从瓜星公铁立交大桥浅谈预应力技术在箱梁施工上的应用

时间：2024-05-19

徐强

(甘肃恒达路桥工程集团有限公司,甘肃兰州 730070)

徐强

(甘肃恒达路桥工程集团有限公司,甘肃兰州 730070)

随着公路建设事业的发展,我国桥梁的技术也得到了飞速发展,预应力在公路桥梁中得到了较为广泛的应用。加之高强度钢材和高标号水泥的出现,预应力技术应用前景更加广阔。本文从瓜星高速公路项目瓜星公铁立交大桥预应力箱梁施工的实践出发,对后张法预应力技术有了更深入的理解。本文介绍后张法预应力混凝土箱梁的预应力施工工艺以及在施工过程中应该注意的事项。

预应力箱梁钢绞线张拉压浆

1 工程概况

瓜星公铁立交是连霍高速在甘肃瓜州段为跨一条瓜州工业园公路和一条柳敦铁路而设计的一座特大桥，共37跨，桥梁起点桩号为K4+895，终点桩号为K5+701，总长为806米。跨径组合采用(5×20)+(5×20)+(5×20)+(5×20)+(6×30)+(6×20)+(5×20)m，桥梁交角为右偏120度，上部结构采用装配式预应力混凝土连续箱梁。K5+407.3大桥共有20米箱梁248片，30米箱梁48片。

2 箱梁预制

2.1 模板的制作与安装

模板是供浇筑混凝土用的临时结构物，模板的坚固性，形状的正确程度，拼装的严密与否，都影响混凝土箱梁的质量，尤其是箱梁两端端头模板的制作要求根据实际情况和设计要求特殊制作。否则如果制作不当，就会出现漏浆，影响锚下混凝土的质量，在张拉的时候就容易出现等脱锚现象。模板与模板的平接头应该加海绵双面胶条，以防漏浆。立模时应对侧模进行打磨，涂刷脱模剂，模板安装就位后，测量调整侧模标高，特别注意横向坡度方向。

模板的底模使用强度为C30的混凝土胎模，胎模的表面铺设厚度不小于5mm的钢板，并保证其平整度满足相关要求，同时底模要经过驻地监理的验收。为了保证施工质量，在施工前要首先对胎模进行清扫，然后涂抹隔离剂，最后还要在槽钢内以及底模的两侧分别镶嵌软橡胶管以及5mm的厚槽钢，从而有效地防止漏浆事件的发生。

2.2 应力系统的安装

2.2.1 波纹管的安装

应力用波纹管采用镀锌钢带现场卷制，加工时尽量减少接头，3和4束钢绞线的波纹管Φ50mm，5束的为Φ55mm(负弯矩的波纹管在此不作介绍)。波纹管严格按设计图纸坐标位置和要求安装，并要以定位筋将波纹管固定牢固，在直线段约为1米一道“U”字形架立筋固定，曲线段加密成50cm一道，以免在混凝土浇筑过程中，波纹管产生移位，影响钢束对箱梁混凝土的压力，如果管道和钢筋发生冲突，应以管道位置不变为主。特别注意在进行钢筋焊接作业时，防止焊渣损伤波纹管，若发现有损伤应用胶带缠绕多层进行堵漏，防止混凝土在振捣过程中水泥浆进入波纹管堵塞管道。

波纹管管壁较薄，为防止在混凝土振捣过程中，波纹管变形，影响钢绞线穿束和张拉我们一般在混凝土浇筑前在波纹管内事先穿上和波纹管内径略小2-3mm的厚壁高强度塑料管，在混凝土浇筑过程中随着混凝土浇筑一点点抽拔塑料管，以便形成完好的孔道。特别要注意塑料管的埋深，埋深一般控制在振捣完成段内3m左右，如果拔管速度过快，将塑料管拔出未振捣段，使波纹管内形成空腔，由于波纹管管壁较薄在振动棒的强力作用下会破裂，水泥浆会进入堵塞管道，将来无法穿过钢绞线，会造成严重的质量事故。如果拔管过晚，塑料管在水泥水化热的的作用下膨胀，再进行拔管会出现困难，有可能把断塑料管，将断裂的塑料管留在波纹管内，从而也会堵塞孔道，造成质量事故。

