談市政橋梁預(yù)應(yīng)力后張拉施工

趙振東

(中水電鄭州投資公司，河南鄭州 450001)

0 引言

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)作為克服橋梁跨度不斷增大的有效手段已被廣泛使用。但預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量對(duì)橋梁整體質(zhì)量的影響較大，有效預(yù)應(yīng)力的大小將直接影響橋梁的受力性能。因此，通過(guò)控制預(yù)應(yīng)力后張法施工張拉前、張拉及灌漿等階段的質(zhì)量來(lái)減少預(yù)應(yīng)力損失值，是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制的一個(gè)重要內(nèi)容。本文將針對(duì)鄭州三環(huán)路快速化工程施工中預(yù)應(yīng)力后張法施工質(zhì)量控制問(wèn)題進(jìn)行初步探討。

1 工程概況

鄭州三環(huán)路快速化工程，是鄭州市重點(diǎn)工程之一，項(xiàng)目位于鄭州的中心城區(qū)，是鄭州市主城區(qū)快速路系統(tǒng)“一環(huán)兩縱三橫”中的關(guān)鍵“一環(huán)”。

西三環(huán)隴海路互通立交是三環(huán)路快速化的控制性工程。其中，隴海路主線(xiàn)長(zhǎng)度 1114m(K-1+494.30～ K0+599.26)，共11聯(lián)。西三環(huán)主線(xiàn)長(zhǎng)度2470m(K6+157.29～K8+627.61)，共28聯(lián)。西三環(huán)立交南北向?yàn)槲魅h(huán)快速通道，東西向?yàn)殡]海路快速通道，立交包括 ES，EN，NE，NW，WS，WN，SE，SW，JS九條匝道，共69聯(lián)。

2 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算

GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的預(yù)應(yīng)力損失值有張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮σl1、預(yù)應(yīng)力筋的摩擦(與孔道壁之間的摩擦、張拉端錨口摩擦、轉(zhuǎn)向裝置處的摩擦)σl2、混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫差σl3、預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛σl4、混凝土的收縮和徐變?chǔ)襩5、混凝土的局部擠壓σl6。同時(shí)規(guī)范中還建議后張法的預(yù)應(yīng)力損失按照表1進(jìn)行組合。

表1 各階段預(yù)應(yīng)力損失值的組合

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，各國(guó)學(xué)者對(duì)采用高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線(xiàn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行了大量試驗(yàn)與分析，并估算了預(yù)應(yīng)力損失值。1975年，美國(guó)公路橋梁規(guī)范(AASHTO)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋總損失值作出了規(guī)定，如表2所示。

表2 預(yù)應(yīng)力鋼筋總損失值

1976年，美國(guó)后張混凝土協(xié)會(huì)(PTI)也對(duì)后張預(yù)應(yīng)力筋近似總損失值作出了相關(guān)規(guī)定。

由于預(yù)應(yīng)力總損失值取決于很多因素，如:混凝土和鋼材的性能，養(yǎng)護(hù)與濕度條件，預(yù)加應(yīng)力的時(shí)間和大小以及預(yù)應(yīng)力工藝等，所以很難制定統(tǒng)一的預(yù)應(yīng)力損失值。針對(duì)在常規(guī)條件下養(yǎng)護(hù)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，林同炎提出了用張拉控制應(yīng)力σcon表達(dá)的總損失及各組成因素?fù)p失的平均值，如表3所示。

表3 預(yù)應(yīng)力損失值 %

影響預(yù)應(yīng)力損失的因素很多且相互制約，個(gè)別預(yù)應(yīng)力的損失甚至與時(shí)間相關(guān)，再加上施工環(huán)境的復(fù)雜多變，因此施工中很難精確計(jì)算預(yù)應(yīng)力的損失而只能進(jìn)行合理的估算。

施工中首先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的孔道摩擦損失實(shí)驗(yàn)，確定預(yù)應(yīng)力張拉的損失值。將設(shè)計(jì)的受力值確定為施工中修訂后的控制值。

