公路桥梁施工常见通病与处置方法

公路桥梁施工常见通病与处置方法周水兴博士/教授重庆交通大学土木建筑学院2013年6月22日中国贵阳报告内容1.预制梁桥构造与受力特点2.预制梁常见施工通病3.桥面铺装层施工通病4.支架施工5.连续刚构桥施工6.高强混凝土施工要点7.施工经验的辨证认识8.正确认识和看待施工一、预制梁桥构造与受力特点1）设计是一种有目的的行为，任何一个构造（细节）的背后都隐藏着某种设计意图；2）施工是实现设计意图的具体行为；3）技术人员要从力学和构造原理来指导施工；4）一个小小的工艺改进，都会提高施工效率，改进施工质量，节省工程造价（往往不重视！）1.1T梁、小箱梁和板梁组成与构造要求T梁桥、板梁桥由若干片梁通过横隔板或铰缝连接而成；目的/作用：通过横隔板或铰缝联结成整体，达到共同受力和起到分配荷载的作用。整体性是所有桥梁所追求的最基本也是最重要的要求。整体性通过横向联系（如横隔板、横系梁等实现，并且要求他们自身具有足够的强度和刚度）。1.2T（板）梁受力特点与计算理论国内早期采用少横隔梁建造的桥梁，普遍出现梁体开裂、振动大等问题。设计上采用的计算理论和假定：T梁桥按刚性横梁法——横隔板为刚性板梁桥按铰接板梁法——铰缝传递剪力当一个集中力P作用在中间梁时，没有横隔梁连接，则中间梁承担P，其余4片梁不受力（图a）；当一个集中力P作用在中间梁时，对刚性横隔梁，每片梁承担P/5（图c）；Pwa)中梁承受荷载为（=1）Pwb)c)Pw中梁承受荷载各梁承受荷载/5(=1/5)abcPmmPPm实际工程中，因横隔梁为非绝对刚性，在P作用下各片梁按复杂规律受力。如中梁所受荷载为mP，则m必然大于0.2、小于1.0（图b）。1.3常见误区没有充分理解桥梁设计基本假定只重视主梁施工质量，忽视横隔板、铰缝的施工质量主梁施工再好，横隔板、铰缝施工质量差，或失效，主梁同样会出现问题。相反，确保横隔板、铰缝施工质量，可以弥补主梁施工缺陷。二、预制梁常见施工通病——以T形梁桥为例2.1预制梁混凝土施工质量混凝土中空气被包裹在马蹄部分，不宜溢出形成气泡外加剂质量差（如早强剂、减水剂），也可能是外加剂失效（具有较强的时效性）外加剂与混凝土相容性差振捣时间控制不当（人为估计，最好用秒表精确控制）外观颜色不一致（原材料含泥量偏大，色泽不一）（1）蜂窝麻面、颜色不一致（2）原材料与混凝土强度偏低水泥品质差，性质不稳定外加剂行业混乱，外加剂质量参差不齐骨料强度偏低，《高强混凝土结构设计与施工指南》规定，骨料母体岩石的立方体抗压强度应比所配置的混凝土强度高20%以上粗骨料、细骨料混合堆放水泥和外加剂（如粉煤灰）随意堆放级配不合理最终结果：混凝土强度偏低；混凝土不凝固。（3）混凝土强度检测与处理方法回弹法钻芯取样法蒸养法：通过对混凝土蒸汽养护来提高强度延时法：有些混凝土因外加剂影响，强度发展缓慢，需要足够时间才能达到设计强度强度不足的处理方法（需设计单位同意并完成以下工作）降低强度验算法；降低强度，并计入桥面铺装受力验算法（已没有富余量）；加固法梁体报废重视混凝土强度，忽视弹性模量（强度、弹模双控）重视主梁预制，忽视横隔板施工重视桥面铺装层混凝土施工，忽视现浇纵缝施工梁体长度控制差，造成梁体抵紧（无法实现自由伸缩），或者梁端缝隙过大（连续桥面铺装层无法施工、后期开裂）（4）混凝土施工梁端与桥台相抵——无法自由伸缩好难打掉多余混凝土！梁端缝隙过宽T梁或板梁顶面，多由混凝土收缩引起（裂缝分布不规则），可采取拉毛、加强养护来处置横隔板与翼缘板、肋板交汇处（设圆弧过渡、倒角，能有效克服）肋板竖向裂缝（台座不均匀沉降）张拉后梁端开裂（常见）拆模不当引起的裂缝台座要有足够的强度和刚度，并做好排水措施（5）梁体常见裂缝与成因良好的表面处理与纵缝施工拆模不当造成（应敲掉，与横隔板现浇混凝土一起浇筑）采用砂浆修补是否可以？