预应力智能张拉、压浆工艺.ppt

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1、1,让中国桥梁更安全,预应力智能张拉、压浆工艺,2,危害桥梁安全的原因,对桥梁“短命”的质疑原因一：预应力张拉不合格原因二：管道压浆不密实原因三：预应力施工质量通病,3,7月15日，通车仅14年钱塘江三桥塌了，,4,7月14日，建成不到12年的武夷山公馆大桥垮了，,5,7月11日，建于1997年的盐城通榆河大桥坍塌.,6,人民网24小时滚动新闻,5天内，3座大桥相继发生坍塌事故 一座大桥垮了，可能有“偶然”因素。但如果本该百年寿命的大桥频频“短命”，则需要追问。事实上，更需科学拷问的是，超载究竟是“元凶”还是压死骆驼的“最后一根草”？为什么经过专业设计和严格施工的桥梁会如此弱不禁风？为什么由先

2、进材料建成的桥梁竟如此“短命”？就一座大桥的垮塌来说，不论设计、建设还是事故调查与测量，必须有实实在在的科学依据与专业论证过程。,大桥“偶然垮塌”，只怕会此起彼伏,7,杭州通报钱江三桥事故调查结果能满足正常使用 2011-11-05 10:01:25 新华社 调查报告称，工程施工由十家单位承建，整个工程无分包和转包现象。但主桥箱梁施工存在竖向预应力部分损失、管道压浆不饱满、接缝处错台、麻面及裂纹等质量缺陷。个别工序存在监理不够到位现象，部分质量评定与工程实际有偏差。调查组分析得出，事故的主要原因为超限超载货车对空心板梁产生的荷载效应超过空心板梁的承载能力。此前报道，据中国新闻周刊获得的一份当年

3、杭州钱江三桥建设工程交工验收报告显示，主桥箱梁施工存在过分强行合拢，预应力张拉、压浆工艺不够规范，砼蜂窝较多、多处漏水、内外错台较大；主桥预应力结构中箱梁腹板有较多斜向和竖向裂缝，裂缝最宽已达0.58毫米，裂缝最长为4.3米。,8,2004年6月10日早晨7时许，辽宁省盘锦市田庄台大桥突然发生垮塌。专家组认定，该桥在超限车辆长期作用下，内部预应力严重受损。重载冲击力使大桥第9孔悬臂端预应力结构瞬间脆性断裂、坍塌。,生命！,9,湖南某高速公路通车10年左右对预应力空心板桥梁进行了加固。,10,病害案例,美国加州Parrots Ferry Bridge（主跨195m）跨中明显下挠。,此处明显下挠,

4、11,原因一：预应力张拉不合格 在使用的预应力桥梁中发现，有相当数量的箱梁在顶板、腹板、底板、横隔板以及齿块等部位出现了各种不同形式的裂缝，其中箱梁腹板裂缝最为普遍和严重。,12,病害案例,对长沙环线月亮岛大桥（主跨7 96.0m预应力混凝土箱梁）进行检测：每跨箱梁内腹板存在裂缝，共发现裂缝194条，裂缝宽度大部分在0.1mm0.5mm，裂缝长度在0.3m3.0m。与桥梁行车方向夹角为3060。,13,病害案例,对某高速公路25mT梁进行静载试验：理论计算挠度14.276mm，实测值16.121mm，超出要求。腹板裂缝加载前0.01mm,加载后0.3mm。,14,有效预应力偏小，预应力度不足，

5、结构过早出现裂缝，下挠超限。有效预应力偏大，可能导致预应力筋安全储备不足，结构过大变形或裂纹，甚至脆性破坏。,有效预应力精度不够,15,1、施加张拉力不准确。2、张拉过程中预应力的损失过大预应力钢筋与管道壁间摩擦引起的应力损失；锚具变形、预应力筋回缩和接缝压缩引起的应力损失；弹性压缩引起的应力损失；预应力筋松弛引起的应力损失；混凝土收缩和徐变引起的应力损失。,主要原因,16,有效预应力检测实例,17,概念：孔道内各绞线受力不均匀和同一断面各孔道受力不均。有效预应力不均匀将导致预应力筋的早期疲劳，危及桥梁使用寿命。有效预应力大的钢筋承受了本应该所有预应力筋承受的力，这样有效预应力大的钢筋在使用阶

