從瓜星公鐵立交大橋淺談預應力技術在箱梁施工上的應用

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應力技術在箱梁施工上的應用

徐強

(甘肅恒達路橋工程集團有限公司,甘肅蘭州 730070)

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

預應力 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園公路和一條柳敦鐵路而設計的一座特大橋，共37跨，橋梁起點樁號為K4+895，終點樁號為K5+701，總長為806米。跨徑組合采用(5×20)+(5×20)+(5×20)+(5×20)+(6×30)+(6×20)+(5×20)m，橋梁交角為右偏120度，上部結構采用裝配式預應力混凝土連續箱梁。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構物，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量，尤其是箱梁兩端端頭模板的制作要求根據實際情況和設計要求特殊制作。否則如果制作不當，就會出現漏漿，影響錨下混凝土的質量，在張拉的時候就容易出現等脫錨現象。模板與模板的平接頭應該加海綿雙面膠條，以防漏漿。立模時應對側模進行打磨，涂刷脫模劑，模板安裝就位后，測量調整側模標高，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，胎模的表面鋪設厚度不小于5mm的鋼板，并保證其平整度滿足相關要求，同時底模要經過駐地監理的驗收。為了保證施工質量，在施工前要首先對胎模進行清掃，然后涂抹隔離劑，最后還要在槽鋼內以及底模的兩側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生。

2.2 應力系統的安裝

2.2.1 波紋管的安裝

應力用波紋管采用鍍鋅鋼帶現場卷制，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，波紋管產生移位，影響鋼束對箱梁混凝土的壓力，如果管道和鋼筋發生沖突，應以管道位置不變為主。特別注意在進行鋼筋焊接作業時，防止焊渣損傷波紋管，若發現有損傷應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事先穿上和波紋管內徑略小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，再進行拔管會出現困難，有可能把斷塑料管，將斷裂的塑料管留在波紋管內，從而也會堵塞孔道，造成質量事故。

2.2.2 錨墊板安裝

在張拉端分別安裝對應型號和規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，防止澆筑混凝土時漏漿堵孔影響注漿。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 預應力張拉

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，預應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

穿束前應檢查管道是否暢通，如果出現堵塞孔道現象，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，混凝土養生達到設計強度時方進行穿束。過早的穿束，在混凝土養生過程中，會使鋼絞線生銹，影響鋼絞線的力學性能。在穿束時一定要防止鋼絞線扭曲，應該分束平順后方可套裝錨環和夾片。

3.2 預應力體系張拉

3.2.1 張拉前的準備

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

3.2.2 張拉程序

對于曲線或長度大于25米以上的直線預應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)。張拉關鍵要注意的是計算中考慮管道摩擦系數，依據設計文件說明，預應力鋼絞線采用抗拉強度標準值fpk=1860MPa，錨下控制應力為0.75fpk=1395MPa，公稱直徑d=15.2mm，管道摩擦系數μ=0.25；管道偏差系數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應力施加：張拉到初應力P1(總張拉噸位的10%)——持荷1min(量測引伸量δ1)——張拉到應力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)。

鋼鉸線按照設計張拉力對稱進行，采用張拉應力及引伸量雙控制的方法檢查張拉的質量，預應力鋼材張拉時的控制應力應以張拉時的伸長值進行校核。施工中應做好各項記錄，以備檢查。

3.2.3 張拉應力的計算 (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按設計要求取值)

(2)初應力時張拉力(初應力按照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K、u分別選自《公路橋涵施工技術規范》(JTJ041-2000)，L=19.402/2=9.701 θ=5.5×/180 (按設計文件取值)，則KL+uθ＝0.0015×9.701+0.25×5.5×/180=0.038549。

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

3.2.4 理論伸長值計算

后張法預應力鋼絞線張拉伸長值計算公式如下：

Ag——預應力鋼絞線的截面積mm2，單根取139mm2。

ΔL——預應力筋理論伸長值(mm) 。

Ep——預應力筋彈性模量MPa(N/mm2)，取1.95×105MPa。

Pp——預應力筋平均張拉力(N) 。

L——從張拉端至計算機截面孔道長度(m) 。

P——預應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，取0.0015。

μ——預應力筋孔道壁的摩擦系數，取0.25。

(1)理論伸長值

最大控制應力時(100%)

初應力時(10%)

3.2.5 實測伸長值計算

在初始張拉力狀態下作出標記，鋼絞線張拉10%P作為初應力，測量初應力10%P的實際伸長值△L1，測量100%P控制應力下實測伸長值△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應力狀態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

箱梁預應力的張拉采用雙控，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范要求(±6%)，否則應停止張拉，分析原因，在查明原因并加以調整后，方可繼續張拉。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%，否則應分析原因，采取如下步驟予以調整。

(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，需經過該批次新的彈性模量值計算的理論伸長量)。

(3)放松預應力鋼鉸線，更換鋼絞線，重新進行張拉。

4 壓漿工程

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

水泥漿的強度根據設計文件規定，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，否則應在夜間溫度較低時進行壓漿。

5 結語

瓜星公鐵立交大橋能夠按期順利完工，離不開科學的管理和科學的施工技術。尤其是在預應力箱梁預制的關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驗。以上就是筆者對預應力技術的粗淺認識，希望同行能夠給予補充和完善。

[1]公路橋涵施工技術規范《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.橋梁工程:人民交通出版社,2001年.