桥梁预应力施工过程隐患分析和精细化施工过程技术

1、桥梁预应力施工过程隐患分析和精细化施工过程技术2 下面是应用新施工工艺与设备进行的张拉施工控制。 如图、表某桥某梁段的张拉跟踪控制：其持荷时间充分，超过了6min，最终两端张拉力为4296kN与4295kN，同步精度高且与设计张拉力偏差小：同步性最大偏差为1.80%，在规定的2%范围内；最终张拉应力最大偏差为0.04%，在规定的1.5%范围内。同理如图、表4.3.2为另一梁段的张拉跟踪控制结果：345 如图、表、表4.3.4 某桥斜拉索某节段张拉跟踪控制：张拉过程中，其持荷时间充分，超过了5min，最终张拉力为5500kN，张拉同步精度高且与设计张拉力5500kN偏差小：四顶同步性最大偏差为3

2、.15%，对称同步最大偏差为2.73%，在规定的2%范围内；对称两顶最终张拉力大小偏差最大为0.31%，在规定的1%范围内。6784.短束及其处理 连续刚构桥竖向索预应力施工控制 桥梁结构中，竖向预应力和纵向预应力两者结合来控制腹板的剪应力和主拉应力。理论分析及实践经验表明，如果竖向预应力钢筋不能充分发挥作用，桥梁腹板的主拉应力就将超过规范规定的限值，有可能出现斜裂缝。如果施工质量控制不当，使箱梁腹板产生裂缝，对桥梁的刚度和耐久性将产生不利影响，最终影响桥梁的使用寿命。9 竖向预应力筋很短，张拉过程中拉伸值较小，施工单位用尺测量其伸长值，难免产生误差，同时锚固时会产生预应力损失。对于短束因锚具

3、回缩、接缝压缩等原因造成的预应力损失十分明显。竖向预应力筋比较短，与纵向预应力筋相比达到相同的应力水平，其弹性变形要小得多，所以有必要对施工中竖向预应力进行检测控制，发现其存在的规律，以准确建立竖向有效预应力值。 为保证竖向索锚固后有效预应力达到设计要求，有必要对其进行严格的控制，严格执行疏束、编束、整束穿束工艺，张拉前进行调索，保证绞线受力均匀度，以确保在进行超张拉时，各筋束不会进入屈服阶段甚至出现断丝情况，对于较短的竖向束，可考虑采用专用锚杯，使之支撑在可调节的螺杆上，减小绞线回缩对有效预应力的影响。进行超张拉时，必须保证锚下混凝土的密实度，螺旋筋与锚具配套，配筋密度符合设计要求，以避免混

4、凝土表面出现下陷和裂缝等不良现象，如出现上述现象，施工单位无权擅自处理，必须上报，决不允许在未处理完毕前进行压浆。10图图4.4.1 桥竖向索预应力施工控制桥竖向索预应力施工控制 11图图4.4.2 检测设备检测设备12连续T梁、箱梁桥现浇连续段预应力施工控制 对于先简支后连续的T梁、箱梁，由于其现浇段预应力钢束很短：一般为712m。从布束上看，预应力钢束较为平直，故摩阻不大，现普遍采用两端张拉，预应力损失甚为严重：按一般锚具、限位板与钢绞线的匹配关系，从现行规范要求，张拉锚固后其回缩值为6mm， 若张拉控制应力为，对应张拉力为195KN，锚固后锚下有效预应力为170190KN，通过损失折减计

5、算，712m的预应力索张拉锚固后全部不合格（均偏小）。计及锚具压缩变形，严重影响了有效预应力的建立。以下为我们对先简支后连续梁的预应力检测结果，测得的有效预应力值普遍偏小（见表） 13图图4.4.3 工作人员利用检测设备进工作人员利用检测设备进行有效预应力检测行有效预应力检测14图图4.4.4 组合装置测试图组合装置测试图 15表表4.4.1 有效预应力检测报告有效预应力检测报告1617 因此，建议对现行预应力施工状况进行检测。在此基础上，开展对其摩阻损失检测，实施单端张拉，并确定超张拉系数。此外，尚可采用低回缩值锚具（价格略高，需采用专用张拉工装），从而确保有效预应力达到设计要求。 184.

