預(yù)應(yīng)力先張法板梁裂縫防控

毛安靜

(江蘇森淼工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212028)

1 前 言

為保證工程質(zhì)量,江蘇省交通工程建設(shè)局系統(tǒng)地總結(jié)了高速公路施工經(jīng)驗(yàn),編輯出版了《江蘇省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化指南(工地建設(shè)、橋梁工程)》,并以蘇交建[2011]40號(hào)文發(fā)布,列入招標(biāo)文件,在高速公路施工中全面實(shí)施。其中,對(duì)先張法預(yù)應(yīng)力板梁從預(yù)制梁場(chǎng)、混凝土拌和站、鋼筋加工場(chǎng)的設(shè)計(jì)建設(shè)到板梁預(yù)制施工工藝都做了較為詳細(xì)的規(guī)定?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650—2020)發(fā)布后,對(duì)先張法工藝要求更加明確。2018年5月發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)預(yù)制梁板施工質(zhì)量控制的通知》(錫通指工[2018]31號(hào)文),對(duì)預(yù)制梁尺寸、同養(yǎng)試塊、養(yǎng)生時(shí)間、起拱度檢測(cè)、存梁、出廠、安裝、異常梁板的處理等作了補(bǔ)充規(guī)定。但是,根據(jù)2014年以后橋梁交竣工驗(yàn)收檢測(cè)報(bào)告的統(tǒng)計(jì)分析,在部分工程項(xiàng)目中,先張法預(yù)應(yīng)力板梁的底板縱向裂縫仍然是較為突出的工程質(zhì)量通病。2017年開(kāi)工的溧陽(yáng)至高淳高速公路溧陽(yáng)段LYG-LY2標(biāo)段共有6座先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁橋,其中主線橋3座、支線上跨分離式立交橋2座、改路中橋1座,共有20 m先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁372片。2018年6月施工單位調(diào)取了高速公路已通車的10座空心板梁橋的交竣工驗(yàn)收?qǐng)?bào)告,其中有4座空心板梁橋底板縱向裂縫問(wèn)題比較突出。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際察看和底板裂縫位置統(tǒng)計(jì)分析,其中一座16 m板梁橋130片梁有26道縱向裂縫,裂縫率高達(dá)20%。一般一片梁只有1道裂縫,端部2～4 m處出現(xiàn)的概率最大,占47.5%,大多裂縫在底板橫向中部,貫通縫占10%?？v向裂縫線形不很規(guī)則,不是沿縱向鋼筋或鋼絞線分布,也不是沿加失效保護(hù)管的鋼絞線分布。以非荷載裂縫居多,初步判斷裂縫與施工工藝和施工控制不利關(guān)系較大。

因此,開(kāi)展先張法預(yù)應(yīng)力板梁底板縱向裂縫防治施工技術(shù)研究,對(duì)提高板梁品質(zhì)、降低修補(bǔ)成本、延長(zhǎng)梁板壽命具有重要意義。

《高速公路先張法預(yù)應(yīng)力板梁底板縱向裂縫防治施工技術(shù)規(guī)程》是依托溧陽(yáng)至高淳高速公路常州段LYG-LY2標(biāo)板梁預(yù)制,認(rèn)真總結(jié)了江蘇省公路板梁預(yù)制的施工經(jīng)驗(yàn),重點(diǎn)對(duì)施工過(guò)程中的工藝、方法、控制措施做出了規(guī)定,突出了先張法的預(yù)應(yīng)力預(yù)制板梁底板縱向裂縫的防治技術(shù)特點(diǎn),從而為高速公路板梁預(yù)制施工質(zhì)量提供了有力的保障。防裂縫技術(shù)的推廣將進(jìn)一步提升高速公路建設(shè)品質(zhì)、加快交通強(qiáng)省建設(shè)。

溧高高速公路南京段二標(biāo)段橋梁上部結(jié)構(gòu)形式均為先張法預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu),本標(biāo)段共有先張法板梁900片,在施工初期,空心板梁在底板、腹板和頂板不同位置均出現(xiàn)過(guò)不同程度的非結(jié)構(gòu)性裂縫,這類裂縫在以往的工程中也是經(jīng)常出現(xiàn)的。項(xiàng)目組對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了認(rèn)真分析,最終得出結(jié)論,裂縫的產(chǎn)生是由于在施工準(zhǔn)備、模板安裝、混凝土澆筑、張拉及鋼筋綁扎等工序上存在問(wèn)題。為避免裂縫,在工藝控制過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按施工要求進(jìn)行,應(yīng)通過(guò)質(zhì)量提升活動(dòng),對(duì)先張法板梁的施工工藝進(jìn)行操作研究,找出引起裂縫的關(guān)鍵工序,并予以規(guī)范,從而抑制裂縫的產(chǎn)生。

