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1、哈尔滨工业大学2010年3月10日,桥梁施工关键技术与质量控制,1、引言2、高强高性能混凝土的配制3、混凝土施工质量控制4、预应力施工质量控制5、预制梁施工关键技术6、有支架施工中的支架预压,1、引言随着公路交通运输事业的发展，我国公路桥梁的建设正以前所未有的规模在各地展开；同时，质量问题也越来越成为人们关注的焦点，近几年来频繁出现了一些质量事故，对工期、安全、质量、效益都产生了严重影响。桥梁施工是桥梁成败的关键。优良的施工质量不但可以弥补理论和设计上的不足，而且可以有效地延长桥梁的使用寿命。因此，重视施工质量，保证竣工后的桥梁符合设计要求，对提高结构的安全性和耐久性具有重要的意义。,桥梁的施
2、工质量控制主要包括如下两方面的内容：（1）保证施工过程的安全性：稳定性（支架、结构）；关键截面的应力状态。（2）保证竣工后桥梁的各项指标满足设计要求：混凝土材料的性能；截面尺寸和标高；应力状态。,2、高强高性能混凝土的配制,桥梁中常采用C50以上级别的高标号混凝土。但是，目前在我省使用的高标号混凝土存在如下问题：（1）水泥用量大。由于受到工期、施工条件等因素的制约，我省的高标号混凝土大多采用高掺量的水泥（480550 kg/m3），以求在最短的时间内达到设计强度。（2）混凝土材料的控制指标较为单一。很多施工单位把混凝土的强度作为唯一的控制指标，忽略了混凝土的收缩量、徐变性能、碱含量、氯离子含量
3、等指标。（3）不重视混凝土的早期和后期养生。,近年来，桥梁的开裂和下挠问题日趋严重。目前国内外比较认同的是，混凝土收缩徐变是导致预应力混凝土桥梁开裂和下挠的主要因素之一。由于水泥用量大，混凝土材料控制指标单一，过大的水泥用量将导致混凝土的收缩变形大，容易引起早期开裂现象。最常见的开裂表现为顶板纵向裂缝、底板纵向裂缝、沿管道纵向裂缝等，降低了结构的使用性能。另外，混凝土的后期徐变变形与水泥用量有关，水泥用量越大，其后期变形就越大，往往导致主梁跨中后期挠度过大、腹板、底板开裂。降低了结构的承载力和安全性。,混凝土的材料性能决定了桥梁的工作性能和耐久性。混凝土是桥梁结构最基本、最重要的组成材料，如果
4、混凝土配合比设计不合理，即使设计再先进，施工再精细，管理再严格，也很难避免桥梁出现开裂、下挠等问题，就有可能导致结构耐久性的最终破坏，降低桥梁的使用寿命，并对桥梁的安全性造成极大的威胁。因此，在桥梁的施工中，必须重视混凝土材料的性能。不但要求混凝土的强度达到要求，还应该要求混凝土具有低收缩、低徐变的特点。,一般采用正交试验法，从强度和收缩量两方面，进行高强高性能混凝土的配合比设计。因素水平：考虑水胶比、水泥用量、粉煤灰、砂率、减水剂等因素，进行影响因素3水平的正交试验。考察指标：主要以强度（7天龄期和28天龄期）和收缩量指标为主。另外还需综合考虑坍落度、初凝时间、终凝时间、成本、氯离子含量、碱
5、含量等指标。通过正交试验，找出混凝土强度和收缩量的主要影响因素和水平，在保证强度的前提下，以混凝土的收缩量为主要指标，进行混凝土的的配合比优化，从而配制出高强度、低收缩的高性能混凝土。,关于减水剂（1）普通减水剂：以木钙为代表，属于第一代减水剂。（2）高效减水剂：以萘系为代表的第二代减水剂，以及以聚羧酸系为代表的第三代减水剂。萘系减水剂是我国目前生产量最大，使用最广的高效减水剂，占减水剂用量的70%以上，其优点是减水率较高（1525%），不引气，对凝结时间影响小，与水泥适应性相对较好，能与其他各种外加剂复合使用，价格相对便宜。缺点是混凝土坍落度损失较快，需与缓凝剂配合使用；泌水率大；另外，萘系
