预应力施工常见问题.ppt
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1、预应力施工常见质量问题探讨,前言,桥梁病害集中暴露期:建成投入使用的2030年后。举例:2005年美国统计有桥梁588930座,有病害的桥梁158859座,约占总数的27%。设计寿命75年,实际平均寿命44年。现浇预应力混凝土梁的质量问题较为集中,其中预应力管道压浆不饱满、预应力损失大是影响梁体寿命的主要因素。预应力结构的预应力筋通常隐蔽在混凝土梁体内,并且处于高应力工作状态下,有时并无表象出现时即会发生脆断,极其危险。,预应力混凝土桥梁事故实例,1985年英国威尔士一座节段拼装式预应力混凝土桥梁因预应力束锈蚀而倒塌;1992年比利时横跨Scheldt河上的一座后张法预应力混凝土桥也因预应力束
2、锈蚀而坠毁;1992年英国运输部鉴于发生于1960年的两座人行桥事故与1985年威尔士境内一座公路桥的事故,以及随后对9座拼装式预应力混凝土桥的检测结果,发布了暂时在设计中停止采用后张法预应力混凝土桥的禁令。4年后,颁布了新的后张法预应力桥的设计与检测等一系列文件,才恢复采用后张法预应力混凝土桥。后张法预应力混凝土桥出现事故的主要原因:(1)预应力束孔道的注浆质量得不到保证;(2)锚具失效。,目 录,一、预应力施工前的技术准备 二、原材料及半成品质量控制 三、设备与设施 四、制作和安装 五、预应力张拉 六、孔道压浆 七、近期典型案例 八、自动张拉设备简介 九、问题探讨,预应力施工质量控制的内容
3、,预应力施工质量控制直接影响到预应力混凝土结构的安全和耐久性,包括以下内容:各类原材料及半成品质量锚垫板及管道安装精度及定位可靠性混凝土性能及灌注质量张拉设备选型张拉过程质量控制管道压浆及封锚 因铁路预制梁场目前有认证程序,且属于工厂化作业,预应力施工方面的问题较少。本案主要以现浇钢筋混凝土连续梁预应力施工常见问题、案例为主进行探讨,对预制梁、现浇简支梁等其它结构形式的梁体预应力施工问题涉及较少。,一、技术准备,(一)重点关注的问题三向预应力的相对位置有无冲突,设计有无调整原则或有无变更手续。预应力定位、防崩、防裂设计。设计对预应力孔道偏位、摩阻系数及锚下预应力损失测定的要求。采用设计值时有无
4、错误,如将纵向预应力千斤顶施加张拉力(锚外控制力)直接采用设计给定的锚下控制力,不符合设计意图(锚下控制力+锚口预应力损失=锚外张拉控制力)。设计对于预应力单项、双向张拉的条件设定,对于分次张拉(如预制箱梁的预张、初张、终张)和二次张拉(精扎螺纹钢)的要求等。预应力压浆、封锚材料的技术要求等。施工单位施工方案、作业指导书的内容是否翔实、报批手续是否完善。现场是否按照方案、作业指导书进行作业。,(二)提 示,应根据验标或设计要求对孔道摩阻损失、喇叭口摩阻损失和锚口摩阻损失进行实际测定;根据实测结果对张拉控制应力进行调整并经监理、设计单位认可。如果个别采用锚下控制应力致使张拉力偏小的,应暂停施工,
5、由建设单位组织评估,排除质量隐患后再进行后续施工。,二、原材料及半成品质量控制,1.预应力管道材料品种、规格不符合设计、验标要求2.预应力材料管理不严格,易出现的问题3.材料报废标准,1.预应力管道材料品种、规格不符合设计、验标要求,(1)设计为镀锌波纹管,现场使用普通金属波纹管,或虽已镀锌,效果很差,锈蚀严重;,(2)氯盐环境下,后张法预应力结构,验标规定预留孔道应采用塑料波纹管,而设计未采用;,(3)竖向预应力孔道制孔,设计采用铁皮管,实际采用波纹管,刚度小,易偏位紧贴预应力筋,孔道摩阻增大;易漏浆、堵管,产生质量问题。,(4)管道材料缺少试验报告。检查中发现有相当数量的工地波纹管相关试验
