预应力混凝土箱梁施工质量病害及防治措施摘要:预应力混凝土箱梁常见质量病害包括各种类型的裂缝,箱梁拆模后在腹板与底板承托部位出现空洞、蜂窝、麻面,预应力钢束张拉时,钢束伸长值超出了充许偏差值以及预应力筋的断丝和滑丝等。
本文就对这些质量病害产生的原因和防治措施进行探讨。
预应力混凝土箱梁常见质量病害包括各种类型的裂缝,箱梁拆模后在腹板与底板承托部位出现空洞、蜂窝、麻面,预应力钢束张拉时,钢束伸长值超出了充许偏差值以及预应力筋的断丝和滑丝等。
本文就对这些质量病害产生的原因和防治措施进行探讨。
1.预应力混凝土箱梁常见裂缝1.1常见裂缝的分类:1)纵向弯曲裂缝;2)纵向弯曲剪应力裂缝;3)预应力筋未能覆盖截面产生的裂缝;4)桥墩两侧箱梁腹板和独立支撑处箱梁横隔板中的裂缝;5)温度收缩裂缝;6)箱梁底板的锚下裂缝。
1.2常见裂缝产生原因:针对常用的预应力混凝土连续箱梁而言,裂缝形成的原因主要有以下几点:1)主桥总体设计中对箱梁截面尺寸的拟定不合理,其中包括梁高,腹板、底板及顶板厚度尺寸,承托布置及尺寸等。
2)设计抗弯剪能力不足;3)对超静定预应力混凝土连续梁桥设计中的次内力影响估计不足。
4)未考虑温度应力;5)预应力钢束布置不合理;6)预应力张拉未达到设计要求。
7)材料自身强度不足。
8)施工技术差错或未考虑施工精度误差。
1.3防治措施1)设计时除按照有关规范进行主应力计算外,还要对各种应力,尤其是局部应力的可能分布状态要有足够的定性分析和进行必要的定量分析,以便优化调整箱梁截面尺寸,合理布置预应力钢束;对预应力钢束锚固端两侧的危险截面应加以验算。
2)布置适量的普通钢筋,以提高箱梁结构局部区域的抗裂性能,增加构件的局部强度,取用合理的技术经济指标。
3)精心施工,充分考虑施工中的各种不利因素,对施工方法、材料强度及预应力张拉工艺等需要有可靠的保证,做到符合设计要求。
4)对工程中出现的裂缝应作详细调整,进行科学分析。
必要时还应进行有关试验和测试,对症下药,采取相应的对策,以确保结构的强度、安全性和耐久性。
2.箱梁底板在沿预应力钢束波纹管位置下出现的纵向裂隙2.1纵向裂缝的现象:采用支架现浇法施工的预应力混凝土箱梁底板,在沿预应力钢束波纹管位置下出现断断续续、长度不等的裂缝,宽度大都在0.2cm以下。
2.2原因分析:1)形成这一类裂缝的主要原因之一是预应力钢束的保护层厚度偏薄,加上采用的高标号水泥用量偏多,水泥浆含量偏大,导致较大的收缩变形。
由于箱梁结构的内约束,包括底板截面的不均匀收缩和波纹管对混凝土收缩的约束作用,导致较大的混凝土收缩应力,超过了当时混凝土的抗拉强度,从而出现了沿波纹管纵向的收缩裂缝。
2)箱梁底板横向分布钢筋间距偏大;或箱梁底板预应力钢束布置不够合理;3)混凝土振捣不密实,养扩展措施不到位;4)张拉预应力束时的混凝土龄期偏小。
2.3防治措施1)改进泵送混的级配,优化降低混凝土收缩变形的材料配合比,其中包括水泥用量、水灰比、外加剂等。
2)采取技术措施,确保预应力波纹管保护层的厚度,一般不小于5cm。
3)对底板构造钢筋和底板预应力钢束的间距采取合理布置。
4)加强对箱梁底板混凝土外表面的养护工作。
5)适当延长混凝土张拉龄期。
3. 箱梁腹板出现斜向裂缝3.1病害表现:悬臂现浇混凝土箱梁拆模后张拉预应力索,腹板混凝土出现裂缝。
一种是有规律地出现于底板约呈45°的斜裂缝。
