桥面板预应力张拉的质量控制

２０１０年８月第８期　城市道桥与防洪　管理施工　１８５　桥面板预应力张拉的质量控制　胡建军　（南通市市政设施管理处，江苏南通２２６００１）　摘要：该文论述了桥面板预应力张拉的质量控制问题。实践经验证明：为提高施工质量，消除潜在的质量隐患，除要严格　控制锚具、钢绞线本身的质量外，还应在波纹管选择与布设、张拉与压浆工艺等质量关键点上采取相应措施，把好质量关。　关键词：桥面板；预应力张拉；波纹管；压浆；质量；控制　中闰分类号：Ｕ４４８．２５　文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—７７１６（２０１０）０８—０１８５－０４　０　引言　随着钢绞线在桥梁工程中的大量采用，预应　（３）在管道穿入前要考虑钢筋套子弯钩和底　板上层筋，以及横隔梁剪力筋对孔道路径的影响，　要提前调整留出孔道位置。在接近锚区２．５　ｍ左　力工程的广泛设计几乎涵盖了高速公路、城市道　路的每一座桥梁，已经成为桥梁建筑结构力学体　系的主流。为了确保桥梁工程在交付使用后，能达　到结构安全和使用年限，需要进一步理解桥梁后　张预应力施工的原理。在现有的施工工艺基础上　提高施工质量，消除潜在的质量隐患，除去锚具、　钢绞线本身质量因素影响以外，以下几个方面也　是质量关键点。　右时，管道发生平曲，要提前调整钢筋套子，或者　将此１～１．５　ｍ范围内的钢筋套子重新设计留出　管道平曲位置。波纹管水平净距要考虑振捣棒可　以插人，最小不能小于７　ｃｍ，如不足可以调整，最　少调整出３道施工插棒振捣位置。　（４）目测波纹管管道是否顺畅，也就是看其能　否满足设计要求，然后根据钢束重量，沿管道每　５０～１００　ｅｍ一根，补齐剩下横向定位筋。注意在　每个管接口下加装一根横向定位筋（重点是后穿　束孔道）。　（５）管道和横向定位筋固定可以采用　８一　１０　钢筋Ｕ型卡环焊接。　１．３穿束　１　波纹管的设置　１．１波纹管的选择　目前桥梁施工中所采用的波纹管主要有两　种：一种为金属波纹管；另一种为塑料波纹管。金　属波纹管由热轧钢带机械卷制而成，主要质量要　求是接口咬合牢固，钢带厚度不应小于０．２８　ｍｍ，　波峰不小于５　ｍｍ，有一定的刚度。以宽钢带卷制的　４波纹波纹管为最好。塑料波纹管内径在７５　ｍｍ以　下偏管长轴在５５　ｍｍ以下），壁厚不应小于２．５　ｍｍ；　内径在７５　ｍｍ以上（扁管长轴在５．５　ｃｍ以上），壁　厚不应小于３．０　ｍｍ，波峰不小于５　ｍｍ。以上两种　波纹管的刚度是决定管道布设曲线流畅的关键，　同时也可以有效地防止波纹管在混凝土的重压和　施工时振捣棒碰撞下不变形、不挠曲。　１．２波纹管的布设　（１）设置横向定位钢筋。定位筋设置要先设曲　线最高点、最低点和直线、曲线之间的变点。如果　管道有足够的刚度纵向定位导向筋可以不设。　（２）管道从结构一侧穿人，边穿边接长接口采　用大一号的管道（长度不小于３０　ｅｍ）旋转接牢，接　口两头用塑料胶带缠牢固。　收稿日期：２０１０—０６—２１　虽然规范规定可以先穿束也可以后穿束，但　在实际施工中后穿束问题较多。后穿束经常会发　生堵管现象，除凿开外没有什么好的处理办法，所　以后穿束浇注混凝土前需先在波纹管中穿入小一　号的塑料管，待混凝土浇筑完毕再拔出。