橋梁預應力結構施工質量控制

橋梁預應力結構施工質量控制技術概要1.當前中國橋梁安全形勢2.威脅橋梁安全的關鍵因素3.《公路橋涵施工技術規(guī)范》關鍵性修訂4.預應力智能張拉技術5.預應力智能壓漿技術一.當前中國橋梁安全形勢

2004年6月10日早晨7時許，遼寧省盤錦市田莊臺大橋突然發(fā)生垮塌。專家組認定，該橋在超限車輛長期作用下，內部預應力嚴重受損。重載沖擊力使大橋第9孔懸臂端預應力結構瞬間脆性斷裂、坍塌。

生命！

國內某大橋運行僅10年后，主橋箱梁腹板開裂，中間三跨跨中底板橫向貫穿開裂，跨中下?lián)蠂乐?。大橋最終于2005年拆除。

從1999年到2009年，10年間全國發(fā)生的較大橋梁垮塌事件為30起。近5年來，全國共有37座橋梁垮塌，其中13座在建橋梁發(fā)生事故，共致使182人喪生，177人受傷。平均每年有7.4座“奪命橋”，即平均不到兩個月就會有一起事故發(fā)生。橋梁事故逐年增長。

世界橋梁垮塌趨勢二.威脅預應力橋梁安全的關鍵因素2.內因：①預應力不合格②孔道壓漿不飽滿③施工質量通病環(huán)境因素1.外因軸重增加車輛超載原因一：預應力不合格檢測中發(fā)現(xiàn)：在用的預應力砼橋梁中，有相當數(shù)量的箱梁在頂板、腹板、底板、橫隔板以及齒塊等部位出現(xiàn)了各種不同形式的裂縫，其中箱梁腹板裂縫、跨中下?lián)犀F(xiàn)象最為普遍和嚴重?！『Π咐龑δ炒髽驑颍ㄖ骺缈?×96.0m預應力混混凝土箱箱梁）進進行檢測測：每跨跨箱梁內內腹板存存在裂縫縫，共發(fā)發(fā)現(xiàn)裂縫194條，裂縫寬寬度大部部分在0.1mm～0.5mm，裂縫長長度在0.3m～3.0m。與橋軸軸線夾角角為30°～60°。某高速公公路通車車10年左右對對預應力力空心板板橋梁進進行了加加固?！『Π咐龑δ掣咚偎俟?5mT梁進行靜靜載試驗驗：理論論計算撓撓度14.276mm，實測值16.121mm，超出要求。腹板板裂縫加載前0.01mm,加載后0.3mm。1、張拉力張拉控制不準確。2、張拉過程中預應應力的損失過大預應力鋼筋與管道壁間摩擦引起的應力損失；；錨具變形、預應力力筋回縮和接縫壓縮引起的的應力損失；彈性壓縮引起的應應力損失；預應力筋松弛引起起的應力損失；混凝土收縮和徐變變引起的應力損失失?！A應力不合格的主主要原因預應力損失可達張張拉控制應力的20%左右?！行ьA應力檢測實實例15概念：孔道內各絞線受力力不均勻和同一斷斷面各孔道受力不不均。有效預應力不均勻勻將導致預應力筋的的早期疲勞，危及及橋梁使用壽命。。有效預應力大的的鋼筋承受了本應應該所有預應力筋筋承受的力，這樣樣有效預應力大的的鋼筋在使用階段段逐漸屈服，梁體體也隨之下?lián)?。原因：鋼絞線在孔道內相相互纏繞，是導致致有效預應力不均均勻大的根本原因因?！行ьA應力不均勻勻度過大▲不均度檢測案例經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)問題、、進行整改，采取取規(guī)范的施工工藝藝進行整束穿束后后，預應力施工質質量有了明顯的改改觀，同束索力不不均勻度完全合格格?！行ьA應力不均勻勻度檢測實例18預應力筋通過灰漿漿與周圍混凝土結結成整體，增加錨錨固的可靠性，提提高結構的抗裂性性和承載能力。灌灌入孔道的水泥漿漿，既包裹預應力力筋，又接觸孔道道壁，把預應力筋筋和孔道壁粘結起起來，共同作用。。保護預應力筋免免遭銹蝕，保證結結構物的耐久性。。