1、客運專線預應力混凝土梁的質量控制 鐵道科學研究院鐵道建筑研究所20052005年年1212月月0.前言 (1)我國既有鐵路預應力混凝土梁的概況 (2)客運專線預應力混凝土梁的特點 (3)預應力混凝土梁質量控制是客運專線橋梁乃至高速鐵路橋梁質量控制的關鍵問題。1.原材料 1.1 總則總則 1.2 應重點控制的問題應重點控制的問題 (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.制梁設備 2.1 2.1 總則總則2.2 2.2 重點控制問題重點控制問題(1) 模板(2) 制、存梁臺座(3) 箱梁支點的不平整量支點不平整量的定義h2h4ih

2、 = H - Hi11hhh33AAAA(i2)AAAAA0圖中：h = (h + h )/242A 點實際高差h h或支點不平整量或H + H - H - H24313312244333H2H4HH33H3當h h或332h時，A A A A 1234仍處于一個平面出現支點不平整3當h h或3A A A A 122h時，432hh (h)333.混凝土配合比及澆筑前的質量檢查3.1 3.1 總則總則3.2 3.2 重點控制問題重點控制問題(1) 預應力管道的位置與定位(2) 箱梁支座板的不平整量(3) 鋼筋及預應力管道的混凝土保護層厚度各國規范對鋼筋、預應力管道保護層的規定國家距表面最近鋼筋

3、保護層厚度(mm)預應力管道最小保護層厚度德國401.2倍管道直徑(各向)日本301.0倍管道直徑(各向)中國高速暫規30側面：1.2倍管道直徑底面：不小于60mm4.混凝土澆筑工藝4.1 4.1 總則總則4.2 4.2 重點控制問題重點控制問題(1) 混凝土的配合比、準確計量及工作性能(2) 各種試件的制備(3) 混凝土施工時的溫度控制混凝土施工時的溫度控制（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.混凝土的養護及拆模5.1 5.1 秦沈客運專

4、線箱梁制造的經驗秦沈客運專線箱梁制造的經驗 （1）秦沈客運專線的成功建成，標志者我國鐵路預制梁技術的全面提高； （2）由于尚缺乏足夠的經驗，也存在一些不足，主要體現在以下幾個方面： 混凝土養護溫度的控制 先期生產時混凝土的早期開裂混凝土的水化熱發展規律024487296120144020406080沙河橋 底板 腹板中 腹板上 頂板 箱內溫度 空氣溫度跨中截面跨中截面溫度匯總溫度匯總()()時時間 (小時間 (小時) )024487296120144020406080石河橋 底板 腹板中 腹板上 頂板 箱內溫度 空氣溫度跨中截面跨中截面溫度匯總溫度匯總()()時時間 (小時間 (小時) ) 根

5、據箱梁混凝土水化熱溫度隨時間變化的測試結果，水化熱溫度在混凝土完澆筑成后1620小時左右后達到最高，考慮各箱梁澆筑時間不同等因素后，箱梁混凝土水化熱出現最高溫度時間平均約為混凝土入模后24小時。 混凝土水化熱的下降024487296120020406080沙河橋 底板 腹板 頂板 平均跨中溫度跨中溫度()()時時間間 (小時 (小時) ) 梁跨中及端部截面底板每小時降溫約0.450.55，頂板每小時降溫約0.350.45，腹板每小時降溫約0.300.35。 024487296120020406080石河橋 底板 腹板 頂板 平均跨中溫度跨中溫度()()時時間間 (小時 (小時) )箱梁混凝土與

6、環境的溫差024487296120015304560沙河橋 底板 腹板 頂板 氣溫跨中溫差跨中溫差()()時時間間 (小時 (小時) ) 停止蒸養48小時后，箱梁內外空氣溫度差在10之內；除端部腹板及跨中腹板上部變截面處與環境溫度差在1720外，箱梁其他部位與環境的溫差基本在15之內。同時，梁體混凝土表面與芯部的溫差不大。因此，可選擇此時進行箱梁模板的拆除，以防止梁體由于溫差過大出現早期裂縫。024487296120015304560石河橋 底板 腹板 頂板 平均端部溫差端部溫差()()時時間間 (小時 (小時) )5.2 5.2 混凝土養護及拆模的溫度控制混凝土養護及拆模的溫度控制養護的溫度

