浅析现浇箱梁预应力施工存在的问题与防治

2014-08-11唐晓成

中国科技纵横 2014年7期

关键词：钢束压浆孔道

唐晓成

(重庆巨能建设集团路桥公司,重庆 400700)

浅析现浇箱梁预应力施工存在的问题与防治

唐晓成

(重庆巨能建设集团路桥公司,重庆 400700)

随着国家公路及市政建设的高速发展,以及预应力材料高强度性能的充分利用,有效减轻桥梁结构自重,最大限度的增加桥梁跨径,使预应力技术在桥梁工程中得到广泛设计与应用。预应力是桥梁工程中关键工序,其质量的好坏直接影响工程结构质量、结构的使用和结构的耐久性。为此,本文就对现浇预应力箱梁桥在预应力施工过程中常见问题进行分析与阐述,并提出相应的防治措施。

现浇箱梁预应力施工防治措施

1 预应力施工常见问题及产生的原因分析

1.1 常见问题

现浇箱梁预应力施工容易出现的问题主要是在预应力管道定位、穿束、张拉、压浆、锚固等五个环节。常见的问题有:孔道移位,穿束困难,孔道漏浆,孔道堵塞,压浆不饱满,预应力筋断丝、滑丝,张拉应力损失过大,伸长量不足等。

1.2 产生原因分析

1.2.1 孔道移位

孔道移位往往是施工不认真、固定点焊接不牢固和操作不当造成的,主要原因有:(1)固定点间距过大,没有按设计间距固定,转角和弯道加密区未加密;(2)固定点焊接不牢,浇筑砼时管道上浮或横向移位;(3)弯道防爆钢筋方向不对;(4)浇筑砼时没有对称下料,导致振捣时腹板截面变大和钢束孔道横向移位;(5)施工放样定点错误,完毕后没有逐一复核。

1.2.2 穿束困难

由于在现浇箱梁中往往是几跨为一联,预应力束很长,可以上几百米,这无疑给穿束工作带来困难,通常有以下原因:(1)设计原因,设计成孔管道直径与预应力束直径不匹配,直径差过小;(2)牵引头选择不当,牵引头有采用镦头式、锚固式、钢筒楔头式等,导致牵引头过长在幅度区穿束困难或破坏管壁;(3)穿束机械选择不当或机械牵引力过小。由于管道长,管道摩阻力较大,选择的机械牵引力过小,同时,对于有坡度的预应力穿束,一般选择从高处向低处方向穿束。

1.2.3 孔道漏浆、管道堵塞

由于管道在砼浇筑前被破坏或接头包裹不严,导致砼浇筑时水泥浆进入管道,其产生的主要原因:(1)施工工序不当,未穿预应力束便进行侧模加固,致使穿束时管道局部破损而没有仔细检查和发现;(2)管道接头处包裹不牢、接头过短或接头内外管不匹配,在穿钢束时接头脱节。(3)焊渣烧坏管道或固定管卡时不小心灼伤管道而没有被发现。(4)管道材质不符合设计及规范要求。(5)对于半径较小的管道在刚束穿束时未选择合适的牵引设备,导致在穿束过程中造成管道破坏。(6)锚垫板根部与波纹管处没有包裹好、锚孔没有填塞和压浆孔没有堵塞。(7)排气孔处管道处理方法不当或包裹不严、排气孔不小心埋入砼中等而进砼浆导致堵塞。

1.2.4 断丝、滑丝

断丝的主要原因:(1)钢绞线材质不符合要求,有断头、刻痕或严重锈蚀。(2)操作过程中没有做到孔道、锚圈、千斤顶三对中,造成钢丝偏中,受力不均,个别钢丝应力集中。(3)张拉油表失灵或千斤顶未按规定进行校验,导致在张拉时张拉应力过大。(4)预应力束没有编束或编束方法错误,使得钢束长短不一或发生交叉,造成钢束受力不均。(5)预应力刚束和锚具硬度不匹配,夹片或锚塞的硬度过大而切入钢丝表面过深,导致钢丝断裂的现象。(6)锚具几何尺寸的影响。锚环内圆锥两端出口处倒角不够(R〈2mm),使钢丝在张拉过程中形成死角和刀口,造成钢丝断丝;锚头5mm处齿段长度不足,造成张拉时钢丝的锚口摩阻力大,并产生应力集中和断丝。(7)限位板限位深度过小而引起的断丝。(8)施工焊接误伤或用作接地线接,造成钢丝间短路而损伤钢丝,引发张拉时可能断丝。

