预应力智能张拉、压浆工艺

1让中国桥梁更安全—预应力智能张拉、压浆工艺2危害桥梁安全的原因•对桥梁“短命”的质疑•原因一：预应力张拉不合格•原因二：管道压浆不密实•原因三：预应力施工质量通病37月15日，通车仅14年钱塘江三桥塌了，47月14日，建成不到12年的武夷山公馆大桥垮了，57月11日，建于2019年的盐城通榆河大桥坍塌…….6人民网24小时滚动新闻5天内，3座大桥相继发生坍塌事故……一座大桥垮了，可能有“偶然”因素。但如果本该百年寿命的大桥频频“短命”，则需要追问。事实上，更需科学拷问的是，超载究竟是“元凶”还是压死骆驼的“最后一根草”？为什么经过专业设计和严格施工的桥梁会如此弱不禁风？为什么由先进材料建成的桥梁竟如此“短命”？就一座大桥的垮塌来说，不论设计、建设还是事故调查与测量，必须有实实在在的科学依据与专业论证过程。大桥“偶然垮塌”，只怕会此起彼伏7杭州通报钱江三桥事故调查结果能满足正常使用2019-11-0510:01:25新华社调查报告称，工程施工由十家单位承建，整个工程无分包和转包现象。但主桥箱梁施工存在竖向预应力部分损失、管道压浆不饱满、接缝处错台、麻面及裂纹等质量缺陷。个别工序存在监理不够到位现象，部分质量评定与工程实际有偏差。调查组分析得出，事故的主要原因为超限超载货车对空心板梁产生的荷载效应超过空心板梁的承载能力。此前报道，据《中国新闻周刊》获得的一份当年《杭州钱江三桥建设工程交工验收报告》显示，主桥箱梁施工存在过分强行合拢，预应力张拉、压浆工艺不够规范，砼蜂窝较多、多处漏水、内外错台较大；主桥预应力结构中箱梁腹板有较多斜向和竖向裂缝，裂缝最宽已达0.58毫米，裂缝最长为4.3米。82019年6月10日早晨7时许，辽宁省盘锦市田庄台大桥突然发生垮塌。专家组认定，该桥在超限车辆长期作用下，内部预应力严重受损。重载冲击力使大桥第9孔悬臂端预应力结构瞬间脆性断裂、坍塌。生命！9湖南某高速公路通车10年左右对预应力空心板桥梁进行了加固。10▲病害案例美国加州ParrotsFerryBridge（主跨195m）跨中明显下挠。此处明显下挠11原因一：预应力张拉不合格在使用的预应力桥梁中发现，有相当数量的箱梁在顶板、腹板、底板、横隔板以及齿块等部位出现了各种不同形式的裂缝，其中箱梁腹板裂缝最为普遍和严重。12▲病害案例对长沙环线月亮岛大桥（主跨7×96.0m预应力混凝土箱梁）进行检测：每跨箱梁内腹板存在裂缝，共发现裂缝194条，裂缝宽度大部分在0.1mm～0.5mm，裂缝长度在0.3m～3.0m。与桥梁行车方向夹角为30°～60°。13▲病害案例对某高速公路25mT梁进行静载试验：理论计算挠度14.276mm，实测值16.121mm，超出要求。腹板裂缝加载前0.01mm,加载后0.3mm。14•有效预应力偏小，预应力度不足，结构过早出现裂缝，下挠超限。•有效预应力偏大，可能导致预应力筋安全储备不足，结构过大变形或裂纹，甚至脆性破坏。▲有效预应力精度不够15•1、施加张拉力不准确。•2、张拉过程中预应力的损失过大•预应力钢筋与管道壁间摩擦引起的应力损失；•锚具变形、预应力筋回缩和接缝压缩引起的应力损失；•弹性压缩引起的应力损失；•预应力筋松弛引起的应力损失；•混凝土收缩和徐变引起的应力损失。▲主要原因16▲有效预应力检测实例项目一梁板有效预应力偏差走势图-30-25-20-15-10-505101520有效预应力偏差(%)有效预应力偏差5月6月7月8月9月17•概念：孔道内各绞线受力不均匀和同一断面各孔道受力不均。•有效预应力不均匀将导致预应力筋的早期疲劳，危及桥梁使用寿命。有效预应力大的钢筋承受了本应该所有预应力筋承受的力，这样有效预应力大的钢筋在使用阶段逐渐屈服，梁体也随之下挠。•原因：钢绞线在孔道内相互缠绕，是导致有效预应力不均匀大的根本原因。▲有效预应力不均匀度大18▲不均度过大检测案例经检测发现问题、进行整改，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。