6、一次也没有做,认为波纹管质量对工程实体质量没有大的影响,等出了问题(漏浆、堵管)才重视;金属波纹管集中荷载的径向刚度、抗弯曲渗漏试验,塑料波纹管的环刚度、抗冲击性、柔韧性、局部横向荷载作用性能是检验波纹管质量的主要指标;参考的标准:预应力混凝土用金属波纹管(JG225);预应力混凝土桥梁用塑料波纹管(JT/T529)。,提 示,后张梁预留孔道用的金属波纹管、塑料波纹管等的品种、规格和质量必须符合设计要求。预应力筋用锚具、夹具和连接器的品种、规格必须符合设计要求。监督检查中如发现后张梁预留孔道以粗代细或以细代粗(竖向预应力)、以波纹管代替铁皮管(竖向预应力)、以抽拔橡胶棒代替波纹管等与设计不符的
7、情况,应责令改正。如发现预应力筋用锚具、夹片不配套或混用,应要求其改正,查找原因,并对此前的施工质量做出评估。,2.预应力材料管理不严格,易出现的问题,(1)保管不善引起的质量问题。如预应力筋、制孔材料、锚具的锈蚀问题。预应力材料的保管是否规范,是体现预应力施工质量控制水平的一个方面,比如制孔材料变质,可能导致漏浆堵管或加大摩阻系数等。(2)钢绞线弹模变化大。造成伸长量波动较大,双控难以实现。有的厂家预应力筋技术指标不稳定,主要表现是弹性模量变化较大,施工单位不及时调整有关张拉数据,双控难以实现,对结构影响就比较大。比如,预制T梁如张拉力偏大,其上拱偏大,进而影响到桥面附属和后期维护;如张拉力
8、偏小,加载后底板易出现微裂纹,影响耐久性。预应力筋的标准:预应力混凝土用钢绞线(GB/T5224-2003)预应力混凝土用钢丝(GB/T5223-2002)预应力混凝土用螺纹钢筋(GB/T20065-2006)(3)锚环与夹片不匹配。在领用时易出现不配套现象,即不同厂家的产品混用;即使同一厂家的产品,不同批次的锚环与夹片也不一定能匹配。现在的实际情况是一个供应商可能使用几个厂家的产品往一个工点供货。进场检验和匹配发放很关键。检验标准:预应力筋锚具、夹具和连接器(GB/T14370-2007)铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器技术条件(4)压浆材料中不应含有高碱(总碱含量不应超过0.75
9、%)膨胀剂或以铝粉为膨胀源的膨胀剂。不应掺入含氯盐类、亚硝酸盐类或其它对预应力筋有腐蚀作用的外加剂。压浆剂或压浆料中氯离子含量不应超过胶凝材料总量的0.06%。,3.材料报废标准,(1)预应力筋现场预应力筋允许有轻微的浮锈,当预应力筋腐蚀严重且表面可见有麻坑时应做报废处理。预应力筋受到损伤,表面有斑疤、裂缝等缺陷或有弯折时应予以报废,对预应力用精轧螺纹钢筋,不得有横向裂纹。后张法预应力筋钢绞线夹片式锚具在张拉到控制应力锚固后因滑丝或锚下垫板破损,预应力筋必须重新张拉时,钢绞线已受到损伤,应重新换索张拉。(2)锚具、夹片、连接器因产品表面有裂纹或夹片、锥孔有锈蚀时应做报废处理(供应商通常会返厂酸
10、洗上油后重新发货)。夹片因保存不当或张拉滑丝后重新张拉时,内表面凸牙被损伤,该副夹片应做报废处理。存在破损或裂纹的锚垫板应做报废处理。(3)制孔材料金属波纹管存在咬口开裂、脱口现象,变形严重不能满足制孔要求时,此段波纹管应做报废处理。波纹管表面允许有轻微的浮锈,但不得有严重的锈斑,否则应做报废处理。,塑料波纹管在现场被重压变形严重或高温烧伤变形;受油污或化学品污染或损坏情况下应做报废处理。制孔胶管在变形、表面开裂脱皮严重、直径小于设计孔径5mm时应报废。,横向预应力张拉前锈蚀严重,竖向预应力张拉前锈蚀严重,下完料的钢绞线锈蚀严重,波纹管被焊渣烧伤,三、预应力施工设备、设施,(一)张拉设备应配套