滑丝的主要原因:(1)锚圈锥孔与夹片之间有夹杂物。(2)预应力筋和千斤顶卡盘内有油污。(3)锚下垫板喇叭口内有砼和其它残渣。(4)锚圈偏离锚垫板止口。(5)钢绞线直径的影响,锥形锚具锚塞的角度和锚圈内孔的锥形角度均是按钢绞线的公称直径设计的,钢绞线直径偏差大,必将造成锚具各组装件间的平衡状态遭到破坏。显然直径不均的钢丝组装在一起,直径小的钢丝就容易滑丝。(6)锚具(锚圈、锚塞、夹片)质量不符合要求。(7)动力作用的影响,锥形锚受到动力作用时,有可能松动,造成滑丝。(8)限位板限位深度过大而引起的滑丝。

1.2.5 张拉应力损失过大

张拉应力损失过大的主要原因:(1)锚固损失:锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。(2)摩阻力损失:在预应力筋张拉过程中,后张法预应力筋与孔道壁之间的摩擦。(3)砼的收缩和徐变引起的损失。(4)松弛损失:长度不变的预应力筋,在高应力的长期作用下会产生松弛,会引起预应力损失。(5)弹性压缩损失:砼弹性压缩,后张法中后拉束对先张拉束造成的压缩变形而产生分批张拉损失等。

1.2.6 伸长量不足

伸长量不足的主要原因:(1)预留管道不顺直,致使预应力钢筋与管道壁的摩阻力增加,虽控制应力未变,但平均张拉应力降低,而使伸长量不足。(2)所采用的预应力筋力学参数与理论计算所采用参数有差异。(3)张拉设备标定时或油表读数换算为拉力的数据不准确。(4)管道漏浆使管内某段处钢束固结,导致伸长量不足。(5)管道发生位移使钢束线形发生变化以致预应力筋变短而伸长量不足。(6)对于曲线连续箱梁在计算伸长量时没考虑平弯对钢束的影响。

1.2.7 压浆不饱满

孔道压浆不饱满产生的主要原因:(1)孔道压浆时未按照由低处向高处的方式进行压浆。(2)水泥浆配合比不当,泌水率太大,造成水泥浆离析,管道内形成游离水。(3)水泥浆的膨胀率和稠度指标控制不好。(4)孔道漏浆、堵塞导致压浆困难。(5)压浆时压力不够或封堵不严密。(6)管道压浆前未进行清理。(7)管道较长时未设置排气孔或排气孔设置不恰当。(8)注浆孔、排气孔堵塞。(9)管道周围砼不密实,在压浆过程中管道出现漏浆。(10)孔道串孔,内漏,封堵不严密,不能保持压力持荷。(11)孔道空隙较小,水泥浆不易压入。

2 防治措施

2.1 孔道移位的防治措施

(1)在进行孔道定位时要仔细核对相应固定点的坐标位置,正确后固定。电焊固定时点焊要牢固,并不得烧伤孔道壁;固定点间距严格按设计,在转角、变弧和弯道处应比设计适当加密。(2)弯道防爆钢筋方向要放置正确。(3)浇筑砼时腹板砼要对称下料,下料高度和砼堆料高度基本一致,振捣时要对称均匀振捣,防治腹板内侧模位移而截面变大和钢束孔道横向移位(没有对拉杆的腹板)。

2.2 防治穿束困难的措施

(1)在施工时先要核对和计算图纸上相应的预应力束与对应的孔道内径,要求孔道的内径要比预应力束的外径大5-10mm,且孔道面积应大于预应力束截面净面积的2倍,否则应提请设计修改成孔材料规格。(2)根据孔道长度和曲线弧度变化缓急选用相应的牵引头方式,一般讲尽量选择牵引头相对较小和较短的,以便于在曲线区穿束容易和不会破坏管壁。(3)穿束机械选择要正确,一般超长束、特重束和多波曲线束,一般选择牵引型机械作牵引设备,如卷扬机,要求卷扬机的速度宜慢些(10m/min),且电机功率为1.5-2.0kW,才有足够的牵引力,对于有坡度的预应力穿束,一般选择在高处方向牵引。