3 箱梁施工階段的質(zhì)量控制

3.1 波紋管的鋪設(shè)與錨墊板的安裝

1)箱梁施工中要嚴(yán)格控制波紋管的鋪設(shè)與錨墊板的安裝質(zhì)量，確保鋼絞線(xiàn)受力方向正確，每50cm用定位筋對(duì)波紋管進(jìn)行加固。波紋管扭曲或者錨墊板位置錯(cuò)誤都將影響預(yù)應(yīng)力損失值的大小和受力分布。2)錨墊板與孔道嚴(yán)格對(duì)中并垂直。通過(guò)在錨墊板與模板之間加一層橡膠墊對(duì)錨墊板上的注漿孔進(jìn)行封堵，防止?jié)仓r(shí)混凝土漏入孔道將注漿孔堵死，給施工造成困難。

3.2 鋼絞線(xiàn)下料及穿束

1)鋼絞線(xiàn)束下料長(zhǎng)度=錨固長(zhǎng)度+工作長(zhǎng)度，工作長(zhǎng)度為兩端錨具之間的預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度。2)預(yù)應(yīng)力束鋼絞線(xiàn)采用整束穿入，穿入孔道前鋼絞線(xiàn)排列理順，延長(zhǎng)度方向每隔2m用鐵絲捆扎一道。波紋管的接口極易破損，所以穿束時(shí)要緩慢進(jìn)行，為了減少鋼束對(duì)波紋管接口的沖擊使鋼絞線(xiàn)順利通過(guò)孔道，應(yīng)扎緊鋼束的前端并裹膠布。安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行全面檢查，以查出可能被損壞的管道。如發(fā)現(xiàn)波紋管被損壞，應(yīng)及時(shí)用膠帶纏裹緊密，避免發(fā)生漏漿。3)箱梁施工中安排專(zhuān)人拉動(dòng)鋼絞線(xiàn)，以避免因波紋管破裂堵管影響預(yù)應(yīng)力施工。

4 張拉前的準(zhǔn)備工作

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%以上可施加預(yù)應(yīng)力，張拉施工可分為三階段(預(yù)張拉、初張拉、終張拉)或兩階段(初張拉、終張拉)施工，隴海路互通立交橋梁預(yù)應(yīng)力張拉根據(jù)設(shè)計(jì)采用兩階段施工。

施工前首先對(duì)鋼絞線(xiàn)理論伸長(zhǎng)值進(jìn)行計(jì)算，并制成表格，用以指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力張拉，千斤頂、油表標(biāo)定完畢，根據(jù)油表標(biāo)定的結(jié)果繪制油表讀數(shù)與張拉力的曲線(xiàn)，并根據(jù)曲線(xiàn)確定相應(yīng)張拉力對(duì)應(yīng)的油表讀數(shù)。張拉施工工人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制。

4.1 原材、張拉設(shè)備檢驗(yàn)

鋼絞線(xiàn)、錨具進(jìn)場(chǎng)時(shí)，必須具有合格證，施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收并按批次、數(shù)量進(jìn)行原材料檢驗(yàn)，不合格產(chǎn)品不得使用。

1)預(yù)應(yīng)力材料為φs15.2高強(qiáng)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)(GB/T 5224-2003技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860MPa，鋼絞線(xiàn)試驗(yàn)不合格不得使用。鋼絞線(xiàn)的表面不得有潤(rùn)滑劑、銹蝕的現(xiàn)象，更不得有肉眼可見(jiàn)的麻坑。

2)波紋管采用塑料波紋管，要求滿(mǎn)足JTJ 529-2004預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管的要求，波紋管表面要清潔、無(wú)裂紋現(xiàn)象。接口必須牢固，用塑料膠帶進(jìn)行纏裹，保證混凝土澆筑期間波紋管內(nèi)不發(fā)生漏漿現(xiàn)象。

3)錨具夾片的表面應(yīng)無(wú)砂眼、裂縫和小坑等現(xiàn)象。對(duì)錨環(huán)或錨板應(yīng)進(jìn)行幾何尺寸和錐度檢驗(yàn)，并應(yīng)仔細(xì)查看錐孔面是否光滑，有無(wú)毛刺及小坑等不平的現(xiàn)象，并做硬度檢驗(yàn)。對(duì)錨具按5%頻率進(jìn)行抽檢。