2.2.2 锚垫板安装

在张拉端分别安装对应型号和规格的锚垫板和螺旋筋，并将锚垫板喇叭口底端和波纹管连接牢固，锚垫板要牢固地安装在模板上。要使垫板与孔道严格对中，并与孔道端部垂直，不得错位。锚下螺旋筋及加强钢筋要严格按图纸设置，喇叭口与波纹管道要连接平顺，密封。对锚垫板上地的压浆孔要妥善封堵，防止浇筑混凝土时漏浆堵孔影响注浆。安装锚垫板时，对于两端张拉的锚具，需特别注意压浆孔向上放置。

3 预应力张拉

3.1 钢绞线安装

3.1.1 钢绞线的下料

钢绞线必须在平整、无水、清洁的场地下料，钢绞线下料长度要通过计算确定，计算应考虑孔道曲线长，锚夹具长度，千斤顶长度及外露工作长度等因素，预应力钢绞线切割宜用砂轮锯切割，严禁用电焊烧割。

3.1.2 钢绞线的穿束

穿束前应检查管道是否畅通，如果出现堵塞孔道现象，必须采取措施疏通。钢绞线相互平行，不得交叉，从中间向两端每隔1m用铁丝绑紧，钢绞线端头必须做成锥型并包裹，可利用人工或卷扬机进行牵引，并在箱梁混凝土浇砼后，混凝土养生达到设计强度时方进行穿束。过早的穿束，在混凝土养生过程中，会使钢绞线生锈，影响钢绞线的力学性能。在穿束时一定要防止钢绞线扭曲，应该分束平顺后方可套装锚环和夹片。

3.2 预应力体系张拉

3.2.1 张拉前的准备

预应力钢筋的张拉是保证预制梁质量的关键工序，张拉前需对试块强度进行检验，严格按照设计要求，达到设计要求强度且具有7天以上的龄期方可进行张拉。若设计无规定，混凝土强度不得低于设计强度的75%时方可张拉。操作者要经过培训、考核，要求持证上岗在进行张拉作业前，对千斤顶、油泵、压力表进行配套标定，在张拉前应有专人检查油表所对应的千斤顶，并每隔一段时间进行一次校验，一般使用6个月或张拉200次以及出现异常就应该重新进行校核。有几套张拉设备时，对张拉设备进行编组，不同组号的设备不得混合。

3.2.2 张拉程序

对于曲线或长度大于25米以上的直线预应力筋一般采用两端张拉(瓜星公铁立交大桥的所有箱梁均采用两端张拉)。张拉关键要注意的是计算中考虑管道摩擦系数，依据设计文件说明，预应力钢绞线采用抗拉强度标准值fpk=1860MPa，锚下控制应力为0.75fpk=1395MPa，公称直径d=15.2mm，管道摩擦系数μ=0.25；管道偏差系数k=0.0015；锚具回缩及变性：6mm；弹性模量Ep=1.95×105MPa。

理顺张拉顺序，确保应力施加对梁体不造成损害，张拉采用两端张拉施工，首先明确千斤顶安放的次序，20m箱梁严格按照N1—N2—N3，30m箱梁严格按照N1—N3—N2—N4左右对称的顺序张拉，其次，操作要严格遵照以下顺序进行预应力施加：张拉到初应力P1(总张拉吨位的10%)——持荷1min(量测引伸量δ1)——张拉到应力P2(总张拉吨位的20%)——持荷1min(量测引伸量δ2)——张拉到总控制应力P(总张拉吨位的100%)——持荷2min(量测引伸量δ3)——回油归零(量测引伸量δ4)。

