京石客運專線雙線整榀箱梁預應力施工技術

范 勇

(中鐵十一局集團橋梁有限公司,江西鷹潭 335000)

1 工程概況

京石客運專線定州制梁場承擔了 JS-3標 DK185+853.95～DK216+257.33段 5座橋梁 623榀箱梁預制施工,其中 32m箱梁 589榀,24m梁 34榀。箱梁預制工期計劃為 2009年 3月 2日～2010年 5月 30日;箱梁供應計劃為 2009年 6月 18日～2010年 7月30日。

2 預應力施工技術

2.1 設計要求

梁場制梁為無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁(雙線),梁長有 32.6m和 24.6m,其中跨度分別為31.5m和 23.5m,兩種跨度梁基準面梁高為 3.05m,加高平臺梁高為 3.115m,橫向支座中心間距為 4.5 m,采用預應力鋼絞線型號為 1×7-15.2-1860,應符合《預應力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224—2003)標準。錨具為 M15-12、M15-9、M15-8和 M15-7,錨固體系采用自錨式拉絲體系,錨具應符合《鐵路工程預應力筋用夾片式錨具、夾具和連接器技術條件》(TB/T3193—2008),張拉設備采用與之配套的機具設備,管道形成采用直徑為90、80和70mm的抽拔管。預施應力按預張拉、初張拉和終張拉三階段進行。

箱梁梁體混凝土強度等級 C50,彈性模量 36GPa。混凝土強度達到設計強度的 60%(33.5MPa)時帶模預張拉;初張拉在梁體混凝土強度達到設計強度的 80%(43.5MPa)后進行,初張拉后箱梁方可吊離臺座;終張拉在梁體混凝土強度及彈性模量達到設計值100%(53.5MPa和 36GPa),且齡期不少于 10d時進行。預施應力采用兩端同步張拉并左右對稱進行,預施應力值以油壓表讀數為主,以鋼絞線伸長值進行校核,實測伸長值與理論伸長值控制在 ±6%以內。

2.2 施工工藝

2.2.1 預應力施工工藝流程

制孔→孔道清理→鋼絞線穿束→鋼絞線預張拉→鋼絞線初張拉→鋼絞線終張拉→鋼絞線切割。

2.2.2 制孔工藝

采用抽拔橡膠管制孔,膠管外徑有 φ90mm和φ80mm2種 。

(1)抽拔橡膠管定位

①為確保制孔位置正確,采用定位網定位、固定抽拔橡膠管,定位網按設計位置測量定位,并與鋼筋骨架焊接牢固。確保管道平順,定位準確,混凝土澆筑時抽拔管不上浮、不旁移、管道與錨具錨墊板垂直。

②制孔前用肥皂水或洗衣粉溶液認真涂刷膠管表面。嚴禁用具有腐蝕作用的油類等涂刷膠管。

③穿入順序:由下向上、由里向外,在跨中處套接,兩端對稱進行。穿管采用前面一人牽引,穿過相應的網眼,后面有人推進的方法。穿管過程中要注意防止鋼筋劃傷及劃破管壁,穿管前如發現有微小裂紋及時修補

④在綁扎鋼筋骨架時,管道定位網片同時按設計位置安放,定位網片設置間距為 50cm。吊裝底腹板鋼筋時加設縱向吊筋,防止鋼筋變形引起橡膠管移位。

(2)技術要求

①采用的膠管無表面裂口、表面熱膠粒、膠層海綿、膠層氣泡、表面雜質痕跡長度小于 3mm,深度不大于 1.5mm,且每米不多于 1處;外徑偏差 ±4mm;不圓率小于 20%;硬度(邵氏 A型)為 65±5,拉伸強度大于 12MPa,扯斷伸長率不小于 350%,300%定伸強度不小于 6MPa。

②定位網鋼筋允許偏差:預應力孔道定位網片采用點焊加工,位置誤差 ±2mm,孔眼尺寸誤差≤3mm,其中,水平筋的尺寸誤差是對最下一根鋼筋中心而言,豎向鋼筋的尺寸誤差是對網片中心而言,定位網片在沿梁長方向的定位誤差 ±3mm

