預應力混凝土橋梁質量控制及其耐久性研究

胡佐平 盛瑜暉 海 鈞

預應力混凝土連續梁橋由于其跨越能力大、施工方法靈活、適應性強、結構剛度大、抗地震能力強、通車平順性好以及造型美觀等特點,已經在國內外得到廣泛的使用。從1976年以后,我國預應力混凝土橋梁發展很快,無論在橋型、跨度以及施工方法與技術方面的發展都是十分突出的。有不少預應力混凝土橋梁的修建技術已趕上國際水平,獲得了國際聲譽。然而,由于施工材料、施工工具以及施工工藝等方面的原因,我國大部分已建和在建預應力混凝土橋梁都存在一定的施工質量問題,并且,在投入使用之后,由于施工質量問題、損耗等因素的逐漸積累,橋梁的耐久性受到了嚴峻的考驗。本文將就預應力混凝土施工常見問題及其耐久性進行一些探討。

1 預應力混凝土橋梁施工時的主要質量問題

1)波紋管孔道漏漿問題。在安裝和澆筑混凝土時易變形和破損,使砂漿漏入孔道造成預應力筋穿束困難,并增大預應力筋張拉時的摩阻力。2)預應力筋在波紋管內的鑄固問題?，F先穿束的預應力筋,往往由于穿筋和混凝土澆筑工藝處理不善,在混凝土澆筑作業中因波紋管漏漿而被鑄固,在對結構的預應力筋進行張拉時,不能自由地拉動。3)鋼絞線滑絲、斷絲。4)橋梁裂縫。

2 預應力橋梁結構的耐久性問題

在使用過程中,預應力混凝土橋梁受到物理化學腐蝕等自然因素,重載、風、地震等荷載因素,前期施工缺陷、超載等人為因素的影響,橋梁結構材料力學性能不斷退化,橋梁各部分構件不同程度損傷和劣化,這些橋梁的老化現象統稱為橋梁的耐久性問題。

預應力混凝土結構的耐久性問題除了混凝土的堿—集料反應、凍融循環、硫酸鹽侵蝕和鋼筋的腐蝕(一般基于混凝土的碳化及氯離子侵蝕)等與普通混凝土結構類似的破壞之外,還包括錨具和埋設件的腐蝕、預應力鋼筋中的高應力引起腐蝕乃至應力腐蝕破斷等特有的破壞形式。

2.1 預應力橋梁耐久性的主要影響因素

1)混凝土腐蝕的影響?；炷粮g使混凝土失去對預應力筋的保護作用,還會加劇混凝土的收縮,導致混凝土的開裂和結構的破壞。2)預應力鋼筋的應力腐蝕。預應力筋較普通鋼筋應力高而且脆,特別是高強鋼絲的斷面小,即使腐蝕輕微,斷面損失率也較大,對其應力腐蝕和應力腐蝕疲勞敏感。3)混凝土徐變、預應力損失及其對內力的影響?；炷灵L期受預應力作用使其徐變逐漸增加。徐變收縮的影響,使預應力損失很大。4)構件的疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料實際上存在許多微小的缺陷,而它所承受的車輛荷載和風荷載都是隨機動荷載,會在結構內產生循環變化的應力。在循環荷載作用下,這些微缺陷會逐漸發展、合并,形成損傷,逐漸在構件中形成宏觀裂紋。

2.2 主要影響環節

1)設計中缺乏耐久性設計思想。結構設計人員往往忽視結構體系、結構構造、結構材料、結構維護方面的考慮,從而影響結構耐久性。2)施工工藝和質量管理水平不高。3)運營中缺乏科學管理及超載現象嚴重。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇,造成橋梁內部損傷不能恢復,將使橋梁在正常荷載下的工作狀態發生變化,從而危害橋梁的安全性和耐久性。

3 預應力混凝土橋梁的施工控制及其質量控制

3.1 施工控制

3.1.1 施工控制的內容

預應力混凝土橋梁的施工控制包括結構變形控制、結構應力控制和結構穩定性控制。線形控制就是嚴格控制每一節段的豎向撓度及其橫向位移,保證成橋后的線形趨于設計線形;內力控制則是控制主梁在施工過程中以及成橋后的應力,尤其是合龍時的控制,使其不至過大而偏于不安全,并符合設計要求;橋梁的穩定性不僅包括橋梁的穩定計算,還包括施工各階段結構構件的局部和整體穩定。

3.1.2 施工控制因素

主要的施工因素包括:1)結構參數。結構參數是控制中結構施工模擬分析的基本資料,其準確性直接影響分析結果的準確性。結構參數主要包括:結構構件截面尺寸、結構材料彈性模量、材料容重、材料熱膨脹系數、施工荷載和預應力或索力。2)施工工藝。施工的好壞直接影響控制目標的實現。3)施工監測。監測是橋梁施工監控的最重要手段之一。監測包括應力監測、變形監測。4)結構計算分析模型。5)溫度變化。溫度變化對橋梁結構的受力與變形影響很大,這種影響隨溫度的改變而改變,因此必須考慮溫度變化的影響。6)材料收縮、徐變。

3.2 預應力混凝土橋梁的質量控制

質量控制的方法主要包括以下幾個方面:

1)確?；炷临|量。混凝土質量是增大橋梁耐久性的主要因素:a.控制水泥用量,選用優質水泥;b.降低水膠比;c.限制混凝土中的氯離子含量;d.限制氯離子的滲透速率;e.提高混凝土保護層厚度;f.增加混凝土表面涂層。2)增強預應力鋼筋的防護力和耐久性。首先,盡量避免含有對應力腐蝕敏感的金屬材料。其次,盡量減少應力集中和避免積存腐蝕介質,減少介質的腐蝕性,添加緩蝕劑,采用保護層和陰極保護;在預應力鋼筋的加工制作和張拉施工中,注意采取可行的措施控制和減少預應力筋的應力損傷腐蝕。3)重視預應力管道安裝。預應力管道安裝施工、混凝土灌注前,要嚴格對以下要點進行控制:管道位置是否正確、平順性如何、有無漏漿處、是否嚴格密封等。4)合理選擇混凝土澆筑后張拉時間。5)張拉工藝質量控制。采用兩端對稱張拉工藝比單端張拉更好。6)預防滑絲和斷絲。7)防治波紋管漏漿堵管。8)嚴格預應力孔道壓漿工序。預應力孔道壓漿有兩個重要作用:a.保護預應力筋不被銹蝕;b.保證預應力筋和結構共同工作。

3.3 針對施工環節的建議

1)加強預應力橋梁耐久性研究。預應力橋梁結構耐久性的研究,主要包括結構在使用過程中使用性能受到弱化的原因和其發生的機理、規律分析,尋求新的結構設計理念和方法。2)建立耐久性設計思想。作為工程設計人員也應建立耐久性設計思想,充分考慮到現階段的施工、管理水平和材料工藝水平。3)不斷提高施工管理水平和施工質量。在施工時,要做到工藝先進可行、工序嚴格控制。4)加強運營階段的管理和維護。要解決橋梁耐久性問題,應加強對使用階段的管理和維護,要充分考慮超載對于預應力橋梁結構耐久性的影響,加強對車輛超載的管理;定期對橋梁進行檢查。

4 結語

預應力混凝土橋梁的施工質量及耐久性問題是橋梁安全的重大威脅,本文較為詳細的介紹了一些施工質量問題及耐久性問題,并建議通過施工控制和質量控制手段對上述問題進行有效解決,以推動我國橋梁建設事業向更好方向發展。

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