從瓜星公鐵立交大橋淺談預(yù)應(yīng)力技術(shù)在箱梁施工上的應(yīng)用

徐強

(甘肅恒達路橋工程集團有限公司,甘肅蘭州 730070)

從瓜星公鐵立交大橋淺談預(yù)應(yīng)力技術(shù)在箱梁施工上的應(yīng)用

徐強

(甘肅恒達路橋工程集團有限公司,甘肅蘭州 730070)

隨著公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展,我國橋梁的技術(shù)也得到了飛速發(fā)展,預(yù)應(yīng)力在公路橋梁中得到了較為廣泛的應(yīng)用。加之高強度鋼材和高標號水泥的出現(xiàn),預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用前景更加廣闊。本文從瓜星高速公路項目瓜星公鐵立交大橋預(yù)應(yīng)力箱梁施工的實踐出發(fā),對后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)有了更深入的理解。本文介紹后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的預(yù)應(yīng)力施工工藝以及在施工過程中應(yīng)該注意的事項。

預(yù)應(yīng)力 箱梁 鋼絞線 張拉 壓漿

1 工程概況

瓜星公鐵立交是連霍高速在甘肅瓜州段為跨一條瓜州工業(yè)園公路和一條柳敦鐵路而設(shè)計的一座特大橋，共37跨，橋梁起點樁號為K4+895，終點樁號為K5+701，總長為806米?？鐝浇M合采用(5×20)+(5×20)+(5×20)+(5×20)+(6×30)+(6×20)+(5×20)m，橋梁交角為右偏120度，上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。K5+407.3大橋共有20米箱梁248片，30米箱梁48片。

2 箱梁預(yù)制

2.1 模板的制作與安裝

模板是供澆筑混凝土用的臨時結(jié)構(gòu)物，模板的堅固性，形狀的正確程度，拼裝的嚴密與否，都影響混凝土箱梁的質(zhì)量，尤其是箱梁兩端端頭模板的制作要求根據(jù)實際情況和設(shè)計要求特殊制作。否則如果制作不當，就會出現(xiàn)漏漿，影響錨下混凝土的質(zhì)量，在張拉的時候就容易出現(xiàn)等脫錨現(xiàn)象。模板與模板的平接頭應(yīng)該加海綿雙面膠條，以防漏漿。立模時應(yīng)對側(cè)模進行打磨，涂刷脫模劑，模板安裝就位后，測量調(diào)整側(cè)模標高，特別注意橫向坡度方向。

模板的底模使用強度為C30的混凝土胎模，胎模的表面鋪設(shè)厚度不小于5mm的鋼板，并保證其平整度滿足相關(guān)要求，同時底模要經(jīng)過駐地監(jiān)理的驗收。為了保證施工質(zhì)量，在施工前要首先對胎模進行清掃，然后涂抹隔離劑，最后還要在槽鋼內(nèi)以及底模的兩側(cè)分別鑲嵌軟橡膠管以及5mm的厚槽鋼，從而有效地防止漏漿事件的發(fā)生。

2.2 應(yīng)力系統(tǒng)的安裝

2.2.1 波紋管的安裝

應(yīng)力用波紋管采用鍍鋅鋼帶現(xiàn)場卷制，加工時盡量減少接頭，3和4束鋼絞線的波紋管Φ50mm，5束的為Φ55mm(負彎矩的波紋管在此不作介紹)。波紋管嚴格按設(shè)計圖紙坐標位置和要求安裝，并要以定位筋將波紋管固定牢固，在直線段約為1米一道“U”字形架立筋固定，曲線段加密成50cm一道，以免在混凝土澆筑過程中，波紋管產(chǎn)生移位，影響鋼束對箱梁混凝土的壓力，如果管道和鋼筋發(fā)生沖突，應(yīng)以管道位置不變?yōu)橹鳌Ｌ貏e注意在進行鋼筋焊接作業(yè)時，防止焊渣損傷波紋管，若發(fā)現(xiàn)有損傷應(yīng)用膠帶纏繞多層進行堵漏，防止混凝土在振搗過程中水泥漿進入波紋管堵塞管道。

波紋管管壁較薄，為防止在混凝土振搗過程中，波紋管變形，影響鋼絞線穿束和張拉我們一般在混凝土澆筑前在波紋管內(nèi)事先穿上和波紋管內(nèi)徑略小2-3mm的厚壁高強度塑料管，在混凝土澆筑過程中隨著混凝土澆筑一點點抽拔塑料管，以便形成完好的孔道。特別要注意塑料管的埋深，埋深一般控制在振搗完成段內(nèi)3m左右，如果拔管速度過快，將塑料管拔出未振搗段，使波紋管內(nèi)形成空腔，由于波紋管管壁較薄在振動棒的強力作用下會破裂，水泥漿會進入堵塞管道，將來無法穿過鋼絞線，會造成嚴重的質(zhì)量事故。如果拔管過晚，塑料管在水泥水化熱的的作用下膨脹，再進行拔管會出現(xiàn)困難，有可能把斷塑料管，將斷裂的塑料管留在波紋管內(nèi)，從而也會堵塞孔道，造成質(zhì)量事故。

