橋梁預應力混凝土施工技術朱曉文省交科院

橋梁預應力混凝土施工技術朱曉文省交科院第1頁/共136頁匯報提綱橋梁預應力混凝土施工施工主要問題橋梁預應力混凝土施工質(zhì)量控制措施兩個案例第2頁/共136頁1.橋梁預應力混凝土施工主要問題第3頁/共136頁混凝土施工中的問題第4頁/共136頁原材料存放未采取覆蓋措施可引發(fā)的質(zhì)量問題細骨料在風的作用下，表面細顆粒損失較多，表層卵石含量大粗骨料粉塵含量、含泥量增加冬季料堆容易結冰，或殘留冰渣和冰塊，必須增加后續(xù)除冰工作雨季料堆含水量變化復雜，影響拌合物的均勻程度混凝土施工中的問題第5頁/共136頁原材料場場地硬化不足，排水設施不通暢：場地硬化不足，使得在鏟車、叉車等運輸車輛的運行過程中，進一步損壞場地表面；尤其在取料處，容易形成面積和深度都較大的凹陷區(qū)，積水難以排除排水設施不通暢，降低了排水效率，造成料堆含水量受降雨影響程度加重混凝土施工中的問題第6頁/共136頁水泥：細度過大，未按新標準進行檢測；砂、石：常缺乏骨料堿活性檢測；外加劑：盲目添加外加劑提高工作性能，不重視外加劑與水泥的適用性問題；盲目追求早期強度，造成混凝土強度最終明顯超過設計強度，或大量使用高強水泥配制低標號混凝土，以致出現(xiàn)混凝土開裂等問題；混凝土耐久性重要指標未受關注?；炷潦┕ぶ械膯栴}第7頁/共136頁工程概況某預應力混凝土剛構-連續(xù)體系橋梁，兩聯(lián)跨徑組合分別為6×72m、57＋6×69m。采用節(jié)段預制拼裝施工方法，梁分節(jié)段在工廠預制完成。墩頂橫梁墻采用現(xiàn)澆施工，橫隔墻長度為3m，高度為2.9m，寬度為2m（頂板底板位置達到6m以上）為大體積混凝土結構。現(xiàn)澆橫隔梁采用C55高性能混凝土，每立方米混凝土水泥用量為494kg，水灰比為0.314，不添加粉煤灰。水化熱溫度裂縫第8頁/共136頁裂縫狀況右腹板外側面發(fā)現(xiàn)兩條水平裂紋，分別長1.7m、1.9m；左側腹板發(fā)現(xiàn)1條水平裂紋，長0.98m。裂縫寬度在0.3～0.4mm之間。第9頁/共136頁2.5天橫隔梁最高溫度達66.5℃混凝土澆注2天后預制箱梁的外壁豎向最大拉應力達6.48MPa采用數(shù)值仿真方法對0號節(jié)段橫隔梁溫度場及溫度應力場進行分析。第10頁/共136頁處理措施修改配合比設置冷卻水管施工原始配合比及修正配合比配合比每立方米材料用量（kg）水泥礦渣粉粉煤灰水砂碎石外加劑硅粉原配合比49400155609110714.4221修正配合比3219974155609110714.4221第11頁/共136頁2.5天橫隔梁溫度場，最高溫度為39.9℃（原方案66.5℃）混凝土澆注2天后預制箱梁的外壁豎向最大拉應力達2.96MPa（原方案6.48MPa））第12頁/共136頁堿骨料反應第13頁/共136頁空心板梁梁底因骨料膨脹而產(chǎn)生沖剪裂縫形態(tài)，放射形裂縫交點內(nèi)部有一膨脹源（膨脹骨料）

