連續剛構懸臂澆注箱梁施工控制技術

王海濤

摘要：本文結合滬昆鐵路工程實例，分析了連續剛構懸臂澆筑箱梁常出現的病害原因，總結了預應力管道定位、張拉控制、真空輔助壓漿等減少應力損失、提高應力有效性的控制措施。

Abstract： Combined with the engineering example of Hukun Railway， this paper analyzes the disease causes of the continuous rigid frame cantilever irrigating box girder， sums up the control measures of reducing stress loss and improving stress effectiveness of the prestressed pipe positioning， tension control and vacuum aided grouting.

關鍵詞：連續剛構；懸臂澆筑施工；控制

Key words： continuous rigid frame；cantilever irrigating construction；control

中圖分類號：U445.466 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）05-0163-03

0 引言

目前連續剛構箱梁橋因靈活的跨度選擇、合理的結構剛度、較強的跨越能力、行車平順、施工方便、伸縮縫少、不阻斷橋下交通、工程造價相對較低、后期維修養護費用少等優點，廣泛應用于公路、鐵路、城市軌道大中跨徑混凝土橋梁工程中。但近幾年由于連續剛構箱梁橋設計的結構跨度和箱室寬度的不斷增加，施工中經常出現箱梁腹板混凝土開裂、跨中下撓、底板崩裂、孔道壓漿不密實等問題。本文分析了常見病害產生的原因，并結合沅江大橋不對稱大跨度連續剛構橋梁施工實踐，提出了針對性的控制措施。

1 工程概況

新建滬昆鐵路客運專線長昆湖南段沅江大橋為不對稱連續剛構橋，全長404.94m。橋跨設置為（88+168+88+40）m，梁體截面為單箱單室、變截面、直腹板、變高度形式。箱梁頂寬12m，底寬7m，中支點截面中心梁高12m，支座中心線至梁端0.9m，邊支點、中跨跨中和40m邊跨梁高均為6m；除梁端及中支點附近外，頂板厚為0.45m；腹板厚分別為0.5～1.1m，按折線變化；底板厚由跨中的0.5cm按二次拋物線變化至根部的1.5m。梁體支點、跨中等處共設8道橫隔板，兩側腹板與頂板相交處的外側過渡采用圓弧倒角（截面布置圖見圖1）。

2 懸臂澆筑箱梁易出現病害

2.1 箱梁混凝土裂縫

腹板斜向、豎向裂縫，跨中底板橫向、縱向裂縫、表面溫度裂縫，頂板縱向裂縫，以及其他非結構裂縫等，是箱梁混凝土常出現的裂縫形式。最常見的則是腹板斜裂縫，產生的主要原因：一是初始張拉力不足、豎向預應力筋與錨墊板間過大的不垂直度、壓漿不夠飽滿密實而導致的豎向預應力失效；二是縱向預應力筋彎起不夠，導致剪應力過大。造成的結果則是腹板主拉應力過大，產生裂縫。而其他如結構自重、溫度變化、混凝土收縮等的影響及相互作用，致使腹板斜裂縫出現可能較小。

2.2 跨中下撓

連續剛構的跨中可能出現不斷下撓的情況，且隨使用年限的增加越發明顯。產生的主要原因：一是過早張拉會加大混凝土徐變損失，導致徐變撓度加大；二是施工控制誤差較大，混凝土結構超重；三是張拉不到位、預應力有效性降低等。

2.3 跨中底板崩潰

箱梁底板崩裂按照破壞形態，分為底板橫向撓曲引起的縱向崩裂、底板上下層分離、鋼束局部蹦出三種情況，其中以底板上下層之間分離的情況為多，危害最大，使橋梁產生硬傷，甚至不能交付使用。主要原因：一是梁底合攏束徑向外崩力過大；二是鋼束設置與構造措施不配套；三是波紋管間距太小，底板混凝土被分割成上下兩層；四是鋼束定位存在過大偏差；五是混凝土澆注時振搗、養護不到位。