2 施工準(zhǔn)備工作

2.1 技術(shù)和機(jī)具準(zhǔn)備

在施工前對(duì)設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行研究,制訂好施工技術(shù)方案和施工組織設(shè)計(jì),根據(jù)板梁預(yù)應(yīng)力施加噸位設(shè)計(jì)張拉臺(tái)座[1]。按圖紙要求,計(jì)算單片梁的重量情況,設(shè)計(jì)和租用起重設(shè)備進(jìn)行起吊計(jì)算。同時(shí),根據(jù)混凝土方量來(lái)設(shè)計(jì)和確定拌和樓混凝土拌和的能力。

熟悉施工技術(shù)規(guī)程和相關(guān)規(guī)范,制訂符合本項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)的施工操作規(guī)程,并向作業(yè)班組、施工人員分級(jí)、分期作技術(shù)交底和安全交底[2]。

根據(jù)板梁的情況和場(chǎng)地建設(shè)情況,選擇合適的提升設(shè)備,如慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)、電動(dòng)葫蘆、導(dǎo)鏈、龍門吊、汽車吊等[3]。對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行選擇和核對(duì),以確保適合本工程。千斤頂應(yīng)該采用穿心式的,張拉采用的油泵需要進(jìn)行校對(duì)。張拉所用的工具錨、切割鋼絞線的砂輪機(jī)以及用于臨時(shí)錨固的鋼梁等亦應(yīng)檢核。板梁的張拉應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,必須是同型號(hào)兩個(gè)千斤頂同時(shí)張拉,張拉的具體要求是張拉能力必須符合規(guī)范要求,并大于最大張拉力值150%[4]。所采用的工具錨(預(yù)應(yīng)力鋼鉸線用)和錨具內(nèi)的夾片在特殊情況下采用的連接器等,應(yīng)確保適應(yīng)性良好,還必須滿足國(guó)家、省、行業(yè)或業(yè)主的規(guī)定。在使用前,各種型號(hào)的千斤頂、張拉配套使用的油表或者壓力表以及在智能設(shè)備上使用的應(yīng)力傳感器等所有的影響力值的工具,都必須由具備相應(yīng)資質(zhì)的試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)予以檢定和校準(zhǔn)。施工前,還必須檢查進(jìn)場(chǎng)的錨具、夾片的型號(hào)是不是符合規(guī)范要求和出廠合格證,數(shù)量是不是滿足本期工程的用量要求,并進(jìn)行外觀檢查、洛氏硬度檢查以及靜載錨具性能檢查[5]。

2.2 材料準(zhǔn)備

工程上所用的各種型號(hào)的鋼絞線以及普通的鋼筋應(yīng)滿足規(guī)范、圖紙和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的最新規(guī)定。

按照混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求,進(jìn)行混凝土試驗(yàn)室配合比試驗(yàn),混凝土配合比除應(yīng)滿足先張預(yù)應(yīng)力板梁設(shè)計(jì)及施工要求外,還應(yīng)符合以下要求。

(1)宜采用高效聚羧酸減水劑,水膠比宜不大于0.4,設(shè)計(jì)坍落度宜控制在140～180 mm[6]。

(2)應(yīng)對(duì)碎石進(jìn)行堅(jiān)固性、堿活性等檢測(cè),不應(yīng)使用對(duì)混凝土有堿活性反應(yīng)的集料。

(3)對(duì)新拌混凝土進(jìn)行外觀檢查,如混凝土是否均勻,顏色是否有較大偏差,是否泌水,是否存在離析等。

(4)開(kāi)拌前,測(cè)試材料含水量,確定施工配合比。

2.3 張拉臺(tái)座

應(yīng)根據(jù)預(yù)制臺(tái)座底模地基承載力計(jì)算結(jié)果,采取合適的工程措施,以使地基承載能力達(dá)到原狀土承載力的1.5倍,并避免不均勻沉降。在制作張拉臺(tái)座時(shí),應(yīng)保證臺(tái)座有一定的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性,確保堅(jiān)固,不得出現(xiàn)不均勻沉陷。臺(tái)座的底?？刹捎盟ナ虿讳P鋼板,鋼板的厚度應(yīng)在6 mm以上,平整度應(yīng)控制在3 mm以內(nèi)。臺(tái)座應(yīng)進(jìn)行抗傾覆計(jì)算,必要時(shí)進(jìn)行荷載試驗(yàn),其安全系數(shù)應(yīng)≥1.5,抗滑移系數(shù)應(yīng)大于≥1.3。