預應力筋在高應力力狀態(tài)下更易銹蝕蝕（約是普通狀態(tài)態(tài)下的6倍)；預應力孔道壓漿不不密實導致鋼絞線線很快銹蝕。原因二：孔道壓漿漿不密實19國內某大橋運行僅僅10年后，主橋箱梁腹腹板開裂，中間三三跨跨中底板橫向向貫穿開裂，跨中中下?lián)蠂乐?。大橋橋最終于2005年拆除。拆除后的截面預應力管道壓漿質質量存在嚴重缺陷陷21管道壓漿存在嚴重重空洞危橋拆除：預應力力管道壓漿缺陷某城市立交橋拆除除施工22預應力管道壓漿不不密實將嚴重影響響結構的耐久性，，使得橋梁結構可可能在毫無征兆的的情況下突然坍塌塌。1985年2月1日，英國威爾士的的Ynys-Gwas橋在正常使用階段段、在沒有受到任任何外在沖擊、在在毫無征兆的情況況下突然倒塌，引引起人們對灌漿質質量的重視，必須須重新審視預應力力橋梁的孔道灌漿漿問題。1992年9月英國曾發(fā)布緊急通知，，由于后張法預應應力體系在壓漿方法上不能確保其安全性性，在安全性得不不到保證之前，不不得使用壓漿的后后張法預應力結構構。23▲孔道壓漿不密實主主要原因：1、管道堵塞；2、漿液質量差，水水膠比大，泌水；；3、壓漿工藝不能保證管道充盈盈。24波紋管破裂波波紋管接長不符符合要求25管道與錨具處沒有有接好管管道有拐點，穿穿索容易損壞。26單缸壓漿泵進漿管手持攪拌器攪拌桶壓漿工藝落后原因三：預應力施施工質量通病預應力施工質量通通病主要體現(xiàn)在：：斷絲、滑絲；錨錨下開裂、下陷；；張拉強度和時間間失控；錨夾具質質量差；鋼絞線在在孔道內纏繞；多多穿或少穿絞線；；砼、鋼筋質量問問題；張拉、壓漿漿作業(yè)不規(guī)范等等等方面。有問題并不可怕，，可怕的是這些問問題被隱瞞，將給給結構留下了很大大質量、安全隱患患。281、斷絲和和滑絲▲造成斷絲和和滑絲的原原因預應力鋼筋筋表面或錨錨具夾片生銹或有油污；夾片絲距過過小硬度不夠。預應力筋安裝不規(guī)范范，張拉中預預應力筋受受力不均張拉力過大大，失控；；錨具發(fā)散錐度尺尺寸不夠；；錨墊板安裝傾斜不與管管道垂直；張拉機具（（特別是限限位板）與與錨具不配套造成夾片咬咬傷鋼束或或者錨具夾夾片硬度過過大。29鋼絞線斷絲絲原因：一根根鋼絞線沒沒有正確裝裝上工具夾夾片鋼絞線表面面浮銹或水水泥漿，張張拉前要清清理；錨具與夾片片安裝后沒沒有及時張張拉，造成成生銹錨固固不牢。312、錨墊板板下陷和破破裂，錨后后混凝土局局部開裂錨墊板后砼砼不密實或或者有空洞洞，引起錨錨墊板下陷陷，甚至破破裂。32錨墊板后螺螺旋筋過小小，且沒有有緊貼錨墊墊板，錨墊墊板承力不不夠，開裂裂。33錨板沒有安安裝在錨墊墊板的限位位圈內，張張拉時錨板板傾斜343、張拉強強度與張拉拉時間失控控為了加快工工期，構件件砼采用早早強劑或提提高混凝土土配置比強強度，一般般3~4天混凝土強強度就能達達到設計強強度的80%以上，有的的甚至達到到95%以上，結果果梁體混凝凝土澆筑3~4天后即開始始張拉。在在此齡期內內混凝土的的收縮和徐變變并未完成成，隨著齡期期的增加所所引起的預預應力損失失過大，且且會導致張張拉后梁體體反拱度過過大。用標養(yǎng)砼試試件強度代代替結構實實際強度，，張拉強度沒有達到要要求。354、鋼絞線線穿束時沒沒有梳編，導致絞線線在管道內內相互纏繞繞，導致單單索張拉力力不均勻。。有的甚至至少穿或不不穿鋼絞線線。5、材料質量問問題：主要材料，，如鋼絞線線、錨、夾夾具、水泥泥及外加劑劑、波紋管管、壓漿材材料等未按按規(guī)定頻率率送檢，導導致質量失失控，埋下下了結構質質量隱患。。