京石客運(yùn)專線雙線整榀箱梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)

范 勇

(中鐵十一局集團(tuán)橋梁有限公司,江西鷹潭 335000)

1 工程概況

京石客運(yùn)專線定州制梁場(chǎng)承擔(dān)了 JS-3標(biāo) DK185+853.95～DK216+257.33段 5座橋梁 623榀箱梁預(yù)制施工,其中 32m箱梁 589榀,24m梁 34榀。箱梁預(yù)制工期計(jì)劃為 2009年 3月 2日～2010年 5月 30日;箱梁供應(yīng)計(jì)劃為 2009年 6月 18日～2010年 7月30日。

2 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)

2.1 設(shè)計(jì)要求

梁場(chǎng)制梁為無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁(雙線),梁長有 32.6m和 24.6m,其中跨度分別為31.5m和 23.5m,兩種跨度梁基準(zhǔn)面梁高為 3.05m,加高平臺(tái)梁高為 3.115m,橫向支座中心間距為 4.5 m,采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線型號(hào)為 1×7-15.2-1860,應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224—2003)標(biāo)準(zhǔn)。錨具為 M15-12、M15-9、M15-8和 M15-7,錨固體系采用自錨式拉絲體系,錨具應(yīng)符合《鐵路工程預(yù)應(yīng)力筋用夾片式錨具、夾具和連接器技術(shù)條件》(TB/T3193—2008),張拉設(shè)備采用與之配套的機(jī)具設(shè)備,管道形成采用直徑為90、80和70mm的抽拔管。預(yù)施應(yīng)力按預(yù)張拉、初張拉和終張拉三階段進(jìn)行。

箱梁梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí) C50,彈性模量 36GPa。混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 60%(33.5MPa)時(shí)帶模預(yù)張拉;初張拉在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 80%(43.5MPa)后進(jìn)行,初張拉后箱梁方可吊離臺(tái)座;終張拉在梁體混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值100%(53.5MPa和 36GPa),且齡期不少于 10d時(shí)進(jìn)行。預(yù)施應(yīng)力采用兩端同步張拉并左右對(duì)稱進(jìn)行,預(yù)施應(yīng)力值以油壓表讀數(shù)為主,以鋼絞線伸長值進(jìn)行校核,實(shí)測(cè)伸長值與理論伸長值控制在 ±6%以內(nèi)。

2.2 施工工藝

2.2.1 預(yù)應(yīng)力施工工藝流程

制孔→孔道清理→鋼絞線穿束→鋼絞線預(yù)張拉→鋼絞線初張拉→鋼絞線終張拉→鋼絞線切割。

2.2.2 制孔工藝

采用抽拔橡膠管制孔,膠管外徑有 φ90mm和φ80mm2種 。

(1)抽拔橡膠管定位

①為確保制孔位置正確,采用定位網(wǎng)定位、固定抽拔橡膠管,定位網(wǎng)按設(shè)計(jì)位置測(cè)量定位,并與鋼筋骨架焊接牢固。確保管道平順,定位準(zhǔn)確,混凝土澆筑時(shí)抽拔管不上浮、不旁移、管道與錨具錨墊板垂直。

②制孔前用肥皂水或洗衣粉溶液認(rèn)真涂刷膠管表面。嚴(yán)禁用具有腐蝕作用的油類等涂刷膠管。

③穿入順序:由下向上、由里向外,在跨中處套接,兩端對(duì)稱進(jìn)行。穿管采用前面一人牽引,穿過相應(yīng)的網(wǎng)眼,后面有人推進(jìn)的方法。穿管過程中要注意防止鋼筋劃傷及劃破管壁,穿管前如發(fā)現(xiàn)有微小裂紋及時(shí)修補(bǔ)

④在綁扎鋼筋骨架時(shí),管道定位網(wǎng)片同時(shí)按設(shè)計(jì)位置安放,定位網(wǎng)片設(shè)置間距為 50cm。吊裝底腹板鋼筋時(shí)加設(shè)縱向吊筋,防止鋼筋變形引起橡膠管移位。

