極小半徑曲線現(xiàn)澆箱梁張拉的施工技術(shù)

陳亮 雷進(jìn)東

摘 要：隨著日益增長的高速公路建設(shè)，從越來越多的地形狹窄山區(qū)開始，要在有限的地方盡可能的將高速路網(wǎng)鋪開，面臨著極小半徑曲線現(xiàn)澆箱梁張拉問題，本文以某山區(qū)高速公路現(xiàn)澆箱梁極小半徑張拉施工為實例，詳細(xì)介紹極小半徑曲線現(xiàn)澆箱梁張拉的一些技術(shù)研究，為類似的山區(qū)高速公路極小半徑現(xiàn)澆箱梁張拉提供借鑒。

關(guān)鍵詞：極小半徑曲線;現(xiàn)澆箱梁;張拉

中圖分類號：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

近年來，我國正大力開展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，越來越多的高速公路正在建設(shè)中，面對一些地形狹窄的山區(qū)高速公路，為了更好的展開線性施工，同時貫徹節(jié)約土地的思想，極小半徑曲線現(xiàn)澆箱梁施工張拉，就成為一個不可忽視的問題。本項目就存在極小半徑曲線現(xiàn)澆箱梁張拉施工，本文主要從引伸量理論計算方法、實測數(shù)據(jù)、錨下應(yīng)力檢測、誤差分析、施工困難等方面分析極小半徑曲線現(xiàn)澆箱梁施工張拉在山區(qū)高速公路建設(shè)中的安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性，為類似工程提供借鑒。

1 工程應(yīng)用

1.1 工程概況

重慶江習(xí)高速四面山互通為樞紐式互通，位于江津區(qū)四面山景區(qū)東北約6 km處，采用迂回式方案。互通主線范圍K50+700.000～K52+135.000，總長1 435 m，其中含A～D四條橋總長3 244.538 m。四面山互通D匝道2號橋第五聯(lián)現(xiàn)澆箱梁，箱梁曲線半徑為60 m，單箱雙室截面，箱梁等高，梁高1.5 m，懸臂長1.75 m;箱梁頂板厚度25 cm，底板厚22 cm，邊腹板厚度50 cm，中腹板厚度50 cm。

1.2 引伸量

1.2.1 極小半徑鋼絞線計算原則

為計算極小弧線箱梁鋼絞線引伸量，需要遵從以下幾個原則：

（1）T梁鋼絞線有豎彎和平彎兩個方向上的角度變化，平彎段很短且R很大，對伸長量影響不大，計算時忽略平彎影響，只采用豎彎θ進(jìn)行計算。

（2）在計算箱梁鋼絞線引伸量時，目前設(shè)計給預(yù)應(yīng)力鋼束的方式均為道路中心線處展開，即中腹板鋼絞線長度，邊腹板鋼絞線長度需要根據(jù)平曲線長度進(jìn)行修正，修正的原則：鋼絞線的長度在跨中直線部分進(jìn)行調(diào)整。

（3）將腹板中心線的長度與設(shè)計道路中心線的差值近似得認(rèn)為是該處鋼絞線與設(shè)計鋼絞線的平曲線的增量，D匝道橋第五聯(lián)設(shè)計道路中心線即中腹板長度為74.92 m，即：①右側(cè)腹板中心線長度為78.966 m，ΔL=4.046 m;②左側(cè)腹板中心線長度為70.874 m，ΔL=-4.046 m。

以上平曲線增量，平分在箱梁跨中直線段位置，即平分至CD/KL/ST即跨中直線段。

1.2.2 伸長量計算

箱梁首件工程預(yù)應(yīng)力筋采用Φs15.2的鋼絞線束，截面面積Ap=140 mm2，錨下（張拉）控制力為σcon=0.75，fpk=1 395 MPa，Ep=1.95×105 MPa。波紋管采用某公司生產(chǎn)的塑料波紋管，μ=0.14，k=0.001。初始力Pq=1 395×140=195 300 N。

根據(jù)《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）7.6.3節(jié)中規(guī)定了預(yù)應(yīng)筋伸長值ΔL的計算按照以下公式：

公式1：ΔL=Pp×L/Ap×Ep

公式2：Pp=P×（1-e-（kx+μθ））/（kx+μθ）

公式3：Pz=Pq×e-（KX+μθ）

通過理論計算公式結(jié)合極小半徑條件下的計算原則，計算出四面山互通D匝道橋第五聯(lián)現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論引伸量。

