鐵路曲線連續(xù)梁橋預(yù)應(yīng)力施工控制

馮艷梅

(中鐵二十五局集團(tuán)第一工程有限公司，廣東廣州 510405)

平面呈曲線形式的橋梁具有能夠適應(yīng)地形、地物的限制，減小橋梁周邊建筑物與橋梁結(jié)構(gòu)之間沖突的特點(diǎn)，因此曲線形式的橋梁被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在橋梁建設(shè)中。由于彎扭耦合效應(yīng)的存在，曲線梁橋的受力和變形相較于直線梁橋具有更為復(fù)雜的特點(diǎn)，對(duì)于施工技術(shù)人員，需要準(zhǔn)確把握曲線梁橋的特點(diǎn)以保證施工質(zhì)量，其中預(yù)應(yīng)力曲線連續(xù)梁的預(yù)應(yīng)力工程施工工藝控制是整個(gè)施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

1 工程概況

平湖南上行貨車聯(lián)絡(luò)線L2線跨廣深鐵路大橋(32+48+32)m預(yù)應(yīng)力混凝土單線連續(xù)箱梁，全橋長(zhǎng)113.1 m，中間上跨廣深鐵路K133+157.8的1-18 m框架涵，橋梁中心線與廣深Ⅲ線斜交59°23″。梁體采用等截面單箱單室箱梁，梁高3.25m，橋面寬7.0 m，梁底寬4.2m;頂板厚0.3m，跨中腹板厚度為0.4m，支點(diǎn)附近腹板厚度為0.6m，底板厚從跨中部分至支點(diǎn)由0.3 m漸變至0.5 m。本橋平面位于半徑R=550 m的圓曲線上，縱斷面位于－5.2‰的縱坡上，橫向設(shè)置2%的人字坡。該聯(lián)箱梁采用滿堂支架分段現(xiàn)澆施工，梁段混凝土一次灌注完成，全聯(lián)只設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力體系。結(jié)構(gòu)的橫斷面布置如圖1所示。此聯(lián)連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力工程具有以下特點(diǎn):1)平面位于圓曲線上，預(yù)應(yīng)力鋼束在豎向也呈S形曲線布置，彎曲形式復(fù)雜，具有明顯的空間曲線特征。2)線形復(fù)雜，腹板鋼束每根的線形都不同，施工定位較為困難。3)計(jì)算理論鋼束伸長(zhǎng)量時(shí)局部偏差系數(shù)κ和摩擦系數(shù)μ的取值較為困難。

鑒于以上特點(diǎn)，在施工過(guò)程中，需要綜合考慮各種情況，保證預(yù)應(yīng)力工程施工安全和質(zhì)量。

2 預(yù)應(yīng)力工程主要工藝施工控制

2.1 預(yù)應(yīng)力鋼束伸長(zhǎng)值計(jì)算

圖1 結(jié)構(gòu)橫斷面布置圖（單位：cm）

本橋設(shè)計(jì)已給出設(shè)計(jì)張拉力及預(yù)應(yīng)力鋼束的伸長(zhǎng)值，但設(shè)計(jì)給出的理論伸長(zhǎng)量為各預(yù)應(yīng)力鋼束的平均值，因平彎半徑的不同，每根預(yù)應(yīng)力鋼束的理論伸長(zhǎng)量與設(shè)計(jì)給出的不一致。本橋的預(yù)應(yīng)力鋼束具有平面和豎向的雙曲率的特征，受此影響使摩阻力增大，當(dāng)張拉端應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)應(yīng)力時(shí)，在曲率半徑的影響下，中間復(fù)合曲線段的鋼束應(yīng)力可能達(dá)不到設(shè)計(jì)應(yīng)力值，因此須仔細(xì)分析各段鋼束因平、豎彎曲而造成的摩阻損失。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，需要對(duì)每根鋼束的線形精確放樣，按施工規(guī)范中的公式復(fù)核其每段的應(yīng)力值和伸長(zhǎng)量。對(duì)于本橋計(jì)算從張拉端至計(jì)算截面曲線管道部分切線的夾角之和θ時(shí)，應(yīng)為彎曲段的平、豎雙曲率矢量和，即:

其中，θH，θV分別為鋼束與平面和豎直面的切角。

影響預(yù)應(yīng)力損失和伸長(zhǎng)量的另一個(gè)關(guān)鍵因素μ，取決于波紋管的特性和施工精度，在計(jì)算前，選定具有代表性的鋼束實(shí)測(cè)了其與管道孔壁的摩擦系數(shù)作為計(jì)算控制值。