(2)技術(shù)要求

①采用的膠管無表面裂口、表面熱膠粒、膠層海綿、膠層氣泡、表面雜質(zhì)痕跡長度小于 3mm,深度不大于 1.5mm,且每米不多于 1處;外徑偏差 ±4mm;不圓率小于 20%;硬度(邵氏 A型)為 65±5,拉伸強(qiáng)度大于 12MPa,扯斷伸長率不小于 350%,300%定伸強(qiáng)度不小于 6MPa。

②定位網(wǎng)鋼筋允許偏差:預(yù)應(yīng)力孔道定位網(wǎng)片采用點(diǎn)焊加工,位置誤差 ±2mm,孔眼尺寸誤差≤3mm,其中,水平筋的尺寸誤差是對(duì)最下一根鋼筋中心而言,豎向鋼筋的尺寸誤差是對(duì)網(wǎng)片中心而言,定位網(wǎng)片在沿梁長方向的定位誤差 ±3mm

③為了保證預(yù)留管道不串動(dòng)、順直無死彎,要求制孔管表面無嚴(yán)重刮傷,任何方向的偏差,在距跨中 4m范圍內(nèi)不大于 4mm,其余部位不大于 6mm。

2.2.3 鋼絞線制作、穿束

(1)制作工藝

①鋼絞線束孔位不同,其長度各異,須編號(hào)并事先標(biāo)出全長,列表交工班據(jù)此下料。

②鋼絞線下料在經(jīng)過硬化的棚內(nèi)進(jìn)行,鋼絞線須梳整、編束,確保鋼絞線順直、不扭轉(zhuǎn)。編束用 22號(hào)扎絲綁扎,每隔 1.5m扎 1道鐵絲,編束后須順直不扭轉(zhuǎn)。綁束完畢后,按梁規(guī)格掛牌,防止錯(cuò)用。

③穿束前檢查錨墊板喇叭孔及壓漿孔內(nèi)是否有灰渣和積水,在保證管道暢通的情況下才能穿入鋼絞線,穿束采用人工穿束或加工特制穿束器穿束。

(2)技術(shù)要求

①在貯存、運(yùn)輸和安裝過程中,采取防止銹蝕、污染及損傷的措施。

②鋼絞線下料采用砂輪鋸切斷,用鋼尺丈量。嚴(yán)禁用電弧切斷,不得經(jīng)受高溫焊接火花或接地電流影響,下料后鋼絞線不得散頭。

③每束鋼絞線取自同批同盤,防止因彈性模量變異導(dǎo)致應(yīng)力不均。

④成束鋼絞線用 22號(hào)扎絲扎緊,禁止在不順直的狀態(tài)下綁扎。

⑤鋼束在移運(yùn)過程中,采用多支點(diǎn)支承,支點(diǎn)間距2.5m,端部懸出長度 1.0m,嚴(yán)禁在地面上拖拉,以免創(chuàng)傷鋼絞線。

⑥穿束時(shí)拖拉方向和鋼束穿入方向均應(yīng)與錨墊板垂直。

⑦鋼絞線下料長度 L=l+2×0.75m,其中 l為工作長度。

2.2.4 鋼絞線張拉

(1)千斤頂和油表的選定及校正

①千斤頂

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求,箱梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線 σm=1860MPa,錨具最大孔數(shù) 12孔,單束張拉力最大力為12×1339.2×140/1000=2249.86kN。

根據(jù)《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TB10203—2002)的9.3.2條有關(guān)規(guī)定,千斤頂張拉噸位宜為張拉力的 1.5倍,且不得小于 1.2倍,可選用 300t穿心式千斤頂。

張拉千斤頂在張拉前必須經(jīng)過校正,校正系數(shù)不得大于 1.05。校正有效期為 1個(gè)月且不超過 200次張拉作業(yè),拆修更換配件的張拉千斤頂必須重新校正。

②油壓表

TB10203—2002之 9.3.2條要求表盤最大讀數(shù)應(yīng)為張拉力的 1.5～2.0倍,精度不應(yīng)低于 1.0級(jí),校正有效期為 1周,當(dāng)用 0.4級(jí)時(shí),校正有效期可為 1個(gè)月。壓力表發(fā)生故障必須重新校正。選用精度為 0.4級(jí)的防振型油壓表,表盤直徑為 150mm,最大量程為60MPa,最小分度值為 0.5MPa。