6、3 环形束预应力施工控制 对于环形束（如斜拉桥索塔的环形束），其曲率较大，摩阻损失很明显，为了解预应力分布状态，确保有效预应力的准确建立，应进行摩阻测试和张拉跟踪控制，并加大有效预应力检测力度，以便采取相应的工艺控制措施（超张拉或采取低回缩值锚具等）。195.连续刚构合龙段施工控制连续刚构合龙段施工控制 对连续刚构桥的跨中合龙段，其主梁高度小，刚度低，预应力索数少，多为贯穿性长束，有效预应力大小对合龙段受力状况有很大影响，同时影响成桥线形。因此合龙前后必须对预应力施工进行全面的检测控制，以确保预应力施工质量，避免早期下挠。 20 有效预应力的大小和不均匀度将影响整个桥梁的预拱度，尤其对全预应力

7、混凝土梁体的预应力度=Mo /Ms1,消压弯矩Mo始终大大地超过结构自重引起的弯矩Ms。对部分预应力混凝土桥梁，尤其是允许开裂的B类部分预应力混凝土桥梁而言，梁体设置的预拱度大为减少，但桥梁活载比例较大时，随时间增长梁体逐渐向下挠曲，因此对预应力要更加严格控制，防止其失效。预应力的失效将导致桥梁挠度偏大，桥梁结构容易损坏，近年来有不少刚建成通车的桥梁不久就出现严重的裂缝，不得不进行大规模的加固维修（如在垂直裂缝方向贴钢板条），造成的危害不仅仅是花费高昂的维修加固费，在安全营运、养护管理等各方面也都留下隐患。 对预应力混凝土连续刚构桥，合龙时预应力检测及线形控制的意义重大，如果预应力施工不当，则

8、很容易导致梁体的不利变形。主梁在浇筑施工中随着节段的增加，悬臂加长，预应力筋束影响愈大，对有效预应力大小及各绞线受力均匀性要求也越来越高。在每个施工阶段，应对单根、整束预应力筋的有效预应力大小及均匀度进行检测，以保证预应力值符合设计及规范要求。如果预应力控制不当，易造成合龙上的困难和梁体出现裂缝等一系列问题。 21图图4.5.1 合龙段有效预应力检测设备合龙段有效预应力检测设备 22图图4.5.2 合龙段有效预应力检测现场合龙段有效预应力检测现场 23图图4.5.3 合龙段张拉现场合龙段张拉现场24图图4.5.4 工作人员正在设置数显拉控制仪工作人员正在设置数显拉控制仪25266.有效预应力检

9、测控制与智能化系统有效预应力检测控制与智能化系统 有效预应力检测 公路桥涵施工技术规范JTG F50（征求意见稿）规定无粘结筋张拉锚固后有效预应力大小偏差为5%。对于不均匀度允许偏差，按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004的规定，张拉应力最大值为，其对应屈服强度为，留有5%考虑各单根绞线受力不均匀度，为了留有余地，本规程用4%考虑不均匀度，相对80%而言也正好为5%。因此同束有效预应力的大小和不均匀度允许偏差为5%。27 检测以抽检为主，检测频数一般不少于10%，但对重要部位，还应加大检测频数。预应力张拉施工前进行规程学习，张拉开始时要加大检测力度，取检测总量的40%

10、，边检测边指导，待质量稳定后，以总量的50%进行长期抽检，最后10%在张拉结束前检测。这样通过检测，保证工艺的全面贯彻，同时也是控制施工结果的有力手段，达到全面控制的目的。 我们在长期检测中发现：开始时各束有效预应力同断面不均匀度、各绞线有效预应力同束不均匀度都比较大，经过一段时间的检测控制后有明显的改观，但有时也出现很大的反复（如图、），这说明严谨的施工工艺的全面掌握需要一个过程。因此，为有效控制预应力张拉施工质量，检测频数最小不宜少于10%，对于难度较大、要求较高的重要桥梁预应力施工，应适当提高检测频数（15%20%），同时加强技术指导和监督，将严格的施工工艺贯彻和保持下去，形成良好施工作

11、风。实践证明，此检测频数是必要的，也是可行的。28图图4.7.1 实测有效预应力同束不均匀度实测有效预应力同束不均匀度走势图走势图29图图4.7.2 实测有效预应力同束不均匀度实测有效预应力同束不均匀度走势图走势图 30图图4.7.3 实测有效预应力同断面不均匀度实测有效预应力同断面不均匀度走势图走势图31图图4.7.4 实测有效预应力同断面不均匀度实测有效预应力同断面不均匀度走势图走势图32 对连续梁桥，由于按节段挂篮施工，采用连接器，每一节段短，连接器由周边P型锚进入中心锚具，绞线易打绞，必须严格梳编穿束，否则不均匀度偏差十分严重，故应加大检测频数：不得小于20%。 对连续刚构桥的跨中节段

