客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土梁的質(zhì)量控制

1、客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土梁的質(zhì)量控制 0.前言 (1)我國(guó)既有鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土梁的概況 (2)客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土梁的特點(diǎn) (3)預(yù)應(yīng)力混凝土梁質(zhì)量控制是客運(yùn)專線橋梁乃至高速鐵路橋梁質(zhì)量控制的關(guān)鍵問(wèn)題。1.原材料 1.1 總則總則 1.2 應(yīng)重點(diǎn)控制的問(wèn)題應(yīng)重點(diǎn)控制的問(wèn)題 (1)水泥 (2)骨料 (3)粗骨料 (4)高效減水劑 (5)鋼絞線 (6)錨具 (7)橋面防水層材料 2.制梁設(shè)備 2.1 2.1 總則總則2.2 2.2 重點(diǎn)控制問(wèn)題重點(diǎn)控制問(wèn)題(1) 模板(2) 制、存梁臺(tái)座(3) 箱梁支點(diǎn)的不平整量支點(diǎn)不平整量的定義h2h4ih = H - Hi11hhh33AAAA(i2)AAAAA0

2、圖中：h = (h + h )/242A 點(diǎn)實(shí)際高差h h或支點(diǎn)不平整量或H + H - H - H24313312244333H2H4HH33H3當(dāng)h h或332h時(shí)，A A A A 1234仍處于一個(gè)平面出現(xiàn)支點(diǎn)不平整3當(dāng)h h或3A A A A 122h時(shí)，432hh (h)333.混凝土配合比及澆筑前的質(zhì)量檢查3.1 3.1 總則總則3.2 3.2 重點(diǎn)控制問(wèn)題重點(diǎn)控制問(wèn)題(1) 預(yù)應(yīng)力管道的位置與定位(2) 箱梁支座板的不平整量(3) 鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道的混凝土保護(hù)層厚度各國(guó)規(guī)范對(duì)鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道保護(hù)層的規(guī)定4.混凝土澆筑工藝4.1 4.1 總則總則4.2 4.2 重點(diǎn)控制問(wèn)題重點(diǎn)控制

3、問(wèn)題(1) 混凝土的配合比、準(zhǔn)確計(jì)量及工作性能(2) 各種試件的制備(3) 混凝土施工時(shí)的溫度控制混凝土施工時(shí)的溫度控制（1 1）模板溫度宜控制在）模板溫度宜控制在5 53535；（2 2）混凝土拌和物入模溫度宜控制在）混凝土拌和物入模溫度宜控制在10103030；（3 3）冬季施工的控制。）冬季施工的控制。5.混凝土的養(yǎng)護(hù)及拆模5.1 5.1 秦沈客運(yùn)專線箱梁制造的經(jīng)驗(yàn)秦沈客運(yùn)專線箱梁制造的經(jīng)驗(yàn) （1）秦沈客運(yùn)專線的成功建成，標(biāo)志者我國(guó)鐵路預(yù)制梁技術(shù)的全面提高； （2）由于尚缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)，也存在一些不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 混凝土養(yǎng)護(hù)溫度的控制 先期生產(chǎn)時(shí)混凝土的早期開(kāi)裂混凝土的水化

4、熱發(fā)展規(guī)律024487296120144020406080沙河橋 底板 腹板中 腹板上 頂板 箱內(nèi)溫度 空氣溫度跨中截面跨中截面溫度匯總溫度匯總()()時(shí)時(shí)間 (小時(shí)間 (小時(shí)) )024487296120144020406080石河橋 底板 腹板中 腹板上 頂板 箱內(nèi)溫度 空氣溫度跨中截面跨中截面溫度匯總溫度匯總()()時(shí)時(shí)間 (小時(shí)間 (小時(shí)) ) 根據(jù)箱梁混凝土水化熱溫度隨時(shí)間變化的測(cè)試結(jié)果，水化熱溫度在混凝土完澆筑成后1620小時(shí)左右后達(dá)到最高，考慮各箱梁澆筑時(shí)間不同等因素后，箱梁混凝土水化熱出現(xiàn)最高溫度時(shí)間平均約為混凝土入模后24小時(shí)。 混凝土水化熱的下降02448729612002