③為了保證預留管道不串動、順直無死彎,要求制孔管表面無嚴重刮傷,任何方向的偏差,在距跨中 4m范圍內不大于 4mm,其余部位不大于 6mm。

2.2.3 鋼絞線制作、穿束

(1)制作工藝

①鋼絞線束孔位不同,其長度各異,須編號并事先標出全長,列表交工班據此下料。

②鋼絞線下料在經過硬化的棚內進行,鋼絞線須梳整、編束,確保鋼絞線順直、不扭轉。編束用 22號扎絲綁扎,每隔 1.5m扎 1道鐵絲,編束后須順直不扭轉。綁束完畢后,按梁規格掛牌,防止錯用。

③穿束前檢查錨墊板喇叭孔及壓漿孔內是否有灰渣和積水,在保證管道暢通的情況下才能穿入鋼絞線,穿束采用人工穿束或加工特制穿束器穿束。

(2)技術要求

①在貯存、運輸和安裝過程中,采取防止銹蝕、污染及損傷的措施。

②鋼絞線下料采用砂輪鋸切斷,用鋼尺丈量。嚴禁用電弧切斷,不得經受高溫焊接火花或接地電流影響,下料后鋼絞線不得散頭。

③每束鋼絞線取自同批同盤,防止因彈性模量變異導致應力不均。

④成束鋼絞線用 22號扎絲扎緊,禁止在不順直的狀態下綁扎。

⑤鋼束在移運過程中,采用多支點支承,支點間距2.5m,端部懸出長度 1.0m,嚴禁在地面上拖拉,以免創傷鋼絞線。

⑥穿束時拖拉方向和鋼束穿入方向均應與錨墊板垂直。

⑦鋼絞線下料長度 L=l+2×0.75m,其中 l為工作長度。

2.2.4 鋼絞線張拉

(1)千斤頂和油表的選定及校正

①千斤頂

根據圖紙設計要求,箱梁預應力鋼絞線 σm=1860MPa,錨具最大孔數 12孔,單束張拉力最大力為12×1339.2×140/1000=2249.86kN。

根據《鐵路橋涵施工規范》(TB10203—2002)的9.3.2條有關規定,千斤頂張拉噸位宜為張拉力的 1.5倍,且不得小于 1.2倍,可選用 300t穿心式千斤頂。

張拉千斤頂在張拉前必須經過校正,校正系數不得大于 1.05。校正有效期為 1個月且不超過 200次張拉作業,拆修更換配件的張拉千斤頂必須重新校正。

②油壓表

TB10203—2002之 9.3.2條要求表盤最大讀數應為張拉力的 1.5～2.0倍,精度不應低于 1.0級,校正有效期為 1周,當用 0.4級時,校正有效期可為 1個月。壓力表發生故障必須重新校正。選用精度為 0.4級的防振型油壓表,表盤直徑為 150mm,最大量程為60MPa,最小分度值為 0.5MPa。

(2)張拉對混凝土強度和彈模要求

①為使梁體不發生早期裂縫,應在混凝土強度達到 50%～60%時拆除內模、端模,外模松開不移的情況下按設計圖要求張拉部分預應力束,張拉值應由設計單位提供。預制梁帶模預張拉時,模板應松開,不應對梁體壓縮造成阻礙。張拉數量及張拉力值應符合設計要求。預應力束張拉前,應消除管道內的雜物及積水。

②當混凝土強度達到設計強度 80%時,進行初張拉。初張拉后,梁體方可移出臺座。

③當混凝土強度達到設計強度 100%且彈性模量達到 100%時,混凝土齡期不少于 10d方能進行終張拉。

(3)張拉操作工藝

①首先確定張拉應力根據是否需要調整。根據鐵道部產品質量監督檢驗中心鐵道建筑檢驗站提供的報告(2009)TJ字第W0266號,兩榀梁平均管道摩阻系數 K=0.0009,μ=0.3970,實測 9孔錨具(浙錨)錨口和喇叭口摩阻合計為錨外控制應力的 3.96%,中鐵咨詢橋梁工程設計研究院對通橋(2008)2322A-Ⅱ進行重新檢算,得出了錨外張拉控制應力不需要調整的結論。