12、，合龙前后必须实行全面的检测。合龙段筋束长、贯穿节段多，加之每束绞线根数多，易发生相互缠绕而导致有效预应力不均。为确保合龙段预应力施工质量，必须加大对边、中跨合龙段的检测控制力度，其频数不得小于20%，同时进行摩阻和回缩测试，并控制限位板尺寸。33 对体外筋、环形筋、无粘结筋、竖向筋和负弯矩段筋，由于有效预应力建立困难，影响大，其检测频数不得小于15%。 同束有效预应力检测的传统方法是在钢绞线上贴应变片，但其可靠性差、精度低，并受贴片水平影响。也可采用割断钢绞线安装力传感器进行测试，但存在价格、安装、安全等问题。 对整束有效预应力检测，传统方法是于锚下埋设空心式传感器来检测同断面有效预应力。目

13、前普遍采用钢弦式压力传感器，但对安装要求高，否则测试误差很大。34 现有新型张拉控制仪器预应力张拉锚固自动控制综合测试仪，它利用锚固体系弹模效应和最小应力跟踪原理，能准确测出单根和整束预应力筋的锚下有效预应力（精度达到1.5%FS），该仪器在现有传统张拉器具的基础上，将计算机技术和测试技术结合，充分利用计算机资源实现普通测试仪器不能实现的大容量、复杂处理分析、数据管理、通讯及显示直观、易于升级的能力。该仪器采用计算机自动控制，对油泵进行了自动化设计，对千斤顶进行了适用性改进，并进行了自动控制系统软硬件开发和系统集成优化。它由液压泵站系统、千斤顶系统、计算机控制系统组成，如图所示：35图图4.7

14、.5 预应力张拉锚固自动控制综合预应力张拉锚固自动控制综合测试仪原理图测试仪原理图36 它能精确测出预应力筋锚下有效预应力。当千斤顶带动绞线与夹片沿轴线移动时，按弹模效应与最小应力跟踪原理，即测出锚下有效预应力值。对于单根钢绞线有效预应力值超过设计大小的，不能进行放张，如果数量超过整束的40%，则此钢绞线应整束退索，重新疏编穿束张拉；对于锚下有效预应力值小于设计的，如果其整束束力符合要求，而单根锚下预应力大于105kN（即抗拉强度。根据预应力学会的行业规定，普通锚具夹片，当钢绞线有效预应力小于抗拉强度后易发生滑移，因此小于抗拉强度的一般需要补张），这种情况可不补张，如果整束束力大小偏小，将对其

15、进行补张，补张后单根钢绞线锚下预应力累计增量不得超过整束束力的1.5%，故不至于对其它单根绞线受力产生影响。 该检测仪器于检测完毕后可自动评定其梳束、编束、穿束、调束的工艺水平以及张拉控制水平,做到以有限的检测达到全面控制预应力施工质量的目的。同时还可实现远程接收数据，并形成评估意见,作为有效预应力检测控制和验收评估的依据。37智能化系统智能化系统 为便于预应力施工质量的全面管理和控制，我们研制成功了有效预应力施工控制、检测与验收评估人工智能化系统，用于整束束力大小和均匀性、单索索力大小和均匀性的检测控制。现场监测点使用客户端采集到数据之后，通过有线或无线的方式传输给服务器，由服务端对数据进行

16、智能的分析处理，产生一系列的统计产品（报表、曲线、饼状图、柱状图等）。用户可以在办公室或家里随时通过互联网访问服务器中的所有检测数据及统计分析结果，便于领导、业主、监理、设计等部门对预应力施工质量进行实时跟踪监控，大大提高了工作效率，确保工程质量。整个系统的概念如图所示。38图图4.7.6 智能化系统智能化系统396.3 有效预应力检测控制实例 以下是应用新型检测仪器进行的有效预应力检测控制。 1）阆中马啸溪嘉陵江大桥 有效预应力检测控制技术，在阆中马啸溪嘉陵江大桥中充分运用。我们应业主阆中嘉陵江路桥开发公司的邀请于2004年2月进入施工现场，进行主桥预应力张拉施工检测及校正控制。该桥是一座预

