公路橋梁施工中若干預應力技術問題的探討 （預應力精扎螺紋鋼筋及配件電話：15122629589）
從全國各地眾多高速公路橋梁健康檢查情況來看,預應力橋梁的裂縫病害相當普遍,特別是箱梁橋。產生裂縫病害的原因很多,其中預應力橋梁施工中出現(xiàn)的若干預應力技術問題,已受到眾多專家的關注和質疑。
1預應力橋梁的施工工藝問題
1.1預應力結構砼開始張拉的時間問題
為提高預應力混凝土的早期強度,近幾年通過摻加早強劑的方法,一般澆注砼3d后就開始張拉預應力,然而由于砼強度增長需要一定的時間,而且強度和彈性模量增長是不同步的,強度增長快,彈性模量長慢,早期砼變形大,過早張拉預應力會使預應力損失增加,導致橋梁承載力不足,而出現(xiàn)眾多裂縫病害。此外,采用現(xiàn)場試塊測得的早期砼強度等級代替現(xiàn)場結構的實際砼強度,也存在一定的問題。試驗表明,出現(xiàn)事故的結構最后驗算時其實際強度均未達到現(xiàn)場測得的強度,有時候甚至很低。
1.2預應力超長束一端張拉工藝的問題
國內現(xiàn)澆大跨度(3~5跨,每跨30～50m)預應力連續(xù)箱梁底板預應力束一般采用一端張拉的工藝,例如某箱梁橋5跨,第一聯(lián)跨66m,第二聯(lián)跨88m,第三聯(lián)跨150m,如采用一端張拉的工藝將一束鋼絞線拉直需要0.3～0.4fptk的拉力,而如此長的孔道要跨越多道箱梁橫隔板,其孔道摩阻是多少,要通過試驗才能確定。根據(jù)國內外相關規(guī)范[1-2]規(guī)定:跨度≥30m以上的預應力橋梁,均要求采用兩端對稱張拉工藝,才能保證跨中有效預應力和橋梁在恒載和活載作用下跨中所需抵抗彎矩的建立;否則會導致跨中承載力不足,而產生正截面裂縫。根據(jù)交通部專門調查資料,已通車的公路橋梁中,幾乎都出現(xiàn)過由于張拉工藝不適合而產生大量裂縫的現(xiàn)象。
1.3后張預應力結構張拉力控制的問題
預應力施工作業(yè)不夠規(guī)范,特別是張拉力控制不嚴對預應力橋梁質量影響較大。一般張拉作業(yè)采用張拉力和預應力筋伸長量同時控制,以張拉力為主,以伸長值校核張拉力。通常張拉力的計量采用
1.4級油壓,誤差大,有的千斤頂甚至未經(jīng)計量標定就張拉,而且張拉人員多數(shù)未經(jīng)專業(yè)培訓,如果作業(yè)不專心,經(jīng)常容易出現(xiàn)較大誤差,甚至讀錯表,發(fā)生張拉力忽高忽低的現(xiàn)象。特別在多束張拉時,由于每束張拉力都不同,往往對預應力筋的伸長值計算不準確,彈性模量取值混亂,實際張拉時難以做到將伸長量按規(guī)范規(guī)定控制在±6%范圍內,導致張拉力失控。
1.5預應力孔道壓漿有兩個重要作用:一是保護預應力筋不被銹蝕；二是保證預力筋和結構共同工作；然而實際工程中預應力孔道的壓漿不飽滿、不密實、漏漿和漏灌現(xiàn)象十分普遍,已成為預應力結構的通病。其主要原因除了施工單位對孔道壓漿工序不夠重視外,目前的壓漿工藝、留孔質量、漿體配置等也存在一定問題,特別是漿體的水灰比,規(guī)范的規(guī)定值(0.4～0.45)偏大。采用規(guī)范規(guī)定的水灰比后孔道漿體泌水,孔道不易飽滿和密實。近幾年,采用新研制的外加劑JMH-3對漿體配置技術進行了改進,將水灰比降到0.35以下,通過高速攪漿機(轉速≥1000r/min),將漿體的流動度提高到12s(規(guī)范規(guī)定為14～18s),只要規(guī)范操作,普通壓漿工藝也能保證壓漿質量。從南京長江二橋施工引進的瑞士VSL公司真空輔助壓漿工藝技術,從壓漿工藝原理到漿體配置技術,應該說是目前比較理想的壓漿工藝技術,值得推廣[3-4]。
1.6后張預應力結構的砼保護層失控問題
由于砼保護層普遍偏小,而施工時采用的保護層水泥墊塊都已損壞和移位,導致梁板保護層失效,加之預應力孔道壓漿多數(shù)不到位使箱梁底板和板梁底面出現(xiàn)許多縱橫向裂縫。建議推廣應用塑料墊塊控制保護層厚度。
2預應力孔道和錨具存在的問題
2.1后張法預留孔道質量的問題
后張預應力砼結構的預留孔道不流暢、漏漿現(xiàn)象嚴重,導致孔道摩阻和預應力損失增大,已成為預應力施工中的通病。后張法預留孔道普遍采用金屬波紋管,建設部1994年頒布了相關產品標準《預應力砼留孔用金屬螺旋管》(JG/T3013-94),然而市場上應用的金屬波紋管,90%以上達不到產品標準要求[5]。標準規(guī)定鋼帶厚度宜為0.3mm,而實際常用的僅0.24～0.28mm;波高要求≥2.5mm,而實際波高僅1.25～1.5mm,標準所要求的徑向剛度也普遍達不到。扁管的質量標準更低,扁管內徑高度規(guī)定兩種高度19mm(Φj12.7鋼絞線用)和25mm(Φj15.24鋼絞線用),現(xiàn)在普遍為22mm,由于徑向剛度小,導致留孔空間更小。建議重新修訂1994年的產品標.