7、控制：（1）靜停時間（2）升溫速度（3）蒸汽溫度（4）混凝土芯部最高溫度（5）拆除保溫設施時的溫差拆模的控制：（1）芯部與表面、表面與環境溫差、混凝土強度（2）拆模后宜進行早期張拉（3）氣溫急劇變化時不宜拆模6.預應力施工6.1 6.1 質量控制基本原則質量控制基本原則 （1）預應力施工的質量將直接影響梁體的抗裂性能; （2）為有效避免可能出現的梁體早期裂縫，除應對拆模時梁體芯部及環境溫度、混凝土的強度、彈性模量進行控制外，應采用三次張拉工藝； （3）應對張拉用設備及相關資料進行檢查； （4）終張拉應在存梁臺座進行，并嚴格控制張拉混凝土彈性模量及齡期不小于10天。 （5）根據現場實測的各種摩阻

8、結果，復核設計或施工單位確定的各種張拉參數。6.2 6.2 預應力的各種損失簡介預應力的各種損失簡介 預應力混凝土結構的預應力損失分兩大部分：（1）瞬時損失： 后張法：管道摩阻、錨口及喇叭口摩阻、彈性壓縮、錨具回縮； 先張法：錨口摩阻(折線配筋時的轉折器摩阻)、溫差損失、彈性壓縮、錨具回縮；（2）長期損失： 混凝土收縮徐變損失、預應力筋松弛損失。6.2.1 6.2.1 管道摩阻損失管道摩阻損失dPP-dPdPN2sin)(2sinddPPdPN 22sin1dPdP，d 時，并忽略高階小量： dPN 則： dPNdP dPdP；兩邊積分得： 12021lnlnPPdPdPPP，因此 ePPPP

9、1212ln （1）管道摩阻損失的組成由摩擦引起的摩阻(摩擦系數m)由管道偏差引起的摩阻（擺動系數k，并與管道長度有關）因此，設計規范中計算管道摩阻損失的公式為： P2/P1e-(kx+mq)（2）影響損失的主要因素摩擦系數(相對較穩定)；管道彎起的角度；管道的長度；直管道的平順程度。 其中：24項與施工工藝及質量關系密切，變化相對較大。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；喇叭口的長度。6.2.3 6.2.3

10、 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，只要終張拉時梁體的彈性模量滿足設計要求，實測彈性壓縮損失往往小于設計值。 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 長期損失長期損失（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，相對較穩定（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、初始應力的大小、外界環境等。 因此，需要控制終張拉時混凝土的彈性模量、齡期；要求控制混凝土中水泥用量。 6.3 6.3 預施應力的質量控制

11、預施應力的質量控制 預應力混凝土結構的大量試驗結果表明，通過測試管道、錨口和喇叭口摩阻以及鋼絞線彈性模量確定預應力筋伸長量，并嚴格控制預應力管道位置，可以獲得準確的梁體混凝土預施應力。為此新技術條件中規定在試生產期間應至少進行2件瞬時損失測試，正常生產后每100件進行一次測試。 6.3.1 6.3.1 管道摩阻試驗管道摩阻試驗 1.工具錨 2.主動端千斤頂 3.對中墊 4.主動端傳感器 5.被動端傳感器 6.被動端千斤頂管道21錨墊板43鋼束軌道梁63516.3.2 6.3.2 預應力張拉伸長量的計算預應力張拉伸長量的計算（1）預應力施工中實測伸長量的組成： 梁體錨底之間鋼絞線的伸長量(設計值