整個張拉過程分三階段進行,第一階段為預張拉,在內模拆除、外模只松不移的情況下進行,第二次為初張拉,前兩次都是在制梁臺座上進行。第三次為終張拉,在存梁臺座上進行。張拉時要求兩側對稱張拉,且不平衡束最多不超過 1束,張拉同束鋼絞線由兩端同步對稱進行,且按圖紙設計的順序張拉。

②預、初張拉工藝

a.張拉預應力鋼絞線時采用應力和應變雙控制,預(初)張拉工藝流程:0→0.2σK(作伸長值標記、測千斤頂油缸伸長量、測工具錨夾片外露量)→0.5(持荷 1min)→(測千斤頂油缸伸長值、測工具錨外露量、計算鋼絞線伸長值,持荷 5min)→緩慢回油至 0→錨固。

b.預、初張拉前,調整兩側鋼絞線外露長度使兩端長度基本均勻一致。將工作錨的錨板套入鋼絞線束,再按順時針方向插入工作夾片。用限位板擠推夾片使其進入錨環內,并使其端部對齊,外露長度一致。在鋼絞線尾端用鋼絞線定位叉(圖1)給各根鋼絞線定位,便于千斤頂及其他張拉輔助工具的安裝。

c.安裝千斤頂使中線與孔道中線對中,為方便工具錨缸脫,千斤頂預先出頂 3～5cm。

圖1 鋼絞線定位叉對鋼絞線定位

d.安裝工具錨在千斤頂后部,精確對中,鋼絞線應在工作錨與工具錨之間順直對齊。工具錨夾片安裝完成后,用特制的套管擠壓工具錨夾片,使其進入工具錨環內,并使端部整齊,外露長度基本一致。為使工具錨缸脫方便,在工具錨夾片與錨環之間涂少許石蠟。

e.預應力筋的張拉

初始應力階段:初始應力主要是為了使鋼絞線從松弛狀態達到受力狀態,減小伸長值測量誤差,并使同束各根鋼絞線受力趨于一致,初始應力值取終拉控制應力的 20%。當鋼絞線張拉到初始應力值時,松開千斤頂吊繩,使千斤頂自動對中,用特制套管擠壓工具錨夾片,使夾片緊緊握裹鋼絞線,以減少鋼絞線的回縮。同時用標定過的鋼板尺測出油缸外露長度及擠緊的工具錨夾片的外露長度,并做好記錄。

張拉階段:張拉階段升壓應平穩,升壓速度用油泵側面的節流閥進行控制。當油表指針接近控制應力油表讀數值前減緩升壓速度,由于預應力筋是自錨,因此嚴禁超張拉。

預、初張拉控制應力階段:設計要求為梁體提供移梁下臺位所需的預加應力值、防止梁體出現裂紋。鋼絞線張拉到控制應力值后,測量油缸伸出長度及工具錨夾片外露長度并記錄。

自錨階段:預應力筋回縮自錨應在油泵停機狀態下打開頂部的控制閥(側面節流閥處于擰緊狀態)來完成。錨固結束后測量油缸長度,以便計算自錨階段的鋼絞線回縮量。

油缸回程:開動油泵,打開控制閥及節流閥,使油缸回縮,當油缸外露長度達到 1～2cm時,關閉油泵完成油缸回程操作。卸除工具錨及千斤頂,測量工作錨夾片的外露量,并在距離夾片端頭 2～3cm處的鋼絞線上用紅油漆劃出標記,觀察 24h再次測量,以判斷鋼絞線及夾片的回縮量。

③終張拉工藝

a.終張拉采用應力和應變雙控制,對未張拉束張拉程序為:

0→0.2σK(作伸長值標記、測千斤頂油缸伸長量、測工具錨夾片外露量)→0.5σK(持荷 1min)→0.8σK(持荷 1min)→σK(測千斤頂油缸外露量、測工具錨夾片外露量、持荷 5min、計算鋼絞線伸長值與理論伸長值比較)保持壓力→緩慢回油到 0→錨固。