第14頁/共136頁空心板梁底因骨料膨脹的被沖剪部分的錐狀體鑿除后，可見潮濕姜黃色石子膨脹骨料－膨脹源（直徑約11cm）第15頁/共136頁空心板梁底骨料膨脹崩落混凝土錐體第16頁/共136頁某三孔鋼筋混凝土空心板梁在2001年2月發(fā)現(xiàn)該橋北半橋中孔和邊孔車行道橋面鋪裝碎裂，進而發(fā)現(xiàn)空心板頂部碎裂，對碎裂部分檢查可發(fā)現(xiàn)白色、姜黃色骨料，表面呈粉狀，不僅如此，還發(fā)現(xiàn)常有白色反應環(huán)的碎石，這些均為膨脹骨料。第17頁/共136頁第18頁/共136頁第19頁/共136頁第20頁/共136頁第21頁/共136頁第22頁/共136頁第23頁/共136頁承臺頂面混凝土有放射狀裂縫和龜紋狀裂縫第24頁/共136頁第25頁/共136頁裂縫呈層離狀，用錘敲擊混凝土頂面及側面，有明顯起殼聲，這種剝離層厚度達15cmm以上第26頁/共136頁混凝土發(fā)黑，可能系粉煤灰含碳量過高所致聚羧酸減水劑可導致混凝土出現(xiàn)明顯氣泡外加劑、混合料帶來的問題第27頁/共136頁選用水泥強度應與配制混凝土的強度相互適應，使用高強水泥配制低標號混凝土，雖可少用水泥，但也會導致混凝土和容易性不好，容易離析，澆筑混凝土質(zhì)量差。強度問題混凝土強度過高，勢必要增加膠凝材料的用量，不僅不利于成本節(jié)約，還會帶來水化熱、收縮過大等問題；第28頁/共136頁混凝土收縮裂縫13＃墩身裂縫橋面收縮裂縫橋墩裂縫第29頁/共136頁護欄貫穿裂縫，間距5-6m

某橋面裂縫寬度測量

第30頁/共136頁

第31頁/共136頁預制T梁由于鋼模拆除不及時，造成腹板豎向裂縫第32頁/共136頁老橋混凝土腹板的碳化收縮現(xiàn)象T梁腹板經(jīng)常發(fā)現(xiàn)棗核形裂縫，即二端細，中間粗。裂縫下端細是由于下緣配筋量大，裂縫上端由于逐漸上伸到受壓區(qū)而消失裂縫中間粗有二個原因：一是腹板水平鋼筋少；二是在原有裂縫基礎上，由于碳化收縮而使裂縫寬度增寬第33頁/共136頁梁上的收縮裂縫收縮裂縫引起的質(zhì)量糾紛浙江某大橋，梁上的小裂縫－－00年11月開工、01年4月停工，03年4月復工，04年11月竣工。設計－無法復算質(zhì)監(jiān)－返工施工－無奈第34頁/共136頁收縮裂縫的危害拱片之間的橫系梁、橫隔板的濕接頭產(chǎn)生收縮裂縫后，大大減弱橋梁橫向整體性第35頁/共136頁第36頁/共136頁①拱片頂部橋面順橋向裂縫;②

荷載橫向分布集中，降低承載力③產(chǎn)生橫向搖擺第37頁/共136頁

中承式拱吊桿上端封錨砼因收縮裂縫滲水，通過錨頭孔隙流水鋼束而銹蝕中承式拱吊桿頂端封錨砼周邊收縮裂縫吊桿鋼管內(nèi)部黃油由于鋼絲銹蝕物混合成咖啡渣狀并含水份第38頁/共136頁氯離子擴散系數(shù)RCM法：《公路橋涵施工技術規(guī)范》耐久性指標第39頁/共136頁可進行現(xiàn)場測定混凝土氯離子滲透性Peimit與RCM試驗都是基于電化學理論，且都是以氯離子擴散系數(shù)作為劣化指標，這兩種電遷移試驗結果的變化規(guī)律更為相似。優(yōu)點：對結構破壞較小現(xiàn)場操作方便具有廣泛的應用前景檢測新技術一：Permit法耐久性指標第40頁/共136頁色差、氣孔、蜂窩、麻面、水波紋…混凝土施工中的問題第41頁/共136頁色差原材料導致的色差；拌合的不均勻；振搗不充分；模板導致的色差；氣孔配合比的錯誤；振搗的不充分；模板選擇；混凝土施工中的問題第42頁/共136頁混凝土施工中的問題第43頁/共136頁混凝土施工中的問題第44頁/共136頁混凝土梁端部澆跑漿嚴重混凝土施工中的問題第45頁/共136頁模板拼接處錯臺、漏漿現(xiàn)象較多混凝土施工中的問題第46頁/共136頁橫隔板尺寸不對稱局部脹模現(xiàn)象混凝土施工中的問題第47頁/共136頁鑿毛面積和深度均不足混凝土施工中的問題第48頁/共136頁施工不當對預應力材料造成損害預應力施工的問題第49頁/共136頁直線段波紋管定位筋間距1.1m波紋管接頭處套管長度不足預應力施工的問題第50頁/共136頁預應力筋波紋管安裝定位不準小箱梁端頭波紋管偏差2～3cm第51頁/共136頁小箱梁預應力筋通過人孔部分未設波紋管