6、减水剂使混凝土的收缩量大大增加。,聚羧酸系高性能减水剂（液体）是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的高效减水剂。1、掺量低、减水率高，减水率可高达45%；2、坍落度经时损失小，预拌混凝土坍落度损失率1h小于5%，2h小于10%；3、混凝土和易性优良，无离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。混凝土粘聚性好且易于搅拌；4、含气量适中，抗冻耐久性好；5、低收缩，可明显降低混凝土收缩，抗冻融能力和抗碳化能力明显优于普通混凝土。掺聚羧酸外加剂的混凝土收缩值较掺萘系减水剂的混凝土约低40%。,3、混凝土施工质量控制,高强高性能混凝土的质量对混凝土原材料、搅拌、运输、浇注、养护等施工操
7、作因素以及施工环境非常敏感，因此，必须有严格的质量控制与质量保证制度。3.1 原材料的检验和管理（1）原材料要有专人采购、管理；混凝土各种原材料的运输、储存、保管和发放，均应有严格的管理制度，防止误装、互混和变质。（2）对原材料（水泥、砂、碎石、粉煤灰、拌合用水、减水剂等）按公路桥涵施工技术规范的要求进行严格的抽样检验及质量复查。,（3）粉煤灰的细度对混凝土的品质影响很大。为防止以次充好，每一批次的粉煤灰均需进行检测。（4）在高温或雨后施工，应对砂、碎石进行含水率测试，及时调整配合比中水的用量。在进行砂及碎石的含水量测试时，应在不同位置、不同深度取样，采用多次测量的平均值作为砂、碎石的含水率（
8、不少于5次）。,3.2 混凝土的拌制（1）各种衡器保持准确；材料用量应准确计量。（2）严格控制混凝土施工时的用水量 不得随意增加用水量。若混凝土工作性能较差，应现场查找原因、分析情况后采取相应对策。 准确测量砂、石的实际含水量，不能采用目测法来估计。砂、石中若含泥量超标，需在混凝土浇注前3天冲洗完毕，并在施工前取样测量砂、石实际含水量，调整施工配合比。严禁边冲洗边拌制混凝土。 对骨料的含水率要经常进行检测，雨天施工应增加测定次数，据以调整骨料和水的用量。,（3）拌合工艺严格控制搅拌时间，不得任意缩短，已拌好的混凝土不得中途加水。在全部混凝土卸出之前不得再投入拌合料，更不得采取边出料边进料的方法
9、搅拌。为提高高效减水剂的效率并减少坍落度损失，高效减水剂采用后掺法。采用二次投料工艺，方法如下： 第1次投料：投入经计量的碎石和砂，喷淋式洒水W1 = 0.7W（W为总用水量），搅拌1.5min。 第2次投料：在搅拌机转动条件下投入经计量的水泥、粉煤灰，喷淋洒水W2 = 0.3W，搅拌1.5min。 投入高效减水剂溶液，搅拌时间为45s。,3.3 混凝土的运输（1）在混凝土装料前，要注意混凝土运输车的滚筒内不能积水。（2）保证运输工具不渗漏、不析水、避开日晒雨淋。（3）在运送过程中，混凝土车滚筒必须慢速转动，以免混凝土发生离析；到达工地施工现场后，在灌注前，快速转动运输车的滚筒，使混凝土搅拌均
10、匀后再卸料浇注；混凝土运输车到达现场后，如果坍落度损失较大，可加入少量的高效减水剂，快速转动2min后再卸料，严禁工地施工人员随意加水。（4）混凝土拌合物运输时间不得超过30min。,3.4 混凝土浇筑（1）在夏季的酷暑高温天气，当混凝土拌合用水均在30以上时，为防止混凝土浇注后失水过快、温度过高，可在水中加冰块降低拌合用水的温度。或者将混凝土浇筑时间安排在傍晚至24点之前，施工温度控制在1828。（2）砂、碎石等材料在混凝土中所占比例为80%左右，因此在高温下须采取遮阳或洒水措施降低砂、石料温度。（3）确保混凝土浇注的连续性，并且严格控制混凝土从出站到浇注的间隔时间，每次混凝土搅拌、运输、浇