收缩裂缝（应彻底凿除）裂缝特性具有反射性外裂缝与内裂缝外裂缝可以转化为内裂缝（6）梁体裂缝处置方法凿除法如梁体顶面、横隔板拆模不当造成的裂缝，应凿除桥面裂缝和已经有裂缝的横隔板混凝土，然后与桥面铺装层、横隔板现浇缝混凝土一起浇筑。严禁采用抹浆处置。修补法出现在腹板与肋板，腹板、隔板和肋板间的裂缝，在不影响结构安全的前提下，可采取修补方式封闭，确保耐久性。因张拉引起的梁端裂缝，采取修补或者凿除再浇筑混凝土进行修补。试验认证法梁体出现竖向裂缝，除封闭裂缝外，一般都要采用荷载试验方法验证该梁能否满足承载力要求（但成本高，不如弃梁）预制梁张拉后会上挠，搁置时间越长、上挠越大，为保证现浇层厚度，有意减薄预制梁厚度（通病做法）明确一次受力与二次受力的关系正确方法：合理设置反预拱度，尽快安装预拱度有正负偏差，必须保证预制梁厚度（7）预制梁厚度与桥面现浇层关系处理不当2.2支座预埋钢板与锚筋作用：使钢板与梁体紧密联结，承受由水平变位引起的伸缩。如施工不当，就会引起钢板变形（支座脱空或局部受力，支座提前破坏）、甚至钢板与梁体脱离常见通病：钢板厚度不够（偏薄）；锚筋长度不够、随意改变直径；改双面焊为单面焊或点焊，焊缝厚度不足；随意改变预埋筋方向，设计为纵向布置，焊缝受剪；施工中改为横向布置，焊缝受弯。焊缝不饱满纵向布置，焊缝受剪横向布置，焊缝受弯双面焊接，未清除焊渣纵向坡度的预埋钢板①《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》规定，但纵坡超过2%时，应调平；②简单办法：在钢板底面设置一个钢筋，或采用垫砂，精度低；③后果：支座局部脱空。支座局部脱空造成的损失非常巨大！2.3钢筋与预应力筋布置①钢筋间距不均匀②钢筋保护层厚度不足或超厚（耐久性），主要是钢筋下料长度不正确（设计错误、下料不当），垫块脱落；③预应力筋管道布置没有严格按设计要求；④管道定位钢筋随意，一般曲线段50cm，直线段80cm左右设置一根。预应力编束要求：混凝土保护层厚度偏大T梁翼缘底板钢筋外露钢筋布置不均钢筋接头钢筋焊接钢筋严重扭曲，无法有效传力漏筋力以最短路径传递您看得懂是什么吗？弯曲的钢筋能够受力吗管道线形不顺弯曲的钢束曲线普通钢筋与预应力筋冲突①设计：允许适当挪动位置，但并不允许改变普通钢筋的构造。②在预应力混凝土T梁中，经常遇到部分马蹄形钢筋与预应力筋冲突.③正确的处理方法是不能改变封闭筋的构造，否则会影响马蹄部分的受力。普通钢筋与预应力筋冲突（续）•处理方法：提前封闭普通钢筋。a)设计构造b)变更构造为什么马蹄形中要设置封闭箍筋？？2.4预应力张拉与压浆双控：张拉力和伸长量油压表与千斤顶标定压浆目的：满足有粘结设计要求、防止钢绞线锈蚀、断裂（十分严重，有水有气必然渗入管道内）西方发达国家：德国、美国等，因预应力筋锈蚀已造成重大损失。2.4预应力张拉与压浆常见通病张拉不对称（普遍）标定时间过长油压表失效进油太快，导致有效预应力无法传递到整片梁体浆液制作随意，没有严格按设计和规范要求制作压浆不饱满封锚随意2.5混凝土凿毛目的：使新老混凝土结合良好，共同受力存在的问题：“星星点缀”，随意凿一下正确的凿毛：应将浮浆凿除，露出粗骨料技巧：在模板上安设钢筋条。止浆棉纱未清除干净2.6现浇缝钢筋布置与混凝土浇筑为单向受力板，现浇接缝承受正弯矩环形筋应焊接环形钢筋接头应朝上布置存在的问题：环形筋采用钢筋绑扎，甚至朝下布置模板破旧，接缝不严密，振捣不密实（甚至不振捣）与翼缘板连接差复杂的钢筋布置振捣不够没有振捣良好的纵缝施工质量纵向湿接缝模板破损2.7移梁与轨道布置移梁前，必须保证T梁横隔梁有可靠（永久或临时）连接轨道应布置在梁肋上，因弯道限制，必须设置在悬臂板时，应采取加强措施，并加强观测运梁炮车位置2.8板梁、小箱梁模板采用钢模板，不能采用木模板（变形大、损耗大）临时固定要牢靠，防止爆模而增大梁体自重钢制板梁内模2.9预应力混凝土小箱梁预应力管道布置、线形对截面应力影响很大梁底、台座不平整引起的支座局部承压，引起小箱梁畸变应力，造成开裂箱梁内外温差顶板混凝土开裂（收缩裂缝居多）小箱梁内侧混凝土表面1.