361）張拉機具質質量較差，未按規(guī)定定標定和使使用。千斤斤頂、壓力力表和油泵泵應當是一一個完整的的張拉施力力系統(tǒng)，必必須現(xiàn)場整整體標定，，實際上卻卻是分割標標定——分別標定千千斤頂與壓壓力表，往往往導致張張拉力偏差差。2）混凝土和漿漿液質量問問題。混凝土原原材料（特特別是集料料）質量不不穩(wěn)定，為為了保證砼砼強度，工工地不得不不加大水泥泥用量，為為了提高流流動度，加加水導致水水膠比過大大，導致結結構混凝土土裂縫增多多。3）張拉和壓漿漿記錄失真真，監(jiān)管手手段缺失。6、其它技術術問題：37如何解決這這些問題，，讓中國橋橋梁更安全全？1）認真實施施新的《公路橋涵施施工技術規(guī)規(guī)范》（JTG/TF50-2011)，并推行標準化施工工，克服預應應力施工質質量通??；；2）控制預應力力張拉精度度，建立合格格的預應力力體系；3）控制孔道壓壓漿質量，實現(xiàn)壓漿漿飽滿，保保護預應力力體系，提提高結構耐耐久性；4）提高監(jiān)管手手段，提高施工質質量監(jiān)控水水平和效率率。三.《公路橋涵施施工技術規(guī)規(guī)范》（JTG/F50-2011）關于預應力力結構施工工的關鍵性性修訂1.預應力張拉拉施工:1）對張拉控控制應力的的精度提出了具體體要求（第第7.12.2條第2款，±1.5％）；2）對對稱同步張拉工況張張拉力提出出了允許誤誤差要求（（見第7.12.2條第1款，±2％）；3）注重結構構建立合格格的有效預預應力，對對有效預應應力偏差提出了具體體要求（見見第7.12.2條第3款，±5％；第7.6.3條第2款）；4）延長了錨錨固持荷時間，由以以前的2分鐘延長到到5分鐘（見第7.8.5條）；5）重視有效效預應力的的均勻度，強調采用用梳編整體體穿束工藝藝防止鋼絞絞線纏繞。。（見第7.12.2條第3款；第7.2.7條；第7.8.3條第2款）2.預應力孔道道壓漿施工工:1）將壓漿質質量問題提提到了前所所未有的高高度，強調調從壓漿材料、、設備、、工藝、組組織管理等方面全面面提升來保保證壓漿密密實度。2）大幅度提提出了對壓壓漿材料的的質量要求求，并要求求采用專用用壓漿料或或專用壓漿漿劑。概括括起來就是是：“低水膠比比、高流動動度、零泌泌水率”。（見第7.9.2和7.9.3條）3）對拌漿和壓漿漿設備提出了更高高的要求（（見第7.9.4條）梳編穿束不不當會嚴重重影響各絞絞線受力的的均勻性。?！豆窐蚝┦┕ぜ夹g規(guī)規(guī)范》（JTG/F50-2011）7.8.3條規(guī)定：“宜將一根根鋼束中的的全部預應應力筋編束束后整體穿穿入孔道中中…”3.鋼絞線梳編編穿束工藝藝施工單位采采用梳編穿穿束工藝，，在熟練掌掌握后不僅僅不會耽誤誤工期，還還能大大提提高工作效效率，并消消除各根絞絞線受力不不均引起的的滑絲、斷斷絲等事故故，是保證證有效預應應力均勻度度的根本措措施。新版《公路橋涵施施工技術規(guī)規(guī)范》（JTG/F50-2011）在預應力力質量控制制方面相對對于原規(guī)范范在上述幾幾個關鍵點進行了實質性的修修訂，有了很大大的進步。。這些修訂訂內容是近近年來預應應力橋梁運運營中突出出問題尋求解決方方法的反映，是是施工技術術人員長期期施工經(jīng)驗驗教訓的總總結和技術術進步的必必然結果。。這些修訂訂喚醒了施施工參與者者對長期被被忽視的質質量隱患的的關注，提提出了依靠新材料料、新工藝藝、新技術術的解決之道道。