矮塔斜拉橋PSC梁預(yù)制及架設(shè)關(guān)鍵施工技術(shù)分析

摘要：PSC梁因其具有抗裂性好、自重輕、受壓構(gòu)件穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在橋梁得到了廣泛應(yīng)用。依托非洲馬古富力大橋工程，分析工程PSC梁預(yù)制及安裝全過程關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)果表明：采用應(yīng)力和伸長(zhǎng)量雙控方法進(jìn)行鋼絞線伸長(zhǎng)計(jì)算較為準(zhǔn)確；預(yù)制梁張拉過后，可以考慮采用優(yōu)化混凝土配合比和梁端臺(tái)座處理的方式，去有效解決梁端混凝土破裂的問題。

關(guān)鍵詞：矮塔斜拉橋；PSC預(yù)制梁；鋼絞線；伸長(zhǎng)量；梁端破損

0 引言

體外預(yù)應(yīng)力具有損失少、永存應(yīng)力可測(cè)試、主動(dòng)受力等優(yōu)點(diǎn)，但目前體外預(yù)應(yīng)力用于連續(xù)梁橋的工程案例還較少[1-2]。基于此，陳思鵬[3]以某高速公路中一座預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋作為研究對(duì)象，闡述了該橋的病害情況、檢查手段、病害原因及加固手段。何濤等[4]以某裂縫病害較為嚴(yán)重的大跨徑連續(xù)梁橋?yàn)槔瑢?duì)附加自錨式懸索橋加固方案設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)展開分析。李海洋[5]以某懸臂澆筑施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，通過Midas Civil有限元軟件進(jìn)行建模計(jì)算，探討結(jié)構(gòu)自重、剛度和預(yù)應(yīng)力張拉控制力等敏感性參數(shù)對(duì)施工控制的影響。薛翔宇[6]基于某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋體內(nèi)與體外混合配束特點(diǎn)，通過數(shù)值有限元分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究了體外預(yù)應(yīng)力的損失規(guī)律。

本文依托非洲馬古富力大橋工程，對(duì)PSC梁預(yù)制及安裝全過程關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析，相關(guān)研究成果可為相似工程的施工和設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)、借鑒意義。

1 工程概況

馬古富力大橋位于坦桑尼亞北部姆萬扎省，穿越非洲最大湖泊—維多利亞湖中，大橋全長(zhǎng)3200m，是目前非洲最長(zhǎng)矮塔斜拉橋。馬古富力大橋橋跨布置形式為31×40mPSC簡(jiǎn)支梁+（100m+160m+160m+100m）三塔雙索面斜拉懸灌梁+31×40mPSC簡(jiǎn)支梁。引橋部分采用806片、標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)跨徑為40m的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土I形梁，如圖1所示。

2 總體施工流程

本項(xiàng)目引橋采用預(yù)制40mPSC梁共計(jì)806片。預(yù)制臺(tái)座14個(gè)，定型鋼模板6套。預(yù)制梁鋼筋在加工廠集中加工，配送到現(xiàn)場(chǎng)綁扎。波紋管采用鍍鋅鋼帶現(xiàn)場(chǎng)卷制、連接，并準(zhǔn)確定位到鋼筋骨架。

波紋管內(nèi)預(yù)穿PE管保護(hù)，混凝土澆筑完成后，終凝前拔出。混凝土由拌合站集中供應(yīng)，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，通過龍門起重機(jī)起吊料斗或泵送方式將混凝土送入模板。梁體采用土工布覆PrPsNTXF2b0Lo4aWPCbUcg==蓋，灑水養(yǎng)護(hù)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后穿入鋼鉸線，并采用穿心頂對(duì)稱張拉。

張拉順序由上至下，由中間向兩邊，張拉以應(yīng)力控制為主，伸張量校核。張拉完成7d內(nèi)內(nèi)及時(shí)壓漿封錨。然后應(yīng)用龍門起重機(jī)場(chǎng)內(nèi)移梁。

預(yù)應(yīng)力PSC梁頂寬0.9m，底寬1.1m，高度1.85m，采用C60混凝土后張預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，施工關(guān)鍵流程如圖2所示。

3 預(yù)制梁張拉

3.1 預(yù)應(yīng)力損失分析

本工程預(yù)制梁采用兩端對(duì)稱后張法施工。在鋼絞線受力分析過程中，首先要考慮的因素就是張拉過程中的預(yù)應(yīng)力損失。通常來說，預(yù)應(yīng)力損失主要包括：預(yù)應(yīng)力筋與管道內(nèi)壁間的摩擦損失；錨具受力后的壓縮變形，預(yù)應(yīng)力筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失；混凝土收縮徐變引起的應(yīng)力損失；混凝土壓縮引起的應(yīng)力損失等。