12、)； 工作錨與工具錨之間鋼絞線的伸長量； 工具錨夾片的回縮。（2）張拉力不變條件下，影響伸長量的主要因素： 鋼絞線的彈性模量； 預應力的管道摩阻、錨口及喇叭口摩阻。（3）考慮管道摩阻的伸長量的計算P12PdP( )令lkKklKl由KxkxePxPePP)()(12鋼絞線微段的伸長量d為dxEAxPd)(，兩邊積分得：zkxlKxlKEAPlkxeEAPldxeEAPdxEAxP)(001)(（4）施工伸長量的計算設計伸長量L1K1設計鋼絞線彈模/實際鋼絞線彈模K2設計KZ/實測KZ 工作錨與工具錨之間鋼絞線伸長量L2；工具錨夾片回縮量L3施工伸長量LL1K1K2L2L36.3.3 6.3.3

13、 嚴格避免超張拉嚴格避免超張拉 超張拉后，雖然可以提高梁體的有效預應力，提高梁體的抗裂性，但對梁體的后期徐變上拱影響較大。 高速鐵路對軌道的平順度要求很高，因此應控制預應力混凝土結構的后期徐變上拱度。技術條件中除規定測試梁體終張拉的彈性上拱度外，特別規定進行終張拉30天后的徐變上拱度測試和要求。增加上述規定后，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要求盲目加大預施應力，確保梁體的長期性能。 7.預應力管道壓漿及封錨7.1 7.1 管道壓漿施工管道壓漿施工 （1）后張預制梁終拉完成后，宜在48h內進行管道壓漿。壓漿前管道內應清除雜物及積水，梁體及環境溫度不得低于

14、5 （2）壓漿用水泥應為強度等級不低于42.5級低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥，漿體水膠比不應超過0.34，水泥漿不得泌水，0.14MPa壓力下泌水率不得大于2.5；漿體流動度不大于25s，30min后不大于35s；壓入管道的漿體不得含未攪勻的水泥團塊，終凝時間不宜大于12h。水泥漿28d抗壓強度不小于35MPa，抗折強度不小于7.0MPa；24h內最大自由收縮率不大于1.5，標準養護條件下28d漿體自由膨脹率為00.1。 （3）水泥漿應摻高效減水劑、阻銹劑，摻量由試驗確定。嚴禁摻入氯化物或其它對預應力筋有腐蝕作用的外加劑。 （4）預應力管道壓漿應采用真空輔助壓漿工藝式，壓漿泵應采用連續式

15、；同一管道壓漿應連續進行，一次完成。壓漿前管道真空度應穩定在-0.06-0.10 MPa之間；漿體注滿管道后，應在0.500.60MPa下持壓2min。（5）水泥漿攪拌結束至壓入管道的時間間隔不應超過40分鐘。（6）冬季壓漿時應采取保溫措施，并摻加防凍劑。 7.2 7.2 封錨封錨 （1）封端混凝土應采用無收縮混凝土，抗壓強度不應低于設計要求； （2）封端前應對錨圈與錨墊板之間的交接縫用聚氨酯防水涂料進行防水處理。 8.橋面防水層8.1 8.1 橋面防水的重要性及存在的問題橋面防水的重要性及存在的問題 （1）橋面防水是保證梁體耐久性的重要環節，我國既有鐵路橋梁中80以上的病害均與水害有關。 （

16、2）目前存在的主要問題： 生產廠家多，各種低價劣質成品多； 低價中標、原材料質量低劣； 施工單位重視程度低，施工質量差； 檢驗手段不完善。8.2 8.2 保證橋面防水質量的措施保證橋面防水質量的措施 （1）加強原材料的檢驗和施工過程的質量控制； （2）橋面防水層保護層中聚丙烯纖維網摻量不應小于1.8kg/m3；保護層混凝土斷縫設置應滿足設計要求，并用聚氨脂防水涂料將斷縫墊實、墊滿； （3）防水層構造、排水坡度、橋面泄水管位置應符合設計要求； （4）泄水管和泄水管蓋板構造應符合設計要求。9.架梁9.1 9.1 支點不平整效應試驗簡介支點不平整效應試驗簡介（1）支點不平整量與支點反力的關系0123