新規(guī)范的貫貫徹和施工工控制難點點預應力傳統(tǒng)統(tǒng)張拉工藝藝的特點：：概括為:1、人工手動動驅動油泵泵;2、根據(jù)壓力力表讀數(shù)控控制張拉力力;3、待壓力表表讀數(shù)達到到預定值時時，用鋼尺尺人工測量量張拉伸長長值;4、人工記錄錄張拉數(shù)據(jù)據(jù)。4647量測伸長值值，存在人人身安全隱隱患記錄數(shù)據(jù)，，與理論值值比較48通過對1200多片簡支梁梁和七座連續(xù)剛構梁梁橋的預應應力檢測數(shù)數(shù)據(jù)分析，，這種傳統(tǒng)統(tǒng)的張拉工工藝存在如如下主要問問題：1、張拉力力控制誤差過大,達±15%；2、鋼絞線伸長值值測量不及及時、不準準確，不能能實現(xiàn)張拉拉力和伸長長值的雙重重同步控制；3、張拉過程很很不規(guī)范,預應力損失失大；4、兩端對對稱張拉不同步,結構受力不不均；5、人工記記錄數(shù)據(jù)，，監(jiān)管難度大大，質量隱患患被掩蓋。。492011年，由交通運輸部部公路科學研研究院、交交通運輸部部工程質量量監(jiān)督局牽牽頭，湖南南聯(lián)智橋隧隧技術有限限公司參加加的西部科技項項目《公路工程質質量安全過過程控制智智能化與遠遠程監(jiān)控技技術研究》將智能張拉和和壓漿技術術作為子課題進進行深入研究究，致力于通通過采用新的的施工工藝和和液壓、傳感感、數(shù)控、計計算機、通信信和物聯(lián)網(wǎng)技技術結合土木木工程技術，，形成預應力張張拉與壓漿智智能化成套技技術，提高橋橋梁安全性和和耐久性。西部科技項目目《公路工程質量量安全過程控控制智能化與與遠程監(jiān)控技技術研究》四.預應力張拉智智能控制技術術1.預應力智能張張拉控制系統(tǒng)統(tǒng)組成2.張拉質量智能能控制技術概概要1）控制應力精精度控制2）伸長量偏差差控制3）對稱同步張張拉控制4）預應力損失失控制5）遠程監(jiān)控3.技術經(jīng)濟比較較4.智能張拉技術術應用效果系統(tǒng)結構圖系統(tǒng)控制平臺臺智能張拉儀張拉系統(tǒng)控制制平臺智能千斤頂54一鍵完成張拉拉！2、預應力張拉拉質量智能控控制技術指標標（1）張拉控制應應力精度——誤差±1％（2）伸長量控制——同步“雙控””（3）對稱同步張張拉控制——多頂同步張拉拉誤差±2％（4）預應力損失失控制——持荷時間5分鐘（5）質量管理和和遠程監(jiān)控功功能——一覽無余，永永久追溯2、預應力張拉拉質量智能控控制技術指標標2.1張拉控制應力力精度系統(tǒng)能精確控控制施加的預預應力力值，，將誤差范圍圍由傳統(tǒng)張拉拉的±15％縮小到±1％。（2011版橋涵施工技技術規(guī)范7.12.2第2款規(guī)定“張拉拉力控制應力力的精度宜為為±1.5％”）張拉方式數(shù)據(jù)總量誤差1.5%以內數(shù)據(jù)個數(shù)誤差1.5%以外數(shù)據(jù)個數(shù)張拉力相對誤差均值傳統(tǒng)張拉602（3.3%）58（96.7%）4.68%智能張拉7272（100%）0（0%）0.70%2.2伸長量控制智能系統(tǒng)可實時采集張拉力和鋼絞絞線伸長量，自動計算伸長量，及時校核實際伸長量與與理論伸長值值偏差是否在在±6%范圍內，實現(xiàn)現(xiàn)應力與伸長長量同步“雙控””。