1、客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土梁的質(zhì)量控制 鐵道科學(xué)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(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)鍵問題。1.原材料 1.1 總則總則 1.2 應(yīng)重點(diǎn)控制的問題應(yīng)重點(diǎn)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(shè)備 2.1 2.1 總則總則2.2 2.2 重點(diǎn)控制問題重點(diǎn)控制問題(1) 模板(2) 制、存梁臺座(3) 箱梁支點(diǎn)的不平整量支點(diǎn)不平整量的定義h2h4ih

2、 = H - Hi11hhh33AAAA(i2)AAAAA0圖中：h = (h + h )/242A 點(diǎn)實際高差h h或支點(diǎn)不平整量或H + H - H - H24313312244333H2H4HH33H3當(dāng)h h或332h時，A A A A 1234仍處于一個平面出現(xiàn)支點(diǎn)不平整3當(dāng)h h或3A A A A 122h時，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)控制問題重點(diǎn)控制問題(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)層厚度各國規(guī)范對鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道保護(hù)層的規(guī)定國家距表面最近鋼筋

3、保護(hù)層厚度(mm)預(yù)應(yīng)力管道最小保護(hù)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(guī)30側(cè)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(diǎn)控制問題重點(diǎn)控制問題(1) 混凝土的配合比、準(zhǔn)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(yǎng)護(hù)及拆模5.1 5.1 秦沈客運(yùn)專

4、線箱梁制造的經(jīng)驗秦沈客運(yùn)專線箱梁制造的經(jīng)驗 （1）秦沈客運(yùn)專線的成功建成，標(biāo)志者我國鐵路預(yù)制梁技術(shù)的全面提高； （2）由于尚缺乏足夠的經(jīng)驗，也存在一些不足，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 混凝土養(yǎng)護(hù)溫度的控制 先期生產(chǎn)時混凝土的早期開裂混凝土的水化熱發(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()()時時間 (小時間 (小時) )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()()時時間 (小時間 (小時) ) 根

5、據(jù)箱梁混凝土水化熱溫度隨時間變化的測試結(jié)果，水化熱溫度在混凝土完澆筑成后1620小時左右后達(dá)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(xiàn)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(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()()時時間間 (小時 (小時) ) 停止蒸養(yǎng)48小時后，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外，箱梁其他部位與環(huán)境的溫差基本在15之內(nèi)。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(jìn)行箱梁模板的拆除，以防止梁體由于溫差過大出現(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()()時時間間 (小時 (小時) )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

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(shè)施時的溫差拆模的控制：（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）氣溫急劇變化時不宜拆模6.預(yù)應(yīng)力施工6.1 6.1 質(zhì)量控制基本原則質(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; （2）為有效避免可能出現(xiàn)的梁體早期裂縫，除應(yīng)對拆模時梁體芯部及環(huán)境溫度、混凝土的強(qiáng)度、彈性模量進(jìn)行控制外，應(yīng)采用三次張拉工藝； （3）應(yīng)對張拉用設(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)場實測的各種摩阻

8、結(jié)果，復(fù)核設(shè)計或施工單位確定的各種張拉參數(shù)。6.2 6.2 預(yù)應(yīng)力的各種損失簡介預(yù)應(yīng)力的各種損失簡介 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(zhuǎn)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(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，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(shù)m)由管道偏差引起的摩阻（擺動系數(shù)k，并與管道長度有關(guān)）因此，設(shè)計規(guī)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(shù)(相對較穩(wěn)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(zhì)量關(guān)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(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(shè)計要求，實測彈性壓縮損失往往小于設(shè)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(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

11、預(yù)施應(yīng)力的質(zhì)量控制 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的大量試驗結(jié)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(yù)應(yīng)力筋伸長量，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)條件中規(guī)定在試生產(chǎn)期間應(yīng)至少進(jìn)行2件瞬時損失測試，正常生產(chǎn)后每100件進(jìn)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(yù)應(yīng)力張拉伸長量的計算預(yù)應(yīng)力張拉伸長量的計算（1）預(yù)應(yīng)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(shè)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(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(shè)計伸長量L1K1設(shè)計鋼絞線彈模/實際鋼絞線彈模K2設(shè)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(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(yīng)控制預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的后期徐變上拱度。技術(shù)條件中除規(guī)定測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要求盲目加大預(yù)施應(yīng)力，確保梁體的長期性能。 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