11、标定,配套使用,定期检定。根据“TB10415-2003铁路桥涵工程施工质量验收标准”中“9.1.9条”,千斤顶校正有效周期为1个月且不超过200次张拉作业;压力表精度不低于1.0级(检定期一周),当使用0.4级时,检定有效期可为一个月。在施工中发生下列情况之一时,应重新校验张拉设备:预应力筋连续崩断;千斤顶严重漏油;千斤顶更换油压部件或使用修复后的测力仪表或更换油的规格;油压表指针不能回零;油压表在高压时指针稳不住;,指针不归零,千斤顶漏油,油表上应张贴标识,注明油表编号、标定有效期等,(二)张拉设备各部件与锚具要配套,夹片式锚具的限位板和工具锚应采用与工作锚同一家的配套产品。现场存在的问题
12、主要有:(1)工作锚代替工具锚(通常是工具锚丢失或损坏,临时代替),反复使用后夹片产生内伤肉眼不易发现,张拉时锚固不牢,造成整束滑动或滑丝等质量问题;(2)限位板与工作锚不配套,特别是限位刻槽的深度(通常为7、8mm左右)是一个关键数据,必须严格依照产品的相关说明设置,且与钢绞线的直径有直接的关系,不得随意更改。监督检查时应将厂家提供的有效技术文件与实物进行比对。,图示为限位板与千斤顶之间的连接板,安装时不对中,槽缘变形,限位板,限位槽,(三)预应力施工设施,现场经常会遇到预应力施工无工作平台和人员通道或不完善的情况,不只是存在安全隐患,关键是施工质量不能保证,质检人员和监理人员不能有效履行职
13、责,有问题不能及时发现。在监督检查过程中应首先检查预应力施工的工作环境和施工设施,设施不完善、作业环境恶劣的,施工质量存在隐患的可能性就大。重点是以下几个方面:横向预应力张拉、压浆工作平台,作业人员通道;纵向预应力张拉、压浆工作平台,作业人员通道;竖向预应力压浆作业人员安全通道。,横向预应力施工平台,纵向预应力施工平台安全措施不到位,四、预应力制作和安装,预应力管道及预应力筋的安装质量是是保证预应力施工质量的重要前提。预应力管道通常采用抽拔胶管、金属波纹管、塑料波纹管、铁皮管制孔,其质量控制要点有以下几个方面:1.首先要确保管道定位准确、牢靠。检查要点:设计文件要求的孔道定位形式,现场的制作安
14、装是否符合设计和验标要求。预应力管道安装偏差应符合铁路混凝土工程施工质量验收标准(TB104242010)第7.3.5条”预应力孔道位置允许偏差4mm”的要求。预应力预留孔道位置不准确,在进行预应力张拉时,实际张拉力及伸长值就会与设计发生较大偏差,甚至超出设计和规范允许范围,由于预应力筋位置发生变化,还会影响梁板强度甚至使用安全。,竖向预应力定位不准,锚垫板与预应力筋不垂直,波纹管存在硬弯,横向预应力偏位、扭转,纵向预应力定位不准,定位网格尺寸偏差大,定位网格尺寸偏差大,图纸给出的定位网格尺寸,2.保证管道的安装质量。因混凝土浆液流入管道造成的管道堵塞,造成预应力筋无法穿入或预应力筋因管道堵塞
15、、摩阻力加大张拉质量无法保证。喇叭口内杂物影响影响钢绞线的发散角和孔口摩阻,并且影响喇叭口内的压浆质量,在浆体和喇叭口之间形成一个隔离层。,孔道内水泥浆未清理,孔道堵塞、混凝土凿开,梁体开槽,梁体开槽,长节段现浇连续梁腹板钢绞线曲线布置,梁体混凝土灌注前,孔道内未预穿钢绞线,波纹管接头不顺畅,混凝土灌注后钢绞线难以穿过孔道,波纹管接头不平顺、带毛刺,易造成穿束困难。,喇叭口漏浆,波纹管与喇叭口不在一个轴线上。,3.对超长管道按照要求设置中间排气孔,管道驼峰处也应设置排气孔;,预应力孔道,排气孔,4.要保证喇叭口和端模的连接牢靠密贴,喇叭口上的压浆孔必须防止浆液流入。因喇叭口和端模连接不牢,造成