2.3 孔道漏浆、堵塞防治措施

(1)对每批进场的波纹管材料进行取样、检测,使用的波纹管必须具备足够的承压强度和刚度。有不合格或破损的管材不得使用。(2)严格按正确的工序施工,每道工序完成后经检验合格方可进行下道工序。(3)管道接头长度为20-30cm,采用大一号的同型螺旋管,接头两端包裹牢固,避免在穿钢束时接头脱节。(4)钢筋电焊和固定管道管卡时应防止电焊火花灼烧波纹管的管壁,同时每完成一个管卡时仔细检查该处有没有烧伤现象,做到及时发现及时处理。(5)锚垫板根部与波纹管接头处要包裹好,排气孔、灌浆孔及泌水孔要位置留设正确,锚孔要填塞和压浆孔堵塞。排气孔、泌水孔及中间灌浆孔要开口向上,要露出砼面至少500mm上,并包裹好防治进浆堵塞。(6)在砼浇筑前先进行孔道钢绞线穿束,穿束过程中跟踪检查管道是否受损,对被已破坏的位置及时进行处理。(7)遇到孔道堵塞时,首先根据预应力筋曲线坐标,标注漏浆孔道堵塞的位置,在避开梁的主筋位置,采用冲击钻缓慢进行开孔,清除波纹管中的水泥浆块,然后待张拉完毕后用高一等级微膨胀砼封堵孔洞。

2.4 压浆不饱满防治措施

(1)孔道压浆时严格按照由低向高、先下后上的方式进行施作,张拉完成后应及时进行管道压浆。(2)根据孔道形式、压浆方法、材料性能及设备等因素,选择配合比,一般宜采用纯水泥浆;空隙大的孔道,水泥浆中可掺入适量的细砂,优化水泥浆的配合比既能保证足够的强度,又能有效地控制泌水率及有效膨胀系数。(3)水泥浆的拌制:水灰比宜为0.40～0.45,稠度控制在14～18s之间,水泥浆拌和时,先下水后下灰,拌和时间不少于2min,水泥浆自拌制到压入孔道的间隔时间不得超过40min。(4)严格控制水泥浆的泌水率及有效膨胀系数,泌水率最大不超过3%,拌合后3h泌水率宜控制在2%,24h后泌水应全部被浆吸收。水泥浆的流动性不超过6s。水泥浆中所加入的外加剂通过实验进行确定。(5)孔道压浆前用压力水冲洗,以排除孔内粉渣杂物,保证孔道畅通。冲洗后用空压机吹去孔内积水,但要保持孔道湿润。在冲洗过程中,若发现有冒水,漏水现象,则应及时堵塞漏洞。当发现有串孔现象不易处理时,应判明串孔数量,安排几个串孔同时压浆。或某一孔道压浆后,立即对相邻孔道用高压水彻底冲洗。(6)采用真空泵压浆工艺。压浆前,先用真空泵抽吸管道中的空气,使管道的真空度不小于-0.08Mpa,然后在管道另一端用压浆泵以一定的压力将搅拌好的水泥浆体压入预应力管道并产生一定的压力,由于管道内只有极少数空气,浆体中很难形成气泡;同时管道内和压浆泵之间的预应力差,大大提高管道内浆体的饱满度和密实度,从而减少浆体的离析、泌水和干硬收缩。(7)对较长的管道在管道最高点处设置排气管,使在压浆过程中将管道内的空气及时排除。(8)保证压浆压力。压浆使用活塞式压浆泵,压力以保证压入孔内的水泥浆密实为准,压力从小逐步增加,最大压力一般为0.5～0.7Mpa。每个孔道压浆至最大压力后,应有一定的稳压时间,压浆应达到孔道另一端饱满和出浆,并应达到排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止,应保持不小于0.4～0.6Mpa的二个稳压期,该稳压期不宜少于5min。稳压力应保持在0.6～0.8Mpa之间。

