淺析300 t級(jí)先張法預(yù)應(yīng)力梁實(shí)施規(guī)劃及施工

周朝德

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司第一分局，四川彭山620860)

1 概述

蘇丹羅塞雷斯大壩加高工程壩頂69孔交通橋橋面梁全部為先張法預(yù)應(yīng)力預(yù)制梁，總計(jì)603根。該梁按尺寸的不同分為31類，高度為45 cm，寬度為67 cm，長(zhǎng)為11.25～15.25 m，單根梁重量在9.2～11.5 t之間。單根梁錨索(φ12.7鋼絞線)束數(shù)為16束、18束、20束、22束四種，單根錨束在張緊千斤頂放松時(shí)在板中部的力為138 kN，單根梁最大預(yù)應(yīng)力為303.6 t。

所采用的先張法預(yù)應(yīng)力梁采取在預(yù)制場(chǎng)制作臺(tái)座(鋼筋混凝土梁)、臺(tái)面、鋼橫梁等結(jié)構(gòu)并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力梁的鋼絞線錨索的張拉、混凝土澆筑、放張等施工，最終形成合格的預(yù)應(yīng)力預(yù)制梁。

2 施工總體規(guī)劃及布置

根據(jù)施工總進(jìn)度要求，結(jié)合對(duì)混凝土強(qiáng)度和預(yù)制施工循環(huán)時(shí)間的分析，預(yù)應(yīng)力梁預(yù)制施工強(qiáng)度最高約為48根/月。按單根預(yù)制件進(jìn)行張拉、澆筑、放張等工藝進(jìn)行施工。為滿足施工進(jìn)度和強(qiáng)度要求，考慮制作長(zhǎng)度為15.4 m和16.9 m兩種規(guī)格和類型，共計(jì)需24條張拉臺(tái)座。此外，在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)布置了一臺(tái)龍門吊負(fù)責(zé)倒運(yùn)梁及混凝土澆筑。施工總體規(guī)劃及布置見圖1。

3 張拉臺(tái)座的設(shè)計(jì)及施工

由于該預(yù)應(yīng)力梁類型和鋼絞線錨索數(shù)量較多，張拉力較大(最大約為3 036 kN)，經(jīng)對(duì)重力式臺(tái)座、槽式臺(tái)座、框架式臺(tái)座進(jìn)行比較并借鑒其它工程經(jīng)驗(yàn)，在綜合考慮后該項(xiàng)目采取框架式臺(tái)座進(jìn)行先張法預(yù)應(yīng)力梁。

該臺(tái)座由鋼筋混凝土縱梁和橫梁以及端頭鋼橫梁等組成，主要由縱梁承力和傳遞張拉力，對(duì)縱梁端頭進(jìn)行加寬以減少鋼橫梁的跨距。

圖1 先張法預(yù)應(yīng)力梁施工總體規(guī)劃布置圖

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)鋼筋混凝土梁系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

臺(tái)座鋼筋混凝土梁系結(jié)構(gòu)主要由縱梁和橫梁組成，其中縱梁是主要的承力構(gòu)件，橫梁為連接穩(wěn)定構(gòu)件。經(jīng)受力計(jì)算得知，縱梁斷面尺寸為:寬(b)×高(h)=0.6 m×1 m，端頭加寬寬度為1.4 m，其底部為加厚齒槽，長(zhǎng)(L)=15.4 m和16.9 m;橫梁斷面尺寸為:寬(b)×高(h)=0.4 m×0.25 m，橫梁間距為5 m，共布置3排。

縱梁主筋配置10根φ20的鋼筋，頂部和底部共8根，中部2根，箍筋為φ12@200;端頭底部加厚齒槽中預(yù)埋6根φ20插筋，間排距為50 cm。橫梁主筋共配置6根φ20的鋼筋，箍筋為φ8@200。鋼筋保護(hù)層厚度為4 cm。

縱橫梁混凝土標(biāo)號(hào)均為C25，齒槽加厚部分為C20。縱梁基礎(chǔ)底部高程為原始地面以下15 cm，縱梁底部鋪6 cm厚C20混凝土墊層。縱橫梁臺(tái)座結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 鋼筋混凝土縱橫梁臺(tái)座結(jié)構(gòu)圖