6、段逐渐屈服，梁体也随之下挠。原因：钢绞线在孔道内相互缠绕，是导致有效预应力不均匀大的根本原因。,有效预应力不均匀度大,18,不均度过大检测案例,经检测发现问题、进行整改，采取规范的施工工艺进行整束穿束后，预应力施工质量有了明显的改观，同束索力不均匀度完全合格。,19,有效预应力不均匀度检测实例,20,如果预应力施工不当，梁体内不能建立有效的预应力，在混凝土徐变的共同作用下，梁体必将发生严重的下挠。挠度过大不但会使跨中主梁下凹，破坏桥面的铺装层，影响桥梁的使用寿命和行车舒适性，甚至危及高速行车时的安全。,21,保护预应力筋免遭锈蚀，保证结构物的耐久性。预应力筋在高应力状态下更易锈蚀（约是普通状态

7、下的6倍)；预应力孔道压浆不密实将导致钢绞线锈蚀。预应力筋通过灰浆与周围混凝土结成整体，增加锚固的可靠性，提高结构的抗裂性和承载能力。灌入孔道的水泥浆，既包裹预应力筋，又接触孔道壁，把预应力筋和孔道壁粘结起来，共同作用。,原因二：管道压浆不密实,22,国内某大桥运行仅10年后，主桥箱梁腹板开裂，中间三跨跨中底板横向贯穿开裂，跨中下挠严重。大桥最终于2005年拆除。,23,管道压浆不饱满,危桥拆除：预应力管道压浆缺陷,24,预应力管道压浆不密实将严重影响结构的耐久性，使得桥梁结构可能在毫无征兆的情况下突然坍塌。,1985年2月1日，英国威尔士的Ynys-Gwas桥在正常使用阶段、在没有受到任何外

8、在冲击、在毫无征兆的情况下突然倒塌，引起人们对灌浆质量的重视，必须重新审视预应力桥梁的孔道灌浆问题。曾于1992年9月发布紧急通知，由于后张法预应力体系在压浆方法上不能确保其安全性，在安全性得不到保证之前，英国不得使用压浆的后张法预应力结构。,25,该桥由9根I形纵梁和边箱梁组成，倒塌时9根梁全部破坏。事后英国运输与道路研究实验室对该桥的倒塌原因做了进一步的调查。在24根纵向预应力孔道中，有4根孔道存在较大的孔隙，使钢绞线暴露在空气中，另有2根管道在一定长度内中空，钢绞线完全没有水泥浆的包裹，而且最大的孔隙通常出现在曲线管道的锚固端。在检查的14根横向预应力孔道中，3根孔道存在钢绞线束暴露在空

9、气中的大空隙，另外3根孔道几乎全部是空的。,26,孔道压浆不密实主要原因：1、管道堵塞；2、浆液质量差，水胶比大，泌水；3、压浆工艺不能保证管道充盈。,27,波纹管破裂 波纹管接长不符合要求,28,管道与锚具处没有接好 管道有拐点，穿索容易损坏。,29,压浆管安装位置不对,30,由于管道压浆不密实，预应力筋失去有效保护而锈蚀导致预应力失效，梁体产生裂缝，特别是纵向预应力损失过大引起下挠和裂缝的进一步发展，当发展到一定程度，由量变转为质变，使梁体发生结构性破坏。,31,原因三：预应力施工质量通病,预应力施工质量通病主要体现在：断丝、滑丝；锚下开裂、下陷；张拉强度和时间失控；锚夹具质量差；绞线在孔

10、道内缠绕；多穿或少穿绞线；砼质量、材料质量问题；张拉、压浆作业不规范等等方面。有问题并不可怕，可怕的是这些问题被隐瞒，将给结构留下了很大质量、安全隐患。,32,1、断丝和滑丝 造成断丝和滑丝的原因,预应力钢筋表面或锚具夹片生锈或有油污；夹片丝距过小硬度不够。预应力筋安装不规范，张拉中预应力筋受力不均张拉力过大，失控；锚具发散锥度尺寸不够；锚垫板安装倾斜不与管道垂直；张拉机具（特别是限位板）与锚具不配套造成夹片咬伤钢束或者锚具夹片硬度过大。,33,钢绞线断丝,原因：一根钢绞线没有正确装上工具夹片,34,钢绞线表面浮锈或水泥浆，张拉前要清理；锚具与夹片安装后没有及时张拉，造成生锈锚固不牢。,35,