5、0406080沙河橋 底板 腹板 頂板 平均跨中溫度跨中溫度()()時(shí)時(shí)間間 (小時(shí) (小時(shí)) ) 梁跨中及端部截面底板每小時(shí)降溫約0.450.55，頂板每小時(shí)降溫約0.350.45，腹板每小時(shí)降溫約0.300.35。 024487296120020406080石河橋 底板 腹板 頂板 平均跨中溫度跨中溫度()()時(shí)時(shí)間間 (小時(shí) (小時(shí)) )箱梁混凝土與環(huán)境的溫差024487296120015304560沙河橋 底板 腹板 頂板 氣溫跨中溫差跨中溫差()()時(shí)時(shí)間間 (小時(shí) (小時(shí)) ) 停止蒸養(yǎng)48小時(shí)后，箱梁內(nèi)外空氣溫度差在10之內(nèi)；除端部腹板及跨中腹板上部變截面處與環(huán)境溫度差在1720

6、外，箱梁其他部位與環(huán)境的溫差基本在15之內(nèi)。同時(shí)，梁體混凝土表面與芯部的溫差不大。因此，可選擇此時(shí)進(jìn)行箱梁模板的拆除，以防止梁體由于溫差過(guò)大出現(xiàn)早期裂縫。024487296120015304560石河橋 底板 腹板 頂板 平均端部溫差端部溫差()()時(shí)時(shí)間間 (小時(shí) (小時(shí)) )5.2 5.2 混凝土養(yǎng)護(hù)及拆模的溫度控制混凝土養(yǎng)護(hù)及拆模的溫度控制養(yǎng)護(hù)的溫度控制：（1）靜停時(shí)間（2）升溫速度（3）蒸汽溫度（4）混凝土芯部最高溫度（5）拆除保溫設(shè)施時(shí)的溫差拆模的控制：（1）芯部與表面、表面與環(huán)境溫差、混凝土強(qiáng)度（2）拆模后宜進(jìn)行早期張拉（3）氣溫急劇變化時(shí)不宜拆模6.預(yù)應(yīng)力施工6.1 6.1 質(zhì)量

7、控制基本原則質(zhì)量控制基本原則 （1）預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量將直接影響梁體的抗裂性能，建議監(jiān)理工程師應(yīng)逐片旁站； （2）為有效避免可能出現(xiàn)的梁體早期裂縫，監(jiān)理工程師除應(yīng)對(duì)拆模時(shí)梁體芯部及環(huán)境溫度、混凝土的強(qiáng)度、彈性模量進(jìn)行控制外，應(yīng)建議施工單位采用三次張拉工藝； （3）應(yīng)對(duì)張拉用設(shè)備及相關(guān)資料進(jìn)行檢查； （4）終張拉應(yīng)在存梁臺(tái)座進(jìn)行，并嚴(yán)格控制張拉混凝土彈性模量及齡期不小于10天。 （5）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的各種摩阻結(jié)果，復(fù)核設(shè)計(jì)或施工單位確定的各種張拉參數(shù)。6.2 6.2 預(yù)應(yīng)力的各種損失簡(jiǎn)介預(yù)應(yīng)力的各種損失簡(jiǎn)介 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失分兩大部分：（1）瞬時(shí)損失： 后張法：管道摩阻、錨口及喇叭口摩阻

8、、彈性壓縮、錨具回縮； 先張法：錨口摩阻(折線配筋時(shí)的轉(zhuǎn)折器摩阻)、溫差損失、彈性壓縮、錨具回縮；（2）長(zhǎng)期損失： 混凝土收縮徐變損失、預(yù)應(yīng)力筋松弛損失。6.2.1 6.2.1 管道摩阻損失管道摩阻損失dPP-dPdPN2sin)(2sinddPPdPN 22sin1dPdP，d 時(shí)，并忽略高階小量： dPN 則： dPNdP dPdP；兩邊積分得： 12021lnlnPPdPdPPP，因此 ePPPP1212ln （1）管道摩阻損失的組成由摩擦引起的摩阻(摩擦系數(shù)m)由管道偏差引起的摩阻（擺動(dòng)系數(shù)k，并與管道長(zhǎng)度有關(guān)）因此，設(shè)計(jì)規(guī)范中計(jì)算管道摩阻損失的公式為： P2/P1e-(kx+mq)（