(2)臺(tái)面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

兩根縱梁間的臺(tái)面考慮為厚10 cm的地坪，混凝土標(biāo)號(hào)為C20。在進(jìn)行臺(tái)面施工前，需采用夯實(shí)機(jī)或人工對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行夯實(shí)，避免基礎(chǔ)發(fā)生沉降，臺(tái)面混凝土表面應(yīng)找平，并進(jìn)行抹面壓光。

(3)橫鋼梁承力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

縱梁端頭的鋼絞線錨索張拉結(jié)構(gòu)采用型鋼組合截面，截面主要考慮滿足抗彎、抗剪、撓度要求。經(jīng)計(jì)算后選取H360～400組合型鋼。H型鋼采用鋼板組合焊接而成，并對(duì)兩側(cè)翼緣進(jìn)行焊接加固。鋼橫梁結(jié)構(gòu)詳見圖3。

圖3 臺(tái)座鋼橫梁結(jié)構(gòu)圖

3.2 臺(tái)座施工

縱橫梁土石方采用小反鏟輔以人工開挖;鋼筋在加工場(chǎng)加工成型后用汽車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)由人工按要求綁扎安裝;梁系混凝土先施工縱梁兩端頭加厚齒槽部分，再從整個(gè)臺(tái)座的短邊向長(zhǎng)邊進(jìn)行澆筑;混凝土入倉采用長(zhǎng)臂反鏟或汽車吊配吊罐直接入倉，人工使用插入式振搗器進(jìn)行振搗密實(shí)，混凝土收面按高程控制抹面。

鋼橫梁采用在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行找平安裝并焊接加固。

4 鋼絞線錨索施工

先張法預(yù)應(yīng)力梁鋼絞線錨索施工程序及工藝為:下料→安裝定位→鋼絞線張拉→放張。具體實(shí)施要點(diǎn)為:

(1)下料。

鋼絞線下料長(zhǎng)度按臺(tái)座長(zhǎng)度、千斤頂長(zhǎng)度、預(yù)留長(zhǎng)度、砂箱長(zhǎng)度、錨墊板長(zhǎng)度、錨具長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)確定，所有錨固段的鋼絞線應(yīng)進(jìn)行清潔，除去油脂、油或其它材料。

(2)安裝定位。

待預(yù)應(yīng)力梁鋼筋安裝就位后，按設(shè)計(jì)要求裝入準(zhǔn)備好的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，從臺(tái)座一端開始安裝，穿束前各孔眼應(yīng)統(tǒng)一編號(hào)，對(duì)號(hào)入座，防止穿錯(cuò)孔眼。對(duì)需要脫粘的鋼絞線，待鋼絞線張拉完畢方可定位放置預(yù)應(yīng)力失效隔離套管，并用軟塑膠布將套管口封死，以防止水泥漿進(jìn)入套管內(nèi)。

(3)鋼絞線的張拉。

①張拉準(zhǔn)備工作。

張拉前，必須把張拉機(jī)具、測(cè)力裝置及所需附屬機(jī)具準(zhǔn)備齊全。先將定位板固定在橫梁上，再檢查鋼絞線數(shù)量、位置、張拉設(shè)備和錨具，最后進(jìn)行張拉。

②張拉程序。

采用單根單端張拉，張拉時(shí)按從梁中間向梁兩邊的順序張拉，以保證臺(tái)座不承受過大的偏心力矩，確保張拉安全。

鋼絞線的張拉程序?yàn)?