第52頁/共136頁混凝土蒸汽養(yǎng)生不當造成預應力孔道進水第53頁/共136頁錨墊板未與模板緊貼錨墊板上存在凝固的水泥漿等雜物造成錨板未能與錨墊板緊貼預應力施工的問題張拉預應力筋時，錨具與設備不能準確就位第54頁/共136頁第55頁/共136頁普遍缺少開展現(xiàn)場摩阻試驗的意識張拉時間控制不嚴，張拉前千斤頂檢定不嚴格對錨固區(qū)構造鋼筋重要性認識不足張拉前對預應力張拉準備工作不足，對設備未及時檢查，張拉同步性差預應力施工的問題第56頁/共136頁第57頁/共136頁飛錨滑絲第58頁/共136頁第59頁/共136頁某大橋預應力筋張拉后十余天未及時壓漿，鋼絞線銹蝕明顯預應力施工的問題第60頁/共136頁對攪漿機轉(zhuǎn)速重要性認識不足，普遍轉(zhuǎn)速較低真空輔助壓漿灌漿料配合比由于缺少規(guī)范，制備技術良莠不齊，盲目采用高標號水泥漿配制壓漿料，有的仍沿用普通壓漿灌漿料的水膠比指標（高于0.4）預應力施工的問題第61頁/共136頁對國內(nèi)多座建成并運營多年的預應力混凝土梁橋檢測結果發(fā)現(xiàn)，多數(shù)預應力管道壓漿不飽滿，鋼絞線銹蝕，如某連續(xù)剛構橋頂板管道進行補壓漿就用了約200t水泥，其中一個管道注入了約30t水泥，部分管道打開后有黃色的水噴出，表明存水有一定壓力。第62頁/共136頁第63頁/共136頁第64頁/共136頁第65頁/共136頁預應力不足與剪力滯效應引起底板橫向裂縫第66頁/共136頁3.橋梁施工質(zhì)量控制措施第67頁/共136頁（1）大跨徑預應力混凝土梁橋主梁下?lián)显蚍治黾皩Σ哐芯浚唬?）懸臂施工大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋底板破壞機理研究；（3）大跨度預應力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫控制和配筋設計研究；（4）寬幅空心板梁結構性能試驗及設計改進研究；（5）后張法預應力孔道灌漿質(zhì)量檢測方法研究；（6）預應力梁真空輔助壓漿技術及施工工藝研究；（7）大跨度預應力混凝土梁橋長期變形及控制技術研究；（8）外加劑對橋梁混凝土長期耐久性的影響與關鍵應用技術研究；（9）江蘇省梁式橋質(zhì)量通病防治技術研究；（10）橋梁體外預應力加固技術規(guī)程研究

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國內(nèi)外科研項目成果調(diào)研

主要依據(jù)第68頁/共136頁公路橋涵施工技術規(guī)范（JTJ041-2000）公路橋涵施工技術規(guī)范（JTGTF50-2011）公路橋涵設計通用規(guī)范(JTGD60-2004)高性能混凝土應用技術規(guī)程（CECS207-2006）混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50204-2002）混凝土結構耐久性設計規(guī)范（GB50476-2008）GB175-2007通用硅酸鹽水泥GB8076-2008混凝土外加劑GBT18736-2002高強高性能混凝土用礦物外加劑JGJT193-2009混凝土耐久性檢驗評定標準混凝土結構耐久性設計與施工指南(CCES01-2004［2005年修訂版］）橋梁體外預應力加固技術規(guī)程（報批稿）橋梁工程有效預應力施工控制、檢測與驗收規(guī)程（重慶地方標準）文獻調(diào)研

