桥梁预应力混凝土施工技术及案例

桥梁预应力混凝土施工技术及案例江苏省交通科学研究院股份有限公司2012.3桥梁结构研究所：朱晓文汇报提纲桥梁预应力混凝土施工施工主要问题桥梁预应力混凝土施工质量控制措施两个案例1.桥梁预应力混凝土施工主要问题混凝土施工中的问题原材料存放未采取覆盖措施可引发的质量问题细骨料在风的作用下，表面细颗粒损失较多，表层卵石含量大粗骨料粉尘含量、含泥量增加冬季料堆容易结冰，或残留冰渣和冰块，必须增加后续除冰工作雨季料堆含水量变化复杂，影响拌合物的均匀程度混凝土施工中的问题原材料场场地硬化不足，排水设施不通畅：场地硬化不足，使得在铲车、叉车等运输车辆的运行过程中，进一步损坏场地表面；尤其在取料处，容易形成面积和深度都较大的凹陷区，积水难以排除排水设施不通畅，降低了排水效率，造成料堆含水量受降雨影响程度加重混凝土施工中的问题水泥：细度过大，未按新标准进行检测；砂、石：常缺乏骨料碱活性检测；外加剂：盲目添加外加剂提高工作性能，不重视外加剂与水泥的适用性问题；盲目追求早期强度，造成混凝土强度最终明显超过设计强度，或大量使用高强水泥配制低标号混凝土，以致出现混凝土开裂等问题；混凝土耐久性重要指标未受关注。混凝土施工中的问题工程概况某预应力混凝土刚构-连续体系桥梁，两联跨径组合分别为6×72m、57＋6×69m。采用节段预制拼装施工方法，梁分节段在工厂预制完成。墩顶横梁墙采用现浇施工，横隔墙长度为3m，高度为2.9m，宽度为2m（顶板底板位置达到6m以上）为大体积混凝土结构。现浇横隔梁采用C55高性能混凝土，每立方米混凝土水泥用量为494kg，水灰比为0.314，不添加粉煤灰。水化热温度裂缝裂缝状况右腹板外侧面发现两条水平裂纹，分别长1.7m、1.9m；左侧腹板发现1条水平裂纹，长0.98m。裂缝宽度在0.3～0.4mm之间。2.5天横隔梁最高温度达66.5℃混凝土浇注2天后预制箱梁的外壁竖向最大拉应力达6.48MPa采用数值仿真方法对0号节段横隔梁温度场及温度应力场进行分析。处理措施修改配合比比设置冷却水水管施工原始配配合比及修修正配合比比配合比每立方米材料用量（kg）水泥矿渣粉粉煤灰水砂碎石外加剂硅粉原配合比49400155609110714.4221修正配合比3219974155609110714.42212.5天横隔梁温温度场，最最高温度为为39.9℃℃（原方案66.5℃℃）混凝土浇注注2天后预制箱箱梁的外壁壁竖向最大大拉应力达达2.96MPa（原方案6.48MPa））碱骨料反应应空心板梁梁梁底因骨料料膨胀而产产生冲剪裂裂缝形态，，放射形裂裂缝交点内内部有一膨膨胀源（膨膨胀骨料））空心板梁底底因骨料膨膨胀的被冲冲剪部分的的锥状体凿凿除后，可可见潮湿姜姜黄色石子子膨胀骨料料－膨胀源源（直径约约11cm）空心板梁底底骨料膨胀胀崩落混凝凝土锥体某三孔钢筋筋混凝土空空心板梁在在2001年2月发现该桥桥北半桥中中孔和边孔孔车行道桥桥面铺装碎碎裂，进而而发现空心心板顶部碎碎裂，对碎碎裂部分检检查可发现现白色、姜姜黄色骨料料，表面呈呈粉状，不不仅如此，，还发现常常有白色反反应环的碎碎石，这些些均为膨胀胀骨料。承台顶面混混凝土有放放射状裂缝缝和龟纹状状裂缝裂缝呈层离离状，用锤锤敲击混凝凝土顶面及及侧面，有有明显起壳壳声，这种种剥离层厚厚度达15cmm以上混凝土发黑黑，可能系系粉煤灰含含碳量过高高所致聚羧酸减水水剂可导致致混凝土出出现明显气气泡外加剂、混混合料带来来的问题选用水泥强强度应与配配制混凝土土的强度相相互适应，，使用高强强水泥配制制低标号混混凝土，虽虽可少用水水泥，但也也会导致混混凝土和容容易性不好好，容易离离析，浇筑筑混凝土质质量差。强度问题混凝土强度度过高，势势必要增加加胶凝材料料的用量，，不仅不利利于成本节节约，还会会带来水化化热、收缩缩过大等问问题；混凝土收缩缩裂缝13＃墩身裂缝缝桥面收缩裂裂缝桥墩裂缝护栏贯穿裂裂缝，间距距5-6m某桥面裂缝缝宽度测量量预制T梁由于钢模模拆除不及及时，造成成腹板竖向向裂缝老桥混凝土土腹板的碳碳化收缩现现象T梁腹板经常常发现枣核核形裂缝，，即二端细细，中间粗粗。