淺談后張拉法預(yù)應(yīng)力空心板梁預(yù)制施工技術(shù)

劉 軍， 彭 明

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

?

淺談后張拉法預(yù)應(yīng)力空心板梁預(yù)制施工技術(shù)

劉 軍， 彭 明

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

通過干汊中橋預(yù)應(yīng)力空心板梁這一比較典型的施工實(shí)例，歸納了后張法預(yù)應(yīng)力空心板梁的施工方法，總結(jié)出空心板梁施工的注意事項(xiàng)，以期對(duì)類似工程的施工具有一定的參考價(jià)值。

橋梁；預(yù)應(yīng)力；空心板梁；施工技術(shù)；干汊中橋

1 工程概述

干汊中橋位于S210線寶興至磽磧電站庫區(qū)，干汊中橋全長(zhǎng)74.24m，上部構(gòu)造采用3～20m后張拉預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，下部構(gòu)造采用重力式U形橋臺(tái)配擴(kuò)大基礎(chǔ)，雙柱式橋墩配明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。主車道寬度為8m，雙車道布置；防護(hù)欄桿尺寸為1.15m×0.3m，設(shè)計(jì)荷載為汽—20級(jí)。

2 空心預(yù)制板梁的制做與施工

20m空心預(yù)制板全長(zhǎng)1 996cm，全橋共21片，底寬124cm，高90cm，分中、邊板梁兩種，每塊空心預(yù)制板布置四束鋼絞線，每束鋼絞線由7根φj15鋼絞線組成，每根φj15鋼絞線由7根鋼絲扭繞制成。預(yù)制梁斷面見圖1。

圖1 空心預(yù)制板梁結(jié)構(gòu)圖

錨束選用ASTMA416—98、直徑為15.24mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，強(qiáng)度等級(jí)為1 860N/mm2，錨具選用XM15—7型，設(shè)計(jì)控制張拉力為195.3kN。鋼絞線力學(xué)性能見表1。

表1 鋼絞線力學(xué)性能表

2.1 預(yù)制場(chǎng)地的選擇

20m空心板單件最大重量約33t，對(duì)預(yù)制場(chǎng)地基要求較高。為防止地基不均勻沉降造成預(yù)制梁斷裂，必須對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行碾壓，對(duì)軟弱部位采用砂礫石置換并碾壓，最后澆筑C15混凝土10cm厚地坪。場(chǎng)地四周布置排水溝，以防止雨水淤積。

2.2 模板結(jié)構(gòu)

地模：采用混凝土地模，地模墊層為16cm厚的C25混凝土，表層采用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿抹面1cm且經(jīng)磨石處理，表面光滑、水平，嚴(yán)格控制其平面尺寸和平整度,表面平整度采用2m直尺檢查，不得超過允許偏差5mm。地模寬1.24m,長(zhǎng)20.8m，兩側(cè)鑲4cm厚木條，表面刨光。地模間距120cm；地模兩側(cè)布置混凝土樁，以便支側(cè)模。

側(cè)模：采用木模，木模表面應(yīng)刨光并達(dá)到規(guī)范要求的平整度以及光滑度,刨光的木模表面高低差采用2m直尺檢查，不得超過允許偏差3mm。側(cè)模應(yīng)具有一定的整體性，以便于裝拆。

內(nèi)模：內(nèi)模為不等邊八邊形，采用裝配式木框和散裝木板分節(jié)預(yù)組裝，外包塑料薄膜，分節(jié)吊裝就位。內(nèi)模要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于裝拆且其結(jié)構(gòu)牢固，不得在預(yù)制過程中出現(xiàn)模板移位、裂模、爆模現(xiàn)象。

模板結(jié)構(gòu)見圖2。

2.3 后張拉法預(yù)制工藝流程

后張拉板梁施工工藝流程見圖3。

2.4 錨孔成型與穿束

圖2 模板結(jié)構(gòu)圖

在已安裝的底板鋼筋上放出波紋管平面和立面控制點(diǎn)，按間距50cm焊接定位架立筋，并將固定波紋管的鋼筋圈準(zhǔn)確焊接在架立筋上，然后擺放波紋管并逐段連接，接頭使用直徑70mm的同類波紋管，長(zhǎng)度為(5～7)d，即40～50cm，接頭處采用膠帶裹緊密封。波紋管安裝位置要求準(zhǔn)確、孔洞順直、曲線平順。為防止?jié)仓r(shí)由于振搗或混凝土拌和物壓力過大而造成預(yù)埋的波紋管變形或破裂，在波紋管內(nèi)穿入膠管，當(dāng)混凝土終凝后將膠管拔除。錨墊板安裝應(yīng)與波紋管同心，與孔道軸線垂直。

鋼絞線根據(jù)下料長(zhǎng)度采用砂輪切割機(jī)切割，并用膠帶綁扎牢固。下料長(zhǎng)度公式為：

L=L0+n(L1+0.15)

式中 L為下料長(zhǎng)度；L0為梁的管道加兩端錨具長(zhǎng)度；n為張拉端數(shù)目；L1為千斤頂支承端到夾具外緣距離(包括錨墊圈，厚0.035m)。

