馮志強
(中鐵三局六公司,山西 晉中 030600)
在混凝土施工中,使用預應力混凝土可提高構件的抗裂性和耐久性,增大構件的剛度,同時可以節(jié)省材料,減輕構件自重,因此,隨著預應力施工技術的不斷完善,預應力混凝土在橋梁結構中被廣泛應用。
后張法預應力箱梁就是在制作梁體構件時,在構件內按設計要求預先留出預應力筋孔道,當梁體構件混凝土強度達到設計要求時,把預應力筋穿入孔道內進行張拉,在預應力筋受拉的同時,梁體構件獲得預壓應力,當張拉至設計控制應力后,利用錨具進行錨固。最后進行孔道壓漿,以防止預應力筋的銹蝕,同時在水泥漿的黏結作用下使預應力筋與梁體構件形成一個整體。
商州至丹鳳高速公路SDN5標段棣花丹江大橋全長428 m,設計橋跨為17 m×25 m預應力混凝土連續(xù)箱梁,共計136片,全部在預制場內采用后張法集中預制。
梁體預應力鋼束由腹板束、頂板束和底板束組成,張拉順序為先腹板束,后底板束,最后頂板束。在施工過程中,為了保證施工質量,預應力張拉要求采用雙控,即應力控制為主,伸長量控制為輔。
3.1.1 水泥漿
孔道壓漿采用純水泥漿,水灰比控制在0.35左右。水泥漿的配制強度為40 MPa,符合設計要求,泌水率不超過3%,稠度控制在14~18 s之間,并加入適量膨脹劑(發(fā)氣鋁粉)和減水劑。水泥采用52.5的高品質硅酸鹽水泥,經檢驗水及減水劑對預應力筋無腐蝕。
3.1.2 預應力鋼絞線
根據設計及相關規(guī)定,本橋采用抗拉強度標準值Ryb=1 860 MPa,公稱直徑φj=15.2 mm,公稱截面積Ag=139 mm2,彈性模量Eg=1.97×105MPa的低松弛高強度鋼絞線,其力學性能指標符合《預應力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224-2003)的規(guī)定。
3.2.1 錨具
本橋正彎矩采用OVM15-7型系列錨具及其配件,預應力管道采用圓形金屬波紋管,在墩頂連續(xù)端處的負彎矩鋼束采用BM15-5型扁錨及其配件,管道采用扁形金屬波紋管。
3.2.2 千斤頂及油壓表的選用
本橋采用YCW250B型千斤頂,千斤頂與油壓表進行配套校驗,以確定張拉力與油壓表讀數之間的關系。
3.2.3 孔道壓漿設備
采用電動活塞式壓漿機,且配有攪拌機,保證灰漿攪拌均勻,壓漿連續(xù)。
鋼絞線的下料長度,等于孔道凈長度加構件兩端的預留長度。
鋼絞線切斷時,采用砂輪切割機,以保證切口平整,線頭不散。不允許采用電弧切割下料,以免鋼絞線可能因產生意外打火而造成損傷。
鋼絞線可單根穿入孔道,也可整束同時穿入。采用單根穿入時,按一定的順序進行,以避免鋼絞線在孔道內人為的打叉現象。采用整束穿入時,將一根鋼束中的全部鋼絞線編束后整體裝入管道中,沿長度方向每隔2~3 m用鐵絲捆扎一道。
穿束前應全面檢查錨墊板、孔道、灌漿孔及排氣孔是否滿足施工要求,錨墊板應位置準確,若錨墊板移位,造成墊板平面和孔道中軸線不垂直時,用楔形墊板加以糾正。孔道內應暢通、無水分和雜物,并保證孔道完整無缺。
由于鋼絲與錨具的錨圈口之間會產生摩阻力,從而造成應力損失,所以在張拉前應測定所選用的千斤頂、錨具及鋼絲束產生的摩阻力大小,用于修正設計給定的張拉控制應力σk,但經過修正后的張拉控制應力不得超過鋼絲極限抗拉強度Ryb的80%。
預應力筋張拉力按下式計算:
P=(1+錨圈口摩阻應力損失)×σk×Ag×n×(1/1000)
式中,P:預應力筋張拉力,kN;
σk:預應力筋的張拉控制應力,取0.75×1 860=1 395 MPa;
Ag:每根預應力筋的截面面積,取139 mm2;
n:同時張拉預應力筋的根數,取n=7;
錨圈口摩阻應力損失經測定取2.5%。
經計算P=1 391.27 kN,該值小于鋼絲極限抗拉強度Ryb的80%,符合要求。
確定油壓表表盤讀數:通過千斤頂與油壓表配套校驗,形成張拉曲線圖,根據最小二乘法原理確定回歸方程。
由試驗得回歸方程為Y=0.061 34+0.020 67X
式中,X:壓力,kN;
Y:油壓表讀數,MPa。
當超張拉時,X=1.05 P=1 460.83 kN,則Y=0.061 34+0.020 67X=30.26 MPa,此即為與張拉力相對應的油壓表表盤讀數。
