的应用。

由此看来，后张预应力孔道压浆的密实度，是后张预应力构件质量控制的主要环节。

孔道压浆不密实有如下几种表现；

（一）压浆初凝后，从进浆孔或排气孔用探测棒可探测到不饱满，有空洞。

（二）计算浆体压进孔道总量小于孔道总空隙量。

（三）压浆增压时，不能保证恒定的压力。

（四）梁体因蜂窝，孔洞，裂缝等内部隐蔽缺陷而漏浆。

（五）封锚不严而漏浆。

（六）上下或左右孔道串孔。

这些压浆不饱满，不密实的质量隐患，如未被及时发现并进行妥善处理，将直接影响结构物的使用寿命。

1、原因分析

设计方面有以下原因可造成后张预应力结构孔道压浆不实：

（1）穿入预应力钢筋后设计孔道空隙狭窄，水泥浆不易压入。

（2）设计孔道曲线长，曲率小，曲折点多。

（3）设计规定的成孔材料材质不佳，孔道内摩阻系数大。

施工工艺方面有以下原因可造成后张预应力结构孔道压浆不实；

（1）施工中成孔质量不好，孔道直径粗细不匀或有偏孔现象，预应力筋勉强可以穿入，但水泥浆无法通过。

（2）成孔材料材质选用不当，特别是抽拔棒成孔时操作不当，孔壁粗糙，坍落、掉皮，出现波浪等。

（3）孔道串孔，内漏，封锚不严，不能保压持荷。

（4）预应力钢筋编束、捆扎时，扎丝过密或松弛，穿束时绑扎钢丝在孔道不畅处受阻，堆积挤压，形成网状塞栓，压浆时此处过水过气而不过浆。

（5）制浆不规范，稀稠失控或过滤不好，有硬块杂物造成孔道堵塞。

（6）水灰比不当，水灰比过大，不但强度降低，而且泌水率增大，当水被吸收或蒸发后，即形成空洞。

（7）外加剂用量不当，如膨胀剂，用量过小膨胀效果不明显，若膨胀系数小于水泥收缩系数，空缺未补实，就会造成压浆不饱满。

（8）压浆机性能不好，压力不够或无法保压持荷，致使孔道内水泥浆不能长距离远送，也无法借助压力使水泥浆充实到孔道各处不易通畅的细微空间位置，从而造成孔道压浆不饱满，不密实。

2、预防及处理措施

治理孔道压浆不密实的措施，就是要针对以上所分析出的原因，对症下药，正确治理。

除此之外，对影响压浆质量的重要因素，严密进行控制，并改进施工工艺，方可取得明显效果。

（1）优选配合比。

水泥浆配合比是压浆质量的关键。

优良的配合比设计是控制孔道压浆质量的前提，优化组合的水泥浆配合比，既能有效地控制泌水率及有效膨胀系数。

（2）慎用膨胀剂。

在水泥浆凝固过程中，膨胀剂和水泥发生反应，产生气体，使水泥体积产生微膨胀。

（3）适当提高压浆稳压持荷压力。

压浆过程中，压力一般应保持在0.4—0.6MPa之间，稳压持荷时间不少于5min，稳压压力应保持在0.6—0.8MPa之间。

（4）采用真空压浆。

问题三：

预应力孔道堵塞

预应力筋孔道漏浆致使穿束张拉受阻后张法预应力穿束困难或者无法穿束；已经穿束的预应力钢筋被泄露的混凝土浇浆液包裹，张拉时部分预应力钢筋受力不均，导致断丝现象；由于管道堵塞，也会引起压浆困难。

（一）原因分析

由于采用波纹管作为后张法预应力孔道，在混凝土浇筑过程中，波纹管破裂，或者由于振捣时振动到波纹管导致混凝土浆进入孔道，造成张拉穿束困难。

（二）预防及处理措施

1、用于制作波纹管的钢带应符合现行有关国家标准，其厚度应根据管道直径、形状、钢丝束设置时间而定，一般不宜小于0.3mm。

2、除进场后的有关检验外，安装波纹管时需再次对其外观进行全面而详细的检查，要求无孔洞和不规则的折皱；咬口宽度均匀，无开裂和脱扣现象。

3、波纹管的接头连接管应采用比波纹管大一个直径级别的同类型管道，其长度宜为被连接管道内径的5—7倍，同时不小于40cm。

在接头处宜设置2处定位钢筋使其定位准确，以免角度变化导致波纹管道不圆顺，造成穿束困难。

最后把连接管道两端缠裹紧密以防漏浆。

4、在混凝土浇筑过程中应避免振动波纹管。

问题四：

伸长值偏差

后张法预应力筋的伸长值产生较大误差预应力筋的实际伸长值与理论伸长值有较大偏差，出现张拉力不足或超过控制张拉力的现象。

（一）原因分析预应力钢筋张拉时未采用应力和应变进行控制。

正式进行预应力钢筋张拉时，未对钢筋的实际伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸值的差值超过了±6％，导致质量事故。

（二）预防及处理措施在进行预应力张拉工作前，应计算钢筋理论长值，进行试张拉时，要将钢筋理论伸长值与实际伸长值进行校核，如果有较大偏差，应查明原因后再进行大批量张拉。

张拉器具应进行检验校正，每个月或张拉200次以后要重新校正。

预应力张拉一旦出现质量问题可使桥梁受到破坏，承载力下降，危及结构的安全，影响桥梁的正常使用。

六、结束语 

　预应力张拉工艺是桥梁预应力构件施工的重要环节，特别是张拉应力及伸长量的控制，会直接影响预应力结构使用寿命，因此在预应力施工中，要充分做好张拉前的准备工作，在张拉过程中不要盲目追求数量，一定要按技术规范操作，以确保工程质量。

参考文献：

1、刘效尧、朱新实，《预应力技术及材料设备》.北京：

人民交通出版社，1997. 

2、杨宗放，《现代预应力混凝土施工》.中国建筑工业出版社，2002.

3、向中富、邹一松、杨寿忠，《桥梁施工工程师手册》.人民交通出版社，2011.

4、马华堂编著《公路工程质量问题分析与防治技术》郑州：

黄河水利出版社；

5、颜海主编《公路工程质量事故分析》北京：

机械工业出版社；

6、萧绍统编著《工程质量事故分析与预防》北京：

中国计划出版社；

7、徐犇编著《桥梁检测与维修加固》北京：

人民交通出版社