11、筑、振捣时间控制在90min之内，不得超过混凝土初凝时间。,（4）混凝土使用吊斗入模时，吊斗高度距模板不超过60cm，下料时必须均匀，严禁一次集中下料，应分层浇注。（5）为防止混凝土离析，混凝土自由倾落的高度不应大于2.0m，否则应布设串筒。（6）为防止因分层浇注厚度过厚、气泡不能完全排除导致的混凝土表面麻面、不密实，每层混凝土虚铺高度不得超过30cm。（7）禁止用振捣棒横拖赶动混凝土拌合物，避免离下料口远处砂浆过多而开裂。（8）浇筑过程中，如发现混凝土坍落度不足，可向搅拌车中补掺少量高效减水剂，严禁加水、水泥浆。,3.5 混凝土振捣（1）高性能混凝土因工作性高，易于流平和密实，因此不必强力振
12、捣，可适当加大振点间距，缩短振捣时间。振动棒移动间距40cm左右，时间以515秒/次为宜，振捣时间过长，骨料下沉，混凝土表面砂浆层过厚，容易产生裂纹。（2）宜采用高频振捣器，且垂直点振，不得平拉。（3）每浇注一层混凝土须振捣一次。砼的现场振捣严格按照规范进行，要求表面不泛浆，不再冒气泡，砼不再下沉。振捣棒应快插慢拔，使各部受力均匀，不得碰触预埋件、波纹管，并应避免碰撞模板、钢筋；插捣应插入到前一层混凝土不小于5cm深处，以保证浇注层接茬处密实。,3.6 养护和拆模养生的目的是减少混凝土内外温差，防止混凝土表面裂缝， 增强混凝土内在强度。由于高性能混凝土的水胶比较低，混凝土自养能力差，水泥水化持
13、续时间长。不仅需要保持内部水分不蒸发，还要从环境中补充水。因此，高性能混凝土对后期养护要求严格，养护持续时间长。目前，国内混凝土养护普遍采用自然养护方法。但施工单位比较忽视混凝土的养护，洒水、覆盖不能按规范要求及期限适时进行，且养护质量难以控制与管理，达不到自然养护要求的标准；或只注重初期养护，养护期短。不仅影响混凝土早期强度的增长，更重要的是由于混凝土表面水分急剧蒸发失散，造成混凝土表面干缩、龟裂、起毛。,高强混凝土自然养护工艺：（1）混凝土的养护用水应与拌制用水相同。（2）常用覆盖物：麻袋片、草帘、锯末、砂、炉渣。不得采用包装过糖、盐或肥料的麻袋片。（3）混凝土浇注后（表面抹光后）立即进行
14、雾化补水养护，并在表面立即覆盖清洁的塑料膜。可采用自动喷水系统和喷雾器，应使水呈雾状，不可形成水流，亦不得直接以水雾加压于混凝土面。湿养护应不间断，不得形成干湿循环。（4）混凝土初凝后撤去塑料膜，用土工布覆盖，洒水养生。覆盖物完全盖住混凝土表面，并予以固定妥当。,（5）混凝土终凝后，应尽早拆除模板，进行保水养护，T梁顶板覆盖土工布浇水养护，以能保持混凝土处于湿润状态为准。在一般气候条件（气温在15）下，混凝土浇注后最初3天时，白天每隔2h浇水1次，夜间至少浇水2次。在以后的养护期中，每昼夜至少浇水4次。在干燥气候条件下，浇水次数适当增加。正温条件下浇水天数不少于7天。（6）竖向构件：用麻袋、草
15、片、竹帘等做成帘式覆盖物密贴包裹，在顶部用花管喷水养护；或采用养护剂养护。（7）采用塑料布覆盖养护时，其敞露的全部表面应采用塑料布覆盖严密，并应保持塑料布内有凝结水。,（8）在高温情况下，钢模板安装后，由于温度很高，在浇注混凝土前要对钢模板外侧进行洒水降温。（9）混凝土表面浇注完毕后，由于水化热反应，钢模板温度会很高，这时在钢模板外壁采用草袋覆盖或洒水降温。,4、预应力施工质量控制,4.1 管道安装（1）管道定位准确，位置偏差严格控制，每50cm间距设一道定位钢筋，对平弯、竖弯处的空间预应力管道应加密定位，定位间距25cm，严防上浮、下沉和左右偏移。普通钢筋若与预应力管道冲突，移动普通钢筋，确