另一种为沿预应力索管方向的斜向裂缝,往往是靠近锚头处裂缝开展较宽,逐渐变窄而至消失。
3.2原因分析:1)出现与底板呈现呈45°的斜裂缝的原因极大可能是该区域的主拉应力,超过了该处的预应力索和普通钢筋的抗剪力及混凝土的抗拉强度,也有可能是混凝土拆模时间过早,混凝土尚未达到其设计的抗拉强度。
2)出现沿预应力索管方向的裂缝的原因往往是由于预应力索张拉时,索管及其周边混凝土受较集中的压应力,由于柏松效应导致索管及其周边混受到索管径向的巨大张力,如保护层混凝土不足以抵抗拉应力,则会在其最薄弱处开裂。
3)混凝土未达到拆模、张拉的龄期或强度。
4)腹板的非预应力普通钢筋网,钢筋间距较大,不能满足抗裂要求。
5)施工临时荷载超载或在作用点产生过大的集中应力。
3.3 预防措施悬臂现浇混凝土箱梁腹板斜向裂缝的出现往往是设计、施工、材料、工艺等综合因素作用的结果,原因比较复杂,但其中必然有一、二个原因是主要的,为此,应针对不同的情况,采取相应的对策。
设计:1)布置有弯起预应力筋部位,往往能有效地克服主拉应力,因此在无弯起预应力筋部位应特别注意验算该部位的主拉应力,并布置相应的抗裂钢筋。
2)加密普通钢筋间距以增强抗裂性。
必要时可在易发生斜向裂缝的区段,加设钢丝网片;3)在预应力束张拉集中的近锚头区域,增设钢盘网片,提高抗压能力和分散集中力。
施工:1)施工工况、工艺流程必须与设计相符。
如有变更,应立即与设计单位取得联系,核算无误后方可施工。
2)混凝土未达到龄期或强度,不能拆除模板。
为掌握混凝土的实际强度,可在浇筑混凝土时多制件几组混凝土试块,在不同龄期进行试压。
3)施工时严格控制施工荷载,不得有超载或有不同于设计工况的集中荷载。
4)确保混保护层的厚度及其质量。
3.4治理方法1)加强观察。
如发现裂缝继续发展、加宽、错台,应立即停止施工,会同有关部门分析原因加固补强,以免酿成严重后果。
2)如裂缝无继续扩大和发展,或逐渐闭合,可待其稳定后预以封闭。
4.箱梁拆模后在腹板与底板承托部位出现空洞、蜂窝、麻面4.1病害表现:箱梁浇筑混凝土拆模后,在底板与腹板连接处的承托部位,部分腹板离底板1米高范围内出现空洞、蜂窝、麻面。
4.2原因分析:1)箱梁腹板一般较高,厚度较薄,在底板与腹板连接部位钢筋较密,又布置有预应力筋使得腹板混凝土浇筑时不易振实,也有漏振情况,易造成蜂窝。
2)若箱梁设置模隔板,一般会设预留入孔,浇筑混凝土时从预留入孔两边同时进料,易造成预留孔下部空气被封堵,形成空洞。
3)浇筑混凝土时,若气温较高,混凝土坍落度小,模板湿水不够,局部钢筋太密,振捣困难,易使混凝土出现蜂窝、不密实。
4)箱梁混凝土浇筑量较大,若供料不及时,易造成混凝土振捣困难,出现松散或冷缝。
5)模板支撑不牢固,接缝不密贴,易发生漏浆、跑模,使混凝土产生蜂窝、麻面。
6)施工人员操作不熟练,振捣范围分工不明确,未能严格做到对相邻部位交叉振捣,从而发生漏振情况,使混凝土出现松散、蜂窝。
4.3预防处理措施1)箱梁混凝土浇筑前应做好合理组织和分工,对操作人员进行技术交度,划分振捣范围,浇筑层次清楚,相互重复振捣长度应取50cm左右,一边下料。
2)对设置模隔板的箱梁,混凝土要轮流从横隔板洞口一边下料,并从洞口下另一边振出混凝土,避免使空气封堵在洞口下部,这样就不易在洞口下部形成空洞。
3)合理组织混凝土供料,如采用商品混凝土,现场宜有临时备用搅拌设备,以便当商品混凝土因运输或其他原因带来供料中断时预以临时供料。