2.4 預應力孔道壓漿不密實

預應力孔道壓漿時，常出現漿液攪拌過程中混入空氣，水泥漿離析、析水、干硬收縮，預應力管道起伏長曲線頂部有空隙的情況，這些空隙的存在致使壓漿不夠飽滿密實，漿體強度降低，水泥漿對鋼絞線的握裹力下降，影響梁體與鋼絞線受力傳遞的均勻性；預應力筋會出現銹蝕，降低預應力的有效性，影響結構物耐久性。

從以上常見病害產生的原因來看，預應力施加過大，會使梁體長期處于應力狀態，致使反拱過大，延性減少；施加過小則會造成梁體撓度、裂縫寬度較大，降低使用壽命。因此施工中嚴格控制應力損失、提高預應力的有效性對施工質量尤為重要。

3 應力損失分析

預應力鋼筋張拉時，沿管道壁滑移產生摩擦會引起較大應力損失，在張拉端的應力較高，跨中方向由于摩擦力的影響逐漸減少，從而整體應力減少；

按設計要求，應力損失值任何情況均不得超過0.05fpk。

由摩擦引起的應力損失公式分析：

ΔS=P[1-e-（μθ+kx）]

其中：ΔS—摩擦引起的應力損失；

P—預應力張拉的應力值；

μ—管道摩阻系數；

θ—以弧度為單位，從張拉端到計算截面間與曲線管道部分的夾角絕對值相加之和；

k—管道偏差系數；

x—以m為單位，從張拉端到計算截面的管道長度在縱軸上的投影長。

要控制摩擦引起的應力損失ΔS值，需采取措施，改變鋼筋與管道壁間的摩擦系數，從張拉端到計算截面間與曲線管道部分的夾角，管道間局部偏差等影響因素。而其他如錨具變形、夾片回縮和接縫壓縮、混凝土彈性壓縮、鋼筋松弛等引起的應力損失，也需采取相應控制措施。

4 應力損失控制措施

4.1 精確定位預應力管道

①采用塑料波紋管，要安裝正確、牢固。波紋管與喇叭口平順銜接，不能出現漏漿，二者的中心線與錨具墊板要嚴格垂直，在每一束最高點或跨中部位安裝三通排氣管，長度大于60m時，每20m安裝三通排氣管。

②加工“U”型鋼筋做定位，限制波紋管上下左右移動，提高管道定位準確度。定位鋼筋基本間距不大于0.6m，曲線彎折處不大于0.4m。

③波紋管接頭要順直、牢固，外面套連接套管。為保證波紋管順直，波紋管位置與梁體鋼筋設置沖突時，可將梁體鋼筋適當移動或進行適當彎折。

④規范允許的情況下，考慮到混凝土骨料質量的不穩定因素，適當增大波紋管間距，便于振搗。

⑤混凝土澆注進槽時避免沖擊到波紋管，振動器也不得接觸波紋管，防止波紋管在澆筑過程中發生變形。

4.2 張拉控制

4.2.1 張拉設備選擇

①張拉設備的額定輸出力不得小于張拉束的錨外張拉控制力，該橋張拉時選用開封金中原有限公司生產的YDC4000型千斤頂。

②張拉油表使用防震型，最大量程為60MPa，最小刻度0.5MPa，精度不低于1度，使用前要進行標定，每月須標定一次，每周必須校準一次。

③高壓油泵選用了開封金中原有限公司生產的ZB50型油泵。

④千斤頂與壓力表要配套標定，作為張拉的依據要確定出張拉力與壓力表之間的關系曲線。千斤頂在初次使用之前、經過檢修后、漏油嚴重、調換油壓表、油表指針不能退回零點、油壓表受到碰撞或出現失靈現象、使用超過1個月或200次、或閑置6個月時必須標定。

4.2.2 張拉前準備

①使用預應力筋前，檢查表面是否有浮皮、銹蝕、泥污、油漬等雜質，用鋼絲刷將雜質清除干凈。要對預應力筋進行預張拉，增加其延性，避免或減少張拉時出現斷絲。

②安裝工作錨時，錨、管道和喇叭管三者中心要保持一致。再推入夾片，同一夾片間的端面要平齊、保持同樣的外露長度。

③利用單根鋼絞線將鋼絲繩帶過，然后利用鋼絲繩牽引穿設整束鋼絞線，穿設后，兩側張拉端錨具外露出的鋼絞線，除預留50cm長度外其余部分用小型電動砂輪機切割，切割后斷口用膠帶纏繞，防止鋼絞線松散。