11、2、锚垫板下陷和破裂，锚后混凝土局部开裂,锚垫板后砼不密实或者有空洞，引桥锚垫板下陷，甚至破裂。,36,锚垫板后弹簧螺旋筋过小，且没有紧贴锚垫板，锚垫板承力不够，开裂。,37,锚板没有安装在锚垫板的限位圈内，张拉锚板倾斜,38,3、张拉强度与张拉时间失控,为了加快工期，构件砼采用早强剂或提高混凝土配置比强度，一般34天混凝土强度就能达到设计强度的80%以上，有的甚至达到95%以上，结果梁体混凝土浇筑34天后即开始张拉。在此龄期内混凝土的收缩和徐变并未完成，随着龄期的增加所引起的预应力损失过大，且会导致张拉后梁体反拱度过大。用标养砼试件强度代替结构实际强度，张拉强度没有达到要求。,39,4、钢绞

12、线穿束时没有梳编，导致绞线在管道内相互缠绕打绞导致单索张拉力不均匀。有的甚至少穿或多穿钢绞线。,5、材料质量问题：主要材料，如钢绞线、锚、夹具、水泥及外加剂、波纹管、压浆材料等未按规定频率送检，导致质量失控，埋下了结构质量隐患。,40,1）最终成型的预应力孔道线形与设计线形相差较大。2）在现场加工时，采用了加热、焊接或电弧切割等错误方法，造成张拉时钢绞线脆性断裂。3）张拉机具质量较差，未按规定标定和使用。千斤顶、压力表和油泵应当是一个完整的张拉施力系统，必须现场整体标定，实际上却是分割标定只标定千斤顶与压力表，往往导致张拉张拉力偏大或偏小。4）张拉实际伸长值超出理论计算范围，预拱度达不到或者超

13、过理论计算值。,6、其他常见问题：,41,5）张拉顺序未按设计要求进行操作，构件受力严重不对称，造成构件在张拉后发生扭曲变形、侧向弯曲或翘曲。张拉加载速度、停顿点、持荷时间随意性大。6）混凝土和浆液质量问题。混凝土原材料（特别是集料）质量不稳定，为了保证砼强度，工地不得不加大水泥用量，导致结构混凝土裂缝增多。为了提高流动度，加水导致水胶比过大。7）钢筋保护层厚度不够，底板或顶板厚度失控。8）张拉和压浆记录混乱、失真。,42,病害案例,在对某高速公路进行单片梁板静载试验时，外观检测时发现的钢筋保护层厚度严重不够，部分钢筋露筋。,43,44,结构生命受损,预应力不合格,钢绞线锈蚀,留下质量隐患,4

14、5,世界桥梁垮塌趋势,46,让中国桥梁更安全,梳编穿束工艺智能张拉技术循环智能压浆工艺,47,梳编穿束不当会严重影响各绞线受力的均匀性,1、钢绞线梳编穿束工艺,48,为了避免单根穿束引起的绞线相互缠绕，导致张拉时绞线受力严重不均，应采用整束穿束系统进行穿束，此工艺已在工程中得到应用，对多索、长索效果更加明显，示意如下：,1.梳束板（或锚具）2.钢绞线 3.扎丝 4.绑扎胶带 5.牵引螺塞,锚具1,锚具2,49,梳编穿束工艺现场培训,50,钢绞线和锚具编号,51,梳束,52,整束穿束,53,施工单位采用梳编穿束工艺，在熟练掌握后不仅不会耽误工期，还能大大提高工作效率，并消除各根绞线受力不均引起的

15、滑丝、断丝等事故，是保证有效预应力均匀度的根本措施。,54,2、预应力智能张拉技术,（1）传统张拉之特点（2）智能张拉技术概要（3）传统张拉与智能张拉之比较（4）智能张拉系统应用效果,55,桥梁预应力传统张拉工艺的特点：,可概括为:1、人工手动驱动油泵;2、根据压力表读数控制张拉力;3、待压力表读数达到预定值时，用钢尺人工测量张拉伸长值;4、人工记录张拉数据。,56,57,通过对1200多片简支梁和七座连续刚构梁桥的预应力检测数据分析，这种传统的张拉工艺存在如下主要问题：,1、张拉力控制误差过大,达15%；2、绞线伸长值测量不及时、准确，未能实现 张拉力和伸长值的双重同步控制；3、张拉过程很不