而先穿束　的优点是利用钢绞线的刚度可以有效加强波纹管　的刚度，有效折减混凝土浇注和振捣棒的冲击，不　会变形。即使偶然漏进些浆水，也只是增加一些摩　阻不会影响张拉压浆工作，更不会对桥梁的安全　使用造成威胁，基本消除了堵管后处理困难的弊　端。穿束时可以将整盘钢绞线抽出一头逐根穿入　边穿边截留够张拉长度，这样比后穿先放束节约　材料。在每根钢绞线穿人时钢绞线前端应套上穿　束专用塑料帽或缠好胶带，以便于减少阻力和保　护孑Ｌ道，刚切完的钢绞线头要采取水降温的措施。　２　张拉　２．１张拉前的准备工作　作者简介：胡建军（１９７６一），男，江苏南通人，工程师，副总经　理，从事工程施工管理工作。　２．１．１千斤顶校验和确定油表读数　按常规配套校验千斤顶、油表，最好选择原锚　１８６　管理施工　城市道桥与防洪　值；　２０１０年８月第８期　具厂家的限位板，其外形尺寸具有相对的专一性。　根据试验，获得千斤顶、油表读数和张拉吨位的数　Ａ　——每个孔道张应力钢束总截面面积，ｍｍ　。　按以上公式计算，完全可以满足现有的桥梁　施工各种预应力孔道理论伸长量的计算应用，甚　据表。接着，用内插法计算出对应施工图纸所给张　拉总吨数的相应油表读数，以便张拉时采用。内插　法是在试验表中取相应张拉吨位相邻两点作为依　据，也可以用比例法，即选择张拉吨位最近的一点　至纵曲线不对称（桥梁一联中跨径不一致）将计　算截面取在束长的一半处再将角度等分也是适　用的。　用比例关系直接计算得出。注意：首选张拉吨位作　为计算值，而采用张拉应力计算，有时会因为钢绞　线设计时采取的理论截面面积不统一而带来误　采用此公式时如一端张拉可直接用公式，一　端是锚固时，Ｘ值要扣除钢束预埋在混凝土中的　差。（钢绞线由７根单丝扭缠而成，６根外丝直径　５　ｍｍ，内丝直径大于５．０　ｍｍ接近５．５　ｍｍ。其试验　截面为１４０　ｍｍ　，如将内丝也按直径５　ｍｍ计算，　则其截面理论值为１３７．３　ｍｍ　）。　２．１．２测定孔道摩阻　摩阻系数即孔道壁的摩擦系数，通常塑料波　纹管在０．０６—０．２０之间，金属波纹管在０．１９—　０．３０之间。由于施工材料、施工工艺、施工质量的　影响，即使是同一类型的管道其摩阻值也不一样，　检测又不可能每根都测试，只是选几个有代表性　的孑Ｌ道测试，所以只要掌握摩阻值的大致区间即　可。摩阻值超出常规在１．０左右的情况很少见，常　常是设计曲线不合理所致。摩阻值即便大些，设计　在一般情况下也是不会轻易调整张拉应力的。由　于摩阻值测试的代表性不强再加上钢绞线弹性模　量的微变化导致理论设计伸长量值在起始阶段只　是一个近似的参考值。正因为如此张拉时采用双　控，在任情况况下都要以张拉力为主，理论伸长量　是参考值，用于复核检查张拉力的可靠性和说明　施工中是否存在影响着张拉力的意外故障等。　２．１．３理论伸长值计算　不必采用简化计算，也不必分段计算叠加，直　接套用施工规范中的两个公式：　ＡＬ＝ＰｄＬｆＡＰ×ＥＰ　Ｐｅ＝Ｐ［１－ｅ一（　＋　））］／（ｋｘ＋　７）　式中：　一预应力钢束平均张拉力，Ｎ；　Ｐ＿预应力张拉端锚下张拉力，Ｎ；　——孔道长度，ｍ；　——孑Ｌ道加上千斤顶的长度，ｍ；　——孔道变化切线夹角之和，ｒａｄ，一般在　图纸要素表中得出，如有平曲线则选　取两值平方和的开根值；　Ｋ——孔道每米局部偏差对摩擦的影响系　数，金属波纹管取０．