(2)張拉對(duì)混凝土強(qiáng)度和彈模要求

①為使梁體不發(fā)生早期裂縫,應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到 50%～60%時(shí)拆除內(nèi)模、端模,外模松開不移的情況下按設(shè)計(jì)圖要求張拉部分預(yù)應(yīng)力束,張拉值應(yīng)由設(shè)計(jì)單位提供。預(yù)制梁帶模預(yù)張拉時(shí),模板應(yīng)松開,不應(yīng)對(duì)梁體壓縮造成阻礙。張拉數(shù)量及張拉力值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。預(yù)應(yīng)力束張拉前,應(yīng)消除管道內(nèi)的雜物及積水。

②當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 80%時(shí),進(jìn)行初張拉。初張拉后,梁體方可移出臺(tái)座。

③當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 100%且彈性模量達(dá)到 100%時(shí),混凝土齡期不少于 10d方能進(jìn)行終張拉。

(3)張拉操作工藝

①首先確定張拉應(yīng)力根據(jù)是否需要調(diào)整。根據(jù)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心鐵道建筑檢驗(yàn)站提供的報(bào)告(2009)TJ字第W0266號(hào),兩榀梁平均管道摩阻系數(shù) K=0.0009,μ=0.3970,實(shí)測(cè) 9孔錨具(浙錨)錨口和喇叭口摩阻合計(jì)為錨外控制應(yīng)力的 3.96%,中鐵咨詢橋梁工程設(shè)計(jì)研究院對(duì)通橋(2008)2322A-Ⅱ進(jìn)行重新檢算,得出了錨外張拉控制應(yīng)力不需要調(diào)整的結(jié)論。

整個(gè)張拉過程分三階段進(jìn)行,第一階段為預(yù)張拉,在內(nèi)模拆除、外模只松不移的情況下進(jìn)行,第二次為初張拉,前兩次都是在制梁臺(tái)座上進(jìn)行。第三次為終張拉,在存梁臺(tái)座上進(jìn)行。張拉時(shí)要求兩側(cè)對(duì)稱張拉,且不平衡束最多不超過 1束,張拉同束鋼絞線由兩端同步對(duì)稱進(jìn)行,且按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的順序張拉。

②預(yù)、初張拉工藝

a.張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí)采用應(yīng)力和應(yīng)變雙控制,預(yù)(初)張拉工藝流程:0→0.2σK(作伸長值標(biāo)記、測(cè)千斤頂油缸伸長量、測(cè)工具錨夾片外露量)→0.5(持荷 1min)→(測(cè)千斤頂油缸伸長值、測(cè)工具錨外露量、計(jì)算鋼絞線伸長值,持荷 5min)→緩慢回油至 0→錨固。

b.預(yù)、初張拉前,調(diào)整兩側(cè)鋼絞線外露長度使兩端長度基本均勻一致。將工作錨的錨板套入鋼絞線束,再按順時(shí)針方向插入工作夾片。用限位板擠推夾片使其進(jìn)入錨環(huán)內(nèi),并使其端部對(duì)齊,外露長度一致。在鋼絞線尾端用鋼絞線定位叉(圖1)給各根鋼絞線定位,便于千斤頂及其他張拉輔助工具的安裝。

c.安裝千斤頂使中線與孔道中線對(duì)中,為方便工具錨缸脫,千斤頂預(yù)先出頂 3～5cm。

圖1 鋼絞線定位叉對(duì)鋼絞線定位

d.安裝工具錨在千斤頂后部,精確對(duì)中,鋼絞線應(yīng)在工作錨與工具錨之間順直對(duì)齊。工具錨夾片安裝完成后,用特制的套管擠壓工具錨夾片,使其進(jìn)入工具錨環(huán)內(nèi),并使端部整齊,外露長度基本一致。為使工具錨缸脫方便,在工具錨夾片與錨環(huán)之間涂少許石蠟。