3 施工工藝控制

首先清理預(yù)制臺(tái)座底模,涂刷脫模劑,然后在預(yù)制臺(tái)座上,準(zhǔn)確放出板梁端線,同時(shí)預(yù)布底板橫筋和梁底鋼板。

3.1 鋼絞線及鋼筋施工

富余長(zhǎng)度問(wèn)題經(jīng)常被技術(shù)人員忽視,有人認(rèn)為,富余長(zhǎng)度保持在一定條件下就行了,事實(shí)上,如果小于30 cm則會(huì)可能造成安全隱患。鋼絞線布設(shè)時(shí),應(yīng)避免鋼絞線與脫模劑接觸,否則會(huì)產(chǎn)生黏結(jié)性問(wèn)題。在布設(shè)鋼絞線時(shí),應(yīng)采用梳齒板固定措施,以保證鋼筋間距和鋼筋保護(hù)層厚度準(zhǔn)確。

鋼絞線預(yù)應(yīng)力失效部分應(yīng)用PVC管包裹,PVC管應(yīng)滿足剛度要求,確保其不出現(xiàn)變形和損壞,PVC管的直徑不宜過(guò)大,能穿進(jìn)鋼絞線即可,其兩端應(yīng)封閉密實(shí),確保不進(jìn)入水和水泥漿。

張拉鋼絞線時(shí),應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,張拉完成后在自然溫度濕度條件下放置8 h以上,并滿足以下要求:

(1)用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的穿心式千斤頂進(jìn)行張拉,從兩端的鋼絞線開(kāi)始,對(duì)稱地調(diào)整單根鋼絞線的初應(yīng)力。初應(yīng)力應(yīng)為總張拉力的0.1～0.15倍。

(2)張拉采用雙控,即用控制應(yīng)力整體張拉施工,并在張拉結(jié)束后,用鋼絞線的總伸長(zhǎng)量進(jìn)行校核,鋼絞線的實(shí)際伸長(zhǎng)值與計(jì)算的理論伸長(zhǎng)值之差值必須符合相應(yīng)要求,且差值應(yīng)在6%以內(nèi),否則應(yīng)停止張拉施工,查清原因后,再采取相應(yīng)的措施,方可繼續(xù)張拉。

(3)鋼絞線張拉時(shí),應(yīng)分級(jí)張拉并考慮千斤頂?shù)男谐?保持荷載的時(shí)間應(yīng)在5 min以上,然后才能進(jìn)行鋼絞線的錨固。

3.2 模板及與模板有關(guān)的鋼筋安裝

模板安裝時(shí),模板底部的外側(cè)與側(cè)面端部粘貼6 mm厚的細(xì)孔多孔海綿條用于防止接縫處漏漿。側(cè)模宜用拉桿和橫撐固定于臺(tái)座支撐梁上,確保模板不上浮。

模板采用定位卡具,確保定位準(zhǔn)確、間距均勻。

鋼筋骨架的保護(hù)層控制應(yīng)采用梅花形高強(qiáng)砂漿墊塊,其強(qiáng)度應(yīng)不低于混凝土強(qiáng)度,綁扎牢固,墊塊布置的數(shù)量≥4個(gè)/m2,底板橫向鋼筋與縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)綁扎,確保底板橫向箍筋不下沉,預(yù)制板梁底板保護(hù)層厚度須滿足設(shè)計(jì)要求。

鉸縫鋼筋安裝時(shí)應(yīng)確保其與模板密貼,并采取有效的固定措施,確?；炷敛鹉Ｍ戤吅竽軌蛄⒓从萌斯よ彸?。

3.3 底板混凝土澆筑

澆筑混凝土前,應(yīng)將模板里面的垃圾雜物、由于模板不平造成的積水以及鋼筋與鋼絞線表面附著的油污等清理干凈。同時(shí),技術(shù)人員要對(duì)模板、各種支撐件、鋼筋和預(yù)埋件等進(jìn)行全面檢查,同時(shí)進(jìn)行記錄,符合要求后可開(kāi)始澆筑。從一端向另一端連續(xù)澆筑?；炷翍?yīng)布料均勻,澆筑厚度符合設(shè)計(jì)要求。振搗時(shí)宜分兩排振點(diǎn),振搗時(shí)間宜≥20 s,應(yīng)加強(qiáng)馬蹄部位、鋼筋密集部位的混凝土振搗。在混凝土振搗過(guò)程中,振動(dòng)棒始終不能觸碰到鋼絞線,視情況適當(dāng)傾斜插入,增大振搗棒與混凝土的接觸面積。

3.4 氣囊芯模安設(shè)