16、保管道位置正确。（2）为了不使预应力管道损坏，一切焊接应在预应力管道埋置前进行，管道安置后尽量不焊接。（3）预应力管道设置内衬管，混凝土终凝后及时拔出。,4.2 纵向预应力筋张拉（1）混凝土强度达到设计强度的90%以上、且其弹性模量达到设计值时，方可进行张拉工作。（2）预应力筋张拉时采用吨位和伸长量控制。实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内。（3）施工顺序：校验千斤顶、油表安工作锚安千斤顶工具锚预拉张拉至设计张拉力、记录伸长量持荷5分钟锚固回油卸工具锚、千斤顶压浆。（4）张拉前对千斤顶及油表进行标定并配套使用。（5）预应力筋的张拉按照左右对称，先下后上。（6）钢绞线一旦出现滑丝、断丝现
17、象，重新穿束张拉。,4.3 竖向预应力筋张拉（1）混凝土浇注前，对竖向预应力钢筋管道的预埋设专人负责检查，检查内容包括：管道平直度、螺旋筋安放是否正确、锚垫板是否水平等，确保竖向预应力传力准确。（2）为使腹板的竖向预压应力分布均匀，竖向张拉距离滞后不小于2个施工梁段。不允许一次张拉多个节段。（3）竖向预应力钢筋张拉施工前，设专人将预应力筋、锚具及垫板上浮锈、油污、混凝土浮渣和灰尘清除干净，并保证垫板表面的平滑，以减小钢筋回缩和接缝压缩量，从而减少竖向精轧螺纹钢筋张拉锚固时的应力损失。,（4）为充分消除各种不利的压缩变形，减少应力损失，采用二次张拉工艺，张拉步骤为：0 初始应力（10%k）设计控
18、制应力（ k ）0 初始应力（10% k ）设计控制应力（ k ）持荷2min 扭矩扳手锚固。（5）张拉到设计控制荷载后，使用经过检定的专用扭矩扳手，对螺帽进行拧紧锚固，均匀施加扭矩500Nm。不得采用无扭矩控制的简易扳手进行锚固。（6）每根钢束需做好张拉吨位和伸长量记录。,5、预制梁施工关键技术,现代桥梁工程不但对桥梁耐久性、安全性、舒适性等内在质量提出要求，还要求外形美观、表面平整、光洁。5.1 预制T梁混凝土浇注混凝土浇筑可采用分层浇筑方式，分层厚度30cm，从两端同时向中间浇筑。分层可分为马蹄、腹板和顶板三层。浇注时，从距端头3m 处开始，先向端头浇筑，借助混凝土拌和物的侧压力使混凝土
19、流向端头齿板下钢筋密集区并振捣密实；再由两端向跨中推进。采用高频插入式振捣器配合附着式振捣器振捣。应确保在浇筑上层混凝土时其下层混凝土还未初凝。,5.2 预制箱梁混凝土浇注箱梁混凝土浇筑按照“底板与腹板倒角处腹板顶板，从两端向中间”的原则，从箱梁两端向中间对称连续浇筑，以水平分层(分层厚度不大于300 mm) 、斜向分段(斜度为1:41:5) 的施工工艺进行。,混凝土振捣分别采用附着式振捣器和插入式振捣器相结合的方案。浇筑箱梁底板与腹板倒角处时，以插入式振捣为主，辅以附着式振捣。浇筑箱梁其他部位时，采用插入式振捣。,5.3 养护混凝土的养护主要是做到保温、保湿。要真正做好养护，其关键在于掌握好
20、开始养护的时机，同时控制好养护过程中补充水分的频率。箱梁体积大、厚度薄、凌空面多，对高性能混凝土的养护要求很高，根据箱梁不同部位而采用不同的养护方法。 顶板养护：在混凝土初凝过程中，应特别注意加强混凝土表面的保湿和补水工作。当气温较高、气候干燥时宜用喷雾保湿，不得用水直接冲刷混凝土表面。混凝初凝后对桥面覆盖土工布并进行浇水养护，并在养护期保持混凝土表面一直处于湿润状态 。, 箱室内养护：由于箱内底板不受日照及大风的影响，因此待底板混凝土初凝后，直接采用浇水养护。内模单块牵引出箱室后，可在腹板内侧及箱内顶板上均匀喷洒养护剂。低温季节，混凝土浇注后立即用帆布将箱室两端封闭，以避免在箱室内形成风道，