4)張拉設(shè)備千斤頂(穿心式雙作用千斤頂)、電動(dòng)油泵、壓力表、油管全套設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一檢測(cè)，配套千斤頂、壓力表。

5)擠壓式錨具所配套擠壓設(shè)備經(jīng)檢驗(yàn)合格后才可使用。凡屬下列情況之一者應(yīng)重新進(jìn)行配套標(biāo)定:a.啟用新千斤頂或新壓力表;b.張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)連續(xù)發(fā)生斷絲現(xiàn)象;c.實(shí)測(cè)預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)值與計(jì)算值超標(biāo);d.千斤頂嚴(yán)重漏油，重新更換油封者;e.壓力表指針不回零。

4.2 預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備及儀表要求

預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備及儀表要求如下:

1)張拉千斤頂額定噸位宜為張拉力的1.5倍，且不得不小于其1.2倍。使用前應(yīng)校正張拉千斤頂，校正系數(shù)不大于1.05。張拉千斤頂校正有效期為一個(gè)月且不超過(guò)200次張拉作業(yè)，其行程也應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)工藝的要求。2)千斤頂標(biāo)定可采用水銀壓力計(jì)或壓力傳感器等測(cè)力計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。3)壓力表首次使用前必須經(jīng)計(jì)量部門(mén)檢定。使用時(shí)必須定期檢定，檢定有效期為一周。當(dāng)使用0.4級(jí)時(shí)，檢定有效期可為一個(gè)月。壓力表應(yīng)為防振型，最大讀數(shù)應(yīng)為張拉力對(duì)應(yīng)壓力值的1.5倍～2.0倍，精度不應(yīng)低于1.0級(jí)。4)油泵的額定壓力應(yīng)為張拉力對(duì)應(yīng)值的1.5倍。油箱容量宜為張拉千斤頂總輸油量的1.5倍。張拉千斤頂、壓力表、油泵等應(yīng)配套校正、配套使用。當(dāng)使用過(guò)程中出現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)重新校正。

5 預(yù)應(yīng)力張拉施工

5.1 錨具及千斤頂安裝

錨具及千斤頂安裝順序?yàn)?

1)完成張拉機(jī)具的檢驗(yàn)工作;2)安裝工作錨板;3)安裝工作錨夾具;4)安裝限位板;5)安裝千斤頂;6)安裝工具錨;7)安裝工具錨夾片，如圖1所示。

圖1 錨具及千斤頂安裝

5.2 預(yù)應(yīng)力張拉

預(yù)應(yīng)力張拉分為初張拉和終張拉兩個(gè)階段，初張拉開(kāi)始前先松動(dòng)內(nèi)模和側(cè)模，初張拉在梁體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%后進(jìn)行，初張拉后方可拆除底模及支撐。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值且混凝土齡期不少于7d時(shí)，開(kāi)始初張拉。預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)兩端同步、左右對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，最大不平衡束不超過(guò)1束。預(yù)施應(yīng)力采用張拉應(yīng)力值控制為主，采用雙控措施復(fù)核、控制伸長(zhǎng)值，保持張拉過(guò)程中兩端的伸長(zhǎng)值一致。

張拉控制:用油壓表讀數(shù)控制張拉應(yīng)力值并通過(guò)以預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值校核，如圖2所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力張拉控制

5.3 預(yù)應(yīng)力張拉順序

按照設(shè)計(jì)圖的規(guī)定及張拉順序張拉鋼絞線(xiàn)。張拉時(shí)左右對(duì)稱(chēng)張拉，最大不平衡束不超過(guò)1束，錨外控制應(yīng)力為0.66fpk～0.76fpk。

預(yù)應(yīng)力筋張拉程序?yàn)?