16、喇叭口端面和管道中心不垂直,造成张拉时锚具受力不均发生断、滑丝现象;,锚垫板上杂物未清理,5.曲线管道按照要求安装锚下螺旋筋、网片筋、防崩钢筋等,钢筋安装漏缺、不规范,易造成锯齿块混凝土张拉时崩裂。,6.混凝土浇筑前设置防止管道上浮的措施,如穿入钢绞线、硬塑料管、钢管、充气胶囊等措施;因管道上浮造成预应力施工时产生很大的径向力,使混凝土结构发生径向崩裂。,7.混凝土浇筑时振捣棒严禁触压管道,避免混凝土或者浆液流入管道。措施主要有在钢筋安装时预先布置预留振捣棒的点位,采用小直径振动棒或辅以附着式振动棒等。,波纹管密集、振捣困难,8.抽拔胶管制孔时要选择合适的抽拔时间。抽拔管应在混凝土初凝后、终凝
17、前进行抽拔,抽拔时间应通过试验确定,以混凝土强度达到0.40.8MPa为宜,此时用手指按压混凝土表面不显凹痕。夏季高温施工时,混凝土凝固快,有时混凝土未浇筑完成,下方的胶管就就开始抽拔,继续浇筑混凝土时的振动易使孔道塌陷。芯管抽出后,应用通孔器或压水等及时检查孔道成型质量,如发现孔道堵塞或有残留物、或串口,及时处理。,抽拔管,抽拔管,五、预应力张拉1.张拉质量控制要点张拉应符合设计要求,控制要点如下:(1)梁段预应力筋张拉应按先纵向、后竖向、再横向的顺序进行。(2)张拉开始时保证锚圈口、工作锚、千斤顶及工具锚中心线保持一致。(3)预施应力应采取双控措施,预施应力值以油压表读数为主,以预应力筋伸
18、长值进行校核。实际伸长值与理论伸长值的差值,不得超出理论伸长值的6%,超出规定范围时应停止张拉锚固,并查明原因,确保预应力控制应力符合设计要求。(4)纵向预应力筋张拉应在梁段(体)混凝土强度达到设计值的95、弹性模量达到设计值的100%后进行,且必须保证张拉时混凝土的龄期不小于5天。,(5)当采用夹片式锚具时,钢绞线的张拉方法为:(施工)0初始应力(终张拉控制应力的1020,测钢绞线伸长值并作标记,测工具锚夹片外露量)张拉控制应力(各期规定值。测钢绞线伸长值,测工具锚夹片外露量)静停5min,校核到张拉控制应力。(6)现浇梁段伸臂端的最后1根横向预应力筋,应在下一梁段横向预应力筋张拉时进行张拉
19、,防止由于梁段接缝两侧横向压缩不同引起开裂。(7)为减少竖向预应力损失,竖向预应力筋应采用两次张拉方式,即在第一次张拉完成1天后进行第二次张拉。预应力粗钢筋不得出现断筋或滑移。(8)横向和竖向预应力筋张拉滞后纵向预应力筋张拉不宜大于3个悬浇梁段。(9)梁体纵向预施力筋应两端同步且左右对称张拉,最大不平衡束不得超过1束。张拉顺序应为先腹板再顶板后底板,从外向内左右对称进行。,(10)预应力筋张拉锚固完成后,应在锚口处的钢绞线上作标记,观察是否存在断、滑丝,经复查符合相关标准规定后,应用机械切割多余钢绞线头,切断处距锚具外端不宜小于30mm。钢丝束两端回缩量之和不得超过8mm,锚固后每端锚塞外露量
20、不得小于5mm。(11)张拉后锚下混凝土应无破损,锚垫板应无开裂。2.需要更换锚具、夹片,并重新张拉的情况(1)夹片错台1mm以上;(2)夹片断裂;(3)锚板开裂;(4)切割预应力筋或压浆前滑、断丝;3.伸长量超标的原因分析:(1)张拉设备标定的有效性,张拉千斤顶和油表使用中是否对应;(2)预应力筋的实测弹模是否和设计有误差;(3)预应力管道是否堵塞?定位是否准确;(4)预应力筋中是否有个别滑丝或断丝情况;(5)设计的伸长量是否有误差;(6)钢绞线是否存在因缠绕致使摩阻力增大。(7)伸长量测量误差。,4.锚下混凝土开裂原因分析:(1)首先查看防崩钢筋、锚下螺旋筋和网片筋安装情况;(2)检查验证