1.2.3 理論值與實際值對比

實際引伸量計算方法如下：

（1）各級壓力變對應(yīng)的張拉力：根據(jù)油頂?shù)幕貧w方程及油表讀數(shù)P，計算對應(yīng)的張拉力F。

油頂1#： F=（P-0.828 571）/0.015 057

油頂2#： F=（P-1.414 286）/0.015 007

（2）總伸長量=L3+L2-2*L1-錨固回縮量Ns。

其中：L1=10% F時的總引伸量;L2=20% F時的總引伸量;L3=100% F時的總引伸量。

（3）伸長率誤差=（總伸長量-理論伸長量）/理論伸長量。實測值與理論計算結(jié)果匯總見圖1。偏差值見圖2。

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）規(guī)定，預(yù)應(yīng)力張拉允許偏差為±6%，圖1可知，1.2.2節(jié)的理論計算方式適用極小半徑曲線橋鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉計算，同時，由圖2可得，左側(cè)腹板（弧線內(nèi)側(cè)）實測鋼絞線引伸量的平均誤差為-2.0%，右側(cè)（弧線外側(cè)）腹板鋼絞線引伸量平均誤差為2.1%，存在較大差異。

1.3 錨下應(yīng)力檢測

由于張拉引伸量由理論計算獲得，因此為了檢驗實際張拉效果，需要通過錨下應(yīng)力檢測對極小半徑曲線橋的張拉質(zhì)量進(jìn)行評估。檢測委托具有專業(yè)檢測資格的某公司進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見圖3、4。

《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）規(guī)定，錨下應(yīng)力檢測允許偏差為±5%，由圖3、4錨下應(yīng)力檢測結(jié)果可知，四面山互通D匝道橋第五聯(lián)現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量均滿足要求，但是由錨下應(yīng)力檢測結(jié)果可知，左側(cè)腹板（弧線內(nèi)側(cè)）鋼絞線錨下應(yīng)力值普遍偏小，平均誤差為-2.3%，右側(cè)腹板（弧線外側(cè)）鋼絞線錨下應(yīng)力平均誤差為2.1%，同樣存在較大誤差。

1.4 誤差分析

四面山互通D匝道橋第五聯(lián)箱梁弧線內(nèi)側(cè)和弧線外側(cè)預(yù)應(yīng)力張拉引伸量誤差存在較大差異，內(nèi)外兩側(cè)腹板鋼絞線引伸量誤差值相差4.1%，錨下應(yīng)力誤差值相差4.4%，箱梁內(nèi)側(cè)與外側(cè)因為弧線半徑較小，弧線半徑相差10.5 m，管道的彎曲程度不同是造成極小半徑曲線橋預(yù)應(yīng)力張拉引伸量和錨下應(yīng)力出現(xiàn)較大不均勻程度的主要原因。

由鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉引伸量計算公式①ΔL=Pp×L/Ap×Ep（公式1）及②Pp=P×（1-e-（kx+μθ））/（kx+μθ）（公式2）可知，影響預(yù)應(yīng)力張拉的主要參數(shù)為k值（孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)）、μ值（預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)）及θ值（從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和），k值與μ值是由施工中管道的定位偏差和管道壁不光滑程度決定的，可通過實驗定量進(jìn)行測定，彎道的彎曲對k值沒有影響;μ值則隨著鋼束的彎曲角度的增加而增加，θ值必須按照鋼絞線的豎面與平面的矢量之和進(jìn)行取值，對于三維曲線梁的鋼絞線伸長量θ值的計算中，作為施工單位，因平彎一般較小，僅僅考慮豎曲線的切線夾角，但在極小半徑梁中，平曲線的變化比一般鋼絞線大得多，因此是不可忽視的誤差來源。

綜上，μ值及θ值是影響極小半徑曲線箱梁預(yù)應(yīng)力張拉呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)的主要參數(shù)，μ值及θ值影響因素較多，定量研究μ值及θ值在管道彎曲過程中的變化存在較大困難，由引伸量及錨下應(yīng)力實測數(shù)據(jù)可得，隨著彎道彎曲程度的變化，引伸量及錨下應(yīng)力的變化基本為線性增加，因此，在規(guī)范中直線段鋼絞線引伸量公式的基礎(chǔ)上，增加一個變量φ（弧線影響系數(shù)）。