3.2 張拉伸長(zhǎng)量計(jì)算

而在實(shí)際施工過程中，上述因素導(dǎo)致的應(yīng)力損失往往無法準(zhǔn)確測(cè)定。而設(shè)計(jì)圖紙中給出的張拉控制應(yīng)力，除預(yù)應(yīng)力筋與管道內(nèi)壁間的摩擦損失未考慮外，其他影響預(yù)應(yīng)力損失的因素都已經(jīng)考慮到。為此現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員可采用此值為基準(zhǔn)，進(jìn)行后續(xù)張拉伸長(zhǎng)量計(jì)算。

本次鋼絞線張拉伸長(zhǎng)量的計(jì)算，以工程實(shí)例中預(yù)制梁一束鋼絞線N1來計(jì)算分析。張拉采用兩端對(duì)稱張拉，故N1最終伸長(zhǎng)量的計(jì)算可采用一半鋼絞線伸長(zhǎng)量值的2倍即可。

本工程鋼絞線采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1860MPa、公稱直徑15.2mm的低松弛鋼絞線，單根鋼絞線截面面積138.7mm2，彈性模量2×105MPa，錨下控制應(yīng)力1302MPa，經(jīng)計(jì)算得到鋼絞線N1最終伸長(zhǎng)量為239.5mm，其值為段1至段7伸長(zhǎng)量和的2倍。

3.3 預(yù)應(yīng)力張拉控制

本工程預(yù)應(yīng)力張拉階段采用應(yīng)力和伸長(zhǎng)量雙控方法，以應(yīng)力為準(zhǔn)，以伸長(zhǎng)量作為校核。最終將張拉應(yīng)力控制在理論張拉應(yīng)力5%范圍內(nèi)，將鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)量控制在6%范圍內(nèi)。N1波波紋管曲線偏距如圖3所示。

4 PSC梁安裝

4.1 施工總體流程

架梁采用120t的雙導(dǎo)梁架橋機(jī)進(jìn)行架梁，先從基貢戈端按A1－P1－P31順序架梁，然后拆除架橋機(jī)，倒運(yùn)至布西西端，再按A2－P65－P36順序架梁。運(yùn)梁采用2臺(tái)120t的專用運(yùn)梁車，直接將梁喂至架橋面的尾部；布西西端架梁，運(yùn)梁車從棧橋上通運(yùn)梁。所有下部結(jié)構(gòu)，根據(jù)架梁順序施工。關(guān)鍵施工流程如圖4所示。

4.2 施工關(guān)鍵要點(diǎn)

4.2.1 墊石、支座施工

進(jìn)行墊石混凝土澆筑。清洗、鑿毛蓋梁頂墊石區(qū)域，調(diào)整預(yù)埋鋼筋及錨固螺栓孔位。補(bǔ)充綁扎遺留鋼筋，放樣墊石準(zhǔn)確位置，安裝墊石定型鋼模并固定牢固。用起重機(jī)及料斗配合人工，將混凝土輸送入模，插入式振搗器振搗密實(shí)，并灑水養(yǎng)護(hù)7d。

進(jìn)行支座安裝。將支座墊石頂面支座安放區(qū)域浮漿清除、鑿毛，預(yù)留錨固孔吹洗干凈。放樣支座中心十字線，彈出支座安裝橫縱線。采用水平尺寸對(duì)支座安放位置平整度進(jìn)行檢測(cè)并調(diào)整至合格。安放支座，使支座中心線與墊石中心線重合，再用水平尺檢查支座上鋼板的平整度，合格后灌注支座調(diào)平砂漿。支座調(diào)平砂漿采用專用高強(qiáng)度成品料，機(jī)械拌合，高位壓力灌漿。

4.2.2 梁體運(yùn)輸

梁封錨混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，即可進(jìn)行梁的安裝。在存梁廠用2臺(tái)龍門起重機(jī)將梁橫向吊裝到運(yùn)梁車上，用4個(gè)鋼桁架將梁體固定在運(yùn)梁車上，桁架與梁體間設(shè)置膠皮墊，防止梁體被劃傷。梁體運(yùn)輸行駛速度不能超過5km/h，轉(zhuǎn)彎半徑不小于40m。考慮到架梁的周期太長(zhǎng)，若等待架梁完成后，再施工橋面鋪裝，工期太緊張。I型梁的穩(wěn)定性比較差，長(zhǎng)期在沒有永久固結(jié)的單組梁體上運(yùn)梁，存在安全隱患。基于此，采取左右線錯(cuò)開運(yùn)梁、錯(cuò)開施工橫隔板的橋面鋪裝方案。具體方案如下：以伸縮縫為單元，架完一個(gè)單元梁體后，梁車先從左幅運(yùn)梁，開展右幅橫隔板的橋面鋪裝。待右幅的橋面鋪裝混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，梁車再導(dǎo)向從右側(cè)鋪好的橋面上運(yùn)梁，再進(jìn)行右幅的橋面鋪裝，如此循環(huán)，以期整體進(jìn)度均衡，同時(shí)確保運(yùn)梁安全。

