预应力混凝土组合箱梁施工中常见质量缺陷及预防措施?

针对先简支后连续组合箱梁设计和施工中常见的质量问题,提出了预防措施和建议。

预应力混凝土组合箱梁具有结构轻、建筑高度小、配筋量少等优点,在国内高等级公路中被广泛应用。但这种结构桥梁在施工中存在一些常见的质量问题或质量缺陷,应引起重视。

1.预应力混凝土组合箱梁的预制与安装

1.1箱梁底板与腹板结合处漏浆、不密实,有孔洞、冷缝、水波纹。造成这种缺陷的原因:从施工质量控制的角度来看,施工工艺不完善,粗骨料级配和粒径选择不合理,粗骨料过大。在底部波纹管的上缘,粗骨料容易堆积在一起。为了保证梁的密实性,需要用腹板加强波纹管下的混凝土振捣,有时可能会引起过振,在波纹管下缘形成砂浆层。从外观上看,梁在腹板上局部不密实或沿底部波纹管方向出现一层水波纹。

预防和控制措施:

采用底板、腹板、顶板全断面斜循环渐进浇筑工艺,基本同步浇筑。对于振动腹板波纹管以下的混凝土,应严格控制粗骨料的粒径和施工时的坍落度,必要时应对粗骨料进行筛分。

1.2预应力箱梁张拉后,反拱过大,影响桥面系施工。在桥面系施工中,经常发现反拱度过大,特别是组合箱梁边梁有时达到4~5cm,给桥面系施工带来困难。这主要是因为:①与中梁相比,边梁预应力筋较多,边梁不存在负弯矩拉力。(2)组合箱梁正弯矩张拉时,由于龄期等原因,弹性模量未达到设计强度的85%以上,导致张拉后跨中起拱过大。(3)存梁周期过长,从正弯矩张拉结束到负弯矩张拉的时间间隔过长,甚至超过60天。往往造成桥面铺装开裂,进而带来桥面水损坏等质量问题。

预防和控制措施:

(1)张拉时注意控制混凝土的弹性模量。(2)严格控制箱梁混凝土施工配合比。(3)及时张拉,出坑,减少梁段,及时安装,并进行湿接缝,湿接缝施工。

1.3箱梁翼缘板和张拉孔未严格按照施工图纸和规范要求预埋环形钢筋和纵向受力钢筋,经常出现少筋和错筋现象。浇筑湿接缝和张拉孔混凝土时,未对施工缝进行严格处理,即调直、焊接顶板预留钢筋,并将旧混凝土表面凿毛,新混凝土浇筑前必须浇水。湿接缝和张拉孔处混凝土粘结强度差,不能保证箱梁间混凝土受力的连续性,直接影响桥梁的整体安全。

预防和控制措施:

(1)加强检查,张拉孔(特别是大张拉孔)预埋钢筋不得少埋,梁预制成型后,应及时切断调直。(2)湿接缝施工时,屋面环锚筋要对齐焊接。(3)封闭张拉孔和湿接缝施工时,应派专人检查凿毛程度、钢筋焊接质量和搭接长度,严格按照施工缝浇筑混凝土,并用水湿润。

1.4组合箱梁的安装不能保证每根梁下的四个临时支座或永久支座均匀受力。由于很难保证组合箱梁支座顶面完全在一个平面上,有时即使在一个平面上,也可能因梁底不平而造成受力不均,特别是由于端跨梁的变形与橡胶支座不同,更容易造成受力不均,甚至脱空,直接影响桥梁的日后使用。

预防和控制措施:

(1)定期检查梁底模板支架的平整度,控制在1m以下。

(2)严格控制临时支撑顶面标高,发现误差及时调整。(3)临时支座设计应考虑施工期间的临时荷载,并超载预压,密封后方可使用。

1.5内部湿接缝和一个接缝湿接缝的施工顺序按设计要求不对称。这主要是由于施工安排不当,施工周期长。根据设计要求,一般一座组合箱梁完成体系转换时,施工顺序要求从端部向中间对称施工。但在实际施工中,由于时间限制,湿接缝往往按照安装顺序施工。由于施工方法的改变,当组合箱梁由简支变连续时,梁长收缩和温度应力与设计中考虑的不同。

预防和控制措施:

如果不能实现一个接缝中湿接缝的对称施工,则一个接缝中的负弯矩将被张拉两次。负弯矩张拉时,邻墩湿接缝混凝土已浇筑完毕。张拉时,先张拉短梁,待一个接缝中的湿接缝混凝土浇筑完毕后,再张拉伸长梁,完成体系转换。

2.预应力张拉和灌浆

2.1预应力张拉时,应力控制不准确,实测伸长量和理论计算伸长量超过规范要求6%。主要原因是:①油表读数不够准确。目前一般油表读数最多精确到1Mpa?1Mpa以下的读数都只能估计,持荷时油表指针经常来回摆动。②千斤顶校准方法有缺陷。千斤顶标定无论采用主动加压还是被动加压,当采用主动加压的整数时,往往采用相应的千斤顶读数来绘制千斤顶标定曲线。在施工过程中,拉力对应的油表读数是在曲线上找到的或者是插值得到的,这样得到的油表读数与实际千斤顶拉力之间存在系统误差。此外,也有可能是由于千斤顶油路故障,导致油表读数与千斤顶实际张力不对应。③计算理论伸长量时,预应力钢铰链线弹性模量取值不准确。一般来说,弹性模量的值主要是根据试验确定的。取试验值的中间值,虽然钢铰线出厂时能满足GB要求,但其弹性模量离散性大且不稳定,可能导致实测伸长率与理论伸长率误差较大,超过规范要求。

预防和控制措施:

①张拉人员相对固定,张拉时采用应力和伸长量“双控”。(2)千斤顶、油表应定期检查,张拉时发现异常情况要及时停机查找原因,必要时要检查千斤顶、油表。(3)千斤顶、油表标定速度尽量快,即根据实际初始应力,控制应力标定相应的油表读数。(4)扩大钢铰线检测频率,对每束钢铰线取样进行弹性模量测试,及时调整钢铰线理论延伸量。

2.2应力孔道灌浆不及时,灌浆不饱满。根据施工规范,从预应力张拉锚固到灌浆的时间最多不超过14天,主要是为了防止预应力筋锈蚀。但由于施工安排不当,工序衔接不畅,部分施工单位需要数月甚至更长时间才能灌浆。由于预应力筋的孔隙在张拉后已被张拉,原钢筋的碳晶间歇性增大,水分子和不良气体容易浸入,明显加速锈蚀,导致预应力损失增加。

预防和控制措施:

张拉后,及时灌浆封锚。

2.3负弯矩钢梁灌浆不密实,可能是灌浆时压力不足(很多现场灌浆机没有压力表)或操作不当,膨胀剂渗漏或水泥浆流得太多而往下流,导致孔道灌浆不充分,降低了预应力筋与混凝土之间的握裹力。

预防和控制措施:

征得设计单位或业主同意后,稍微增加波纹管的内径;灌浆时,技术人员必须检查班次,以控制砂浆压力。当钻孔较长或采用灌浆时,压力应适当增加。灌浆时,浆液应在孔的另一端排出,并从排气孔排出与规定稠度相同的浆液。

3.箱梁顶部找平层

箱梁顶面找平层厚度不均匀,尤其是负弯矩区的桥面找平层,是由箱梁张拉起拱、安装误差等原因造成的。由于组合箱梁桥面找平层只有50~60mm厚,在中墩支座处为负弯矩区,上缘受拉。有些设计要求找平层与箱梁顶板必须作为施工缝处理,这样即使桥面铺装与组合箱梁合二为一后,铺装层也参与受力。根据三角形应力分布图,离中性轴越远,应力越大,越容易开裂。而且箱梁是预应力混凝土,找平层是普通钢筋混凝土,热膨胀系数不一样。目前有设计考虑将5cm找平层改为6cm找平层,也有人建议在找平层中加入聚丙烯纤维,但如何避免找平层开裂还需进一步研究。

4.结束语

通过近几年的工程实践,我认为如果能在设计上进一步改进组合箱梁结构,如适当加厚底板和腹板,略微增大波纹管尺寸,施工中合理选择粗骨料粒径,优化施工工艺,严格按照施工规范要求进行预应力张拉灌浆,就可以消除预应力混凝土组合箱梁的质量通病, 预应力混凝土组合箱梁的内在质量和外在质量都能得到保证,这种组合箱梁的结构型式可以进一步推广应用。

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