（2011版橋涵施工技技術規(guī)范7.6.3第3款規(guī)定“實際際伸長值與理理論伸長值的的偏差應控制制在±6%以內)張拉方式數(shù)據(jù)總量最大偏差（mm）最小偏差（mm）平均值（mm）智能張拉2641.500.58產(chǎn)生伸長量誤誤差有以下4個主要原因：：1）預應力筋的的實際彈性模量量與計算取值不不一樣2）千斤頂誤差差3）孔道摩阻有有變化4）預應力筋截截面誤差建議：1）設計單位應應提出伸長值值的允許偏差差范圍，或通通過現(xiàn)場試驗驗確定偏差值值2）每批次鋼絞絞線進行彈性模量試驗驗3）張拉第一片片梁板時進行行摩阻試驗，在施工過程程中偏差異常常時進行摩阻阻試驗。摩阻阻的變異大小小取決于材料料性能變化和和施工質量管管理水平。4）原材料質量控控制（1）按規(guī)定頻率率進行鋼絞線力學性能試驗驗

（2）通過靜載錨固試驗來驗證錨錨固體系的錨錨固性能、承承載能力、適適應性、可靠靠性。2.3對稱同步張拉拉控制一臺計算機控控制兩臺或多多臺千斤頂同同時、同步對對稱張拉，實實現(xiàn)“多頂同步張拉拉”工藝。（規(guī)范7.12.2第1款規(guī)定“各千千斤頂之間同同步張拉力的的允許誤差為為±2％）2.4預應力損失控控制張拉程序智能能控制，不受受人為、環(huán)境境因素影響；停頓點、加加載、卸載速速率、持荷時時間等張拉過過程要素完全全符合橋梁設設計和施工技技術規(guī)范要求求。（規(guī)范規(guī)定持持荷時間為5分鐘）最大限限度減少了張張拉過程的預預應力損失。。智能張拉與傳傳統(tǒng)張拉同步性對比分析（張張拉力）張拉方式數(shù)據(jù)總量偏差在2%以內的數(shù)據(jù)個數(shù)偏差在2%以外的數(shù)據(jù)個數(shù)同步性誤差平均值傳統(tǒng)張拉1407（5%）133（95%）14.62%智能張拉360322（89.4%）38（10.6%）1.49%622.5、質量管理和和遠程監(jiān)控功功能現(xiàn)場拍照，確確保監(jiān)理、施施工人員到位位，實現(xiàn)遠程程監(jiān)控管理。?？蓪崿F(xiàn)質量遠遠程監(jiān)控，張張拉過程真實實記錄，真實實掌握質量狀狀況，質量責責任永久追溯溯。比較內容傳統(tǒng)手工張拉智能張拉系統(tǒng)1張拉力精度±15%±1%2自動補張拉無此功能張拉力下降1%時，自動補拉至規(guī)定值。3伸長量測量與校核人工測量，不準確，不及時，未能及時校核，未實現(xiàn)規(guī)范規(guī)定“雙控”自動測量，快速準確，及時校核，與張拉力同步控制，實現(xiàn)真正“雙控”4對稱同步人工控制，同步精度低，無法實現(xiàn)多頂同步張拉同步精度達±2%，計算機控制實現(xiàn)多頂對稱同步張拉。5加載速度與持荷時間隨意性大，加載過快，持荷時間過短按程序設定速度加載和持荷，排除人為影響6卸載錨固瞬時卸載，回縮時對夾片造成沖擊，回縮量大可緩慢卸載，避免沖擊損傷夾片，減少回縮量3智能張拉與傳傳統(tǒng)張拉的技技術經(jīng)濟比較較技術經(jīng)濟比較較表（續(xù)）比較內容傳統(tǒng)手工張拉智能張拉系統(tǒng)7回縮量測定無法準確測定錨固后回縮量可準確測定實際回縮量8預應力損失張拉過程預應力損失大由于張拉過程規(guī)范，損失小9張拉記錄人工記錄，可信度低自動記錄，真實再現(xiàn)張拉過程10安全保障邊張拉邊測量延伸量有人身安全隱患操作人員遠離非安全區(qū)域，人身安全有保障11質量管理與遠程監(jiān