主要依據(jù)第69頁/共136頁佛羅里達州后張預應力橋梁新指南后張預應力筋安裝與壓漿手冊預應力混凝土施工手冊國外文獻調(diào)研

第70頁/共136頁不同細度水泥混凝土的干縮率

不同細度水泥混凝土的自收縮率現(xiàn)有標準規(guī)定了水泥細度的下限300m2/kg我省現(xiàn)狀：細度基本在330～400m2/kg

第71頁/共136頁細度：360細度：400細度：380開裂明顯增多第72頁/共136頁水泥序號項目指標水泥性能1比表面積（㎡/㎏）300~3802熟料中的鋁酸三鈣(C3A)含量（％）≤8.03堿含量(以Na2O+0.658K2O計)（％）≤0.804氯離子含量（％）≤0.10（鋼筋混凝土）≤0.06（預應力混凝土）注：（1）當骨料具有堿—硅酸反應活性時，所用水泥的堿含量不宜超過0.60%。（2）氯鹽環(huán)境下熟料中的C3A含量可放寬至≤10%。（3）低熱水泥的7天水化熱不應超過270J/g。第73頁/共136頁膠凝材料用量膠凝材料用量應滿足最大水膠比限制和結構強度設計所需求的混凝土最低強度，單方膠凝材料總量不宜高于400(≤C30)、450(C35～C40)、480（C45～C50）和500(≥C55)kg/m3。

第74頁/共136頁細集料細集料中云母過多時，會削弱水泥的膠結力，降低混凝土強度；有機物過多時，會延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強度，特別是早期強度；含泥量過多時，引起需水量和水泥用量增加，降低混凝土強度、抗?jié)B性、抗凍性；氯離子含量過高會損壞鋼筋的鈍化膜，加快鋼筋銹蝕；硫化物可與水泥中鋁酸三鈣發(fā)生化學反應，體積膨脹2.5倍，影響混凝土強度并腐蝕鋼筋；第75頁/共136頁項目質(zhì)量指標≤C45≥C50含泥量，%≤2.5≤2.0泥塊含量，%≤0.5云母含量，%≤0.5輕物質(zhì)含量，%≤0.5氯離子含量，%＜0.02硫化物及硫酸鹽含量（折算成SO3），%≤0.5細集料第76頁/共136頁細骨料填充粗骨料空隙，同時砂漿包裹在粗骨料外表面減少石子間摩擦，使混凝土具有一定流動性砂率過?。汗ぷ餍圆?，混凝土容易離析砂率過大：混凝土體積穩(wěn)定性差指南規(guī)定：預應力混凝土，含砂率應不大于40%（用中砂配制的C50以上的混凝土含砂率可控制在36%~38%）；

砂率小，出現(xiàn)輕微離析砂率大，砂漿富余量高細集料第77頁/共136頁外加劑混凝土外加劑是在拌制混凝土的過程中摻入，用以改善混凝土性能的物質(zhì)，摻量不宜大于水泥質(zhì)量的2.0％(特別情況除外)；

指南第7-8頁對其性能指標與均勻質(zhì)性指標等作了規(guī)定第78頁/共136頁原材料存放：采取覆蓋措施，設置頂棚場地以C20素混凝土進行硬化，厚度以30cm為宜設置排水溝，并定期清理排水溝內(nèi)砂石等阻塞物，確保通暢。清理頻率不少于每月一次，并依據(jù)工程取料頻率的增加適當增加第79頁/共136頁施工對策——減少內(nèi)外溫差，進行溫度控制-入模溫度不宜超過28℃，不應超過32℃。可采取冷卻原材料方法保證入模溫度；-控制水化熱引起內(nèi)部最高溫度不超過60℃；-控制混凝土體內(nèi)的溫度梯度，使表面溫度與中心溫度的最大溫差不超過25℃。-控制混凝土表面溫度與外界相連介質(zhì)(大氣、保溫層或老混凝土、基巖等)之間的溫差15℃—20℃。-溫度升高的速率不宜超過20℃/h；冷卻速率不應高于10℃/h；