裂缝下下端细是由由于下缘配配筋量大，，裂缝上端端由于逐渐渐上伸到受受压区而消消失裂缝中间粗粗有二个原原因：一是是腹板水平平钢筋少；；二是在原原有裂缝基基础上，由由于碳化收收缩而使裂裂缝宽度增增宽梁上的收缩缩裂缝收缩裂缝引引起的质量量纠纷浙江某大桥桥，梁上的的小裂缝－－－00年11月开工、01年4月停工，03年4月复工，04年11月竣工。设计－无法法复算质监－返工工施工－无奈奈收缩裂缝的的危害拱片之间的的横系梁、、横隔板的的湿接头产产生收缩裂裂缝后，大大大减弱桥桥梁横向整整体性①拱片顶顶部桥面顺顺桥向裂缝缝;②荷载横向分分布集中，，降低承载载力③产生横横向摇摆中承式拱吊吊杆上端封封锚砼因收收缩裂缝渗渗水，通过过锚头孔隙隙流水钢束束而锈蚀中承式拱吊吊杆顶端封封锚砼周边边收缩裂缝缝吊杆钢管内内部黄油由由于钢丝锈锈蚀物混合合成咖啡渣渣状并含水水份氯离子扩散散系数RCM法：《公路桥涵施施工技术规规范》耐久性指标标可进行现场场测定混凝凝土氯离子子渗透性Peimit与RCM试验都是基基于电化学学理论，且且都是以氯氯离子扩散散系数作为为劣化指标标，这两种种电迁移试试验结果的的变化规律律更为相似似。优点：对结构破坏坏较小现场操作方方便具有广泛的的应用前景景检测新技术术一：Permit法耐久性指标标色差、气孔孔、蜂窝、、麻面、水水波纹…混凝土施工工中的问题题色差原材料导致致的色差；；拌合的不均均匀；振捣不充分分；模板导致的的色差；气孔配合比的错错误；振捣的不充充分；模板选择；；混凝土施工工中的问题题混凝土施工工中的问题题混凝土施工工中的问题题混凝土梁端端部浇跑浆浆严重混凝土施工工中的问题题模板拼接处处错台、漏漏浆现象较较多混凝土施工工中的问题题横隔板尺寸寸不对称局部胀模现现象混凝土施工工中的问题题凿毛面积和和深度均不不足混凝土施工工中的问题题施工不当对对预应力材材料造成损损害预应力施工工的问题直线段波纹纹管定位筋筋间距1.1m波纹管接头头处套管长长度不足预应力施工工的问题预应力筋波波纹管安装装定位不准准小箱梁端头头波纹管偏偏差2～3cm小箱梁预应应力筋通过过人孔部分分未设波纹纹管混凝土蒸汽汽养生不当当造成预应应力孔道进进水锚垫板未与与模板紧贴贴锚垫板上存存在凝固的的水泥浆等等杂物造成成锚板未能能与锚垫板板紧贴预应力施工工的问题张拉预应力力筋时，锚锚具与设备备不能准确确就位普遍缺少开开展现场摩摩阻试验的的意识张拉时间控控制不严，，张拉前千千斤顶检定定不严格对锚固区构构造钢筋重重要性认识识不足张拉前对预预应力张拉拉准备工作作不足，对对设备未及及时检查，，张拉同步步性差预应力施工工的问题飞锚滑丝某大桥预应应力筋张拉拉后十余天天未及时压压浆，钢绞绞线锈蚀明明显预应力施工工的问题对搅浆机转转速重要性性认识不足足，普遍转转速较低真空辅助压压浆灌浆料料配合比由由于缺少规规范，制备备技术良莠莠不齐，盲盲目采用高高标号水泥泥浆配制压压浆料，有有的仍沿用用普通压浆浆灌浆料的的水胶比指指标（高于于0.4）预应力施工工的问题对国内多座座建成并运运营多年的的预应力混混凝土梁桥桥检测结果果发现，多多数预应力力管道压浆浆不饱满，，钢绞线锈锈蚀，如某某连续刚构构桥顶板管管道进行补补压浆就用用了约200t水泥，其中中一个管道道注入了约约30t水泥，部分分管道打开开后有黄色色的水喷出出，表明存存水有一定定压力。预应力不足足与剪力滞滞效应引起起底板横向向裂缝3.