施工采用兩端張拉，錨具選用XM15—7型；該預(yù)制板采用兩種不同長(zhǎng)度的鋼絞線進(jìn)行張拉，分別為21.282m和21.394m；錨具長(zhǎng)度為0.055m；張拉端數(shù)目n=2；千斤頂支承端到夾具外緣距離(包括錨墊圈厚0.035m)，L1=0.835m。

故下料長(zhǎng)度為：

L1=L01+n(L1+0.15)=21.282+0.055+2×(1.5+0.15)=24.637(m)

L2=L02+n(L1+0.15)= 21.394+0.055+2×(1.5+0.15) =24.749(m)

在預(yù)應(yīng)力張拉前，根據(jù)下料長(zhǎng)度進(jìn)行鋼絞線的切割下料，采用人工穿入波紋管并逐根理順，防止其互相纏繞。

2.5 后張法張拉

(1)設(shè)計(jì)要求。

張拉時(shí)，混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%；張拉控制應(yīng)力應(yīng)不超過預(yù)應(yīng)力筋極限張拉應(yīng)力的75%。該工程張拉控制應(yīng)力為預(yù)應(yīng)力筋極限張拉應(yīng)力的75%。

張拉采用兩端張拉方式，對(duì)張拉力與伸長(zhǎng)值實(shí)施雙控，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的差值應(yīng)控制在±6%以內(nèi)且不允許斷絲。

(2)預(yù)應(yīng)力筋理論伸長(zhǎng)值。

理論伸長(zhǎng)值△L(mm)按下式計(jì)算：

△L= PPL/(APEP)

△PP= P×[1-e-(kx+μθ)]/(kx+μθ)

式中 PP為預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力(N)；L為預(yù)

圖3 后張拉板梁施工流程圖

應(yīng) 力 筋 的 長(zhǎng) 度(mm)；即L1=21 282mm，L2=21 394mm；AP為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積(mm2)，即140mm；EP為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量(N/mm2)，取1.95×105MPa；P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力(N)；k為孔道每延米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)，取0.001 5；θ為曲線孔道部分切線夾角之和(rad)；μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩 擦 系 數(shù)，取0.25；x為張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度(m)，x1=2.755 m；x2=4.391m。其中:

P=σcon×Ag×n×b/1 000

式中 σcon為張拉控制應(yīng)力(N/mm2)；Ag為每根預(yù)應(yīng)力筋截面面積(mm2)；n為同時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力根數(shù)，即7根；b為超張拉系數(shù)，不超張拉時(shí)為1。

由于設(shè)計(jì)圖紙未標(biāo)明預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力，根據(jù)《橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》，預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力不得超過預(yù)應(yīng)力筋極限張拉應(yīng)力的75%,故該預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力取預(yù)應(yīng)力筋極限張拉應(yīng)力的75%，即1 395N/mm2，則：

P=1 395×20×7×1/1 000=195.3(kN)

該預(yù)制板分兩種不同長(zhǎng)度的鋼絞線進(jìn)行張拉，分別為曲筋1=21 282mm和曲筋2=21 394mm。

① 曲筋1(總長(zhǎng)21 282mm)。

A、PP1=195 300×[1-e-(0.001 5×2.755+0.043 63×0.25)]/(0.001 5×2.755+0.043 63×0.25)=193.8(kN)；

B、曲筋1理論伸長(zhǎng)值△L1=193 800×21 282/(140×195 000)=151(mm)。

② 曲筋2(總長(zhǎng)21 394mm)。

A、PP2=195 300×[1-e-(0.001 5×4.391+0.244 3×0.25)]/(0.001 5×4.391+0.244 3×0.25)=188.8(kN)；

B、曲筋2理論伸長(zhǎng)值△L2= 188 800×21 394/(140×195 000)=148(mm)。

根據(jù)理論伸長(zhǎng)值確定的預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際伸長(zhǎng)值控制范圍見表2。

表2 實(shí)際伸長(zhǎng)值控制范圍表

(3)錨索張拉。

預(yù)應(yīng)力預(yù)制板梁采用XM15-7型夾片式錨具、后張拉法張拉，鋼絞線為高強(qiáng)度低松弛力筋。張拉程序?yàn)椋?/p>

0→0.1張拉力(初應(yīng)力)/(伸長(zhǎng)值量測(cè)基點(diǎn))→σcon(控制應(yīng)力)/測(cè)伸長(zhǎng)值→持續(xù)2min錨固/卸荷、測(cè)夾片回縮值。

施工采用兩端同時(shí)張拉。張拉施工時(shí)，兩端油泵啟動(dòng)基本一致，進(jìn)油升壓應(yīng)緩慢、均勻、平衡。先在一端先行錨固，再在另一端補(bǔ)足張拉力持續(xù)3～5min后進(jìn)行錨固。