16、规范,预应力损失大；4、两端对称张拉不同步,结构受力不均；5、人工记录数据，质量隐患被掩盖。,58,可见，传统的预应力张拉工艺人为操作误差大，张拉过程不规范，难以掌握和控制张拉质量。,因此，充分利用现代科技成果，特别是信息技术，改进传统的预应力张拉工艺是目前预应力混凝土施工中迫切需要解决的问题。,59,系统结构图,60,桥梁预应力智能张拉系统主要组成部分有：,1 智能张拉系统平台2 LZ5903智能张拉仪3 智能千斤顶,61,智能张拉仪,张拉系统控制平台,智能千斤顶,62,智能张拉系统主要功能特点,精确施加应力 系统能精确控制施加的预应力力值，将误差范围由传统张拉的15缩小到1。（2011版桥

17、涵施工技术规范7.12.2 第2款规定“张拉力控制应力的精度宜为1.5”）及时校核伸长量，实现“双控”实时采集钢绞线伸长量，自动计算伸长量，及时校核伸长量是否在6%范围内，实现应力与伸长量同步“双控”。对称同步张拉 一台计算机控制两台或多台千斤顶同时、同步对称张拉，实现“多顶同步张拉”工艺。（规范7.12.2 第1款规定“各千斤顶之间同步张拉力的允许误差为2）,63,智能张拉系统主要功能特点,智能控制张拉过程，减少预应力损失 张拉程序智能控制，不受人为、环境因素影响；停顿点、加载速率、持荷时间等张拉过程要素完全符合桥梁设计和施工技术规范要求。（规范规定持荷时间为5分钟）最大限度减少了张拉过程的

18、预应力损失。质量管理和远程监控功能 可实现质量远程监控，张拉过程真实记录，真实掌握质量状况，质量责任永久追溯。,64,张拉过程再现，张拉加载力、伸长量、加载速率、停顿点、持荷时间等张拉要素真实记录，一览无余，永久追溯。,65,一键完成张拉！,66,技术经济比较表,智能压浆与传统张拉之比较,67,技术经济比较表,68,68,69,传统张拉与智能张拉比对试验,压力传感器,传感器显示,游标卡尺测量伸长量,电脑显示,70,71,表1 工程实体试验张拉力精度对比分析,72,表2 位移传感器与游标卡尺测量伸长量准确度分析,73,表3 智能张拉与传统张拉同步性对比分析（张拉力）,74,智能张拉系统应用效果智

19、能张拉技术应用效果.doc,75,3、大循环智能压浆工艺,预应力智能张拉技术有力地保证了预应力张拉施工质量。然而再好的张拉技术也必须在管道压浆密实的条件下才能保证结构的耐久性。张拉质量+压浆质量 桥梁安全、耐久,76,2011版公路桥涵施工技术规范：将压浆质量提高到了前所未有的高度。总的目标：“低水胶比、高流动度、零泌水率”。从两个方面来保证目标的实现：1、对压浆材料提出了严格的技术要求；2、采用先进的压浆工艺,77,普通压浆工艺,真空压浆工艺,位于梁底部的两根管,位于梁顶部的两根管,78,工程实践证明：真空压浆工艺明显优于普通压浆工艺，但是，真空压浆存在以下缺陷：孔道的两端高差较大时，孔道最

20、高点顶部仍会出现空洞；孔道有倾角时，在倾角处浆液会产生先流现象；真空负压不易实现。,79,解决之道：,1、采用专用压浆材料或压浆剂,2、采用大循环智能压浆工艺浆液持续进出循环，排空空气压力控制，流量校核，保证压入管道内浆液的充盈度实时检测浆液水胶比是否符合要求,80,系统结构图,81,压浆现场,82,主要系统功能特点浆液满管路持续循环排除管道内空气管道内浆液从出浆口导流至储浆桶，再从进浆口泵入管道，形成大循环回路，浆液在管道内持续循环，通过调整压力和流量，将管道内空气通过出浆口和钢绞线丝间空隙完全排出，还可带出孔道内残留杂质。,气泡排出,83,三参数（压力、水胶比、流量）控制。（1）精确调节和

21、保持灌浆压力 自动实测管道压力损失，以出浆口满足规范最低压力值来设置灌浆压力值，保证沿途压力损失后管道内仍满足规范要求的最低压力值。关闭出浆口后长时间内保持不低于0.5MPa的压力。（2011版桥涵施工技术规范条规定“对水平或曲线管道，压浆压力宜为0.5 0.7MPa关闭出浆口后宜保持一个不小于0.5MPa的稳压期35min）当进、出浆口压力差保持稳定后，判定管道充盈。（2）实时监测流量、自动计算管道内浆液体积实时监测进浆、返浆流量及计算管道内浆液体积与充盈程度。（3）实时监测水胶比水胶比测试仪可实时监测浆液水胶比，当实测水胶比超过规范要求时及时给出警示信息。（2011版桥涵施工技术规范条规定