17、应力混凝土连续刚构桥，主桥长，引桥长606m，主桥跨径为78+130+78m。在实际工作中，检测了大桥第18号墩（718节段）、19墩（418节段）、中跨合龙段、南侧合龙段、北侧合龙段，总共184束（368个锚头），保证了主桥的锚下有效预应力达到设计要求。 40 马啸溪大桥对预应力施工要求严格，随着节段数增加，截面上的锚索数愈来愈少，施工不当将出现主梁开裂和跨中下挠的现象，进而形成病害工程，危及桥梁的使用寿命。在预应力施工中，有效预应力的精确控制，已成为保证预应力混凝土刚构桥梁的安全和耐久性的关键。41 图图4.7.7 阆中马啸溪嘉陵江大桥阆中马啸溪嘉陵江大桥 42图图4.7.8 马啸溪嘉陵江

18、大桥检测控马啸溪嘉陵江大桥检测控制现场制现场43 我们对检测中不符合要求的我们及时进行补张，因为预应力张拉锚固自动控制综合测试仪设有检测与校正同步软件，对不符合要求的在测试中及时补张达到设计要求。 检测控制工作取得了较为满意的结果：保证梁体的有效预应力达到设计要求，跨中出现明显反拱（达到近4cm），主梁腹板完好（无任何裂纹现象）。对顺利合龙与桥梁使用寿命的提高，都起到了良好的作用。大桥于2004年8月合龙，当年正式通车，日车流量达万辆以上。经过4年多的使用，主梁未出现裂缝。根据09年的最新测量结果，跨中高程相对竣工时的高程低5cm（挠度），约为主跨径的1/2600，梁体总体的挠度是比较小的。并

19、且通过近期检测发现，下挠已基本稳定。而就目前国内预应力桥梁的施工技术和水平，历经5年多的使用后，挠度与跨径之比小于1/2000，说明该桥的预应力施工质量是比较优秀的。 44图图4.7.9 阆中马啸溪嘉陵江大桥跨阆中马啸溪嘉陵江大桥跨中挠度发展中挠度发展45 2）轻轨嘉陵江特大桥 以下为我们利用预应力张拉锚固自动控制综合测试仪对嘉陵江特大桥随机抽检和校正的中、边跨合龙段纵向束锚下有效预应力（先后共检测了14束）数据。各束力的大小及其不均匀度均满足设计要求，使梁体预应力施工达到预期目标，确保了梁体的健康。464748 预应力工程的质量优劣最终还是要归结到预应力束中的有效预应力大小及其不均匀度上来，

20、以上实测数据和理论分析证明通过我们的检测和校正有效控制了嘉陵江特大桥合龙段预应力施工质量： （1）通过疏束、编束、整束穿束方法，控制住了同束中各单索（绞线）受力的均匀性（5%）。 （2）通过张拉跟踪控制和充分的持荷时间，确保了整束束力大小（5%）和均匀度（3%）。 （3）通过早期的技术指导和相应有效预应力的检测校正，使施工单位初步形成良好的施工作风，通过施工过程中的抽检，让正确的施工方法得以保持，从而以少量的检测（14束）控制了三个合龙段纵向束（78束）的有效预应力施工质量。 总之，通过本次检测、校正和控制，将有效预应力施工纳入科学化、规范化的轨道，保证了有效预应力施工质量。 49 3）石忠高

21、速忠县长江大桥 受重庆高速公路发展有限有限公司垫利分公司委托，我们对石忠高速公路忠县长江大桥连续T梁和连续刚构梁（主引桥）进行检测控制，并提供充分的科学依据和测试手段，以解决桥梁预应力施工中有效预应力控制的技术问题，保证依托工程预应力的施工质量，突破传统的控制方法的限制，变间接控制为直接控制。使用成套的预应力工艺控制与检测校正技术，对桥梁预应力控制有积极的指导作用，确保和延长桥梁工程的使用寿命。 检测过程中，我们发现：分段张拉锚固的预应力束，由于受到梁段长度的限制，纵向预应力束普遍较短，分段张拉时用连接器接长预应力束，各孔内绞线极易缠绕。这就对预应力束的疏、编、穿束工艺提出了更高的要求。根据我

22、们现场观测，有些施工单位由于工期紧、施工难度大等原因，连续刚构桥节段施工中预应力束的安装没有严格按照规范要求的疏、编、穿束工艺执行，连接器与锚具间极易发生打绞，故不均匀性严重（见表）。50表表4.7.2 有效预应力检测报告有效预应力检测报告经检测发现问题、进行整改，精细化施工工艺，采取规范的施工工艺进行整束穿束后，预应力施工质量有了明显的改观，同束索力不均匀度完全合格。 51表表4.7.3 有效预应力检测报告有效预应力检测报告52 4）二郎庙中桥 通过智能化系统，能查看桥的检测综合报告，主要包含对一座桥的目前检测的所有梁的质量统计图及走势图，并由此得出对该桥目前预应力施工的质量评价、存在问题及