００１　５，塑料波纹　管取０．００１；　——孑Ｌ壁的摩擦系数，取摩阻试验的平均值；　——。张应力钢束的弹性模量，ＭＰａ，取试验　长度。　两端张拉取一半计算然后再迭加。　公式中多元素变化对理论计算伸长值有影响　的，可选用有代表性的元素。　２．２张拉操作　目前钢绞线的质量已具有可靠稳定性，千斤　顶、油表又经配套校验，张拉工作只要按规程操　作，伸长量量测统一读数准确，都可以满足规范　要求，限制在经过调查后的理论计算伸长值　６％　以内。　但在张拉时还要注意以下几个问题：　（１）伸长量普遍偏低或偏高，这不是主要问题，　主要的问题是伸长值不应过于离散，同一形态钢　束伸长量离散、不均衡说明管道布置固定质量不　一致或千斤顶持荷时间不一致。而伸长量的平均　值偏高或偏低，主要是因为公式中的几个系数Ｋ　值、　值、弹性模量值有偏差，影响伸长量计算。　对此，可以根据张拉的结果（前一束平均值）调整　各系数及对钢绞线弹性模量值重新做实验。　（２）提高张拉质量的有效方法是选有经验的　施工人员在现场张拉时逐根调整张拉束，尽量　使其伸长量不离散而导致向中心靠拢。尤其是　伸长量偏小的束依据孔道摩阻值在锚口部占的　比例较大的特点，可以适量加长持荷时间并在　３％范围以内，上调张拉力，使得张拉伸长值统　一在一个小范围内。只有这样逐根微调，保证每　一束的张拉质量，才能最终保证桥梁总体的张　拉质量。但注意伸长量超长时也不能减少张拉　力，应找出超限的原因。如感觉有疑问可以复验　千斤顶和油表。　（３）对于长束必须采用千斤顶整束张拉，若使　用小千斤顶逐根张拉在后几根钢绞线张拉时，由　于已受力的钢绞线对于张拉的钢绞线形成缠绕挤　压其摩阻值极大，逐根钢绞线力量传送衰减过快　使得大部分钢绞线达不到永存应力的要求，从而　降低了张拉质量。　（４）张拉量测值时机是在张拉持荷完毕松油　２０１０年８月第８期　城市道桥与防洪　管理施工　１８７　回顶之前。此前的各种损失由施工人员考虑（含锚　圈Ｅｌ　１。此时的量测值和张拉力的关系如满足规范　要求，也就达到了设计意图，张拉松油至锚固结束　之间的各种损失是由设计人员考虑的。　（５）采用连接器张拉时，连接器下的混凝土密　实与否是非常重要的。如果不密实的话，锚垫板碎　裂塌陷，致使连接器倾斜单根带挤压套的钢绞线　挂上不去，或发生折角，这在施工中是不允许的，　必须放束推倒重来。处理此种事故非常麻烦而且　浪费材料和延误工期。最好的处理办法是在安装　连接器前用看外观和敲击的方法仔细检查锚垫板　是否密实有无空洞、松散现象，如有必需凿开空　洞，进行补强。补强方法是：一定要采用４２．５级普　通硅酸盐水泥加砂、石和减水剂搅拌而成半干硬　性混凝土并用人工填充。在填充时根据空洞大小　加入一些直径大于１６　ｍｍ的短钢筋头，最后轻击　锚垫板使其密实，养生４８　ｈ即可。不采用快硬水　泥是因为快硬水泥凝结速度快但最终标号达到　Ｃ３５以上是很不容易的，而且其弹性模量值较普　通硅酸盐水泥小，使用时容易变形，再次张拉时　发生二次质量问题。　３压浆　孔道压浆有两个目的：一是保护钢绞线不生　锈延长结构使用年限，所以压浆要饱满密实；二　是作为媒介在钢绞线松弛时，可以向梁体传递一　部分应力，所以施工规范要求压浆的强度不低于　３０　ＭＰａ。　