e.預(yù)應(yīng)力筋的張拉

初始應(yīng)力階段:初始應(yīng)力主要是為了使鋼絞線從松弛狀態(tài)達(dá)到受力狀態(tài),減小伸長值測(cè)量誤差,并使同束各根鋼絞線受力趨于一致,初始應(yīng)力值取終拉控制應(yīng)力的 20%。當(dāng)鋼絞線張拉到初始應(yīng)力值時(shí),松開千斤頂?shù)趵K,使千斤頂自動(dòng)對(duì)中,用特制套管擠壓工具錨夾片,使夾片緊緊握裹鋼絞線,以減少鋼絞線的回縮。同時(shí)用標(biāo)定過的鋼板尺測(cè)出油缸外露長度及擠緊的工具錨夾片的外露長度,并做好記錄。

張拉階段:張拉階段升壓應(yīng)平穩(wěn),升壓速度用油泵側(cè)面的節(jié)流閥進(jìn)行控制。當(dāng)油表指針接近控制應(yīng)力油表讀數(shù)值前減緩升壓速度,由于預(yù)應(yīng)力筋是自錨,因此嚴(yán)禁超張拉。

預(yù)、初張拉控制應(yīng)力階段:設(shè)計(jì)要求為梁體提供移梁下臺(tái)位所需的預(yù)加應(yīng)力值、防止梁體出現(xiàn)裂紋。鋼絞線張拉到控制應(yīng)力值后,測(cè)量油缸伸出長度及工具錨夾片外露長度并記錄。

自錨階段:預(yù)應(yīng)力筋回縮自錨應(yīng)在油泵停機(jī)狀態(tài)下打開頂部的控制閥(側(cè)面節(jié)流閥處于擰緊狀態(tài))來完成。錨固結(jié)束后測(cè)量油缸長度,以便計(jì)算自錨階段的鋼絞線回縮量。

油缸回程:開動(dòng)油泵,打開控制閥及節(jié)流閥,使油缸回縮,當(dāng)油缸外露長度達(dá)到 1～2cm時(shí),關(guān)閉油泵完成油缸回程操作。卸除工具錨及千斤頂,測(cè)量工作錨夾片的外露量,并在距離夾片端頭 2～3cm處的鋼絞線上用紅油漆劃出標(biāo)記,觀察 24h再次測(cè)量,以判斷鋼絞線及夾片的回縮量。

③終張拉工藝

a.終張拉采用應(yīng)力和應(yīng)變雙控制,對(duì)未張拉束張拉程序?yàn)?

0→0.2σK(作伸長值標(biāo)記、測(cè)千斤頂油缸伸長量、測(cè)工具錨夾片外露量)→0.5σK(持荷 1min)→0.8σK(持荷 1min)→σK(測(cè)千斤頂油缸外露量、測(cè)工具錨夾片外露量、持荷 5min、計(jì)算鋼絞線伸長值與理論伸長值比較)保持壓力→緩慢回油到 0→錨固。

對(duì)已張拉束張拉程序?yàn)?

b.重復(fù)預(yù)初張相同的張拉作業(yè)流程。

④張拉技術(shù)要求

a.實(shí)際伸長值兩端之和不超過理論計(jì)算值的±6%。

b.每件后張預(yù)制梁斷絲,滑絲總數(shù)不得超過預(yù)應(yīng)力鋼絲總數(shù)的 0.5%,且一束內(nèi)斷絲不得超過 1絲,也不得在同一側(cè)。

c.兩端鋼絞線回縮量之和不得大于 6mm。

d.張拉過程中出現(xiàn)以下情況之一者,需更換錨具或鋼絞線來重新張拉:后期張拉時(shí)發(fā)現(xiàn)早期張拉的錨具中夾片斷裂者;錨具內(nèi)夾片錯(cuò)牙在 10mm以上者;錨具內(nèi)夾片斷裂在兩片以上者(含有錯(cuò)牙的兩片斷裂);一榀梁中斷滑絲量超過規(guī)定,選最不利的一束進(jìn)行處理;錨環(huán)裂紋損壞者;切割鋼絞線或壓漿時(shí)又發(fā)生滑絲者。