2.2.2 錨墊板安裝

在張拉端分別安裝對應(yīng)型號和規(guī)格的錨墊板和螺旋筋，并將錨墊板喇叭口底端和波紋管連接牢固，錨墊板要牢固地安裝在模板上。要使墊板與孔道嚴格對中，并與孔道端部垂直，不得錯位。錨下螺旋筋及加強鋼筋要嚴格按圖紙設(shè)置，喇叭口與波紋管道要連接平順，密封。對錨墊板上地的壓漿孔要妥善封堵，防止?jié)仓炷習(xí)r漏漿堵孔影響注漿。安裝錨墊板時，對于兩端張拉的錨具，需特別注意壓漿孔向上放置。

3 預(yù)應(yīng)力張拉

3.1 鋼絞線安裝

3.1.1 鋼絞線的下料

鋼絞線必須在平整、無水、清潔的場地下料，鋼絞線下料長度要通過計算確定，計算應(yīng)考慮孔道曲線長，錨夾具長度，千斤頂長度及外露工作長度等因素，預(yù)應(yīng)力鋼絞線切割宜用砂輪鋸切割，嚴禁用電焊燒割。

3.1.2 鋼絞線的穿束

穿束前應(yīng)檢查管道是否暢通，如果出現(xiàn)堵塞孔道現(xiàn)象，必須采取措施疏通。鋼絞線相互平行，不得交叉，從中間向兩端每隔1m用鐵絲綁緊，鋼絞線端頭必須做成錐型并包裹，可利用人工或卷揚機進行牽引，并在箱梁混凝土澆砼后，混凝土養(yǎng)生達到設(shè)計強度時方進行穿束。過早的穿束，在混凝土養(yǎng)生過程中，會使鋼絞線生銹，影響鋼絞線的力學(xué)性能。在穿束時一定要防止鋼絞線扭曲，應(yīng)該分束平順后方可套裝錨環(huán)和夾片。

3.2 預(yù)應(yīng)力體系張拉

3.2.1 張拉前的準備

預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉是保證預(yù)制梁質(zhì)量的關(guān)鍵工序，張拉前需對試塊強度進行檢驗，嚴格按照設(shè)計要求，達到設(shè)計要求強度且具有7天以上的齡期方可進行張拉。若設(shè)計無規(guī)定，混凝土強度不得低于設(shè)計強度的75%時方可張拉。操作者要經(jīng)過培訓(xùn)、考核，要求持證上崗在進行張拉作業(yè)前，對千斤頂、油泵、壓力表進行配套標定，在張拉前應(yīng)有專人檢查油表所對應(yīng)的千斤頂，并每隔一段時間進行一次校驗，一般使用6個月或張拉200次以及出現(xiàn)異常就應(yīng)該重新進行校核。有幾套張拉設(shè)備時，對張拉設(shè)備進行編組，不同組號的設(shè)備不得混合。

3.2.2 張拉程序

對于曲線或長度大于25米以上的直線預(yù)應(yīng)力筋一般采用兩端張拉(瓜星公鐵立交大橋的所有箱梁均采用兩端張拉)。張拉關(guān)鍵要注意的是計算中考慮管道摩擦系數(shù)，依據(jù)設(shè)計文件說明，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用抗拉強度標準值fpk=1860MPa，錨下控制應(yīng)力為0.75fpk=1395MPa，公稱直徑d=15.2mm，管道摩擦系數(shù)μ=0.25；管道偏差系數(shù)k=0.0015；錨具回縮及變性：6mm；彈性模量Ep=1.95×105MPa。

理順張拉順序，確保應(yīng)力施加對梁體不造成損害，張拉采用兩端張拉施工，首先明確千斤頂安放的次序，20m箱梁嚴格按照N1—N2—N3，30m箱梁嚴格按照N1—N3—N2—N4左右對稱的順序張拉，其次，操作要嚴格遵照以下順序進行預(yù)應(yīng)力施加：張拉到初應(yīng)力P1(總張拉噸位的10%)——持荷1min(量測引伸量δ1)——張拉到應(yīng)力P2(總張拉噸位的20%)——持荷1min(量測引伸量δ2)——張拉到總控制應(yīng)力P(總張拉噸位的100%)——持荷2min(量測引伸量δ3)——回油歸零(量測引伸量δ4)。

鋼鉸線按照設(shè)計張拉力對稱進行，采用張拉應(yīng)力及引伸量雙控制的方法檢查張拉的質(zhì)量，預(yù)應(yīng)力鋼材張拉時的控制應(yīng)力應(yīng)以張拉時的伸長值進行校核。施工中應(yīng)做好各項記錄，以備檢查。