３．１如何使压浆饱满　虽然目前还没有保证孔道灌浆饱满又易于操　作的理想方法，即使是二次压浆在可操作性上也　存在一些问题。但由于普遍采用了Ｕ３型活塞式　水泥灰浆泵，再配合进出口节门使得近几年压浆　质量有了明显提高。　（１）要从低向高压浆为宜，这样有利于气泡、水　的排出。在关闭出浆口节门后持压０．５～０．７　ＭＰａ，　沿出浆口向进浆口方向依次打开通气孔使其溢出　浓浆再封闭。　（２）在浆体终凝前溢出清水时，切开出气孔塑　料管人工回灌相同配比的水泥浆，可以用钢丝捣　固直至灌满。预设出气孔塑料管内径不应小于　１．５　ｃｍ。　（３）不论长束短束钢绞线布设曲线只要有坡峰，　就要在坡峰顶设置排气孔以利于水和气的排出保　证回灌的通路。　（４）水泥浆内适量掺人膨胀剂。　３．２如何保证压浆强度　对于压浆浆体强度目前国内与国外桥梁工程　设计规范和施工规范还需要有一个统一的标准。　如果采用合格的普通硅酸盐４２．５级水泥，掺加高　效减水剂和膨胀剂浆体稠度在１８Ｓ时浆体强度很　容易达到Ｃ３０ＭＰａ。但有些施工项目在按设计规范　设计时，浆体设计指标强度为母体的８０％，如箱　梁混凝土常常为Ｃ５０ＭＰａ，浆体强度为Ｃ４０ＭＰａ，这　在施工现场采用常规的施工工艺是很难达到的，　必需采取如下几项措施：　（１）降低膨胀剂的使用数量，因为膨胀剂和强　度是相反的关系，膨胀率越高，添加越多，浆体强　度越低。　（２）对大孔径管道，可增加细砂骨料。　（３）减小水灰比，加大水泥浆稠度，在３０Ｓ左右。　（４）封闭出气孔，在梁端部出气孔设置真空泵　辅助压浆，如果是塑料波纹管真空泵的压力不宜　过大，应在０．０５～０．０６　ＭＰａ之间。如负压过大、时　间又长，很容易将塑料波纹管吸瘪造成堵管事故。　尽管采用以上措施，在施工中也是较难操作　的，有点偏差就可能导致浆体强度不足Ｃ４０或堵　管造成事故。　３．３如何处理压浆中发生的事故　（１）串孔：串孔即一个孔道压浆时，另外的孔　道也溢出灰浆，应及时对串孑Ｌ的孑Ｌ道提前压浆争　取时间，一旦水泥终凝，就压不通了。　（２）泄露：压浆泵压力上不去，长时间压浆后　相邻孔道进出口无浆，这时要注意检查大型构件，　检查四周有无孔洞，现浇箱梁则要进入被压束孑Ｌ　道两侧的箱室中逐一检查，查出泄露处堵上无纺　布，再采用木材顶紧，继续压浆。　（３）堵管：主要原因是孔道内杂物或水泥浆结　团结块，发生压不进去堵管现象。此时要查明原　因。如锚垫板压浆孔堵塞，可以凿通。如已经压进　去了一部分浆液提高灌浆压力再压数次，还不见　效则迅速在出浆口或相邻出气孔反向压清水将浆　液洗出，重新再压。事故处理要强调迅速，因为在　施工现场，查清判断堵管位置，或打孔增加压浆　孔等措施是来不及实施的。　４认知误区　（１）钢绞线在张拉时可以拉断的概念是错误的。　因为钢绞线在张拉时只拉长到本体长度的６．５‰　左右，而钢绞线破断值是４．５％。这两者根本不是　一个能量级。钢绞线出现问题有以下几点原因：　ａ．放束切束时误切损伤，未采取换线措施，因　１８８　管理施工　城市道桥与防洪　２０１０年８月第８期　打捆时采用了切割锯切开钢带包装钢绞线受损伤；　（４）对于孔道压浆强度应综合考虑。