22、“浆液水胶比宜为0.260.28）,84,一次压注双孔，提高工效对于跨径50m内的预制梁，单孔长度小于55m的预应力管道均可双孔同时压浆，从位置较低的一孔压入，从位置较高的一孔压出回流至储浆桶，节约劳动力，提高工效100%。,循环回路,出浆口,进浆口,85,实现高速制浆系统集成了高速制浆机，该设备将水泥、压浆剂和水进行高速搅拌，其转速为1420r/min,叶片线速度10m/s，能完全满足规范要求。（2011版桥涵施工技术规范条规定“搅拌机的转速应不低于1000 r/min,其叶片的线速度不宜小于10m/s。）,压浆完成后出浆口,86,规范压浆过程，实现远程监控灌浆过程由计算机程序控制，不受人为

23、因素影响，准确监测到浆液的水胶比、灌浆压力、稳压时间、流量及充盈度各个指标，自动记录，并打印报表。无线传输将数据实时反馈至相关部门，实现预应力管道压浆的远程监控。,87,系统集成度高，简单适用 系统将高速制浆机、储浆桶、水胶比测试仪、进浆测控仪、返浆测控仪、压浆泵集成于一体，现场使用只须将进浆管、返浆管与预应力管道对接，无需增加管道长度，即可进行压浆施工。操作十分简单，适用于各种结构的管道压浆。,88,管道截面压浆密实度对比,89,技术经济比较表,90,技术经济比较表（续）,91,交通运输部工程质量监督局李彦武局长认为：“精确、稳定、可控、自动、安全”，值得推广，要加强宣传推广。,92,系统推

24、广用情况,截止到目前，系统已经在湖南省30条高速公路，全国13省区市相继采用智能张拉、压浆系统，已逐渐成为预应力施工工艺技术发展的新趋势。,93,94,95,桥梁公司举办桥梁施工预应力智能张拉施工技术培训2011-6-30 11:25:07铁路建设报特约通讯员：赖俊陈继贾欢乐阅读620次月日，集团公司首例桥梁预应力智能张拉施工技术现场培训，在桥梁公司张花高速青坪大桥号墩墩顶举行，此次培训内容主要为悬臂浇筑中号块纵向预应力智能张拉施工技术。,96,经济效益分析,传统张拉需要两端各1人操作油泵、各1人量测伸长量、各1人记录张拉数据，共需6人同时作业。智能张拉只需1人操作电脑，1人照看张拉现场，共可

25、2人可完成张拉。节约4人，效益可观。按4人每月工资、费用2万元计算，按2年工期计算，可节约人力成本48万元。,97,传统压浆工艺必须采用高性能压浆剂，以一个梁场500片梁计,需增加费用70万元。智能压浆工艺不依赖特殊压浆材料，可采用普通压浆剂改善浆液性能，可节约材料费用40万元。由于实现双孔同时压浆，提高工效100%，节省人工50%，经济效益明显。,98,和传统张拉与压浆相比，预应力智能张拉、压浆系统配套使用后，能让混凝土构件形成牢固的有效预应力体系，显著延长预应力结构生命，保证桥梁结构安全和耐久性，有利于保障人民生命财产安全，降低桥梁全寿命周期成本。,99,“十二五”期间，全国高速公路通车里

26、程将达到8.3万公里，公路桥梁建设规模巨大。以湖南省为例，其在建高速公路桥梁长度就达到了800公里，投资约900亿元。若消除预应力张拉不合格和管道压浆不密实导致的桥梁病害，以延长结构使用寿命10%来估算，可节约后期桥梁养护和加固资金投入约90亿元，全国交通行业若推广使用，发挥的经济效益将有数千亿元之巨，如果推广至高铁、市政等其他行业，产生在经济效益难以估量。,100,课题已被交通运输部纳入了由部公路科研院和部质量监督总站牵头承担的公路工程施工质量安全智能控制与远程监控科研课题的一部分继续进行深入研究。,101,结 语,坚持钢绞线梳编穿束工艺，采用智能张拉技术和循环压浆工艺，推进精细化施工，是在现行技术条件下保证桥梁结构的设计预应力度，防止预应力桥梁开裂和超限下挠，保证桥梁结构的安全和耐久性的最佳途径。,