必要時設置冷卻水管，進行溫度控制。重視混凝土的養(yǎng)護，外表面適當保溫。水化熱裂縫第80頁/共136頁

第81頁/共136頁混凝土結合面鑿毛試驗研究

鑿毛面積：10%,20%,40%,70%;鑿毛深度：2mm,4mm,6mm混凝土強度：C40,C30第82頁/共136頁隨著鑿毛面積的增加，劈裂抗拉強度逐漸增大。在鑿毛面積較低的情況下（≤20%），實測劈裂抗拉強度不足理論強度的60%，在鑿毛面積較大的情況下（40%~70%），實測劈裂抗拉強度可達理論強度的80%~90%，考慮經(jīng)濟和時間成本，鑿毛面積達70%時，即可滿足工程質(zhì)量的控制要求。隨著鑿毛深度的增加，劈裂抗拉強度逐漸增大；在鑿毛深度達到6mm以上時，實測劈裂抗拉強度可達理論強度的70%~80%。試驗結論第83頁/共136頁

第84頁/共136頁靜載錨固性能試驗：對大橋等重要工程，當質(zhì)量證明書不齊全、不正確或質(zhì)量有疑點時，…，進行靜載錨固性能試驗，

標準《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041-2000）

標準《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/TF50-2011）每批抽6套錨具組成3組進行試驗；如一個試件不符合要求；則另取雙倍數(shù)量進行試驗，仍有一個試件不符合要求，該批錨具為不合格。

第85頁/共136頁第86頁/共136頁第87頁/共136頁第88頁/共136頁第89頁/共136頁第90頁/共136頁第91頁/共136頁第92頁/共136頁箱梁各部位出現(xiàn)裂縫的比例（單位：%）腹板裂縫頂板裂縫底板裂縫橫隔板裂縫齒板裂縫86.490.954.586.436.4第93頁/共136頁

第94頁/共136頁第95頁/共136頁9＃塊斷面4由泊松比效應而產(chǎn)生的拉應變軸向壓力N由泊松比效應次生的拉應力由拉應力產(chǎn)生的拉應變而劈裂結構并產(chǎn)生縱向裂縫第96頁/共136頁8＃塊斷面通到底板上的剪切裂縫第97頁/共136頁7＃塊進入80cm位置齒板部分截面厚則應力小而沒有開裂波紋管間還有斜向開裂、底板上縱向有毛細裂縫。典型的壓應力產(chǎn)生拉應變而將結構劈裂第98頁/共136頁廣東佛山某橋第99頁/共136頁底板鉤筋無鉤，且沒有鉤住底板縱、橫向鋼筋第100頁/共136頁第101頁/共136頁一般管道中心距離在20厘米左右，但是根據(jù)設計，鉤筋一般間距在30厘米左右，導致有的預應力管道間沒有鉤筋。

第102頁/共136頁箍筋寬度按（d+10)cm進行控制；沿預應力筋方向每米應配置的防崩鋼筋截面積不小于：N/(1000*R*fsd)第103頁/共136頁第104頁/共136頁第105頁/共136頁第106頁/共136頁裂縫形態(tài)單面180余條、平均間距27cm第107頁/共136頁與傳統(tǒng)認識不同之處首先開裂位置：傳統(tǒng)認識：試驗現(xiàn)象：理論分析：意義：跨中四分點附近彎起筋根部先裂跨中先出彎曲裂縫第108頁/共136頁第109頁/共136頁第110頁/共136頁第111頁/共136頁第112頁/共136頁第113頁/共136頁1）試驗證明，采用拉伸—扭矩法施工能較好地控制豎向預應力損失，提高豎向預應力施工質(zhì)量。在當前缺乏有效的事后檢測手段時，建議把豎向預應力張拉納入箱梁橋施工監(jiān)控和質(zhì)量保證體系中。不同橋梁應通過試驗，確定合理扭矩和扭矩系數(shù)。2）豎向預應力分段張拉將在箱梁腹板產(chǎn)生間隔性的“應力空白區(qū)”，并且這種現(xiàn)象與豎向預