模板操作（拆除）难；2.内模塑料膜太薄（不起作用）。2.10养护正确理解养护概念（保持湿度和温度两个方面）气温低于5℃时，需覆盖保温养护，不能洒水直接养护；采用微膨胀混凝土，必须保水养护，使钙钒石能够充分生长；低水胶比的高强混凝土不泌水，浇筑如不立即覆盖并养护很容易开裂；防止太阳直射、覆盖养护；2.10养护养护日期不少于7d（高强混凝土结构设计与施工指南、公路桥涵施工技术规范）高强混凝土水化热偏高，养护期间混凝土的内部最高温度不宜高于75℃，混凝土内部与表面温差小于25℃。为控制高强混凝土的塑性裂缝、减少自身收缩，必须从混凝土入模开始就潮湿养护，采取喷雾、浇水、薄膜覆盖等措施。决不能象普通混凝土施工，在入模几小时后才开始养护。2.11支座垫块平整度平整度差，施工控制不严，导致支座局部脱空，影响支座使用寿命对小箱梁，会造成畸变应力，导致箱梁开裂一、二级建造师中都有要点2.12桥面连续梁端缝隙过大梁端缝隙过大注意桥面连续与结构连续的区别三、桥面铺装层施工通病3.1现浇铺装层的作用起调平层作用起连接整体作用，并参与部分受力梁体上布置了剪力键钢筋，确保共同受力3.2施工常见通病没有清除梁顶已经出现的裂缝（裂缝具有反射性）将钢筋网（片）直接搁置在梁顶面上，实际上起隔离层作用（恶化桥面受力，致使桥面破坏严重）正确方法清除顶面裂缝对裂缝分布较多、较密区域，可适当加密钢筋应设置有足够的保护层厚度，确保钢筋网与梁顶之间能有混凝土达到桥面连续梁端模板施工随意（填砂），填砂应确保密实，最好采用泡沫，或施工通病造成结构连续钢筋直接搁置在梁顶面钢筋直接搁置在梁顶面桥面混凝土浇注后钢筋上浮四、支架施工4.1构造与受力分析问题重视受力构件，忽视横向联接系作用重视主要构件，忽视次要构件重视地基处理，忽视排水措施重视局部分析，忽视整体分析国内外支架施工中，绝大多数是因整体稳定性不足而导致支架坍塌。增设斜撑、提高横向联结系刚度是提高整体稳定的有效措施。支架失稳横向联系刚度太弱4.2满堂式支架①钢管支架、碗扣式支架（积木式支架）②建设部颁布了钢管支架、碗扣式支架技术规程；③承载力与稳定计算（理想化），施工时应符合规程基本假定；④安全要靠构造措施来保证，如扫地杆、纵横平联、斜撑等；⑤地基处理与排水措施；⑥混凝土浇筑顺序（多用于弯桥、匝道桥，有纵横坡）。上海地铁11号线南段一工地脚手架失稳，导致2死4伤2010年1月3日下午14时20分，昆明新机场A3标东引桥浇灌混凝土过程中，有一段支撑体系失稳造成垮塌。该起事故导致41人死伤，其中7人死亡，8人重伤，26人轻伤。2011年6月28日晚，昆明新机场飞行区货运汽车通道东延长段顶板发生垮塌，造成11人受伤。五、连续刚构桥施工5.1常见病害主梁下挠箱梁开裂（顶板、腹板、底板）预应力张拉不足（竖向、纵向）管道压浆不饱满底板混凝土崩裂箱梁底板纵向裂缝底板崩裂脱空底板崩裂为底板的层离拉裂5.2施工要点0#临时基准块高程，每隔3-4节段复测一次；节段交界面凿毛；预应力张拉，规范规定超张拉3%，并延迟3-5分钟，效果不好；建议采用张拉后，滞后10-15分钟（甚至更长），油压表稳定后再次张拉；竖向预应力筋张拉不到位是通病与难点；底板防崩裂钢筋（封闭箍筋）。5.3合龙顶推与合龙顺序顶推目的：克服混凝土长期作用（徐变、收缩）导致的墩顶偏位，可有效改善桥墩受力；一般在高温合龙的大跨度连续刚构桥，宜采取顶推；多跨连续刚构桥合龙顺序：边跨→中跨→次中跨六、高强混凝土施工要点——高强混凝土结构设计与施工指南（1）高强混凝土定义•指采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰、超细矿渣、硅粉等矿物掺合料，以常规工艺配置的C50-C80级混凝土。（2）混凝土原材料（C50-C60）•水泥：4