桥梁预应力混凝土施工中常见的问题及防治策略

我国的预应力混凝土结构是在2O世纪5O年代发展起来的，最初试用于预应力钢筋混凝土轨枕，之后预应力混凝土在全国范围内推广。随着我国高等级公路建设的不断，预应力混凝土技术在公路桥梁工程中发展最快。桥梁上得到普遍的应用。但就目前预应力混凝土梁施工而言，仍存在很多问题，本文就对施工过程中常见的问题进行探讨，分析原因并提出相应的处理方法及预防措施。

 

一、预应力混凝土结构的施工特点

 

预应力混凝土结构的施工，必须同时考虑施工时结构受力情况和现场施工条件，而采取相应的施工方法。如对于大跨度预应力混凝土连续梁、T型钢构、斜拉桥，往往采用悬劈挂篮无支架施工方法，即在桥墩两边平衡悬臂分节段浇筑混凝土，后期节段是靠己浇节段来支撑，各节段经历浇筑、张拉、不断地加载(移动挂篮)等过程，逐步完成全桥的施工。自架设体系的悬臂施工法，使这种桥型的结构性能和施工特点达到高度的协调统一，且每一节段均充分发挥了预应力的作用，实现了荷载平衡。节段悬臂施工法是预应力混凝土桥梁施工技术发展的结果，是预应力等效荷载观点的直接体现，它为大跨度桥梁在世界各地的迅速发展，开辟了新的途径。

 

二、预应力混凝土结构的优缺点

 

预应力混凝土结构与钢筋混凝土结构相比，具有下列主要优点：

 

1、改善使用阶段的性能。受拉和受弯构件中采用预应力，可延缓裂缝出现并降低较高荷载水平时的裂缝开展宽度；采用预应力，也能降低甚至消除使用荷载下的挠度，因此，可跨越大的空间，建造大跨结构。

 

2、提高受剪承载力。纵向预应力的施加可延缓混凝土构件中斜裂缝的形成，提高其受剪承载力。

 

3、改善卸载后的恢复能力。混凝土构件上的荷载一旦卸去，预应力就会使裂缝完全闭合，大大改善结构构件的弹性恢复能力。

 

4、提高耐疲劳强度。预应力作用可降低钢筋中应力循环幅度，而混凝土结构的疲劳破坏一般是由钢筋的疲劳(而不是由混凝土的疲劳)所控制的。

 

5、能充分利用高强度钢材，减轻结构自重。在普通钢筋混凝土结构中， 由于裂缝和挠度问题，如使用高强度钢材，不可能充分发挥其强度。例如，1860Mpa级的高强钢绞线，如用于普通钢筋混凝土结构中，钢材强度发挥不到20％，其结构性能早己满足不了使用要求，裂缝宽，挠度大；而采用预应力技术，不仅可控制结构使用阶段性能，而且能充分利用高强度钢材的潜能。这样，采用预应力，可大大节约钢材用量，并减小截面尺寸和混凝土用量，具有显著的经济效益。

 

6、可调整结构内力。将预应力筋对混凝土结构的作用作为平衡

 

全部和部分外荷载的反向荷载，成为调整结构内力和变形的手段。因此，现代预应力混凝土是解决建造大(大跨度、大空间建筑一工艺上和使用上要求的)、高(高层建筑、高耸结构)、重(重荷载、重型结构、转换层结构)、特(特种结构一水池、电视塔、安全壳)等类建筑结构和工程结构物的不可缺少的、重要的结构材料和技术。

 

预应力混凝土结构也存在着一些缺点：

 

l、工艺较复杂，质量要求高， 因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。

 

2、需要有一定的专业设备，如张拉机具、灌浆设备等。

 

3、预应力反拱不易控制，它将随混凝土的徐变增加而加大，可能影响结构使用效果。

 

4、预应力混凝土结构的开工费用较大，对于跨径小、构件数量少的工程，成本较高。

 

 

 

三、桥梁预应力混凝土结构施工中常见的问题及防治策略

 

1、欠张拉、过张拉处理调整：

 