考虑强度　更要考虑施工的操作可行性，如浆液强度太高浆　液很浓极容易造成堵管质量事故。对于堵管的孔　ｂ．电焊时钢绞线过电损伤；　ｃ．夹片不合格时可以卡伤钢绞线发生断丝；　ｄ．锚具未卧进锚垫板凹槽张拉时不同心或设　计锚孔布置为不对称状态时，安装限位板和锚具　孑Ｌ洞不重合，旋转了角度，锚具和锚垫板对钢绞线　形成剪切状态。　（２）一般情况下挤压锚的破断力是很可靠的，　其拉脱值和钢绞线本身强度不是一个等级。在实　道可以分段打孔再压，但结合部位的质量很难保　证。目前还没有检查孔道密实度的可靠检测手段。　（５）真空压浆试验近几年虽未少做，但试验母　体是在厂家试验而不是在施工现场做的，试验结　果和实际操作存在很大差异（如管道长度、管道和　混凝土结合力等）。所以，目前就真空压浆的好处　验中极少发生不合格现象，但施工中却会发生问　如可靠性、密实性仍没有权威论证结果也没有形　题：一是挤压簧放得少或错位；二是挤压套质量不　成规范。真空压浆在目前实施明显的优点只有一　合格千斤顶用很小的力就可以挤压过去抱箍不　个：就是因真空泵的使用使水灰比降低，压浆浆体　实；三是挤压锚在连接时连接器位置不正或月牙　强度略有提高，而对于其他的各项指标还没有可　口过大，挤压头受力不均造成撕裂挤压套现象发　靠的手段检测。　生事故。　不管怎样，要提高预应力张拉施工质量抓好　（３）冬季施工怀疑管道中有水冻裂梁体，在春　以上几个质量控制点是关键的。　天发生沿波纹管滴水现象。其实绝大部分梁体渗　水是因为管道下方混凝土振捣不密实产生三角条　参考文献　形空隙积水冻胀和波纹管无关。冬季施工时，浆体　【ｌ】宋玉普．预应力混凝土桥梁结构，结构设计与施工计算实例丛　书【Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７．　中已加人防冻剂在一定负温下水分子不会结晶发　【２】刘山洪．简明预应力混凝土桥梁施工手册ＩＳ］．北京：人民交通　生膨胀现象，只对其早期强度有影响。　出版社，２００６．　中国海水淡化进入加速期　国家海水淡化“十二五”发展规划及项目审查会近日召开。会议指出，在沿海大规模建　设海水淡化工程，可有效增加水资源总量，改善水资源结构，提高水资源安全保障率，是　解决淡水短缺的战略选择和重要措施。　天津北疆电厂ｌ０万删海水淡化工程全部四套装置最近安装完毕，投入使用后，除７％　供电厂生产生活外，其余的经水厂进人滨海新区的市政管网。到今年年底，天津滨海新区　海水淡化总规模将达到日产５Ｏ万ｔ，海水淡化年生产能力达１．５￣Ｚ，ｔ以上，成为国内最大的海　水淡化基地。　在世界范围里，海水淡化产业正显现出蓬勃生机。目前全球海水淡化总产量已达日均　６　３４８万ｔ。２００８年，全球海水淡化工程总投资额达２４８亿美元，每年以２０％　３０％的速度增　长。２０１５年，预计将达５６４亿美元。把水资源的最终解决方案寄托在海水淡化上，是人们的　期待。　然而，中国的海水淡化产业只是刚刚起步。２００９年，全国海水淡化工程实际产水量２４　万　，仅占世界总量的３．８％。“与国外相比，中国海水淡化和综合利用产业存在差距，不能　适应经济快速发展的需要。”国家海洋局局长孙志辉用“初见端倪”形容中国的海水淡化　和综合利用装备制造产业。