預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁質(zhì)量控制及其耐久性研究

胡佐平 盛瑜暉 海 鈞

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋由于其跨越能力大、施工方法靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)剛度大、抗地震能力強(qiáng)、通車平順性好以及造型美觀等特點(diǎn),已經(jīng)在國內(nèi)外得到廣泛的使用。從1976年以后,我國預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁發(fā)展很快,無論在橋型、跨度以及施工方法與技術(shù)方面的發(fā)展都是十分突出的。有不少預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的修建技術(shù)已趕上國際水平,獲得了國際聲譽(yù)。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(yù)應(yīng)力混凝土橋梁都存在一定的施工質(zhì)量問題,并且,在投入使用之后,由于施工質(zhì)量問題、損耗等因素的逐漸積累,橋梁的耐久性受到了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。本文將就預(yù)應(yīng)力混凝土施工常見問題及其耐久性進(jìn)行一些探討。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工時的主要質(zhì)量問題

1)波紋管孔道漏漿問題。在安裝和澆筑混凝土?xí)r易變形和破損,使砂漿漏入孔道造成預(yù)應(yīng)力筋穿束困難,并增大預(yù)應(yīng)力筋張拉時的摩阻力。2)預(yù)應(yīng)力筋在波紋管內(nèi)的鑄固問題?，F(xiàn)先穿束的預(yù)應(yīng)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(yè)中因波紋管漏漿而被鑄固,在對結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)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(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題

在使用過程中,預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁受到物理化學(xué)腐蝕等自然因素,重載、風(fēng)、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(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能不斷退化,橋梁各部分構(gòu)件不同程度損傷和劣化,這些橋梁的老化現(xiàn)象統(tǒng)稱為橋梁的耐久性問題。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題除了混凝土的堿—集料反應(yīng)、凍融循環(huán)、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(jié)構(gòu)類似的破壞之外,還包括錨具和埋設(shè)件的腐蝕、預(yù)應(yīng)力鋼筋中的高應(yīng)力引起腐蝕乃至應(yīng)力腐蝕破斷等特有的破壞形式。

2.1 預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋的保護(hù)作用,還會加劇混凝土的收縮,導(dǎo)致混凝土的開裂和結(jié)構(gòu)的破壞。2)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力腐蝕。預(yù)應(yīng)力筋較普通鋼筋應(yīng)力高而且脆,特別是高強(qiáng)鋼絲的斷面小,即使腐蝕輕微,斷面損失率也較大,對其應(yīng)力腐蝕和應(yīng)力腐蝕疲勞敏感。3)混凝土徐變、預(yù)應(yīng)力損失及其對內(nèi)力的影響?；炷灵L期受預(yù)應(yīng)力作用使其徐變逐漸增加。徐變收縮的影響,使預(yù)應(yīng)力損失很大。4)構(gòu)件的疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料實(shí)際上存在許多微小的缺陷,而它所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是隨機(jī)動荷載,會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力。在循環(huán)荷載作用下,這些微缺陷會逐漸發(fā)展、合并,形成損傷,逐漸在構(gòu)件中形成宏觀裂紋。

2.2 主要影響環(huán)節(jié)

1)設(shè)計(jì)中缺乏耐久性設(shè)計(jì)思想。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往忽視結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)方面的考慮,從而影響結(jié)構(gòu)耐久性。2)施工工藝和質(zhì)量管理水平不高。3)運(yùn)營中缺乏科學(xué)管理及超載現(xiàn)象嚴(yán)重。超載會使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇,造成橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù),將使橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化,從而危害橋梁的安全性和耐久性。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工控制及其質(zhì)量控制

3.1 施工控制

3.1.1 施工控制的內(nèi)容

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工控制包括結(jié)構(gòu)變形控制、結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制。線形控制就是嚴(yán)格控制每一節(jié)段的豎向撓度及其橫向位移,保證成橋后的線形趨于設(shè)計(jì)線形;內(nèi)力控制則是控制主梁在施工過程中以及成橋后的應(yīng)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(shè)計(jì)要求;橋梁的穩(wěn)定性不僅包括橋梁的穩(wěn)定計(jì)算,還包括施工各階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部和整體穩(wěn)定。