21、不利于箱梁养护。 箱梁腹板外侧、翼板底面、底板底面养护：由于这些部位无法实现浇水保湿，因此只能采用喷洒养护剂进行养护。箱梁移离制梁台座后，及时对底板底面喷洒养护剂。 T梁的腹板、翼板底面由于较难实现浇水保湿，可采用喷洒养护剂养护。,5.4 预应力张拉为加快制梁台座周转，并避免早期开裂，纵向预应力可采用二阶段张拉工艺：（1）当混凝土强度和弹性模量达到设计值的85%和80%以上时，进行部分腹板束和底板束张拉；（2）将梁搬运至存梁台座；（3）待混凝土强度和弹性模量均达到设计值时，再进行其他束的张拉。,6、有支架施工中的支架预压,在支架上就地浇筑施工是古老的施工方法，它的主要特点是桥梁整体性好，施工简
22、便可靠，对机具和起重能力要求不高。对预应力混凝土连续桥来说，结构在施工中不出现体系转换问题。但需要大量施工脚手架，施工期长。目前采用碗扣式支架作为现浇箱梁的支撑体系较为普遍。在浇筑混凝土前，需要进行支架的预压。,支架预压的目的：（1）检查支架的承载能力和稳定性；（2）减少和消除支架的非弹性变形及地基不均匀沉降；（3）取得支架弹性变形值，为支架预拱度设置提供依据，从而确保桥梁混凝土成形后的线形及质量。支架预压时的注意事项：（1）预压重量要准确计量。在考虑梁体自重和施工活载的情况下，为保证施工安全，预压荷载值取梁体自重1.2倍。（2）在预压过程中备足防雨材料，避免雨水过大使预压荷载变化较大，不能准
23、确的收集到预压所需要的各种参数。,（3）加载预压测量观测极其重要，必须认真、真实做出记录，认真观测加载前后沉降量和其它特殊变形及位移，为箱梁模板的制作提供真实、可靠的高程及位移数据。（4）预压顺序为：根据主梁混凝土的施工方向，预压依照施工顺序，先于钢筋施工进行，这样就可以与钢筋绑扎、混凝土浇筑进行流水作业。预压前在箱梁底模上每5m为断面布设观测点，左、中、右三个，根据观测点进行观测。（5）预压逐级进行，每层每级以20t左右为宜，每级加载后持荷不少于30分钟，全部加载结束后，随时观测，确保真实反映支架变形情况，及时跟踪观测变形值。,（6）预压期视支架变形稳定及地基的沉降稳定日期而定，一般不少于3
24、天。地基支架稳定后，卸载前测量高程，以后将此高程同卸载后高程进行比较即为回弹变形值。卸荷应分层均匀卸载，杜绝一边先卸，以防支架偏载倾覆。（7）根据加载预压观测结果确定地基承受力是否满足要求，设置适宜的预拱度，及时调节支架顶面高程，满足箱梁施工要求，按设计高程加理论计算挠度和加实测弹性变形值的总和来调节底模标高。,支架预压事故2007年6月13日，广州市东二环珠江黄埔大桥S06标78墩在预压试验过程中，脚手架突然坍塌，造成现场施工人员2死2伤。事故原因是由于连日大雨，用来测试压力的沙袋浸水过重所致。,支架预压事故2001年9月25日上午9时，由中铁12局第5工程队负责施工的京福高速公路三明连接线SLA5段（梅列互通A匝道桥）支架模板预压试验台突然垮塌，27人被埋，死亡6人。,支架预压2010年1月3日，昆明新机场配套引桥工程在混凝土浇筑施工中，突然发生了支架垮塌事故。 共造成7人死亡，8人重伤，26人轻伤。 事故原因是支架搭设质量差，没有预压。,支架预压事故2008年11月8日，杭州江宁区龙眠大道的地铁一号线南延线第15标段发生支架预压过程中坍塌事故，7名工人被埋，均不同程度受伤。压重的沙袋里装的是红土，由于连续下雨，沙袋中的红土存水后重量增大，施工方仍按原有试压标准将沙袋放在脚手架上，超过了脚手架的承重范围，酿成了事故。,