芯模使用前應(yīng)充氣檢查有無(wú)破損,確認(rèn)無(wú)破損后涂刷水溶性脫模劑。底板內(nèi)的混凝土澆筑工作完畢后,布設(shè)氣囊狀內(nèi)芯模,且控制好芯模布設(shè)時(shí)間,一般應(yīng)在15～20 min內(nèi)完成,芯模充氣壓力宜控制在0.015～0.017 MPa。隨時(shí)檢查氣囊芯模氣壓,確保氣壓穩(wěn)定。

固定氣囊芯模的U形定位鋼筋應(yīng)與底板鋼筋綁扎牢固,間距符合設(shè)計(jì)要求且不大于40 cm;氣囊芯模頂部的水平定位筋與U形定位鋼筋交叉點(diǎn)應(yīng)逐一綁扎,不應(yīng)跳扎。

所有鋼筋、扎絲端頭不得靠近氣囊芯模,U形定位鋼筋宜采用平鉤,確保不刮破氣囊。

3.5 腹板、頂板混凝土澆筑

澆筑用混凝土宜采用高效聚羧酸減水劑,水膠比宜不大于0.4,設(shè)計(jì)坍落度宜控制在140～160 mm。對(duì)碎石等粗集料進(jìn)行堿活性檢驗(yàn),不可采用有堿活性反應(yīng)的粗集料。檢查混凝土拌合物的均勻性,混凝土應(yīng)顏色一致,無(wú)離析和泌水現(xiàn)象。

在底板混凝土尚未終凝前,開(kāi)始澆筑腹板的混凝土。兩側(cè)腹板應(yīng)均勻布料,腹板混凝土振搗時(shí)采用兩臺(tái)振搗泵從兩側(cè)同時(shí)、對(duì)稱振搗,確保氣囊芯模不偏位。在頂板的混凝土進(jìn)行振搗的時(shí)候,注意加強(qiáng)倒角部位混凝土的振搗,且注意不能接觸碰到芯模氣囊和鋼模。

3.6 養(yǎng)生及脫模

混凝土在振搗澆筑完畢后即進(jìn)入混凝土養(yǎng)生環(huán)節(jié),一般采用土工布覆蓋保濕;在板梁的內(nèi)箱應(yīng)進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù),水的有效深度宜在10 cm左右。連續(xù)養(yǎng)生時(shí)間應(yīng)≥7 d。當(dāng)氣溫在5 ℃以下時(shí),應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行冬期施工操作。

混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)(一般為0.5 MPa),對(duì)芯模進(jìn)行放氣拆除。

混凝土的同條件試件強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以上時(shí),可以對(duì)中梁側(cè)面模板進(jìn)行拆除;當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度的70%時(shí),可以拆除邊梁側(cè)模。

3.7 放張

在同一槽澆筑的最后一片梁混凝土強(qiáng)度以及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),可以進(jìn)行放張施工。如果設(shè)計(jì)圖紙沒(méi)有規(guī)定時(shí),混凝土的強(qiáng)度應(yīng)不低于設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)值的80%,彈性模量應(yīng)不低于混凝土28 d彈性模量的80%。由兩臺(tái)千斤頂分階段、緩慢、均勻、對(duì)稱進(jìn)行,卸荷總時(shí)間宜≥30 min。放張后預(yù)制板梁宜靜置24 h,鋼絞線切割應(yīng)由放張端開(kāi)始,依次向另一端切斷,應(yīng)采用砂輪鋸等機(jī)械切割,不應(yīng)采用電弧焊、乙炔火焰等切割。

封端前應(yīng)清理梁板內(nèi)箱雜物。頂板澆筑時(shí)應(yīng)預(yù)留封端混凝土澆注孔。放張后,用預(yù)制堵頭板立模,采用與梁體強(qiáng)度等級(jí)相同的混凝土,從工作孔澆注封端。

4 結(jié) 論

溧高高速公路使用本工藝進(jìn)行裂縫控制,得到以下結(jié)論。

(1)施工工藝得到了規(guī)范,解決了傳統(tǒng)施工中腹板裂縫、底板縱向裂縫的問(wèn)題。

(2)工藝改進(jìn)后,混凝土的強(qiáng)度均勻性得以提高,超聲回彈強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)差僅為0.23 MPa左右,保證了構(gòu)件各部分強(qiáng)度均勻。

(3)改進(jìn)工藝后,構(gòu)件的外觀質(zhì)量得以提高,氣孔、漏漿、蜂窩麻面、氣囊上浮引起的保護(hù)層不均勻等現(xiàn)象得到有效控制。

(4)溧高高速公路南京段二標(biāo)采用本方法進(jìn)行質(zhì)量控制后,經(jīng)兩年持續(xù)觀測(cè)板梁裂縫開(kāi)展情況,未發(fā)現(xiàn)板梁明顯裂縫,證明措施有效。