9、2）影響損失的主要因素摩擦系數(shù)(相對(duì)較穩(wěn)定)；管道彎起的角度；管道的長(zhǎng)度；直管道的平順程度。 其中：24項(xiàng)與施工工藝及質(zhì)量關(guān)系密切，變化相對(duì)較大。6.2.2 6.2.2 錨口及喇叭口摩阻損失錨口及喇叭口摩阻損失千斤頂限位板夾 片錨 板錨墊板鋼絞線限位高度（1）產(chǎn)生損失的原因（2）影響損失的主要因素錨口摩阻：夾片的加工精度；限位高度；鋼絞線的直徑。喇叭口摩阻：分絲角度；喇叭口的長(zhǎng)度。6.2.3 6.2.3 彈性壓縮及回縮損失彈性壓縮及回縮損失 彈性壓縮損失主要取決于梁體混凝土及鋼絞線彈性模量、張拉順序和張拉噸位；一般情況下，只要終張拉時(shí)梁體的彈性模量滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)測(cè)彈性壓縮損失往往小于設(shè)計(jì)值。

10、 夾片回縮損失主要由夾片錨固后的外露高度和限位板高度決定 6.2.4 6.2.4 長(zhǎng)期損失長(zhǎng)期損失（1）松弛損失 松弛損失主要由鋼絞線的原材料性能、加工工藝決定，相對(duì)較穩(wěn)定（2.5%）。（2）收縮徐變損失 主要影響因素包括：混凝土的彈性模量、張拉齡期、混凝土的配合比、初始應(yīng)力的大小、外界環(huán)境等。 因此，需要控制終張拉時(shí)混凝土的彈性模量、齡期；要求控制混凝土中水泥用量。 6.3 6.3 預(yù)施應(yīng)力的質(zhì)量控制預(yù)施應(yīng)力的質(zhì)量控制 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的大量試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)測(cè)試管道、錨口和喇叭口摩阻以及鋼絞線彈性模量確定預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量，并嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力管道位置，可以獲得準(zhǔn)確的梁體混凝土預(yù)施應(yīng)力。為此新技術(shù)

11、條件中規(guī)定在試生產(chǎn)期間應(yīng)至少進(jìn)行2件瞬時(shí)損失測(cè)試，正常生產(chǎn)后每100件進(jìn)行一次測(cè)試。 6.3.1 6.3.1 管道摩阻試驗(yàn)管道摩阻試驗(yàn) 1.工具錨 2.主動(dòng)端千斤頂 3.對(duì)中墊 4.主動(dòng)端傳感器 5.被動(dòng)端傳感器 6.被動(dòng)端千斤頂管道21錨墊板43鋼束軌道梁63516.3.2 6.3.2 預(yù)應(yīng)力張拉伸長(zhǎng)量的計(jì)算預(yù)應(yīng)力張拉伸長(zhǎng)量的計(jì)算（1）預(yù)應(yīng)力施工中實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量的組成： 梁體錨底之間鋼絞線的伸長(zhǎng)量(設(shè)計(jì)值)； 工作錨與工具錨之間鋼絞線的伸長(zhǎng)量； 工具錨夾片的回縮。（2）張拉力不變條件下，影響伸長(zhǎng)量的主要因素： 鋼絞線的彈性模量； 預(yù)應(yīng)力的管道摩阻、錨口及喇叭口摩阻。（3）考慮管道摩阻的伸長(zhǎng)量的計(jì)

12、算P12PdP( )令lkKklKl由KxkxePxPePP)()(12鋼絞線微段的伸長(zhǎng)量d為dxEAxPd)(，兩邊積分得：zkxlKxlKEAPlkxeEAPldxeEAPdxEAxP)(001)(（4）施工伸長(zhǎng)量的計(jì)算設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量L1K1設(shè)計(jì)鋼絞線彈模/實(shí)際鋼絞線彈模K2設(shè)計(jì)KZ/實(shí)測(cè)KZ 工作錨與工具錨之間鋼絞線伸長(zhǎng)量L2；工具錨夾片回縮量L3施工伸長(zhǎng)量LL1K1K2L2L36.3.3 6.3.3 嚴(yán)格避免超張拉嚴(yán)格避免超張拉 超張拉后，雖然可以提高梁體的有效預(yù)應(yīng)力，提高梁體的抗裂性，但對(duì)梁體的后期徐變上拱影響較大。 高速鐵路對(duì)軌道的平順度要求很高，因此應(yīng)控制預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的后期徐變上