在張拉第一批鋼束時(shí)，F(xiàn)1左右兩根鋼束達(dá)到設(shè)計(jì)控制應(yīng)力的50%和100%時(shí)，實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量與理論計(jì)算值的差值均超過(guò)10%，不能滿足規(guī)范的±6%要求。考慮本橋彎道情況復(fù)雜，及時(shí)將實(shí)測(cè)情況反饋給設(shè)計(jì)人員，通過(guò)反算比較，經(jīng)設(shè)計(jì)人員同意將管道局部偏差系數(shù)κ值取至0.004，摩擦系數(shù)μ加大至0.5，并調(diào)整了剩余鋼束的張拉控制應(yīng)力。其后張拉的鋼束實(shí)際伸長(zhǎng)量值與理論值比較，誤差均在－5.1% ～3.2%之間，完全符合了規(guī)范的要求。

2.2 鋼束的定位

對(duì)于曲線連續(xù)梁，預(yù)應(yīng)力束的位置和形狀準(zhǔn)確性將直接影響梁體內(nèi)應(yīng)力分布，其產(chǎn)生的二次力因彎扭耦合效應(yīng)比直線梁更為顯著，因此預(yù)應(yīng)力鋼束的準(zhǔn)確定位對(duì)于保證施工質(zhì)量是重要控制因素。本聯(lián)橋施工中，鋼束的定位由箍筋、定位鋼筋以及防崩鋼筋等三道措施進(jìn)行控制，通過(guò)這三種鋼筋的限位作用，以保證鋼束的傳力情況與設(shè)計(jì)受力相符。

為了準(zhǔn)確安裝每根波紋管，在施工前根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出各種預(yù)應(yīng)力管道的三維坐標(biāo)，并根據(jù)坐標(biāo)定位波紋管。定位固定波紋管時(shí)，按每100 cm設(shè)置一道“井”字形定位鋼筋網(wǎng)片，并在預(yù)應(yīng)力束彎處按間距30 cm加密布置，防止管道移動(dòng)變位。波紋管采用套接連接，套接波紋管長(zhǎng)度為30 cm，每側(cè)套入15 cm，套管規(guī)格比制孔用波紋管大一號(hào)，套接兩端用膠布密封。波紋管與錨墊板連接處，將波紋管直接穿入墊板喇叭口內(nèi)，并用膠布包裹，保護(hù)好墊板上的注漿孔，避免在混凝土澆筑過(guò)程中漏漿堵塞孔道。為保證孔道的通暢，防止波紋管在運(yùn)輸、安裝及混凝土澆筑過(guò)程中變形和破損，若有變形或破損應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。混凝土澆筑應(yīng)不斷抽動(dòng)預(yù)應(yīng)力鋼筋，發(fā)現(xiàn)有漏漿時(shí)立即沖水清洗，防止堵孔，以避免造成預(yù)應(yīng)力張拉不準(zhǔn)確。

需要指出的是，防崩鋼筋的設(shè)置對(duì)于曲線預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁很關(guān)鍵。防崩鋼筋盡可能布置在腹板中朝外弧的一側(cè)，使內(nèi)側(cè)混凝土具有足夠的抵抗厚度，對(duì)于個(gè)別靠?jī)?nèi)弧側(cè)的預(yù)應(yīng)力鋼束，則沿跨徑方向設(shè)置防崩鋼筋，扣住預(yù)應(yīng)力鋼束，并與鋼筋骨架焊接牢固。

2.3 預(yù)應(yīng)力張拉

在預(yù)應(yīng)力張拉前，分別計(jì)算出各級(jí)控制應(yīng)力時(shí)的張拉力，再根據(jù)油表標(biāo)確定回歸方程，計(jì)算出各階段的油壓表讀數(shù)值。在進(jìn)行各組、各級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時(shí)，需做好每根鋼束的實(shí)際伸長(zhǎng)量測(cè)量工作，并將實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行校驗(yàn)，以做到應(yīng)力和伸長(zhǎng)量的雙控措施。

單根鋼束試?yán)瓡r(shí)，采用10%的錨下控制應(yīng)力對(duì)其試張拉，消除鋼束放置扭曲的影響，以保證鋼束線形平順。從該項(xiàng)工作施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，該階段的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量極不規(guī)律，一般情況下應(yīng)以鋼束是否順暢伸長(zhǎng)為依據(jù)，如果試?yán)Y(jié)果表明鋼束在波紋管內(nèi)的狀態(tài)良好，即可進(jìn)行正式張拉工作。