⑤張拉注意事項(xiàng)

a.高壓油管使用前應(yīng)作耐壓試驗(yàn),不合格的不能使用。

b.油壓泵上的安全閥應(yīng)調(diào)至最大工作油壓下能自動(dòng)打開的狀態(tài)。

c.油壓表安裝必須緊密滿扣,油泵與千斤頂之間采用的高壓油管連同油路的各部接頭均須完整緊密,油路暢通,在最大工作油壓下保持 5min以上均不得漏油。若有損壞者應(yīng)及時(shí)修理更換。

d.張拉時(shí),要做好安全防護(hù)工作,尤其千斤頂后面及另端對(duì)面不準(zhǔn)站人,也不得踩高壓油管。

e.張拉時(shí)發(fā)現(xiàn)張拉設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常,應(yīng)立即停機(jī)檢查維修。

f.錨具、夾具均應(yīng)設(shè)專人妥善保管,避免銹蝕、沾污、遭受機(jī)械損傷或散失。施工時(shí)在終張拉完后按設(shè)計(jì)文件要求對(duì)錨具進(jìn)行防銹處理。

3 技術(shù)要點(diǎn)

(1)如果 24m箱梁數(shù)量少,最好考慮用 φ80mm代替 φ70mm橡膠管成孔,用 M15-8錨具代替 M15-7錨具,這樣可以省下購置 φ70mm橡膠管的費(fèi)用,同時(shí)也能保證預(yù)應(yīng)力管道的成孔質(zhì)量,經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

(2)要加強(qiáng)對(duì)鋼絞線、錨具、夾片等原材料的檢測(cè),嚴(yán)禁不合格材料進(jìn)入預(yù)應(yīng)力工序施工。要加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力材料的收發(fā)存放的管理,尤其是錨具四件套內(nèi)的錨板和錨墊板,嚴(yán)防其在搬運(yùn)過程由于工作失誤造成損傷,損傷錨具在張拉使用中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重危險(xiǎn)事故。

(3)管道摩阻試驗(yàn)宜早不宜遲,報(bào)告出具后應(yīng)及時(shí)請(qǐng)相關(guān)設(shè)計(jì)院對(duì)設(shè)計(jì)預(yù)施應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整。

(4)張拉工藝嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)張、初張、終張三階段張拉,帶模預(yù)張能有效避免梁體產(chǎn)生早期裂紋。

(5)張拉過程中要實(shí)行三控(應(yīng)力、應(yīng)變和時(shí)間),應(yīng)力控制要以油表讀數(shù)為準(zhǔn),以鋼絞線的伸長值作校核,實(shí)測(cè)伸長值與理論伸長值控制在 ±6%以內(nèi)。

(6)張拉用千斤頂和油表選型要考慮富余系數(shù),壓力表一定要選用防振型精密壓力表,油表和千斤頂定期應(yīng)配套標(biāo)定。

(7)鋼絞線下料長度應(yīng)根據(jù)所用千斤頂、限位板、對(duì)中套、錨具、錨內(nèi)工作長度等,并考慮一定富余長度精確計(jì)算。

(8)終張拉后 24～48h內(nèi)壓漿,防止鋼絞線銹蝕,采用真空輔助壓漿工藝,保證孔道內(nèi)水泥漿飽滿密實(shí)。

(9)錨頭、工作錨和錨墊板外漏部分應(yīng)涂刷防水涂料。

(10)錨墊板表面的水泥漿和錨環(huán)上的封錨砂漿要清除干凈,錨穴混凝土面鑿毛處理鑿毛率要達(dá)到100%,混凝土殘?jiān)皬U物清理干凈后,保證封錨混凝土與梁體充分連接。

(11)封錨混凝土澆筑后,梁端底板和腹板的表面滿涂聚氨酯防水涂料,防水涂料厚度為 1.5mm。

[1]TB10002.3—22005,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]鐵科技函[2004]120號(hào),客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件[S].

[3]TB10203— 2002,鐵路橋涵施工規(guī)范[S].

[4]GB/T5224—2003,預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線[S].

[5]孫立山.武廣客運(yùn)專線 32m雙線整孔箱梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007(6):213-214.