13、拱度。技術(shù)條件中除規(guī)定測(cè)試梁體終張拉的彈性上拱度外，特別規(guī)定進(jìn)行終張拉30天后的徐變上拱度測(cè)試和要求。增加上述規(guī)定后，不僅可以控制梁體后期變形，也可有效地防止施工單位為單純滿足梁體抗裂性檢驗(yàn)要求盲目加大預(yù)施應(yīng)力，確保梁體的長(zhǎng)期性能。 7.預(yù)應(yīng)力管道壓漿及封錨7.1 7.1 管道壓漿施工管道壓漿施工 （1）后張預(yù)制梁終拉完成后，宜在48h內(nèi)進(jìn)行管道壓漿。壓漿前管道內(nèi)應(yīng)清除雜物及積水，梁體及環(huán)境溫度不得低于5 （2）壓漿用水泥應(yīng)為強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5級(jí)低堿硅酸鹽或低堿普通硅酸鹽水泥；水膠比不超過(guò)0.35，且不得泌水，流動(dòng)度應(yīng)為3050s，抗壓強(qiáng)度不小于35MPa；壓入管道的水泥漿應(yīng)飽滿密實(shí)，體積

14、收縮率應(yīng)小于2%。 （3）水泥漿應(yīng)摻高效減水劑、阻銹劑，摻量由試驗(yàn)確定。嚴(yán)禁摻入氯化物或其它對(duì)預(yù)應(yīng)力筋有腐蝕作用的外加劑。 （4）預(yù)應(yīng)力管道壓漿應(yīng)采用真空輔助壓漿工藝式，壓漿泵應(yīng)采用連續(xù)式；同一管道壓漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一次完成。壓漿前管道真空度應(yīng)穩(wěn)定在-0.09-0.10 MPa之間；漿體注滿管道后，應(yīng)在0.500.60MPa下持壓2min。（5）水泥漿攪拌結(jié)束至壓入管道的時(shí)間間隔不應(yīng)超過(guò)40分鐘。（6）冬季壓漿時(shí)應(yīng)采取保溫措施，并摻加防凍劑。 7.2 7.2 封錨封錨 （1）封端混凝土應(yīng)采用無(wú)收縮混凝土，抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)要求； （2）封端前應(yīng)對(duì)錨圈與錨墊板之間的交接縫用聚氨酯防水涂料進(jìn)行防水

15、處理。 8.橋面防水層8.1 8.1 橋面防水的重要性及存在的問(wèn)題橋面防水的重要性及存在的問(wèn)題 （1）橋面防水是保證梁體耐久性的重要環(huán)節(jié)，我國(guó)既有鐵路橋梁中80以上的病害均與水害有關(guān)。 （2）目前存在的主要問(wèn)題： 生產(chǎn)廠家多，各種低價(jià)劣質(zhì)成品多； 低價(jià)中標(biāo)、原材料質(zhì)量低劣； 施工單位重視程度低，施工質(zhì)量差； 檢驗(yàn)手段不完善。8.2 8.2 保證橋面防水質(zhì)量的措施保證橋面防水質(zhì)量的措施 （1）加強(qiáng)原材料的檢驗(yàn)和施工過(guò)程的質(zhì)量控制； （2）橋面防水層保護(hù)層中聚丙烯纖維網(wǎng)摻量不應(yīng)小于1.8kg/m3；保護(hù)層混凝土斷縫設(shè)置應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，并用聚氨脂防水涂料將斷縫墊實(shí)、墊滿； （3）防水層構(gòu)造、排水坡度

16、、橋面泄水管位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求； （4）泄水管和泄水管蓋板構(gòu)造應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。9.架梁9.1 9.1 支點(diǎn)不平整效應(yīng)試驗(yàn)簡(jiǎn)介支點(diǎn)不平整效應(yīng)試驗(yàn)簡(jiǎn)介（1）支點(diǎn)不平整量與支點(diǎn)反力的關(guān)系01234-600-3000300600R1支點(diǎn)下沉R1支點(diǎn)下沉實(shí)測(cè)值: R1 R2 R3 R4 計(jì)算值支反力變化量(kN)支反力變化量(kN)支點(diǎn)不平整量(mm)支點(diǎn)不平整量(mm)0481216-1600-80008001600R1、R3支點(diǎn)下沉R1、R3支點(diǎn)下沉實(shí)測(cè)值: R1 R2 R3 R4 計(jì)算值支反力變化量(kN)支反力變化量(kN)支點(diǎn)不平整量(mm)支點(diǎn)不平整量(mm) 實(shí)測(cè)箱梁兩對(duì)角支點(diǎn)反力為零時(shí)支