孔号：3同束不均匀度：61.62%疏束编束穿束质量：很差索号实测值(KN)1199.31276.483171.744183.245175.446172.717175.368175.02整束1329.3019▲有效预应力不均匀度检测实例项目一梁板同束索力不均匀度走势图010203040506070同束索力不均匀度(%)同束索力不均匀度5月6月7月8月9月20如果预应力施工不当，梁体内不能建立有效的预应力，在混凝土徐变的共同作用下，梁体必将发生严重的下挠。挠度过大不但会使跨中主梁下凹，破坏桥面的铺装层，影响桥梁的使用寿命和行车舒适性，甚至危及高速行车时的安全。21保护预应力筋免遭锈蚀，保证结构物的耐久性。预应力筋在高应力状态下更易锈蚀（约是普通状态下的6倍)；预应力孔道压浆不密实将导致钢绞线锈蚀。预应力筋通过灰浆与周围混凝土结成整体，增加锚固的可靠性，提高结构的抗裂性和承载能力。灌入孔道的水泥浆，既包裹预应力筋，又接触孔道壁，把预应力筋和孔道壁粘结起来，共同作用。原因二：管道压浆不密实22国内某大桥运行仅10年后，主桥箱梁腹板开裂，中间三跨跨中底板横向贯穿开裂，跨中下挠严重。大桥最终于2019年拆除。23管道压浆不饱满危桥拆除：预应力管道压浆缺陷24预应力管道压浆不密实将严重影响结构的耐久性，使得桥梁结构可能在毫无征兆的情况下突然坍塌。1985年2月1日，英国威尔士的Ynys-Gwas桥在正常使用阶段、在没有受到任何外在冲击、在毫无征兆的情况下突然倒塌，引起人们对灌浆质量的重视，必须重新审视预应力桥梁的孔道灌浆问题。曾于1992年9月发布紧急通知，由于后张法预应力体系在压浆方法上不能确保其安全性，在安全性得不到保证之前，英国不得使用压浆的后张法预应力结构。25该桥由9根I形纵梁和边箱梁组成，倒塌时9根梁全部破坏。事后英国运输与道路研究实验室对该桥的倒塌原因做了进一步的调查。在24根纵向预应力孔道中，有4根孔道存在较大的孔隙，使钢绞线暴露在空气中，另有2根管道在一定长度内中空，钢绞线完全没有水泥浆的包裹，而且最大的孔隙通常出现在曲线管道的锚固端。在检查的14根横向预应力孔道中，3根孔道存在钢绞线束暴露在空气中的大空隙，另外3根孔道几乎全部是空的。26▲孔道压浆不密实主要原因：1、管道堵塞；2、浆液质量差，水胶比大，泌水；3、压浆工艺不能保证管道充盈。27波纹管破裂波纹管接长不符合要求28管道与锚具处没有接好管道有拐点，穿索容易损坏。29压浆管安装位置不对30由于管道压浆不密实，预应力筋失去有效保护而锈蚀导致预应力失效，梁体产生裂缝，特别是纵向预应力损失过大引起下挠和裂缝的进一步发展，当发展到一定程度，由量变转为质变，使梁体发生结构性破坏。31原因三：预应力施工质量通病预应力施工质量通病主要体现在：断丝、滑丝；锚下开裂、下陷；张拉强度和时间失控；锚夹具质量差；绞线在孔道内缠绕；多穿或少穿绞线；砼质量、材料质量问题；张拉、压浆作业不规范等等方面。有问题并不可怕，可怕的是这些问题被隐瞒，将给结构留下了很大质量、安全隐患。321、断丝和滑丝▲造成断丝和滑丝的原因预应力钢筋表面或锚具夹片生锈或有油污；夹片丝距过小硬度不够。预应力筋安装不规范，张拉中预应力筋受力不均张拉力过大，失控；锚具发散锥度尺寸不够；锚垫板安装倾斜不与管道垂直；张拉机具（特别是限位板）与锚具不配套造成夹片咬伤钢束或者锚具夹片硬度过大。33钢绞线断丝原因：一根钢绞线没有正确装上工具夹片34钢绞线表面浮锈或水泥浆，张拉前要清理；锚具与夹片安装后没有及时张拉，造成生锈锚固不牢。352、锚垫板下陷和破裂，锚后混凝土局部开裂锚垫板后砼不密实或者有空洞，引桥锚垫板下陷，甚至破裂。36锚垫板后弹簧螺旋筋过小，且没有紧贴锚垫板，锚垫板承力不够，开裂。37锚板没有安装在锚垫板的限位圈内，张拉锚板倾斜383、张拉强度与张拉时间失控为了加快工期，构件砼采用早强剂或提高混凝土配置比强度，一般3~4天混凝土强度就能达到设计强度的80%以上，有的甚至达到95%以上，结果梁体混凝土浇筑3~4天后即开始张拉。