準要,并強制執(zhí)行。近兩年預留孔道又推廣應用塑料波紋管,交通部2004年出臺了《預應力砼橋梁用塑料波紋管》(JT/T529-2004),建設部目前正在編制,并已出臺了征求意見稿。目前生產的塑料波紋管質量問題較多,若不加強質量控制和管理,對后張預應力結構將導致嚴重后果。
2.2扁錨和扁錨連接器應用的問題
扁錨多應用于結構截面尺寸受到限制或構造連接等特定條件下。例如,應用于先簡支后連續(xù)橋梁結構的支座負彎矩處作為構造連接和橋面橫向整體連接,不作為主要受力用。然而近年來部分單位為了減小截面尺寸,追求經(jīng)濟指標,在預應力箱梁底板和板梁結構中都采用扁錨,有的單位還申請專利、出標準圖,這是不可取的。由于扁錨的張拉工藝是采用逐根張拉,整體張拉設備技術不成熟,導致鋼絞線受力不均勻。采用扁波紋管留孔,扁孔空間很小,孔道摩阻大,特別是超長孔道采用一端張拉工藝,問題更加嚴重。上述某大橋5跨30m跨度連續(xù)箱梁,第一聯(lián)跨66m,采用5孔扁錨,扁金屬波紋管留孔,預應力筋的張拉伸長值偏差在-10%～-40%,平均偏差-25%,超出規(guī)范要求的范圍。由此可見,由于超長束、扁孔孔道摩阻大和一端逐根張拉工藝不合理性,導致有效預應力值平均減少25%。第二聯(lián)跨和第三聯(lián)跨分別為88m和150m,其有效預應力將減少更多。另外,由于扁孔本身空間小,孔道壓漿困難,無法做到孔道壓漿飽滿。某高速公路25m跨預應力空心板梁,采用扁錨預應力,后因出現(xiàn)質量事故,檢查發(fā)現(xiàn)只有兩端2m范圍內的孔道有漿體,中間孔道幾乎沒有漿體,所以成橋后一旦通車必然出現(xiàn)裂縫。建議箱梁底板、腹板、空心板梁等結構禁止采用扁錨。對于扁錨連接器的應用更要慎重,尤其是5孔和3孔連接器,由于設計構造不合理會導致偏心受力,不宜推廣使用。
2.3錨具尺寸減小而影響錨具質量的問題
2000年以后由于低價中標的影響,盡管鋼材價格在上漲而錨具的價格逐年下滑。2005年每孔價格在20元(三件套)左右,最低每孔15元;而2000年前每孔40元左右,跌幅達50%,使生產廠家無利潤空間,政府又沒有保護措施,其后果只能是偷工減料。目前很多廠家將夾片長度減為38～40mm,錨環(huán)厚度、直徑和孔距的減小,使錨具質量得不到保證。錨具的所有幾何尺寸都是經(jīng)過嚴格計算和無數(shù)次試驗確定的,無任何科學依據(jù),不可隨意更改尺寸,否則會影響錨固性能。國、內外專家研究發(fā)現(xiàn),夾片對高強度鋼絞線的夾持長度對錨具的錨固性能影響很大,夾持長度過小,會引起鋼絞線滑移錨不住;因此對夾片長度應嚴格控制,一般不宜小于50mm[6-7]。錨板尺寸和厚度過小,會影響錨具的承載力,因此隨意地減小錨具尺寸后果將非常嚴重。
3結語
預應力技術從理論到工程實踐經(jīng)過幾代人的研究和不斷創(chuàng)新,已發(fā)展為比較成熟的技術,然而經(jīng)調查和研究發(fā)現(xiàn),由于張拉工藝不適合、孔道和錨具質量不合規(guī)范等原因,造成預應力施工中仍存在許多不足之處,本文針對預應力橋梁施工中可能出現(xiàn)的問題進行分析,以期引起相關設計和施工人員的高度重視。