17、點(diǎn)不平整量11.99mm，限元計(jì)算9.61mm。當(dāng)支點(diǎn)不平整量大于78mm后，箱梁頂、底板縱向已經(jīng)開(kāi)裂，橫向剛度降低，因此實(shí)測(cè)箱梁的臨界脫空量大于計(jì)算值。 箱梁下沉支點(diǎn)及其對(duì)角支點(diǎn)處頂板橫向承受正彎矩作用，同端另一支點(diǎn)處頂板橫向承受負(fù)彎矩作用。頂板開(kāi)裂前，實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算接近。當(dāng)支點(diǎn)不平整量分別在4mm和6mm時(shí)，頂板底面、頂面的實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)力各達(dá)到4.0MPa；當(dāng)支點(diǎn)不平整量大于7mm，頂板橫向出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)裂縫。 （2）出現(xiàn)支點(diǎn)不平整箱梁的頂板橫向應(yīng)力024681012-400-20002004004.0MPa Line實(shí)測(cè)值： 南側(cè) 北側(cè) 計(jì)算值頂板底面頂板底面實(shí)測(cè)橫向應(yīng)變實(shí)測(cè)橫向應(yīng)變 支點(diǎn)

18、不平整量支點(diǎn)不平整量 (mm)024681012-400-20002004004.0MPa Line頂板頂面頂板頂面實(shí)測(cè)值： 南側(cè) 北側(cè) 計(jì)算值實(shí)測(cè)橫向應(yīng)變實(shí)測(cè)橫向應(yīng)變 支點(diǎn)不平整量支點(diǎn)不平整量 (mm) 箱梁支點(diǎn)下沉處的底板與相同位置頂板所受的彎矩方向相反。底板橫向開(kāi)裂前，實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算接近。當(dāng)支點(diǎn)不平整量大于6mm時(shí)，箱梁底板底面實(shí)測(cè)應(yīng)變明顯減小，說(shuō)明底面橫向已經(jīng)出現(xiàn)細(xì)微裂縫，頂面橫向拉應(yīng)力也接近4.0MPa；當(dāng)支點(diǎn)不平整量大于8mm時(shí)，底板出現(xiàn)明顯的肉眼可見(jiàn)裂縫。 （3）出現(xiàn)支點(diǎn)不平整箱梁的底板橫向應(yīng)力0246810120MPa Line實(shí)測(cè)值： 南側(cè)

19、北側(cè) 計(jì)算值底板底面底板底面實(shí)測(cè)橫向應(yīng)變實(shí)測(cè)橫向應(yīng)變 支點(diǎn)不平整量支點(diǎn)不平整量 (mm)0246810120MPa Line3.0MPa Line底板頂面底板頂面實(shí)測(cè)值： 南側(cè) 北側(cè) 計(jì)算值實(shí)測(cè)橫向應(yīng)變實(shí)測(cè)橫向應(yīng)變 支點(diǎn)不平整量支點(diǎn)不平整量 (mm)（4）試驗(yàn)研究結(jié)論： 為保證箱梁端隔板不出現(xiàn)裂縫，并留有一定的安全儲(chǔ)備，箱梁支點(diǎn)不平整度應(yīng)控制在3mm以內(nèi)，施工階段可限制在5mm以內(nèi)。當(dāng)支點(diǎn)不平整量超過(guò)5mm后，在端隔墻及頂、底板出現(xiàn)裂縫的可能性很大，只要恢復(fù)支點(diǎn)平整，裂縫基本閉合，肉眼僅可觀察到很細(xì)微的裂縫（0.05mm）。 9.2 保證箱梁各支點(diǎn)受力均勻的措施保證箱梁各支點(diǎn)受力均勻的措施 （1）采用新的架梁方式，即預(yù)制梁落下后應(yīng)采用測(cè)力千斤頂作為臨時(shí)支點(diǎn)，應(yīng)保證每支點(diǎn)反力與四個(gè)支點(diǎn)的平均值相差不超過(guò)5%。（2）支承墊石頂面與支座底面間隙應(yīng)采用壓力注漿填實(shí)。（3）加強(qiáng)支座成品的檢驗(yàn)工作，要求配套檢驗(yàn)（四個(gè)支座受力后的豎向相對(duì)變形小于1mm） 9.3 架梁的其他要求架梁的其他要求 （1）落梁時(shí)，支承墊石頂面與支座底面之間注漿材料的強(qiáng)度不應(yīng)低于墊石混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，彈性模量不小于30GPa，厚度不小于10mm。注漿壓力不小于1.0MPa。 （2）預(yù)制梁架