14、5 （2）壓漿用水泥應(yīng)為強(qiáng)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(yīng)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(tuán)塊，終凝時間不宜大于12h。水泥漿28d抗壓強(qiáng)度不小于35MPa，抗折強(qiáng)度不小于7.0MPa；24h內(nèi)最大自由收縮率不大于1.5，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28d漿體自由膨脹率為00.1。 （3）水泥漿應(yīng)摻高效減水劑、阻銹劑，摻量由試驗確定。嚴(yán)禁摻入氯化物或其它對預(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

15、；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-0.06-0.10 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)束至壓入管道的時間間隔不應(yīng)超過40分鐘。（6）冬季壓漿時應(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)采用無收縮混凝土，抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計要求； （2）封端前應(yīng)對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(huán)節(jié)，我國既有鐵路橋梁中80以上的病害均與水害有關(guān)。 （

16、2）目前存在的主要問題： 生產(chǎn)廠家多，各種低價劣質(zhì)成品多； 低價中標(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)原材料的檢驗和施工過程的質(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)計要求，并用聚氨脂防水涂料將斷縫墊實、墊滿； （3）防水層構(gòu)造、排水坡度、橋面泄水管位置應(yīng)符合設(shè)計要求； （4）泄水管和泄水管蓋板構(gòu)造應(yīng)符合設(shè)計要求。9.架梁9.1 9.1 支點(diǎn)不平整效應(yīng)試驗簡介支點(diǎn)不平整效應(yīng)試驗簡介（1）支點(diǎn)不平整量與支點(diǎn)反力的關(guān)系0123

17、4-600-3000300600R1支點(diǎn)下沉R1支點(diǎn)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(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(diǎn)不平整量(mm)支點(diǎn)不平整量(mm) 實測箱梁兩對角支點(diǎn)反力為零時支點(diǎn)不平整量11.99mm，限元計算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(diǎn)及其對角支點(diǎn)處頂板橫

18、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。頂板開裂前，實測結(jié)果與計算接近。當(dāng)支點(diǎn)不平整量分別在4mm和6mm時，頂板底面、頂面的實測最大拉應(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實測值： 南側(cè) 北側(cè) 計算值頂板底面頂板底面實測橫向應(yīng)變實測橫向應(yīng)變 支點(diǎn)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測值： 南側(cè) 北側(cè) 計算值實測橫向應(yīng)變實測橫向應(yīng)變 支點(diǎn)不平整量支點(diǎn)不

19、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。底板橫向開裂前，實測結(jié)果與計算接近。當(dāng)支點(diǎn)不平整量大于6mm時，箱梁底板底面實測應(yīng)變明顯減小，說明底面橫向已經(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，底板出現(xiàn)明顯的肉眼可見裂縫。 （3）出現(xiàn)支點(diǎn)不平整箱梁的底板橫向應(yīng)力0246810120MPa Line實測值： 南側(cè) 北側(cè) 計算值底板底面底板底面實測橫向應(yīng)變實測橫向應(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

20、底板頂面實測值： 南側(cè) 北側(cè) 計算值實測橫向應(yīng)變實測橫向應(yīng)變 支點(diǎn)不平整量支點(diǎn)不平整量 (mm)（4）試驗研究結(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)采用測力千斤頂作為臨時支點(diǎn)，應(yīng)保證每支點(diǎn)反力與四個支點(diǎn)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(yīng)采用壓力注漿填實。（3）加強(qiáng)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(qiáng)度不應(yīng)低于墊石混凝土的設(shè)計強(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)制梁架設(shè)后，與相鄰預(yù)制梁端的橋面高差不應(yīng)大于10mm，支點(diǎn)處橋面標(biāo)高誤差應(yīng)在+0-20mm。10.靜載檢驗及質(zhì)量要求10.1 10.1 質(zhì)量要求質(zhì)量要求 與以往的質(zhì)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(hù)層厚度不小于設(shè)計值