0→初應(yīng)力→σcon(持荷2 min錨固)。

③操作程序。

a.初始張拉:施加10%的張拉力，將鋼絞線拉直，錨固端和連接器處拉緊，在鋼絞線上選定適當(dāng)?shù)奈恢每坍嫎?biāo)記，作為測(cè)量延伸量的基點(diǎn)。初始張拉結(jié)束后，應(yīng)仔細(xì)檢查每根預(yù)應(yīng)力鋼絞線的位置，看其是否與設(shè)計(jì)位置相符，否則應(yīng)重新調(diào)整。

b.正式張拉:初始張拉結(jié)束后，應(yīng)對(duì)千斤頂錨固端、前后鋼橫梁作一次詳細(xì)地檢查。若外觀一切正常，則開始準(zhǔn)備正式張拉。張拉時(shí)，千斤頂頂推前橫梁，千斤頂通過絲杠帶動(dòng)后橫梁，使鋼絞線被張拉。

c.持荷:鋼絞線張拉完成后，持荷2 min，以減少錨固后的應(yīng)力損失。

d.錨固:當(dāng)鋼絞線的拉力至控制應(yīng)力138 kN時(shí)，測(cè)量、記錄鋼絞線的延伸量，并核對(duì)實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值(計(jì)算見下式)，其誤差應(yīng)在±5%范圍內(nèi)，如不符合規(guī)定，則應(yīng)找出原因并及時(shí)處理。張拉滿足要求后，鎖定鋼絞線，千斤頂回油至零。

先假定鋼絞線長(zhǎng)15 000 mm，將其代入公式:

(4)放張。

當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)，即最小抗壓強(qiáng)度達(dá)到35 MPa后，在臺(tái)座上放松受拉鋼鉸線，對(duì)預(yù)制梁施加預(yù)應(yīng)力。鋼鉸線放松的速度不宜太快，采用砂箱放松法。放松鋼鉸線時(shí)，打開砂箱口，讓砂慢慢流出，活塞縮回，逐漸放松鋼鉸線。

鋼鉸線切割順序從臺(tái)座兩端開始，采用高速金鋼砂切片機(jī)切割。

5 預(yù)制件模板的施工

底模采用P6015和P1015鋼模板直接進(jìn)行拼裝而成，側(cè)模采用P6015鋼模板拼裝而成。側(cè)模底部采用調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)和支撐，上口采用架管配扣件進(jìn)行鎖口。模板接縫要求平順，平整度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

考慮到該預(yù)制件的重要性，側(cè)模拆模時(shí)間考慮為2 d。端模拆除應(yīng)待鋼鉸線放張后進(jìn)行。單梁模板布置情況見圖4。

圖4 預(yù)應(yīng)力梁模板圖

6 龍門吊規(guī)劃布置

單根預(yù)應(yīng)力梁的最大重量為11.5 t，最大長(zhǎng)度為15 m。考慮到預(yù)制梁的吊運(yùn)及澆筑，沿混凝土臺(tái)座長(zhǎng)度方向布置一臺(tái)30 t龍門吊，軌道長(zhǎng)度約為80 m，跨度為20 m。

由于龍門吊基礎(chǔ)為土質(zhì)軟基，軌道梁斷面設(shè)計(jì)為梯形，上口寬度為80 cm，下口寬度為100 cm，底部厚15 cm，放大墊層基礎(chǔ)寬度150 cm。在軌道梁上下面配置直徑為20 mm的主筋，環(huán)形箍筋直徑為8 mm，腰筋直徑為12 mm。龍門吊軌道結(jié)構(gòu)及配筋見圖5。

圖5 龍門吊軌道結(jié)構(gòu)及配筋圖

7 結(jié)語

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施先張法預(yù)應(yīng)力梁施工的最高月強(qiáng)度達(dá)到約50根/月，滿足施工強(qiáng)度要求。框架縱橫梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)臺(tái)座經(jīng)張拉受力，完全滿足要求。臺(tái)座端頭型鋼橫梁表面定位板面積不能小于組合橫梁面積，需使組合橫梁整體均勻受力;H型鋼上下翼緣需采用鋼板進(jìn)行間隔封閉焊接，以防止翼板受力變形。鋼絞線的張拉施工工藝滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。預(yù)應(yīng)力梁成型后的平整度滿足要求。

工程實(shí)施證明，蘇丹羅塞雷斯大壩加高工程混凝土壩壩頂300 t級(jí)先張法預(yù)應(yīng)力梁的實(shí)施規(guī)劃滿足要求，施工可行，也為今后類似工程提供了一定參考。