3.2.3 張拉應(yīng)力的計算 (以20m中跨箱梁N1號鋼束為例,N1孔道鋼絞線為4束)

(1)端部控制張拉力(注：δk＝1860×0.75=1395按設(shè)計要求取值)

(2)初應(yīng)力時張拉力(初應(yīng)力按照10%控制張拉力計算)

(3)平均張拉力：Pp=P(1-e-(kL+μθ))/(KL+uθ)K=0.0015 u=0.25公式中系數(shù)K、u分別選自《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)，L=19.402/2=9.701 θ=5.5×/180 (按設(shè)計文件取值)，則KL+uθ＝0.0015×9.701+0.25×5.5×/180=0.038549。

(4)控制應(yīng)力時平均張拉力：Pp=P(1-e-(kL+μθ))/(KL+uθ)

3.2.4 理論伸長值計算

后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉伸長值計算公式如下：

Ag——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面積mm2，單根取139mm2。

ΔL——預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值(mm) 。

Ep——預(yù)應(yīng)力筋彈性模量MPa(N/mm2)，取1.95×105MPa。

Pp——預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力(N) 。

L——從張拉端至計算機截面孔道長度(m) 。

P——預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力(N)。

θ——從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線夾角之和(rad)。

K——孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，取0.0015。

μ——預(yù)應(yīng)力筋孔道壁的摩擦系數(shù)，取0.25。

(1)理論伸長值

最大控制應(yīng)力時(100%)

初應(yīng)力時(10%)

3.2.5 實測伸長值計算

在初始張拉力狀態(tài)下作出標記，鋼絞線張拉10%P作為初應(yīng)力，測量初應(yīng)力10%P的實際伸長值△L1，測量100%P控制應(yīng)力下實測伸長值△L2。則實測伸長值S=(△L2-△L1)/(100%-10%)，這種計算方法是近似線性考慮的，誤差較大，沒有考慮10%P初應(yīng)力下的鋼絞線的松弛和千斤頂油缸回縮過程彈性壓縮量。為了減小誤差，我們可以在10%P、20%P、100%P應(yīng)力狀態(tài)各測量一組實際伸長值△L1、△L2、△L3，然后按S=(△L3-△L1)+(△L2-△L1)計算實際伸長值誤差會小一些。

3.2.6 偏差處理

箱梁預(yù)應(yīng)力的張拉采用雙控，即以張拉控制為主，以鋼束的實際伸長量進行校核，實測伸長值與理論伸長值的誤差不得超過規(guī)范要求(±6%)，否則應(yīng)停止張拉，分析原因，在查明原因并加以調(diào)整后，方可繼續(xù)張拉。張拉伸長率誤差=(實際測量的總伸長值-理論計算總伸長值)/理論計算總伸長值×100%≤±6%，否則應(yīng)分析原因，采取如下步驟予以調(diào)整。

(1)對千斤頂以及與之配對使用的壓力表進行重新校準。

(2)對鋼絞線作彈性模量檢驗(注意：在每批次鋼絞線到場后，所用部位的理論伸長量，需經(jīng)過該批次新的彈性模量值計算的理論伸長量)。

(3)放松預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，更換鋼絞線，重新進行張拉。

4 壓漿工程

在箱梁完成預(yù)應(yīng)力張拉工序以后，要及時進行孔道壓漿，以保護鋼絞線，防止發(fā)生銹蝕和鋼絞線預(yù)應(yīng)力松弛，并將鋼絞線和箱梁構(gòu)件的混凝土粘連成整體。

水泥漿的強度根據(jù)設(shè)計文件規(guī)定，一般不低30MPa，所用水泥強度不宜低于42.5R，水泥漿的拌合嚴格按照水泥漿配合比進行，設(shè)備主要是一臺水泥漿攪拌機。在拌治前要求篩除水泥中的結(jié)塊，材料的投放順序一般為：水—膨脹劑—水泥—減水劑，拌合時間一般以5分鐘為最佳。壓漿溫度不能低于5攝氏度，最高不易高于35攝氏度，否則應(yīng)在夜間溫度較低時進行壓漿。

5 結(jié)語

瓜星公鐵立交大橋能夠按期順利完工，離不開科學(xué)的管理和科學(xué)的施工技術(shù)。尤其是在預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制的關(guān)鍵工序上為項目的總體完工贏得了寶貴的時間，在實踐過程中也積累了寶貴的經(jīng)驗。以上就是筆者對預(yù)應(yīng)力技術(shù)的粗淺認識，希望同行能夠給予補充和完善。

[1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范《JTG/T F50-2011》:人民交通出版社,2011年8月.

[2]楊文淵.簡明公路施工手冊:人民交通出版社,1999年3月.

[3]范立礎(chǔ).橋梁工程:人民交通出版社,2001年.