17、4-600-3000300600R1支點下沉R1支點下沉實測值: R1 R2 R3 R4 計算值支反力變化量(kN)支反力變化量(kN)支點不平整量(mm)支點不平整量(mm)0481216-1600-80008001600R1、R3支點下沉R1、R3支點下沉實測值: R1 R2 R3 R4 計算值支反力變化量(kN)支反力變化量(kN)支點不平整量(mm)支點不平整量(mm) 實測箱梁兩對角支點反力為零時支點不平整量11.99mm，限元計算9.61mm。當支點不平整量大于78mm后，箱梁頂、底板縱向已經開裂，橫向剛度降低，因此實測箱梁的臨界脫空量大于計算值。 箱梁下沉支點及其對角支點處頂板橫

18、向承受正彎矩作用，同端另一支點處頂板橫向承受負彎矩作用。頂板開裂前，實測結果與計算接近。當支點不平整量分別在4mm和6mm時，頂板底面、頂面的實測最大拉應力各達到4.0MPa；當支點不平整量大于7mm，頂板橫向出現肉眼可見裂縫。 （2）出現支點不平整箱梁的頂板橫向應力024681012-400-20002004004.0MPa Line實測值： 南側 北側 計算值頂板底面頂板底面實測橫向應變實測橫向應變 支點不平整量支點不平整量 (mm)024681012-400-20002004004.0MPa Line頂板頂面頂板頂面實測值： 南側 北側 計算值實測橫向應變實測橫向應變 支點不平整量支點不

19、平整量 (mm) 箱梁支點下沉處的底板與相同位置頂板所受的彎矩方向相反。底板橫向開裂前，實測結果與計算接近。當支點不平整量大于6mm時，箱梁底板底面實測應變明顯減小，說明底面橫向已經出現細微裂縫，頂面橫向拉應力也接近4.0MPa；當支點不平整量大于8mm時，底板出現明顯的肉眼可見裂縫。 （3）出現支點不平整箱梁的底板橫向應力0246810120MPa Line實測值： 南側 北側 計算值底板底面底板底面實測橫向應變實測橫向應變 支點不平整量支點不平整量 (mm)0246810120MPa Line3.0MPa Line底板頂面

20、底板頂面實測值： 南側 北側 計算值實測橫向應變實測橫向應變 支點不平整量支點不平整量 (mm)（4）試驗研究結論： 為保證箱梁端隔板不出現裂縫，并留有一定的安全儲備，箱梁支點不平整度應控制在3mm以內，施工階段可限制在5mm以內。當支點不平整量超過5mm后，在端隔墻及頂、底板出現裂縫的可能性很大，只要恢復支點平整，裂縫基本閉合，肉眼僅可觀察到很細微的裂縫（0.05mm）。 9.2 保證箱梁各支點受力均勻的措施保證箱梁各支點受力均勻的措施 （1）采用新的架梁方式，即預制梁落下后應采用測力千斤頂作為臨時支點，應保證每支點反力與四個支點的平均值相差不超過5%。（2）支承墊石頂面與支座底面間隙應采用壓力注漿填實。（3）加強支座成品的檢驗工作，要求配套檢驗（四個支座受力后的豎向相對變形小于1mm） 9.3 架梁的其他要求架梁的其他要求 （1）落梁時，支承墊石頂面與支座底面之間注漿材料的強度不應低于墊石混凝土的設計強度，彈性模量不小于30GPa，厚度不小于10mm。注漿壓力不小于1.0MPa。 （2）預制梁架設后，與相鄰預制梁端的橋面高差不應大于10mm，支點處橋面標高誤差應在+0-20mm。10.靜載檢驗及質量要求10.1 10.1 質量要求質量要求 與以往的質量要求相比增加的項目：（1）終張拉30天后梁體上拱度L/3000；（2）鋼筋的保護層厚度不小于設計值