4.2.3 梁體安裝

PSC梁架橋機(jī)按照40m梁進(jìn)行配置，根據(jù)總體工期要求，配置1臺(tái)架橋機(jī)從基貢戈端向主橋方向架梁，完成后再拆裝到布西西，從布西西端向主橋方向架梁。

5 預(yù)制梁張拉后兩端破損問題處置

5.1 原因分析

預(yù)制梁在臺(tái)座上澆筑成型，待齡期滿足要求、預(yù)應(yīng)力張拉過后，彎曲應(yīng)力會(huì)使梁體向上撓曲。不同梁間撓曲度并不完全相同，撓曲度的產(chǎn)生是預(yù)制梁生產(chǎn)過程中普遍存在的現(xiàn)象。

本工程預(yù)制梁張拉過后出現(xiàn)梁端混凝土產(chǎn)生破裂、掉塊缺角等現(xiàn)象。通過張拉前后梁體姿態(tài)的變化不難發(fā)現(xiàn)，預(yù)制梁受力向上產(chǎn)生撓曲后，梁中部區(qū)域因起拱而脫離臺(tái)座，梁體兩端成為支撐梁體質(zhì)量的支點(diǎn)。梁體撓曲過程中，支點(diǎn)位置處發(fā)生橫向和豎向位移。而本項(xiàng)目的臺(tái)座可以滿足梁體梁端橫向的位移要求，但豎向位移卻被臺(tái)座端部的鋼板而限制，進(jìn)而導(dǎo)致梁體梁端支點(diǎn)位置處受力集中，使梁端出現(xiàn)擠壓破裂、表面脫落現(xiàn)象，一定程度上影響了梁體成型質(zhì)量、耐久性和整體外觀。

5.2 端頭防損措施

防損措施的采取主要是從兩個(gè)方面考慮：一是盡量減少梁體受力變形，二是減少梁體端頭受力變形的阻力，并滿足承受梁體自重的要求。本文從以上兩方面著手，提出預(yù)防端頭受損措施。

5.2.1 調(diào)整混凝土配合比

本工程預(yù)制梁采用C60，強(qiáng)度等級(jí)較高，膠凝材料的使用量較大。而膠凝材料的大量使用會(huì)降低混凝土的彈性模量，在施加預(yù)應(yīng)力后，梁體變形將增大，進(jìn)而將增加梁端破裂的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此技術(shù)人員可以考慮在滿足混凝土強(qiáng)度的前提下，通過改變混凝土配合比的方式，控制膠凝材料的用量，進(jìn)而增加混凝土的彈性模量，縮小張拉過后梁端變形量。經(jīng)過技術(shù)人員多次調(diào)試配合比并驗(yàn)證，確定將膠凝材料用量控制在500kg/m3較為理想。除上述提到的控制膠凝材料用量的措施外，增大混凝土粗骨料用量，減少砂率，也可以起到同樣的效果。

5.2.2 調(diào)整制梁臺(tái)座端頭

除了上述措施外，還可以考慮采用降低臺(tái)座梁端部區(qū)域剛性的方式，給予梁體張拉過后梁端支點(diǎn)位置處變形空間，從而減弱梁端混凝土局部應(yīng)力，降低梁端破裂風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)本工程，技術(shù)人員采用將梁臺(tái)座對(duì)應(yīng)梁端部區(qū)域10cm范圍內(nèi)的鋼板替換為橡膠材料。此橡膠材料既具有一定的支撐強(qiáng)度，可滿足對(duì)梁體正常的支撐需求，同時(shí)又具有一定彈性，滿足梁端因張拉而導(dǎo)致的變形需求。梁端臺(tái)座處理如圖5所示。

6 結(jié)束語

本文依托非洲馬古富力大橋工程，通過實(shí)際工程分析PSC梁預(yù)制及安裝全過程關(guān)鍵技術(shù)。PSC梁預(yù)制施工關(guān)鍵流程主要是鋼筋加工與安裝、波紋管安裝和保護(hù)、錨具與防焊鋼筋安裝、模板加工與安裝、混凝土澆筑、拆模與養(yǎng)護(hù)、鋼絞線下料與穿束、預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉、移梁、孔道壓漿、封錨。通過對(duì)實(shí)例預(yù)制梁的張拉過程和結(jié)果對(duì)比分析可知，采用應(yīng)力和伸長(zhǎng)量雙控方法，以應(yīng)力為準(zhǔn)，以伸長(zhǎng)量作為校核，進(jìn)行鋼絞線伸長(zhǎng)計(jì)算較為準(zhǔn)確，預(yù)制梁張拉控制應(yīng)力和伸長(zhǎng)量的關(guān)系，基本都處于雙控標(biāo)準(zhǔn)下的合格區(qū)域。關(guān)于預(yù)制梁張拉過后梁端混凝土破裂問題，可以考慮采用優(yōu)化混凝土配合比和梁端臺(tái)座處理的方式去有效解決。

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