3 預(yù)制板梁的吊裝

預(yù)制板梁采用小門架配合鋼導(dǎo)梁吊裝，配卷揚(yáng)機(jī)、滑車牽引移動(dòng)，千斤頂落梁就位。導(dǎo)梁采用在橋臺(tái)一次拼裝而成。預(yù)制板梁吊裝情況見圖4。

(1)先在墩、臺(tái)之間架設(shè)20m導(dǎo)梁，并在導(dǎo)梁前端架設(shè)小門架，小門架配合卷揚(yáng)機(jī)牽引。

(2)用千斤頂分別將預(yù)制板的兩端頂起，安上走板、滾筒，再將千斤頂松開，將預(yù)制板落在走板上。

(3)用卷揚(yáng)機(jī)牽引，將預(yù)制板梁縱向移動(dòng)通過導(dǎo)梁過孔移動(dòng)到預(yù)定位置。

(4)用預(yù)先安裝好的小門架將預(yù)制板梁提離導(dǎo)梁，再橫向移動(dòng)導(dǎo)梁。

(5)導(dǎo)梁移開后，安裝橫向移動(dòng)走板，將預(yù)制板梁放在橫向移動(dòng)走板上，用卷揚(yáng)機(jī)將預(yù)制板梁橫向移動(dòng)到位，再用千斤頂落位。

圖4 預(yù)制板梁吊裝示意圖

4 結(jié) 語

干汊橋?yàn)榭招念A(yù)制板梁施工比較典型的實(shí)例，其空心橋梁本身的抗彎能力和承載能力不高，主要依靠4束鋼絞線對(duì)板梁施加預(yù)應(yīng)力，使其達(dá)到設(shè)計(jì)承載能力。因此，板梁的鋼絞線施工質(zhì)量以及兩張拉錨固端混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量至關(guān)重要。

(1)空心板梁具有長(zhǎng)、重等特點(diǎn)，對(duì)地基承載力要求較高，地基沉降易造成板梁部分懸空。由于其自身重量，未張拉板梁很難承受懸臂板梁產(chǎn)生的彎矩，往往會(huì)攔腰折斷。

(2)對(duì)于空心板梁，一般要求其混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度較高(C40以上)。因此，如何控制水灰比、降低水化熱是提高混凝土質(zhì)量的重要途徑。根據(jù)該工程骨料特點(diǎn)：針片狀含量高、長(zhǎng)寬比大，導(dǎo)致每m3混凝土中的水泥含量達(dá)550kg，大大增加了水化熱。因此，采取了提前拆模和空心內(nèi)部盛水降溫養(yǎng)護(hù)的措施，必要時(shí)采用通風(fēng)降溫。

(3)由于空心板梁通過預(yù)應(yīng)力張拉達(dá)到設(shè)計(jì)承載力，鋼絞線為曲徑布置，張拉必將造成梁起拱(一般起拱高度為2 cm左右)，因此，鋼絞線張拉不宜在混凝土強(qiáng)度較高后實(shí)施，同時(shí)，應(yīng)減少水泥用量，以減少水化熱、提高混凝土塑性。

(4)根據(jù)規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)采取雙控，將鋼絞線的伸長(zhǎng)值必須控制在±6%的理論伸長(zhǎng)值。伸長(zhǎng)值計(jì)算必須根據(jù)公式的邊界條件、對(duì)照實(shí)際鋼絞線布置情況分段進(jìn)行計(jì)算，否則實(shí)際伸長(zhǎng)值將不會(huì)在理論伸長(zhǎng)值允許范圍內(nèi)。鋼絞線曲徑一般由曲線段、直線段等組成，由于張拉受力，部分段已脫開波紋管壁，故鋼絞線理論伸長(zhǎng)值應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力和布置情況進(jìn)行計(jì)算。

(5)干汊橋張拉遇到的設(shè)計(jì)問題。目前，部分設(shè)計(jì)單位對(duì)一些橋梁的設(shè)計(jì)直接照搬原國(guó)家頒布的設(shè)計(jì)圖集(或廢棄的圖集)。但因技術(shù)進(jìn)步、材料更新，原設(shè)計(jì)圖集已無法適用。如該工程遇到的鋼絞線強(qiáng)度值問題，根據(jù)設(shè)計(jì)圖集應(yīng)為1 500 MPa極限張拉強(qiáng)度，而設(shè)計(jì)圖紙上未明確鋼絞線的極限強(qiáng)度為1 500 MPa，也未明確張拉力為鋼絞線強(qiáng)度的百分比。從目前市場(chǎng)情況看，已無1 500 MPa極限張拉強(qiáng)度的鋼絞線，普遍為1 860 MPa極限強(qiáng)度的鋼絞線。因此，按照規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力張拉力應(yīng)為75%的鋼絞線強(qiáng)度，張拉力應(yīng)為195.3 kN，而原設(shè)計(jì)許可的張拉力最大為157.5 kN。最終，設(shè)計(jì)提出張拉力為預(yù)應(yīng)力筋極限張拉應(yīng)力的60.5%。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV547;TV

B

1001-2184(2016)06-0041-04

劉 軍(1968-)，男，四川射洪人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

彭 明(1977-)，男，四川南部人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.