3.1.2 施工控制因素

主要的施工因素包括:1)結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)是控制中結(jié)構(gòu)施工模擬分析的基本資料,其準(zhǔn)確性直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括:結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、結(jié)構(gòu)材料彈性模量、材料容重、材料熱膨脹系數(shù)、施工荷載和預(yù)應(yīng)力或索力。2)施工工藝。施工的好壞直接影響控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。3)施工監(jiān)測。監(jiān)測是橋梁施工監(jiān)控的最重要手段之一。監(jiān)測包括應(yīng)力監(jiān)測、變形監(jiān)測。4)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型。5)溫度變化。溫度變化對橋梁結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的質(zhì)量控制

質(zhì)量控制的方法主要包括以下幾個方面:

1)確?；炷临|(zhì)量。混凝土質(zhì)量是增大橋梁耐久性的主要因素:a.控制水泥用量,選用優(yōu)質(zhì)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(hù)層厚度;f.增加混凝土表面涂層。2)增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的防護(hù)力和耐久性。首先,盡量避免含有對應(yīng)力腐蝕敏感的金屬材料。其次,盡量減少應(yīng)力集中和避免積存腐蝕介質(zhì),減少介質(zhì)的腐蝕性,添加緩蝕劑,采用保護(hù)層和陰極保護(hù);在預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力損傷腐蝕。3)重視預(yù)應(yīng)力管道安裝。預(yù)應(yīng)力管道安裝施工、混凝土灌注前,要嚴(yán)格對以下要點(diǎn)進(jìn)行控制:管道位置是否正確、平順性如何、有無漏漿處、是否嚴(yán)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(zhì)量控制。采用兩端對稱張拉工藝比單端張拉更好。6)預(yù)防滑絲和斷絲。7)防治波紋管漏漿堵管。8)嚴(yán)格預(yù)應(yīng)力孔道壓漿工序。預(yù)應(yīng)力孔道壓漿有兩個重要作用:a.保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋不被銹蝕;b.保證預(yù)應(yīng)力筋和結(jié)構(gòu)共同工作。

3.3 針對施工環(huán)節(jié)的建議

1)加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力橋梁耐久性研究。預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的研究,主要包括結(jié)構(gòu)在使用過程中使用性能受到弱化的原因和其發(fā)生的機(jī)理、規(guī)律分析,尋求新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和方法。2)建立耐久性設(shè)計(jì)思想。作為工程設(shè)計(jì)人員也應(yīng)建立耐久性設(shè)計(jì)思想,充分考慮到現(xiàn)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(zhì)量。在施工時,要做到工藝先進(jìn)可行、工序嚴(yán)格控制。4)加強(qiáng)運(yùn)營階段的管理和維護(hù)。要解決橋梁耐久性問題,應(yīng)加強(qiáng)對使用階段的管理和維護(hù),要充分考慮超載對于預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響,加強(qiáng)對車輛超載的管理;定期對橋梁進(jìn)行檢查。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工質(zhì)量及耐久性問題是橋梁安全的重大威脅,本文較為詳細(xì)的介紹了一些施工質(zhì)量問題及耐久性問題,并建議通過施工控制和質(zhì)量控制手段對上述問題進(jìn)行有效解決,以推動我國橋梁建設(shè)事業(yè)向更好方向發(fā)展。

[1] 范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京:人民交通出版社,1988.

[2] 顧安幫.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3] 向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4] 王鈞利,馬春燕.預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋裂縫分析與對策[J].工程力學(xué),2002(sup):51-52.

[5] 賀栓海.橋梁結(jié)構(gòu)理論與計(jì)算方法[M].北京:人民交通出版社,2003.

[6] 劉榮桂,陸春華,雷麗恒,等.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)耐久性模型研究[J].工業(yè)建筑,2004,34(4):69-72.

[7] 何世欽,貢金鑫.負(fù)載鋼筋混凝土梁鋼筋銹蝕及性能試驗(yàn)研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,34(4):474-479.

[8] 孫兆強(qiáng).現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工及質(zhì)量控制[J].山西建筑,2009,35(13):317-318.