2.5 预应力断丝防治措施

(1)对每批进场的材料进行抽检、全检,对质量不稳定的产品,严把质量关,必要时应逐片检查夹片的硬度。(2)应按规定要求进行锚具外观尺寸检验和锚固性能试验。(3)加强进场材料防护,锚束在张拉前应有专人和专门的措施保护,以免因人为或自然的因素造成钢绞线刮伤、烧伤、松散、锈蚀及孔道进入杂物等事故,穿束完成后及时用帆布将锚束两端遮盖。(4)严格控制顶楔力。按规范规定顶楔力不应超过张拉控制应力的60%。(5)对钢绞线和钢丝进行认真编束。(6)若施工中刚束出现断丝情况,但断丝数量在设计及规范范围内的,可采取提高其它钢丝束的张拉力作为补偿。但在任何情况下最大超张拉力不得超过设计的规定。凡反复张拉已经超过三次,或张拉力超过钢丝的抗拉极限强度标准值,则整束更换。(7)限位板限位深度过小,张拉时工作夹片不能充分后退导致钢束被夹片刮伤,钢丝截面变小而引起的断丝。通常限位板槽深5-7mm,根据不同锚固体系和生产厂家有所不同。

2.6 预应力滑丝防治措施

(1)预应力施工的人员必须经过专项培训,掌握机械性能,熟悉张拉程序和技术要求,杜绝误操作。(2)张拉过程中若发生异响和不正常现象时,应停止张拉,缓慢回油,再对工作锚、工具锚、夹片、预应力筋进行仔细检查,必要时予以更换。(3)应严格对锚具和预应力筋材料供应商的资质审查,并按规定数量进行复验。必要时应对钢丝(或钢绞线)极限强度上限值予以规定,并对钢丝表面硬度进行检查。(4)根据预应力筋直径在允许误差范围内的浮动量,合理选用限位板槽深。(5)限位板限位深度过大,张拉时工作夹片后退过大,导致自锚时不能完全回缩锚固而滑丝。通常限位板槽深不大于7mm,根据不同锚固体系和生产厂家有所不同。

2.7 预应力张拉损失过大防治措施

(1)所使用的锚具必须与使用的刚束配套,对进场的锚具的各项力学性能进行检测,对不合格的锚具严禁投入使用。(2)改进钢束孔道施工工艺,使孔道线形符合设计要求,必要时可使用减摩剂,以减少管道摩擦力对应力的损失。(3)通过对刚束进行超张拉方式减少应力的损失,对于应力损失较大的刚束可适当超张拉3%~5%。(4)选择合理的张拉方法,对于曲线预应力筋和长度大于30m的直线预应力筋,宜采用双端张拉。(5)预应力筋在持久不变的应力作用下会产生随持续加荷时间延长而增的蠕变,如果把预应力筋张拉到一定的应力值后将其长度固定不变则应力将会随时间延长而降低。因此选择低弛的钢绞线可有效减少应力损失。(6)减少砼收缩、徐变引起的预应力损失应减少砼收缩及徐变变形。所用砼采用高标号水泥,减小水泥掺量,降低水灰比;采用级配较好的骨料,加强振捣,提高砼的密实性;加强养护,张拉前应定期浇水养护,以减少砼收缩;延长砼的受力时间控制砼的加载龄期。(7)增加预应力筋张拉至设计应力时的持荷时间。

2.8 预应力筋伸长量不足防治措施

(1)在张拉前仔细验算其刚束的伸长量与设计是否相符,计算时所取的预应力筋的各项参数应根据设计及规范提供的数据进行计算,必要时通过实验来确定其管道的摩阻系数及预应力筋的弹性模量等参数。(2)张拉前,应根据刚束的控制应力、孔数等要求,选用合适的张拉设备。(3)张拉所用的设备必须通过有资质的计量单位进行标定,张拉时张拉油表和千斤顶必须配套使用。(4)张拉时,按照0%—10%δcon—50%δcon—100%δcon(持荷3~5分钟锚固)的顺序进行,并及时记录、计算该阶段的伸长量。(5)伸长量的量测根据测定钢绞线直接伸长值,钢绞线伸出千斤顶尾端10cm。测定钢绞线直接伸长值比测定千斤顶的伸长量更准确,减少操作误差对刚束伸长量的影响。(6)对于半径较小的连续箱梁在计算其伸长量时不仅要考虑刚束的竖弯角度还应考虑其平弯角度对刚束的影响。