21、管道是否上浮;(3)锚下混凝土不密实;(4)混凝土未达到设计强度,提前张拉;(5)锚垫板倾斜,喇叭口内充填混凝土致使孔道与喇叭口不对中,或锚具未入槽,均会造成锚垫板局部压力过大,超过混凝土极限抗压强度,引起混凝土破坏。5.钢绞线滑丝的判断(1)工具夹片滑丝 张拉过程中,整束钢绞线实测伸长值较设计伸长值偏大;张拉过程中,有异响,压力表突然跳动;出现滑丝的钢绞线上无咬痕或咬痕不明显;工具夹片末端标记被覆盖或相对距离减少。(2)工作夹片滑丝滑丝的钢绞线所对应的工作夹片外露量比未滑丝的夹片外露量明显偏大;千斤顶回油过程中产生异响,压力表大幅度跳动;,6.钢绞线滑丝的可能原因(1)锚板锥孔与夹片间有杂物
22、;(2)喇叭口内有混凝土或其它残渣;(3)锚具、夹片有质量缺陷或不能紧密配合;(4)回油卸载过快;(5)锚垫板不垂直于张拉面;(6)限位板限位深度不合理;(7)油压表失灵;7.钢绞线断丝的可能原因 判断是否有断丝现象,主要靠听声音及观察张拉后的钢绞线外露部分。(1)钢绞线在使用过程中未做好防护,严重锈蚀,有效截面减小;(2)钢筋电焊作业,导致导致钢绞线被电焊灼伤或因通电受热局部化学性能发生改变,强度降低;(3)钢绞线本身材质问题;(4)各种原因导致钢绞线超张拉过多,如整束中有一根滑丝导致其余钢绞线实际受力超过了其破断荷载而断丝;(5)钢绞线与锚夹具的硬度不匹配,夹片硬度过大,在夹持钢绞线时切入
23、钢绞线内;(6)钢绞线在孔道内缠绕、扭结,导致受力不均,受力大者断丝;(7)孔道、锚具、千斤顶不同心,导致受力不均。,8.钢绞线断丝的预防(施工)(1)严格进场检验,保证钢绞线和锚具夹片的进货质量;(2)加强原材的防护,锈蚀、腐蚀、焊伤、机械碾压、硬质物体划伤等。(3)钢绞线编束,保证穿入孔道内的钢绞线顺直、不缠绕;(4)严格按设计和验标要求进行张拉,不得随意调整张拉力和伸长量值。9.钢绞线滑、断丝处理方法:(施工)(1)滑、断丝不超过规范规定的,可不进行处理;(注:后张法预应力筋断或滑脱数量不得超过预应力筋总数的5,并不得位于结构的同一侧,且每束内断丝不得超过1根;先张法构件,混凝土浇筑前断
24、丝或滑脱的预应力筋必须更换);(2)滑、断丝超过规范规定,且数量较少的,可采用单孔千斤顶和退锚器将钢绞线退锚后,重新张拉至锚固应力;(3)如滑、断丝较多,则需施工、监理、设计、材料供应商等进行专项研究后,制定专项处理方案,现场人员不得擅自处理。10.钢丝束的滑、断丝处理:(施工)(1)发生滑、断丝应立即停止张拉,除掉全部楔块,重新张拉;(2)张拉后发生滑、断丝也应除掉全部楔块,重新张拉;(3)因处理滑、断丝引起的钢丝束重复张拉时,同一束钢丝束张拉次数不得超过3次,若钢丝与锚具因滑丝留有明显的刻痕时,应予以更换;,11.其它常见预应力施工问题(1)未实测摩阻系数、张拉力伸长量调整未履行程序 后张
25、法预应力筋张拉前,应对孔道摩阻损失、喇叭口摩阻损失和锚口摩阻损失进行实测,先张法折线配筋张拉前应对折线筋摩阻损失进行实测。根据实测结果对张拉控制应力进行调整,根据实测弹性模量计算预应力筋理论伸长值。检查中发现很多工点没有进行摩阻实测,有的实测并将张拉力伸长量调整后未履行报批手续,不符合铁路混凝土工程施工质量验收标准(TB104242010)第7.1.7条之规定。对于长大孔道、复杂曲线、孔道锈蚀(因中途停工、或施工周期长等原因导致)等特殊情况,张拉前必须进行孔道摩阻试验。(2)张拉力与锚下控制力混淆 纵向预应力千斤顶施加张拉力(锚外控制应力)直接采用设计给定的锚下控制应力进行,没有考虑锚下预应力
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