桥梁施工质质量控制措措施（1）大跨径预预应力混凝凝土梁桥主主梁下挠原原因分析及及对策研究究；（2）悬臂施工工大跨度预预应力混凝凝土连续刚刚构桥底板板破坏机理理研究；（3）大大跨跨度度预预应应力力混混凝凝土土连连续续箱箱梁梁桥桥裂裂缝缝控控制制和和配配筋筋设设计计研研究究；；（4）宽宽幅幅空空心心板板梁梁结结构构性性能能试试验验及及设设计计改改进进研研究究；；（5）后后张张法法预预应应力力孔孔道道灌灌浆浆质质量量检检测测方方法法研研究究；；（6）预预应应力力梁梁真真空空辅辅助助压压浆浆技技术术及及施施工工工工艺艺研研究究；；（7）大大跨跨度度预预应应力力混混凝凝土土梁梁桥桥长长期期变变形形及及控控制制技技术术研研究究；；（8）外外加加剂剂对对桥桥梁梁混混凝凝土土长长期期耐耐久久性性的的影影响响与与关关键键应应用用技技术术研研究究；；（9）江江苏苏省省梁梁式式桥桥质质量量通通病病防防治治技技术术研研究究；；（10）桥桥梁梁体体外外预预应应力力加加固固技技术术规规程程研研究究…………………国内内外外科科研研项项目目成成果果调调研研主要要依依据据公路路桥桥涵涵施施工工技技术术规规范范（（JTJ041-2000）公路桥涵施工工技术规范（（JTGTF50-2011）公路桥涵设计计通用规范(JTGD60-2004)高性能混凝土土应用技术规规程（CECS207-2006）混凝土结构工工程施工质量量验收规范（（GB50204-2002）混凝土结构耐耐久性设计规规范（GB50476-2008）GB175-2007通用硅酸盐水水泥GB8076-2008混凝土外加剂剂GBT18736-2002高强高性能混混凝土用矿物物外加剂JGJT193-2009混凝土耐久性性检验评定标标准混凝土结构耐耐久性设计与与施工指南(CCES01-2004［2005年修订版］））桥梁体外预应应力加固技术术规程（报批批稿）桥梁工程有效效预应力施工工控制、检测测与验收规程程（重庆地方方标准）文献调研主要依据佛罗里达州后后张预应力桥桥梁新指南后张预应力筋筋安装与压浆浆手册预应力混凝土土施工手册国外文献调研研不同细度水泥泥混凝土的干干缩率不同细度水泥泥混凝土的自自收缩率现有标准规定定了水泥细度度的下限300m2/kg我省现状：细细度基本在330～400m2/kg细度：360细度：400细度：380开裂明显增多多水泥序号项目指标水泥性能1比表面积（㎡/㎏）300~3802熟料中的铝酸三钙(C3A)含量（％）≤8.03碱含量(以Na2O+0.658K2O计)（％）≤0.804氯离子含量（％）≤0.10（钢筋混凝土）≤0.06（预应力混凝土）注：（1）当骨料具具有碱—硅酸反应活性性时，所用水水泥的碱含量量不宜超过0.60%。（2）氯盐环境下下熟料中的C3A含量可放宽至至≤10%。（3）低热水泥的的7天水化热不应应超过270J/g。胶凝材料用量量胶凝材料用量量应满足最大大水胶比限制制和结构强度度设计所需求求的混凝土最最低强度，单单方胶凝材料料总量不宜高高于400(≤C30)、450(C35～C40)、480（C45～C50）和500(≥C55)kg/m3。细集料细集料中云母母过多时，会会削弱水泥的的胶结力，降降低混凝土强强度；有机物过多时时，会延缓水水泥的硬化过过程，降低混混凝土强度，，特别是早期期强度；含泥量过多时时，引起需需水量和水泥泥用量增加，，降低混凝土土强度、抗渗渗性、抗冻性性；氯离子含量过过高会损坏钢钢筋的钝化膜膜，加快钢筋筋锈蚀；硫化物可与水水泥中铝酸三三钙发生化学学反应，体积积膨胀2.5倍，影响混凝凝土强度并腐腐蚀钢筋；项目质量指标≤C45≥C50含泥量，%≤2.5≤2.0泥块含量，%≤0.5云母含量，%≤0.5轻物质含量，%≤0.5氯离子含量，%＜0.02硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3），%≤0.5细集料细骨料填充粗粗骨料空隙，，同时砂浆包包裹在粗骨料料外表面减少少石子间摩擦擦，使混凝凝土具有一定定流动性砂率过小：工工作性差，混混凝土容易离离析砂率过大：混混凝土体积稳稳定性差指南规定：预应力混凝土土，含砂率应应不大于40%（用中砂配制制的C50以上的混凝土土含砂率可控控制在36%~38%）；砂率小，出现轻微离析砂率大，砂浆富余量高细集料外加剂混凝土外加剂剂是在拌制混混凝土的过程程中掺入，用用以改善混凝凝土性能的物物质，掺量不不宜大于水泥泥质量的2.0％(特别情况除外外)；指南第7-8页对其性能指指标与均匀质质性指标等作作了规定原材料存放：：采取覆盖措施施，设置顶棚棚场地以C20素混凝土进行行硬化，厚度度以30cm为宜设置排水沟，，并定期清理理排水沟内砂砂石等阻塞物物，确保通畅畅。