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1湖南联智桥隧技术有限公司梁晓东桥梁预应力结构施工质量控制技术2概要1.当前中国桥梁安全形势2.威胁桥梁安全的关键因素3.如何让桥梁更安全？1）实施新《规范》，克服质量通病2）建立合格的预应力体系3）压浆饱满，保护预应力系统4）远程监控预应力施工质量4.干线公路桥梁预应力质量控制解决方案31.当前中国桥梁安全形势42004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！5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2005年拆除。6拆除后截面：预应力管道压浆不饱满7从1999年到2009年，10年间全国发生的较大桥梁垮塌事件为30起。近5年来，全国共有37座桥梁垮塌，其中13座在建桥梁发生事故，共致使182人丧生，177人受伤。平均每年有7.4座“夺命桥”，即平均不到两个月就会有一起事故发生。桥梁事故逐年增长。89“当前，桥梁安全隐患较多，全国危桥数量居高不下，部分地区超限超载问题仍很突出，严重威胁桥梁安全。各级交通运输部门要充分认识桥梁安全面临的严峻形势。”摘自：《交通运输部就加强公路桥梁安全和治超管理工作发出紧急通知》现状和形势让我们反思，不能让威胁桥梁安全的质量隐患继续存在，更不能继续建造不安全的桥梁！102.威胁预应力桥梁安全的关键因素11原因一：未能建立有效预应力体系在使用的预应力砼桥梁中发现，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。同样，预应力简支梁板在运行中大量出现底板、腹板裂缝，承载能力下降。12▲病害案例对某大桥（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。14▲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。15►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。１、有效预应力精度不够，误差大未能建立有效预应力体系，体现在两个主要方面：16►（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。▲造成误差大的主要原因预应力损失可达张拉控制应力的20%左右。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。２、有效预应力不均匀度过大18▲不均度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导致钢绞线很快锈蚀。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：孔道压浆不密实20管道压浆存在严重空洞危桥拆除：预应力管道压浆缺陷某城市立交桥拆除施工21预应力管道压浆不密实将严重影响结构的耐久性，甚至导致桥梁垮塌。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。22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。23▲孔道压浆不密实主要原因：1、波纹管破裂、接合质量差、安装不规范等原因导致管道堵塞；2、浆液质量差，水胶比大，泌水；3、压浆工艺和设备难以保证管道充盈。24波纹管破裂波纹管接长不符合要求25管道与锚具处没有接好管道有拐点，穿索容易损坏。26单缸压浆泵进浆管手持搅拌器搅拌桶现行压浆工艺和设备难以保证管道充盈27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。281、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。29钢绞线断丝原因：一根钢绞线没有正确装上工具夹片30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。312、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。32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。33锚板没有安装在锚垫板的限位圈内，张拉时锚板倾斜343、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。354、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。361）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：375）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。38▲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。3940预应力张拉质量差施工质量通病管道压浆不饱满耐久性降低，存在安全隐患产生结构裂缝钢绞线锈蚀，降低耐久性留下质量隐患413.如何解决这些问题，让中国桥梁更安全？1）认真实施新的《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011)，并推行标准化施工，克服预应力施工质量通病；2）严格科学控制预应力张拉精度和损失，建立合格的预应力体系；3）切实控制孔道压浆质量，实现压浆饱满，保护预应力体系，提高结构耐久性；4）远程监控预应力施工，改变监管模式，提高质量监控水平和效率。422011年，由交通运输部公路西部科技项目《公路工程质量安全过程控制智能化与远程监控技术研究》将智能张拉和压浆技术作为子课题进行深入研究，致力于通过采用新的施工工艺和液压、传感、数控、计算机、通信和物联网结合土木工程技术，形成预应力张拉与压浆智能化成套技术，提高桥梁安全性和耐久性。433.1认真实施《公路桥涵施工技术规范》44预应力张拉施工:1、对张拉控制应力的精度提出了具体要求（第7.12.2条第2款，±1.5％）；2、对对称同步张拉工况张拉力提出了允许误差要求（见第7.12.2条第1款，±2％）；3、注重结构建立合格的有效预应力，对有效预应力偏差提出了具体要求（见第7.12.2条第3款，±5％；第7.6.3条第2款）；4、延长了锚固持荷时间，由以前的2分钟延长到5分钟（见第7.12.2条第2款）；5、重视有效预应力的均匀度，强调采用梳编整体穿束工艺防止钢绞线缠绕。（见第7.12.2条第3款；第7.2.7条；第7.8.3条第2款）45预应力孔道压浆施工:1、将压浆质量问题提到了前所未有的高度，强调从压浆材料、设备、工艺、组织管理等方面全面提升来保证压浆密实度。2、大幅度提出了对压浆材料的质量要求，并要求采用专用压浆料或专用压浆剂。概括起来就是：“低水胶比、高流动度、零泌水率”。（见第7.9.2和7.9.3条）3、对拌浆和压浆设备提出了更高的要求（见第7.9.4条）46新版《公路桥涵施工技术规范》（JTG/F50-2011）在预应力质量控制方面相对于原规范在上述几个关键点进行了实质性的修订，有了很大的进步。这些修订内容是近年来预应力桥梁运营中突出问题寻求解决方法的反映，是施工技术人员长期施工经验教训的总结和技术进步的必然结果。这些修订唤醒了施工参与者对长期被忽视的质量隐患的关注，提出了依靠新材料、新工艺、新技术的解决之道。47►梳编穿束不当会严重影响各绞线受力的均匀性。《公路桥涵施工技术规范》（JTG/F50-2011）7.8.3条规定：“宜将一根钢束中的全部预应力筋编束后整体穿入孔道中…”3.2钢绞线梳编穿束工艺48►钢绞线和锚具编号49►整束穿束503.3.1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。3.3预应力张拉质量智能控制技术5152量测伸长值，存在人身安全隐患记录数据，与理论值比较53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。54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。要