本次施工油泵采用YZB2×1.5/63型，并與YDC千斤頂配套，油泵的油箱容量為張拉千斤頂總輸油量的1.5倍，額定油壓數(shù)為使用油壓數(shù)的1.4倍。壓力表選用防震型，表面最大讀數(shù)為張拉力的1.5倍～2.0倍，精度不低于1.0級(jí)，校正有效期為一周。為便于發(fā)生斷絲后的卸載，還配備了一臺(tái)23 t單根張拉千斤頂及卸載錨頭。

為防止箱梁曲線內(nèi)外側(cè)不均勻受力和變形，本聯(lián)橋鋼束張拉按設(shè)計(jì)給定的張拉順序，先腹板，再頂板，最后底板，采用兩端同步張拉，并左右對(duì)稱進(jìn)行。張拉應(yīng)力控制主要程序如下:0→10%σcon(初應(yīng)力)→持荷1 min→σcon(張拉控制應(yīng)力)→持荷5 min→回油錨固。

在施工過(guò)程中，為了保證預(yù)應(yīng)力施工的安全，準(zhǔn)確反映箱梁的橫向變形特征，在本聯(lián)箱梁的四分點(diǎn)、跨中、支點(diǎn)，以及箱梁頂面的兩側(cè)翼緣設(shè)置了變形觀測(cè)點(diǎn)，并安排專人按時(shí)測(cè)量。每批鋼束張拉完畢后，對(duì)變形觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，以防止箱梁產(chǎn)生較大的扭曲變形。在預(yù)應(yīng)力張拉完成后一個(gè)月內(nèi)，以5 d為間隔進(jìn)行了梁體撓度、橫向位移的測(cè)量，結(jié)果均能滿足施工規(guī)范的要求，并且對(duì)箱梁主要部位進(jìn)行了仔細(xì)檢查，均無(wú)裂紋出現(xiàn)，表明此次施工過(guò)程控制是成功的。

2.4 孔道壓漿

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿對(duì)于防止預(yù)應(yīng)力鋼束的銹蝕，保證鋼束與混凝土的有效粘結(jié)，實(shí)現(xiàn)鋼束與混凝土的整體協(xié)同受力具有重要的作用。因此要求波紋管內(nèi)的水泥漿體在硬化后有良好的密實(shí)性和飽滿性，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋起到防護(hù)作用，同時(shí)具備一定的粘結(jié)和剪切強(qiáng)度，使預(yù)應(yīng)力有效的傳遞給周圍的混凝土。

本工程預(yù)應(yīng)力管道壓漿應(yīng)采用真空輔助壓漿工藝，壓漿施工步驟如下:

清除管道內(nèi)雜物及積水→用水泥砂漿或密封罩密封錨具→清理錨墊板上的灌漿孔→確定抽真空端及灌漿端→安裝引出管、堵閥和接頭→攪拌水泥漿→抽真空→灌漿泵灌漿→出漿稠度與灌入的漿體相同時(shí)，關(guān)閉抽真空端所有的閥門→灌漿泵保壓→關(guān)閉灌漿泵及灌漿端閥門→拆卸外接管路、灌漿泵→漿體初凝后拆卸并清洗出漿端堵閥。

在壓漿過(guò)程中需注意以下幾個(gè)方面:

1)泥漿拌合機(jī)應(yīng)能制備具有膠稠狀水泥漿，攪拌至壓入管道的時(shí)間間隔不應(yīng)超過(guò)40 min。2)壓漿設(shè)備應(yīng)采用連續(xù)式泵。3)同一管道壓漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一次完成，但壓漿速度不能過(guò)高，防止產(chǎn)生泛漿。4)管道出漿口應(yīng)裝有三通管，必需確認(rèn)出漿濃度與進(jìn)漿濃度一致時(shí)，方可封閉保壓。

3 結(jié)語(yǔ)

為保證該聯(lián)曲線梁施工質(zhì)量和安全，項(xiàng)目部在施工前進(jìn)行了精心準(zhǔn)備，在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制，取得了良好的施工結(jié)果。本文根據(jù)該聯(lián)箱梁橋梁預(yù)應(yīng)力工程施工特點(diǎn)，著重對(duì)鋼束伸長(zhǎng)量計(jì)算、鋼束定位、預(yù)應(yīng)力張拉和孔道壓漿等方面進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，對(duì)以后同類型橋梁施工提供了借鑒和參考。

［1］向中富.橋梁施工控制技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］楊文淵，徐 犇.橋梁施工工程師手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［3］邵鳳書.支架整體現(xiàn)澆曲線連續(xù)箱梁的設(shè)計(jì)與施工［J］.鐵道建筑，2005(5):17-18.