理論伸長值按以下公式計算:
△L=σk×L0/Eg
式中,△L:預應力筋理論伸長值,cm;
σk:預應力筋的張拉控制應力,取0.75×1 860=1 395 MPa;
L0:預應力梁孔道長,取L0=2 496 cm;
Eg:預應力筋的彈性模量,取1.97×105MPa;
經計算△L=17.67 cm。
按照設計要求,采用油壓千斤頂對鋼絞線施加張拉力,各階段的應力控制值為:0→初應力(0.1σk)→超張拉1.05σk(持荷5 min)→σk,然后錨固。張拉時進行張拉力與伸長值雙控。
(1)清除錨墊板上的水泥漿等污物,在錨墊板上準確描繪錨圈輪廓,把鋼絲束穿入錨圈孔內后緊貼錨墊板。
(2)把錨塞插入錨圈,并使鋼絲均勻分布在錨塞周圍。為避免錨固時發(fā)生斷絲現象,鋼絲束不得扭轉,且兩根鋼絲不得交錯排列。用手錘輕敲錨塞,避免錨塞脫出。
(3)千斤頂就位后,把鋼絲按順序嵌入千斤頂內,調整其位置,使孔道、錨圈與千斤頂處在同一軸線上。
(4)梁體兩端同時張拉,待鋼絲繃緊后將其固定,以保證鋼絲在以后的張拉中能均勻受力。繼續(xù)張拉至初應力(0.1σk),在千斤頂的分絲盤槽溝處的鋼絲上刻劃鋼絲伸長量的基點標記,并辨認是否有滑絲現象。
(5)兩端同時分級加載,每級加載值為油壓表讀數50 kg/m2的倍數,每級加載后都要測量鋼絲伸長量,張拉兩端作業(yè)人員要互報油壓表讀數和鋼絲伸長量,盡量使兩端平衡。
(6)當兩端同時張拉至1.05σk時,持荷5 min,使預應力筋在錨固前完成部分徐舒,以減少鋼絲錨固后的應力損失。測量鋼絲伸長量,并做好記錄。
(7)計算出鋼絲的總伸長量,與理論值核對,其誤差應在±6%范圍之內。
當預應力筋在張拉控制應力穩(wěn)定后即可錨固。預應力筋錨固后的外露長度不宜小于30 mm,錨具用封端混凝土保護。當需長期外露時,應采取相應措施防止銹蝕。錨固完畢并經檢驗合格后即可切割端頭多余的預應力筋,嚴禁用電弧焊切割,應采用砂輪機切割。
孔道壓漿就是將水泥漿用壓漿機壓入孔內,使之填滿預應力筋與孔道間的空隙,以防止預應力筋的銹蝕,同時在水泥漿的黏結作用下使預應力筋與梁體構件形成一個整體。按照設計要求,預應力筋張拉完畢后,應盡早對孔道進行壓漿,同時對邊跨伸縮端部實施封端,其他部位在體系轉換過程中封端。
孔道壓漿前應用高壓水沖洗孔道,以排除孔內粉渣等雜物,保證孔道暢通。
壓漿所用水泥全部采用強度等級為52.5的高品質硅酸鹽水泥。經過配合比的比選后確定水灰比為 0.35,按此水灰比配制的水泥漿的稠度在14~18 s,符合規(guī)范要求。
水泥漿用小型灰漿攪拌機拌制,每次拌制量視使用量而定,不宜過多,隨用隨拌。水泥漿拌好后存放在備好的儲漿桶內,在壓漿過程中,桶內水泥漿要不斷低速攪動,防止水泥漿沉淀、結塊,影響壓漿質量。
由于梁體孔道布置為兩端高中間低,所以孔道壓漿順序應先下層孔道后上層孔道,集中在一處的孔道應一次壓完。壓漿的壓力以保證壓入孔內的水泥漿密實為準,開始壓力要小,逐步增加,一般為0.5~0.7 MPa。當壓漿的另一端出漿口由最初的清水變至稀漿,最后溢出濃漿時,關閉出漿口閥門,此時繼續(xù)施壓至0.7 MPa,維持此壓力1~2 min后關閉注漿口閥門,使水泥漿在有壓狀態(tài)下凝結,以保證壓漿密實。
壓漿過程要緩慢、均勻連續(xù)進行,中途不得停歇。若因故障出現壓漿中斷且中斷時間較長時,要及時將孔道內存留的水泥漿沖洗干凈,以保證重新壓漿時,孔道暢通無阻。
每一工作班制作三組70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方體標準水泥漿試件,其中一組試件用標準養(yǎng)護28 d后的強度評定水泥漿強度,另外兩組隨梁體進行同條件養(yǎng)護,經評定強度均滿足設計要求。
孔道壓漿結束后立即沖洗梁端及錨墊板上粘附的水泥漿和其他污物,梁端混凝土鑿毛后,即可進行封端混凝土作業(yè),并做好混凝土養(yǎng)護工作。
本橋預應力混凝土箱梁在制作前,對施工人員、技術人員、質檢人員等進行了相關培訓,制作過程中對各道工序包括配合比選定,張拉壓漿設備的檢定檢測,張拉壓漿的現場施工記錄、梁體的養(yǎng)護工作等進行了嚴格監(jiān)控,確保了施工質量。