依据设计文件图纸所用钢绞线的规格型号，可知标准应力强度fpk截面积A、弹性模量Ep、松弛率3.5%、松弛系数§、锚具变形、钢绞线回缩、管道摩擦系数u、孔道偏差系数K、张拉钢绞线张拉夹角θ、通过数学公式计算出伸长值ΔL、并且实际伸长值与理论伸长值的偏差应控制在6%之内，再通过对《千斤顶检验报告》的回归方程计算出初应力、控制力读数。并把详细的计算过程书报其相关部门审查，以防失误。

 

预应力张拉次序应符合设计图纸要求，张拉操作时应使结构受力均匀、同步、不产生扭转、侧弯，不得使砼超应力、使构件产生过大的附加内力及变形等进行调整，按规范持荷、锚固、封锚。

 

2、波纹管孔道漏浆原因分析及处理

 

波纹管易于制作，便于施工，对各种形状的预应力筋束张拉时摩阻力小，故大多数后张法施工的预应力筋的孔道多由它做成。由于当前波纹管强度、刚度大多数达不到要求，在安装和浇筑砼时易变形和破损，使砂浆漏入孔道造成预应力筋穿束困难，并增大预应力筋张拉时的摩阻力，由于砂浆的流入，往往造成预应力筋铸固在孔道内无法进行张拉作业。波纹管安装时，因非预应力筋位置妨碍，又兼波纹管的刚度差，易形成弯折角或管轴线偏位，在弯折角处咬边容易开裂造成漏浆；轴线偏位易造成转角增加，使张拉时的摩阻损失增加，波纹管与锚垫板相接处，二者轴线不一致，易造成弯折处咬边开裂漏浆，两根波纹管相接，接头管的长度不够或直径太大， 使接头不严也造成漏浆。在砼浇筑中，振捣棒与波纹管相接触，因振捣时振捣棒高速旋转和振动，易使波纹管咬口开裂或自身磨损冲击开洞，造成沙浆漏入波纹管内。

 

遇到堵管问题，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， 使钢绞线能顺利穿过波纹管并能够自由伸缩：然后待张拉完毕后用高一等级微膨胀混凝土封堵孔洞。

 

可采取以下预防措施：在施工下料前对波纹管质量仔细检查，对有缺陷的波纹管及早发现；在浇筑混凝土前检查波纹管的安装位置，固定好，检查套管接头连接是否牢固，密闭性是否达到要求；在浇筑混凝土过程中注意波纹管的保护，避免振捣棒碰坏波纹管。

 

3、预应力筋在波纹管内的铸固和处理

 

现浇预应力砼连续箱梁的施工中，每跨中的预廊力筋多是曲线形的，当一次浇筑砼的连续箱梁跨数多于两跨时，必须先将预应力筋穿入到波纹管内，待浇筑砼达到没计要求强度后，张拉并用锚具锚固预应力筋。先穿柬的预臆力筋，往往由于穿筋和砼浇筑工艺处理不善，在砼浇筑作业中因波纹管漏浆被铸固，在对结构的预应力筋张拉时，不能自由的拉动，这种现象称为顶应力筋在波纹管内铸固。

 

顶应力筋的铸同，根据对其张拉时拉动力的大小可分为轻度和重度两类，在千斤顶拉动预应力筋的拉力为预应力筋的摩阻力1．3倍以下时，该铸固称为轻度铸固。轻度铸固有的漏浆处较多，但每处漏浆量均不大，漏浆在波纹管内，但预廊力筋在一定拉力下尚可活动；有的局部漏浆较多，预应力筋和波纹管固结在一起，但漏浆体积相对整个孔道仍很小，通过较大的拉力拉开后。预应力筋仍可在孔道内来回活动。这种铸固，预应力筋张拉作业时。其摩阻力增加较多。

 