)控真實質量狀況難以掌握，缺乏有效的質量控制手段便于質量管理，質量追溯，提高管理水平、質量水平，實現(xiàn)張拉質量遠程監(jiān)控12經(jīng)濟效益張拉過程需要4人同時作業(yè)只需要2人同時作業(yè)，一年節(jié)約人工費用12萬元6767▲智能張拉壓力傳感器傳感器顯示位移傳感器測測量伸長量電腦顯示684智能張拉應用用效果從上圖可以看看出，延伸量量超過±6％的情況客觀觀存在，只是是以前沒有被被發(fā)現(xiàn)，隨著著加強施工管管理，施工質質量得到了控控制，趨勢向向好，到3月底時，延伸伸量誤差基本本控制在±6％（紅線）范范圍內，說明明應用智能張張拉系統(tǒng)讓張張拉質量顯著著提升。2月份好轉，3月底完全受控控五.壓漿質量控制制技術70普通壓漿工藝藝真空壓漿工藝藝位于梁底部的的兩根管位于梁頂部的的兩根管71工程實踐證明明：真空壓漿工藝藝明顯優(yōu)于普普通壓漿工藝藝，但是，真空壓漿還存存在以下缺陷陷：▲真空負壓不不易實現(xiàn)?！椎赖膬蓛啥烁卟钶^大大時，孔道最最高點頂部仍仍會出現(xiàn)空洞洞；722循環(huán)智能壓漿漿技術732.1壓漿壓力和流流量控制（1）精確調節(jié)和和保持灌漿壓力智能壓漿系統(tǒng)統(tǒng)自動實測管管道壓力損失失，以出漿口壓力滿足規(guī)范壓力力值來設置灌灌漿壓力，保保證沿途壓力力損失后管道道內仍滿足規(guī)規(guī)范要求的最最低壓力值。。關閉出漿口口后長時間內內保持不低于于0.5MPa的壓力。（2011版橋涵施工技技術規(guī)范7.9.8條規(guī)定“對水水平或曲線管管道，壓漿壓壓力宜為0.5～0.7MPa…關閉出漿口后后宜保持一個個不小于0.5MPa的穩(wěn)壓期3~5min）（2）當進、出漿漿口壓力差保保持穩(wěn)定后，可判定管管道充盈。（3）通過進出口口調節(jié)閥對流量和壓力力大小進行調調整。742.2循環(huán)壓漿工藝藝管道內漿液從從出漿口導流流至儲漿桶，，再從進漿口口泵入管道，，形成大循環(huán)回路，漿液在在管道內持續(xù)循環(huán)，通過調整壓壓力和流量，，將管道內空空氣通過出漿漿口和鋼絞線線絲間空隙完完全排出，還還可帶出孔道道內殘留雜質質。氣泡排出757677對于大于50M的長管道，可可以采用兩臺臺壓漿臺車配配合交叉循環(huán)環(huán)壓漿。78對于跨徑50m內的預制梁，，單孔長度小小于55m的預應力管道道均可雙孔同同時壓漿，從從位置較低的的一孔壓入，，從位置較高高的一孔壓出出回流至儲漿漿桶，節(jié)約勞勞動力，提高高工效100%。循環(huán)回路出漿口進漿口792.2水膠比控制按施工配合比比自動加水，精確控制加加水量，從而而保證水膠比比符合要求。。（2011版橋涵施工技技術規(guī)范7.9.3條規(guī)定“漿液液水膠比宜為為0.26～0.28）802.3漿液攪拌質量量控制系統(tǒng)采用高速制漿機，將水泥、壓壓漿劑和水進進行高速攪拌拌，其轉速為為1420r/min，葉片線速度度>10m/s，能完全滿足足規(guī)范要求。。（2011版橋涵施工技技術規(guī)范7.9.4條規(guī)定“攪拌拌機的轉速應應不低于1000r/min,其葉片的線速速度不宜小于于10m/s。）壓漿完成后出出漿口812.4遠程監(jiān)控灌漿過程由計算機程序控控制，不受人為因因素影響，實實時監(jiān)測灌漿漿壓力、穩(wěn)壓壓時間、漿液液溫度