23、整改措施。如下所示：53E2-二郎庙中桥二郎庙中桥 检测综合报告检测综合报告54本桥共检测了7片梁，实测质量统计图及走势图如下所示： 552008年01月02日 2008年03月11日说明：梁的实测质量由束力不均匀度、同束各索力不均匀度及张拉偏移系数综合评分得出，90分以上为优秀，80分90分为良好，60分80分为合格，40分60分为较差，40分以下为很差。56 本桥目前合计检测孔数28 孔，实测同束各索力不均匀度统计图和走势图如下： 572008年01月02日 2008年03月11日 说明：同束各索力不均匀度主要反映的是各孔的疏编穿束质量，不均匀度越大说明疏编穿束质量越差。不均匀度20%为很

24、差。58592008年01月02日 2008年03月11日说明：同梁各束索力均值不均匀度反映了张拉的重复精度，同梁各束索力不均匀度越大说明张拉重复精度越差。不均匀度10为很差。60 5）利用新技术前后检测结果对比工程名称工程名称 技术实施前检测结果技术实施前检测结果 技术实施后检测结果技术实施后检测结果 时时 间间 同束不均匀度同束不均匀度 时时 间间 同束不均匀度同束不均匀度XXX大桥大桥 2009.10.22 16.35% 2009.11.26 4.43%XXX大桥大桥 2007.10.24 33.28% 2008.11.01 4.99%XXX大桥大桥 2008.07.01 18.62%

25、2008.08.01 4.19%XXX大桥大桥 2008.01.07 12.47% 2008.03.28 8.43%XXX大桥大桥 2007.08.31 38.34% 2007.09.19 8.15%XXX大桥大桥 2007.08.03 17.63% 2008.01.09 7.69%XXX大桥大桥 2008.01.17 46.07% 2009.05.14 6.94%XXX大桥大桥 2007.09.18 29.44% 2008.09.22 5.12%XXX大桥大桥 2007.12.25 38.09% 2008.11.06 4.40%XXX大桥大桥 2008.12.01 18.34% 2009.0

26、1.12 7.85%XXX大桥大桥 2007.08.06 45.87% 2007.12.04 8.56%XXX大桥大桥 2007.06.13 59.83% 2007.11.29 4.90%XXX大桥大桥 2006.12.24 48.85% 2007.02.06 5.04%XXX大桥大桥 2006.11.08 20.71% 2007.05.17 4.61%61五、精细化施工是降低桥梁全寿命精细化施工是降低桥梁全寿命成本的保障成本的保障 全寿命成本（Life Cycle Cost, LCC）及全寿命经济性概念首先由美国军方于20世纪60年代提出，到20世纪80年代在各个领域都有一定的研究与应用，是

27、进行投资决策的重要依据。从20世纪80年代开始,LCC方法逐渐应用到道路交通行业,人们开始研究建设项目的全寿命成本优化问题，从成本的角度提出全寿命管理和控制的观念，综合考虑建设成本，选择全寿命成本最优的方案。62 美国是世界上最早在公路领域进行桥梁寿命周期成本分析的国家，2003年颁布全国公路研究协作计划第483号报告桥梁寿命周期成本分析和配套软件（CRP-CD-26），强制实施基建工程管理“全寿命经济分析法”（Life Cycle Cost Analysis，简称LCCA法）。 2000年我国发布了建设工程质量管理条例(国务院第279号令)，首次以政令形式规定了“设计文件应符合国家规定的设计

28、深度要求，注明工程合理使用年限”，“建设工程实行质量保修制度基础设施工程最低保修期限为设计文件规定的合理使用年限”，对基础设施建设提出了全寿命责任制的要求，意义重大而深远。2004年度西部交通建设科技项目“桥梁工程全寿命设计理论与方法研究” 主要研究桥梁全寿命设计方法、桥梁典型病害及结构与构件正常使用寿命、桥梁全寿命周期成本计算、全寿命设计的风险评估等内容，目的在于贯彻国家可持续发展方针，促进我国桥梁工程全寿命成本控制理论和方法的进步。 63 全寿命成本是一套程序和方法，用于评价可行计划项目的总经济价值。包括初始建设成本和经折现的使用阶段进一步成本整个寿命期内的维护、修复、重建和表面翻新处理成本。”64 以往的工程项目成本核算，主要考虑初始建设成本，工程使用后再花多少钱则很少乃至不予考虑