對已張拉束張拉程序為:

b.重復預初張相同的張拉作業流程。

④張拉技術要求

a.實際伸長值兩端之和不超過理論計算值的±6%。

b.每件后張預制梁斷絲,滑絲總數不得超過預應力鋼絲總數的 0.5%,且一束內斷絲不得超過 1絲,也不得在同一側。

c.兩端鋼絞線回縮量之和不得大于 6mm。

d.張拉過程中出現以下情況之一者,需更換錨具或鋼絞線來重新張拉:后期張拉時發現早期張拉的錨具中夾片斷裂者;錨具內夾片錯牙在 10mm以上者;錨具內夾片斷裂在兩片以上者(含有錯牙的兩片斷裂);一榀梁中斷滑絲量超過規定,選最不利的一束進行處理;錨環裂紋損壞者;切割鋼絞線或壓漿時又發生滑絲者。

⑤張拉注意事項

a.高壓油管使用前應作耐壓試驗,不合格的不能使用。

b.油壓泵上的安全閥應調至最大工作油壓下能自動打開的狀態。

c.油壓表安裝必須緊密滿扣,油泵與千斤頂之間采用的高壓油管連同油路的各部接頭均須完整緊密,油路暢通,在最大工作油壓下保持 5min以上均不得漏油。若有損壞者應及時修理更換。

d.張拉時,要做好安全防護工作,尤其千斤頂后面及另端對面不準站人,也不得踩高壓油管。

e.張拉時發現張拉設備運轉異常,應立即停機檢查維修。

f.錨具、夾具均應設專人妥善保管,避免銹蝕、沾污、遭受機械損傷或散失。施工時在終張拉完后按設計文件要求對錨具進行防銹處理。

3 技術要點

(1)如果 24m箱梁數量少,最好考慮用 φ80mm代替 φ70mm橡膠管成孔,用 M15-8錨具代替 M15-7錨具,這樣可以省下購置 φ70mm橡膠管的費用,同時也能保證預應力管道的成孔質量,經濟實惠。

(2)要加強對鋼絞線、錨具、夾片等原材料的檢測,嚴禁不合格材料進入預應力工序施工。要加強預應力材料的收發存放的管理,尤其是錨具四件套內的錨板和錨墊板,嚴防其在搬運過程由于工作失誤造成損傷,損傷錨具在張拉使用中會出現嚴重危險事故。

(3)管道摩阻試驗宜早不宜遲,報告出具后應及時請相關設計院對設計預施應力進行調整。

(4)張拉工藝嚴格執行預張、初張、終張三階段張拉,帶模預張能有效避免梁體產生早期裂紋。

(5)張拉過程中要實行三控(應力、應變和時間),應力控制要以油表讀數為準,以鋼絞線的伸長值作校核,實測伸長值與理論伸長值控制在 ±6%以內。

(6)張拉用千斤頂和油表選型要考慮富余系數,壓力表一定要選用防振型精密壓力表,油表和千斤頂定期應配套標定。

(7)鋼絞線下料長度應根據所用千斤頂、限位板、對中套、錨具、錨內工作長度等,并考慮一定富余長度精確計算。

(8)終張拉后 24～48h內壓漿,防止鋼絞線銹蝕,采用真空輔助壓漿工藝,保證孔道內水泥漿飽滿密實。

(9)錨頭、工作錨和錨墊板外漏部分應涂刷防水涂料。

(10)錨墊板表面的水泥漿和錨環上的封錨砂漿要清除干凈,錨穴混凝土面鑿毛處理鑿毛率要達到100%,混凝土殘渣及廢物清理干凈后,保證封錨混凝土與梁體充分連接。

(11)封錨混凝土澆筑后,梁端底板和腹板的表面滿涂聚氨酯防水涂料,防水涂料厚度為 1.5mm。

[1]TB10002.3—22005,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].

[2]鐵科技函[2004]120號,客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件[S].

[3]TB10203— 2002,鐵路橋涵施工規范[S].

[4]GB/T5224—2003,預應力混凝土用鋼絞線[S].

[5]孫立山.武廣客運專線 32m雙線整孔箱梁預應力施工技術[J].鐵道科學與工程學報,2007(6):213-214.