在此龄期内混凝土的收缩和徐变并未完成，随着龄期的增加所引起的预应力损失过大，且会导致张拉后梁体反拱度过大。用标养砼试件强度代替结构实际强度，张拉强度没有达到要求。394、钢绞线穿束时没有梳编，导致绞线在管道内相互缠绕打绞导致单索张拉力不均匀。有的甚至少穿或多穿钢绞线。5、材料质量问题：主要材料，如钢绞线、锚、夹具、水泥及外加剂、波纹管、压浆材料等未按规定频率送检，导致质量失控，埋下了结构质量隐患。401）最终成型的预应力孔道线形与设计线形相差较大。2）在现场加工时，采用了加热、焊接或电弧切割等错误方法，造成张拉时钢绞线脆性断裂。3）张拉机具质量较差，未按规定标定和使用。千斤顶、压力表和油泵应当是一个完整的张拉施力系统，必须现场整体标定，实际上却是分割标定——只标定千斤顶与压力表，往往导致张拉张拉力偏大或偏小。4）张拉实际伸长值超出理论计算范围，预拱度达不到或者超过理论计算值。6、其他常见问题：415）张拉顺序未按设计要求进行操作，构件受力严重不对称，造成构件在张拉后发生扭曲变形、侧向弯曲或翘曲。张拉加载速度、停顿点、持荷时间随意性大。6）混凝土和浆液质量问题。混凝土原材料（特别是集料）质量不稳定，为了保证砼强度，工地不得不加大水泥用量，导致结构混凝土裂缝增多。为了提高流动度，加水导致水胶比过大。7）钢筋保护层厚度不够，底板或顶板厚度失控。8）张拉和压浆记录混乱、失真。42▲病害案例在对某高速公路进行单片梁板静载试验时，外观检测时发现的钢筋保护层厚度严重不够，部分钢筋露筋。4344预应力张拉质量差施工质量通病管道压浆不饱满结构生命受损预应力不合格钢绞线锈蚀留下质量隐患45世界桥梁垮塌趋势46让中国桥梁更安全1梳编穿束工艺2智能张拉技术3循环智能压浆工艺47梳编穿束不当会严重影响各绞线受力的均匀性1、钢绞线梳编穿束工艺48为了避免单根穿束引起的绞线相互缠绕，导致张拉时绞线受力严重不均，应采用整束穿束系统进行穿束，此工艺已在工程中得到应用，对多索、长索效果更加明显，示意如下：1.梳束板（或锚具）2.钢绞线3.扎丝4.绑扎胶带5.牵引螺塞123456789987654321锚具1锚具249•梳编穿束工艺现场培训50•钢绞线和锚具编号51•梳束52•整束穿束53•施工单位采用梳编穿束工艺，在熟练掌握后不仅不会耽误工期，还能大大提高工作效率，并消除各根绞线受力不均引起的滑丝、断丝等事故，是保证有效预应力均匀度的根本措施。542、预应力智能张拉技术（1）传统张拉之特点（2）智能张拉技术概要（3）传统张拉与智能张拉之比较（4）智能张拉系统应用效果55▲桥梁预应力传统张拉工艺的特点：可概括为:1、人工手动驱动油泵;2、根据压力表读数控制张拉力;3、待压力表读数达到预定值时，用钢尺人工测量张拉伸长值;4、人工记录张拉数据。5657通过对1200多片简支梁和七座连续刚构梁桥的预应力检测数据分析，这种传统的张拉工艺存在如下主要问题：1、张拉力控制误差过大,达±15%；2、绞线伸长值测量不及时、准确，未能实现张拉力和伸长值的双重同步控制；3、张拉过程很不规范,预应力损失大；4、两端对称张拉不同步,结构受力不均；5、人工记录数据，质量隐患被掩盖。58可见，传统的预应力张拉工艺人为操作误差大，张拉过程不规范，难以掌握和控制张拉质量。因此，充分利用现代科技成果，特别是信息技术，改进传统的预应力张拉工艺是目前预应力混凝土施工中迫切需要解决的问题。59系统结构图60桥梁预应力智能张拉系统主要组成部分有：1智能张拉系统平台2LZ5903智能张拉仪3智能千斤顶61智能张拉仪张拉系统控制平台智能千斤顶62▲智能张拉系统主要功能特点◆精确施加应力系统能精确控制施加的预应力力值，将误差范围由传统张拉的±15％缩小到±1％。（2019版桥涵施工技术规范7.12.2第2款规定“张拉力控制应力的精度宜为±1.