清理频率率不少于每月月一次，并依依据工程取料料频率的增加加适当增加施工对策——减少内外温差差，进行温度度控制-入模温度不宜宜超过28℃，不应超过32℃。可采取冷却却原材料方法法保证入模温温度；-控制水化热引引起内部最高高温度不超过过60℃；-控制混凝土体体内的温度梯梯度，使表面面温度与中心心温度的最大大温差不超过过25℃。-控制混凝土表表面温度与外外界相连介质质(大气、保温层层或老混凝土土、基岩等)之间的温差15℃—20℃。-温度升高的速速率不宜超过过20℃/h；冷却速率不不应高于10℃/h；必要时设置冷冷却水管，进进行温度控制制。重视混凝土的的养护，外表表面适当保温温。水化热裂缝混凝土结合面面凿毛试验研研究凿毛面积：10%,20%,40%,70%;凿毛深度：2mm,4mm,6mm混凝土强度：：C40,C30随着凿毛面积积的增加，劈劈裂抗拉强度度逐渐增大。。在凿毛面积较较低的情况下下（≤20%），实测劈裂裂抗拉强度不不足理论强度度的60%，在凿毛面积积较大的情况况下（40%~70%），实测劈裂裂抗拉强度可可达理论强度度的80%~90%，考虑经济和和时间成本，，凿毛面积达达70%时，即可满足足工程质量的的控制要求。。随着凿毛深度度的增加，劈劈裂抗拉强度度逐渐增大；；在凿毛深度度达到6mm以上时，实测测劈裂抗拉强强度可达理论论强度的70%~80%。试验结论静载锚固性能能试验：对大大桥等重要工工程，当质量量证明书不齐齐全、不正确确或质量有疑疑点时，…，进行静载锚锚固性能试验验，标准《公路桥涵施工工技术规范》（JTJ041-2000）标准《公路桥涵施工工技术规范》（JTG/TF50-2011）每批抽6套锚具组成3组进行试验；；如一个试件件不符合要求求；则另取双双倍数量进行行试验，仍有有一个试件不不符合要求，，该批锚具为为不合格。箱梁各部位出出现裂缝的比比例（单位：：%）腹板裂缝顶板裂缝底板裂缝横隔板裂缝齿板裂缝86.490.954.586.436.49＃块断面4由泊松比效应应而产生的拉拉应变轴向压压力N由泊松松比效效应次次生的的拉应力力由拉应应力产产生的的拉应应变而而劈裂裂结构构并产产生纵纵向裂裂缝8＃块断断面通到底底板上上的剪剪切裂裂缝7＃块进进入80cm位置齿板部部分截截面厚厚则应应力小小而没没有开开裂波纹管管间还还有斜斜向开开裂、、底板板上纵纵向有有毛细细裂缝缝。典型的的压应应力产产生拉拉应变变而将将结构构劈裂裂广东佛佛山某某桥底板钩钩筋无钩，，且没没有钩钩住底底板纵纵、横横向钢钢筋一般管管道中中心距距离在在20厘米左左右，，但是是根据据设计计，钩钩筋一一般间间距在在30厘米左左右，，导致致有的的预应应力管管道间间没有有钩筋。箍筋宽宽度按按（d+10)cm进行控控制；；沿预应应力筋筋方向向每米米应配配置的的防崩崩钢筋筋截面面积不不小于于：N/(1000*R*fsd)裂缝形形态单面180余条、、平均均间距距27cm与传统统认识识不同同之处处首先开开裂位位置：：传统认认识：：试验现现象：：理论分分析：：意义：：跨中四分点附近弯起筋根部先裂跨中先先出弯弯曲裂裂缝1）试验验证明明，采采用拉拉伸—扭矩法法施工工能较较好地地控制制竖向向预应应力损损失，，提高高竖向向预应应力施施工质质量。。在当当前缺缺乏有有效的的事后后检测测手段段时，，建议议把竖向预预应力力张拉拉纳入入箱梁梁桥施施工监监控和和质量量保证证体系系中。。不同同桥梁梁应通通过试试验，，确定定合理理扭矩矩和扭扭矩系系数。。2）竖向向预应应力分分段张张拉将将在箱箱梁腹腹板产产生间间隔性性的“应力空空白区区”，并且且这种种现象象与竖竖向预预应力力的损损失无无关，，提高