φ值屬于經(jīng)驗系數(shù)，將由管道彎曲過程中μ值及θ值產(chǎn)生的誤差通過弧線影響系數(shù)φ值進(jìn)行修正，由于管道彎曲的影響為線性增加，φ值僅與箱梁弧線半徑R有關(guān)，采用一元一次方程φ=aR+b，帶入ΔL理論×φ=ΔL理論×（aR+b）=ΔL實際，采用實際生產(chǎn)中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗計算，將采集到的數(shù)據(jù)平均處理后，得到以下三個一元一次方程：

①54.75×a+b=1.098

②60×a+b=1.136

③65.25×a+b=1.257

按照一元一次方程的求解方式兩組組合進(jìn)行求解，一共求得3組解，如下：

①a=0.017 3;b=0.151

②a=0.017 0;b=0.148

③a=0.015 1;b=0.272

整理后得到適用于極小半徑鋼絞線張拉的計算公式：

ΔL=（Pp×L/Ap×Ep）×φ

其中φ=（R×0.016 5+1.90）

1.5 施工過程中的困難分析及解決方案

（1）極小半徑預(yù)應(yīng)力張拉控制是施工管控重點。采用壓力及引伸量雙控，其中引伸量通過ΔL=Pp×L/Ap×Ep（公式1）ΔL=（Pp×L/Ap×Ep）×φ（公式2）的分段計算方法（詳見1.2.2節(jié)）獲得，將鋼絞線長度影響通過跨中直線段進(jìn)行修正，弧線影響采用通用系數(shù)φ進(jìn)行修正。

（2）由于箱梁弧線半徑較小，管道彎曲嚴(yán)重，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束的過程中頻繁出現(xiàn)鋼束卡在管道中的情況。采用“先穿法”，即在澆筑混凝土前完成穿束，在進(jìn)行腹板側(cè)模直立時，每間隔5 m開設(shè)一個40 cm*40 cm的方形孔，防止穿束過程中鋼絞線卡死。同時進(jìn)行穿束后，將端頭采用膠條封堵完好，防止?jié)仓炷習(xí)r堵塞管道。

（3）梁橋面橫坡達(dá)到5%，張拉過程中箱梁存在傾覆的風(fēng)險。嚴(yán)格采用對照逐排張拉，按照中腹板F1左側(cè)→F1右側(cè)→左側(cè)腹板F1a→右側(cè)腹板F1a→右側(cè)腹板F1b→左側(cè)腹板F1b的順序進(jìn)行張拉，一排張拉完畢后，再進(jìn)行第二、三排鋼絞線的張拉。

（4）箱梁平面線性彎曲較大，張拉過程中可能出現(xiàn)平面翹曲的現(xiàn)象。張拉前，在箱梁中軸線、左側(cè)腹板中心線、右側(cè)腹板中心線上，每條周線共布置9個測點、共計27個測點，張拉前對各測點的高程及平面位置進(jìn)行測量;每張拉完一排鋼絞線，對測點的高程和平面位置進(jìn)行測量，與初始值進(jìn)行對比;根據(jù)實際測量情況，箱梁張拉過程中未出現(xiàn)平面位置偏移及不規(guī)則翹曲現(xiàn)象。

（5）鋼絞線本身屬于平彎及豎彎的三維線性，加上箱梁本身具有較大的平彎線性，波紋管的定位準(zhǔn)確性存在較大的挑戰(zhàn)。采用20 mm×10 mm的空心方光管作為波紋管的豎向定位標(biāo)尺，以方鋼管的底部為0軸起點，在方鋼管的三個面上依次測量出波紋管坐標(biāo)的Y值，用小刀進(jìn)行刻線，然后用紅色油筆劃線。方管尺的四個面分別作為F1、F2及F3的縱坐標(biāo)定位。順橋向坐標(biāo)采用以每跨橫隔梁中點為起點坐標(biāo)的方式，向兩側(cè)進(jìn)行定位，減少長度方向造成的測量誤差。

2 結(jié)語

通過對四面山互通D匝道橋第5聯(lián)現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉的研究，對極小曲線半徑條件下的現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉的控制指標(biāo)提出了通用的計算方法及計算公式，并對可能遇到的施工困難給出了可操作的方案，對以后類似工程具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉耀榮.小半徑曲線箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉施工技術(shù)[J].價值工程，2014（27）：121-123.

[2]羅佳意，張謝東，郭興茂.小半徑環(huán)向預(yù)應(yīng)力張拉伸長量和鋼絞線行為分析[J].公路交通科技，2014（7）：103-107.