0→0.1 σk(作伸長(zhǎng)值標(biāo)記)→σk(停止5min)→補(bǔ)拉 σk(測(cè)伸長(zhǎng)值)→錨固(張拉頂油壓回零，測(cè)量總回縮量及夾片外露量)。

預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時(shí)采用雙控，即以控制拉力為主，控制鋼束實(shí)際伸長(zhǎng)值為輔，且實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的相對(duì)誤差不得超過(guò)±6%。

張拉時(shí)鋼束理論伸長(zhǎng)值ΔL計(jì)算如式(1)所示:

其中，ΔL為預(yù)應(yīng)力鋼束理論伸長(zhǎng)值;P為預(yù)應(yīng)力筋張拉力;Lt為預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際長(zhǎng)度;Ap為預(yù)應(yīng)力筋的截面積;Es為應(yīng)力鋼束的彈性模量。

實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值:預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉時(shí)，應(yīng)將張拉力調(diào)整到初應(yīng)力值0.1σcon，伸長(zhǎng)值應(yīng)從初應(yīng)力時(shí)開(kāi)始量測(cè)。鋼絞線(xiàn)的實(shí)際伸長(zhǎng)值除量測(cè)的伸長(zhǎng)值外，必須加上初應(yīng)力以下的推算伸長(zhǎng)值。

當(dāng)計(jì)算的實(shí)際伸長(zhǎng)值不在規(guī)范誤差范圍內(nèi)應(yīng)停止張拉，查找原因。

5.4 灌漿、封錨

預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，應(yīng)及時(shí)壓漿(可有效減少預(yù)應(yīng)力筋的松弛)。水泥漿水灰比宜采用0.40～0.45，最大泌水率不超過(guò)3%，水泥漿自調(diào)制到灌入孔道延續(xù)時(shí)間不宜超過(guò)30min～45min。壓漿應(yīng)從排氣孔壓出與規(guī)定稠度相同水泥漿為止，以保證管道中充滿(mǎn)灰漿，關(guān)閉出漿口時(shí)，應(yīng)保持0.6MPa的一個(gè)穩(wěn)定期，穩(wěn)壓期不宜少于2min。

錨固完畢，在灌漿完成，強(qiáng)度達(dá)到要求后，經(jīng)檢驗(yàn)合格不急于切斷多余鋼絞線(xiàn)，報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，錨固后的外露長(zhǎng)度不小于30mm。

6 張拉注意事項(xiàng)

1)在施加預(yù)應(yīng)力前應(yīng)做好鋼絞線(xiàn)進(jìn)場(chǎng)后的報(bào)驗(yàn)、千斤頂和油表以及配套油泵的校驗(yàn)工作。張拉設(shè)備設(shè)專(zhuān)人保管使用，并定期檢驗(yàn)、標(biāo)定、維護(hù)。張拉前仔細(xì)檢查錨具下面混凝土是否密實(shí)，如不密實(shí)，應(yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，再進(jìn)行張拉作業(yè)。2)預(yù)應(yīng)力施工時(shí)采用單端張拉和兩端張拉兩種方式，以張拉應(yīng)力和張拉伸長(zhǎng)值進(jìn)行“雙控”控制，并以張拉應(yīng)力控制為主。3)張拉應(yīng)緩慢進(jìn)行，逐級(jí)加荷，穩(wěn)步上升，防止發(fā)生事故;專(zhuān)人記錄張拉力和伸長(zhǎng)值，對(duì)張拉力進(jìn)行校核，防止壓力表故障造成張拉不足;張拉至設(shè)計(jì)油壓值后，持荷5min并測(cè)量伸長(zhǎng)值，然后將張拉油壓緩慢降至零，活塞回程夾片自動(dòng)跟進(jìn)錨固;張拉完畢后，卸下千斤頂及工具錨，檢查工具錨處每根鋼絞線(xiàn)的刻痕(若刻痕不平齊說(shuō)明有滑束現(xiàn)象，要對(duì)滑束進(jìn)行補(bǔ)拉，使其達(dá)到控制應(yīng)力，每束鋼束中斷絲滑絲數(shù)不得超過(guò)1根鋼絲)。

通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力后張法施工的各個(gè)環(huán)節(jié)(張拉前、張拉階段和灌漿)的質(zhì)量控制，在隴海路互通立交現(xiàn)澆梁施工中取得了優(yōu)良的效果，橋梁一次合格率達(dá)到100%，圓滿(mǎn)的完成了施工任務(wù)。

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