4)根据施工气温,合理调整混凝土坍落度和混凝土水灰比,当气温高时,应做好模板湿润工作。
5)当箱梁腹板较高时,模板上应预留入孔处,使得振捣棒可达到各部位。
6)对箱梁底板与腹板承托处及模隔板预留入孔处,应重点进行监护,确保混浇筑质量。
5.预应力钢束张拉时,钢束伸长值超出了允许偏差值5.1病害现象:预应力钢束张拉时,钢束伸长值超过了规定的允许偏差范围,如包含平弯、竖弯的长钢束其伸长值比设计值偏小;短钢束的伸长值比设计值偏大。
5.2原因分析1)实际使预应力钢材弹性模量和钢束截面积与设计计算值不一致。
2)由于预应力预留孔道的位置不准确,波纹管形成空间曲线,使张拉时钢束的摩阻力变大,当张拉到设计吨位时,预应力的实际伸长值偏小。
3)预应力施工工序不规范。
如在箱梁浇筑混凝土前已将双向张拉的预应力束穿好,若浇筑混凝土时产生孔道堵塞,不能用通孔器检查,张拉时摩阻力会增大,造成伸长值偏小。
4)千斤顶与压力表等预应力张拉机具未能按规定定期进行校验,也会造成张拉力与伸长值不一致。
5.3防治措施1)预应力筋在使用前必须按实测的弹性模量和截面积修正计算。
2)正确量得预应力筋的引伸量,按计算的引伸量误差修正伸长值。
3)确保波纹管的定位准确,为此,应将波纹管的定位钢筋,点焊在上、下排的受力钢筋上,防止浇筑混凝土过程中波纹管上浮。
根据需要可进行实测预应力张拉摩阻力试验,修正设计用的摩擦系数μ值,以调正预应力筋的设计伸长值。
4)若实际发生的摩阻力偏大,预应力钢束张拉后的实测值相差较大,此时可考虑使用备用孔道增加预应力束。
6.预应力筋的断丝和滑丝6.1病害表现:预应力混凝土箱梁张拉时发生预应力钢索的断丝和滑丝,使得箱梁的预应力钢束受力不均匀或使构件不能达到所要求的预应力度。
6.2原因分析:1)实际使用的预应力钢丝或预应力钢铰线直径偏大,锚具与夹片不密贴,张拉时易发生断丝或滑丝。
2)预应力束没有或未按规定要求梳理编束,使得钢束长短不一致或发生交叉,张拉时造成钢丝受务不均,易发生断丝。
3)锚夹具的尺寸不准,夹片的锥度误差大,夹片的硬度与预应力筋不配套,易断丝和滑丝。
4)锚圈放置位置不准,支承垫块倾斜,千斤顶安装不正,也会造成预应力钢束断丝。
5)施工焊接时,把接地线接在预应力筋上,造成钢丝间短路,损伤钢铰线,张拉时发生断丝。
6)浇筑箱录像混凝土前已先把钢束穿入波纹管,造成钢丝锈蚀,浇筑的混凝土砂浆留在钢束上,又未清理干净,张拉时产生滑丝。
6.3防治措施1)穿束前,预应力钢束必须按技术规程进行梳理编束,并正确绑扎。
2)张拉前锚夹具需要按规范要求进行检验,特别对夹片的硬度一定要进行测定,不合格的予以调换。
3)张拉预应力时锚具、千斤顶安装要准确。
4)当预应力张拉达到一定吨位后,如发现油压回落,再加油压又回落,这时有可能发生断丝,若这样,需更换预应力钢束,重新进行预应力张拉。
5)焊接时严禁利用预应力筋作为接地线,也不允许发生电焊浇伤波纹管与钢铰线。
6)张拉前必须对张拉端钢铰线进行清理,如发生钢铰线锈蚀应重新调换。
7.结论基于上述预应力箱梁可能发生的病害因素,在实际施工中,要严格控制每节箱梁施工中的中轴线及标高,严格监控施工过程中各块箱梁的挠度变化情况,并不断进行调整。
同时,对各种原材料、各工程项目和各个工序应经常进行检验,保证符合设计和施工技术规范的标准。