钢铰线按照设计张拉力对称进行，采用张拉应力及引伸量双控制的方法检查张拉的质量，预应力钢材张拉时的控制应力应以张拉时的伸长值进行校核。施工中应做好各项记录，以备检查。

3.2.3 张拉应力的计算 (以20m中跨箱梁N1号钢束为例,N1孔道钢绞线为4束)

(1)端部控制张拉力(注：δk＝1860×0.75=1395按设计要求取值)

(2)初应力时张拉力(初应力按照10%控制张拉力计算)

(3)平均张拉力：Pp=P(1-e-(kL+μθ))/(KL+uθ)K=0.0015 u=0.25公式中系数K、u分别选自《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)，L=19.402/2=9.701 θ=5.5×/180 (按设计文件取值)，则KL+uθ＝0.0015×9.701+0.25×5.5×/180=0.038549。

(4)控制应力时平均张拉力：Pp=P(1-e-(kL+μθ))/(KL+uθ)

3.2.4 理论伸长值计算

后张法预应力钢绞线张拉伸长值计算公式如下：

Ag——预应力钢绞线的截面积mm2，单根取139mm2。

ΔL——预应力筋理论伸长值(mm) 。

Ep——预应力筋弹性模量MPa(N/mm2)，取1.95×105MPa。

Pp——预应力筋平均张拉力(N) 。

L——从张拉端至计算机截面孔道长度(m) 。

P——预应力筋张拉端的张拉力(N)。

θ——从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线夹角之和(rad)。

K——孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取0.0015。

μ——预应力筋孔道壁的摩擦系数，取0.25。

(1)理论伸长值

最大控制应力时(100%)

初应力时(10%)

3.2.5 实测伸长值计算

在初始张拉力状态下作出标记，钢绞线张拉10%P作为初应力，测量初应力10%P的实际伸长值△L1，测量100%P控制应力下实测伸长值△L2。则实测伸长值S=(△L2-△L1)/(100%-10%)，这种计算方法是近似线性考虑的，误差较大，没有考虑10%P初应力下的钢绞线的松弛和千斤顶油缸回缩过程弹性压缩量。为了减小误差，我们可以在10%P、20%P、100%P应力状态各测量一组实际伸长值△L1、△L2、△L3，然后按S=(△L3-△L1)+(△L2-△L1)计算实际伸长值误差会小一些。

3.2.6 偏差处理

箱梁预应力的张拉采用双控，即以张拉控制为主，以钢束的实际伸长量进行校核，实测伸长值与理论伸长值的误差不得超过规范要求(±6%)，否则应停止张拉，分析原因，在查明原因并加以调整后，方可继续张拉。张拉伸长率误差=(实际测量的总伸长值-理论计算总伸长值)/理论计算总伸长值×100%≤±6%，否则应分析原因，采取如下步骤予以调整。

(1)对千斤顶以及与之配对使用的压力表进行重新校准。

(2)对钢绞线作弹性模量检验(注意：在每批次钢绞线到场后，所用部位的理论伸长量，需经过该批次新的弹性模量值计算的理论伸长量)。

(3)放松预应力钢铰线，更换钢绞线，重新进行张拉。

4 压浆工程

在箱梁完成预应力张拉工序以后，要及时进行孔道压浆，以保护钢绞线，防止发生锈蚀和钢绞线预应力松弛，并将钢绞线和箱梁构件的混凝土粘连成整体。

水泥浆的强度根据设计文件规定，一般不低30MPa，所用水泥强度不宜低于42.5R，水泥浆的拌合严格按照水泥浆配合比进行，设备主要是一台水泥浆搅拌机。在拌治前要求筛除水泥中的结块，材料的投放顺序一般为：水—膨胀剂—水泥—减水剂，拌合时间一般以5分钟为最佳。压浆温度不能低于5摄氏度，最高不易高于35摄氏度，否则应在夜间温度较低时进行压浆。