④限位板配套裝入，再依次裝上千斤頂、工具錨，工具錨和工作錨上孔位的排列位置要保持一致。工具夾片在安裝前要打蠟，以保證張拉完畢后，夾片容易松脫。

⑤張拉前，千斤頂要空載試運行一個沖程，檢查油路是否暢通。待試運行正常后才可以進油施力。

4.2.3 張拉注意事項

①當彈模、混凝土強度均達到100%，齡期達到6天后再進行鋼束張拉，以免張拉時千斤頂作用而產生較大的混凝土彈性壓縮或壓裂混凝土塊體。

②張拉順序采取先縱向再豎向再橫向，縱向鋼束采取兩端同步張拉，并以中軸線兩側對稱進行，從而減少θ值及管道長度x值，控制構件承受的偏心壓力。縱向束張拉順序采取先腹板束后頂板束，合攏后先底板束再頂板束。

③采用分級張拉，防止兩端鋼絞線受力不均，伸長量出現過大偏差，可保證最終張拉的有效預應力。

④預應力采用雙控，油泵加壓要緩慢、勻速，要隨時記錄張拉伸長量，以便校核。實測伸長值不應超過理論值的±6，超過要及時停止張拉，待查明原因采取措施后，再行施工。

⑤可適當增加底板預應力束，并分批張拉，即部分底板預應力束滯后一段時間，待混凝土完成一定的收縮徐變后，再行張拉。

⑥中跨底板預留備用孔道，適當設置體外備用鋼束，如需要時再行張拉。

4.3 真空輔助壓漿

①預應力張拉錨固后，檢查安裝灌漿泵、真空泵、灰漿攪拌機、高壓管、真空壓漿組件、各種接頭閥門、漿桶等壓漿設備，對孔道壓水檢查、處理和密封，要保證在24～48小時內進行真空輔助壓漿。

②壓漿時的灰漿水灰比控制在0.3～0.35之間，并滿足強度和粘結力要求，保持較大的流動性、較小的干縮性及汲水性。水泥漿拌制均勻，經2.5mm×2.5mm的濾網過濾后，方可壓入管道，避免水泥塊或其他雜物進入泵體或孔道。

③關閉其他通風孔，啟動真空泵，排除導管內空氣。壓力應達負壓0.06MPa-0.1MPa間，孔道內的真空度保持穩定后停泵1min，若壓力降低，小于負壓0.02MPa則可認為導管密封良好，沒有裂縫；如未能滿足則表明導管密封不嚴。

④真空泵保持連續工作的同時，灌漿泵開始壓漿，管道出漿口應裝有三通管，吸漿的進程通過觀察通風管掌握，直到進、出漿的濃度確認一致后，才可封閉保壓。

⑤壓漿不應超過0.60MPa的最大壓力。在漿體注滿管道后，繼續保持0.50～0.60MPa的壓力2min，然后關閉壓漿泵及壓漿閥門.完成壓漿，確保壓入管道的漿體飽滿密實。

⑥中跨合攏段壓漿時采用兩端壓漿，壓漿時間間隔60s，一端壓漿至最高點后停止壓漿，另一端繼續壓漿直至連續出漿，孔道灌滿且封閉排氣孔后，再繼續加壓到0.5～0.6MPa，并持續5min。

⑦因大跨連續梁中跨合攏段位置遠高于壓漿嘴位置，中跨合攏束管道較長，將管道比作斜置的細長管，單端壓漿時間長，密水較多，易出現中間壓漿不飽滿，采用兩端間隔壓漿可將密水由中間排氣孔排出，確保壓漿飽滿。

5 結論

實踐證明，現場采取精確定位加固波紋管、預應力張拉控制及真空輔助壓漿等保證措施，應力損失值達到了不超過0.05fpk的要求，有效防范了病害發生，提高了預應力張拉工藝的質量，充分發揮了預應力鋼筋混凝土結構優勢，滿足工程使用要求。

參考文獻：

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