严重的铸固则是在较大的拉力作用下，甚至在全部预应力筋总张拉力的作用下。仍不会将铸同的预应力筋拉开。预应力张拉作业中，若出现波纹管和预应力筋的轻度铸固，常常在预廊力筋实施张拉作业前，不安装工作锚夹片，用张拉千斤顶由两端分别交替张拉项应力筋，使其铸固的项应力筋在波纹管内松动后。并可在外力作用下自由移动。对于严重铸同的孔道，必须找到铸同的部位，将箱粱结构砼凿开清理干净波纹管内的灰浆，然后再经修复后，进行预应力筋的张拉作业。

 

4、钢绞线滑丝、断丝

 

通过预应力束张拉后检查，来判断张拉后是否有滑丝、断丝现象。遇到这种情况，应根据滑丝、断丝情况，采取相应的施工手段。如果受损根数少， 根据比例，适当地超张拉：如果数量多，超张拉无法解决问题，应更换钢绞线，重新张拉。

 

分析滑丝原因可能有以下几种：预应力钢绞线生锈太厉害或表面有水泥、油污、杂物等；工作夹片中的丝出现生锈、油污、杂物或夹片里的丝被损伤；工作夹片的尺寸不合格(尺寸大)；千斤顶被其他工具所抵触而受力不均。常见的处理方法：用千斤项拉出滑丝的钢绞线，取出旧夹片，换上新夹片，再用千斤顶张拉到设计要求。

 

分析断丝原因可能有以下几种：出现钢绞线相绞缠而发生受力不均，导致个别钢绞线张拉力太大，而出现拉断丝现象；钢绞线在运输中受到机械损伤。如果断丝根数超过设计范围，应作处理，具体处理方法：一般用千斤顶将钢绞线全部卸载后，换上新钢绞线后，重新穿束张拉。张拉完成后，为防止预应力损失，在48h内必须完成压浆工作。

 

5、过长的扁波纹管孔道在施工中的问题及改进

 

扁波纹管由圆波纹管通过压扁制成，在压制过程中，其各个转角和长轴中心附近的接缝咬口都会有不同程度的翘起，形成使灰浆进入波纹管内的通道，在箱梁砼浇筑中就可能有灰浆进入。

 

现浇箱梁一联长度较大，波纹管的短轴只有19mm，当其在钢筋骨架中安装时，由于其平顺性差、预应力孔道较长且有不少接头，难免发生一些咬口处开裂加大。当Oj15．2O的钢绞线穿入有咬口翘起的波纹管内时，难免会有碰撞，这就加大了咬口的缝隙。同时，由于穿钢绞线时摩擦力会使波纹管薄弱处出现孔洞，这就更加大了砼浇筑时灰浆进入的机会。

 

因灰浆进入形成许多局部对预应力筋的铸固，在张拉作业中，预应力筋因在孔道内铸固，形成一些段的预应力筋不能被张拉，出现了预应力筋张拉时的实测伸长值远低于理论计算伸长值的结果，使预应力筋起不到对梁体结构防裂的效果。

 

另外，因扁波纹管的面积和预应力筋的面积比较小，又加孔道内出现了局部铸固，孔道灌浆不能完全充满孔道，这样一旦锚具锚固失灵，预应力筋难以靠孔道灰浆将其锚固，防止箱梁结构产生裂缝的预应力既完全消失。

 

对以上问题，现浇箱梁为防止结构裂缝，建议在砼施工工艺上改为每2～3跨浇筑一次砼，张拉预应力筋。若将几跨连接成一联，预应力筋的连接应采用连接器来完成。预应力孔道用的波纹管，当其长度超过25m时，建议改为圆形波纹管，预应力锚具相应的作一些改变。若仍拟整联箱梁一次浇筑砼，预应力筋用通长束，建议预应力筋孔道用圆形波纹管，预应力锚具相应的变更，这样从防止漏浆和预应力筋张拉锚固效果上，均会比扁波纹管好得多。另外，圆形孔道的灌浆比扁孔道易饱满，且灰浆面积和预应力筋面积的比值也大，灌筑效果比扁形波纹管好，一旦锚固失灵，其锚固效果比扁波纹管要好些。

 

总而言之，预应力混凝土技术在公路桥梁工程中的具有很大的优势，应用普遍。只有做好各种预案措施，才能保障工程顺利施工。从而提高了施工效率，缩短施工周期。