連續(xù)剛構(gòu)懸臂澆注箱梁施工控制技術(shù)

王海濤

摘要：本文結(jié)合滬昆鐵路工程實(shí)例，分析了連續(xù)剛構(gòu)懸臂澆筑箱梁常出現(xiàn)的病害原因，總結(jié)了預(yù)應(yīng)力管道定位、張拉控制、真空輔助壓漿等減少應(yīng)力損失、提高應(yīng)力有效性的控制措施。

Abstract： Combined with the engineering example of Hukun Railway， this paper analyzes the disease causes of the continuous rigid frame cantilever irrigating box girder， sums up the control measures of reducing stress loss and improving stress effectiveness of the prestressed pipe positioning， tension control and vacuum aided grouting.

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)；懸臂澆筑施工；控制

Key words： continuous rigid frame；cantilever irrigating construction；control

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）05-0163-03

0 引言

目前連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋因靈活的跨度選擇、合理的結(jié)構(gòu)剛度、較強(qiáng)的跨越能力、行車(chē)平順、施工方便、伸縮縫少、不阻斷橋下交通、工程造價(jià)相對(duì)較低、后期維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、城市軌道大中跨徑混凝土橋梁工程中。但近幾年由于連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)跨度和箱室寬度的不斷增加，施工中經(jīng)常出現(xiàn)箱梁腹板混凝土開(kāi)裂、跨中下?lián)?、底板崩裂、孔道壓漿不密實(shí)等問(wèn)題。本文分析了常見(jiàn)病害產(chǎn)生的原因，并結(jié)合沅江大橋不對(duì)稱(chēng)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工實(shí)踐，提出了針對(duì)性的控制措施。

1 工程概況

新建滬昆鐵路客運(yùn)專(zhuān)線長(zhǎng)昆湖南段沅江大橋?yàn)椴粚?duì)稱(chēng)連續(xù)剛構(gòu)橋，全長(zhǎng)404.94m。橋跨設(shè)置為（88+168+88+40）m，梁體截面為單箱單室、變截面、直腹板、變高度形式。箱梁頂寬12m，底寬7m，中支點(diǎn)截面中心梁高12m，支座中心線至梁端0.9m，邊支點(diǎn)、中跨跨中和40m邊跨梁高均為6m；除梁端及中支點(diǎn)附近外，頂板厚為0.45m；腹板厚分別為0.5～1.1m，按折線變化；底板厚由跨中的0.5cm按二次拋物線變化至根部的1.5m。梁體支點(diǎn)、跨中等處共設(shè)8道橫隔板，兩側(cè)腹板與頂板相交處的外側(cè)過(guò)渡采用圓弧倒角（截面布置圖見(jiàn)圖1）。

2 懸臂澆筑箱梁易出現(xiàn)病害

2.1 箱梁混凝土裂縫

腹板斜向、豎向裂縫，跨中底板橫向、縱向裂縫、表面溫度裂縫，頂板縱向裂縫，以及其他非結(jié)構(gòu)裂縫等，是箱梁混凝土常出現(xiàn)的裂縫形式。最常見(jiàn)的則是腹板斜裂縫，產(chǎn)生的主要原因：一是初始張拉力不足、豎向預(yù)應(yīng)力筋與錨墊板間過(guò)大的不垂直度、壓漿不夠飽滿(mǎn)密實(shí)而導(dǎo)致的豎向預(yù)應(yīng)力失效；二是縱向預(yù)應(yīng)力筋彎起不夠，導(dǎo)致剪應(yīng)力過(guò)大。造成的結(jié)果則是腹板主拉應(yīng)力過(guò)大，產(chǎn)生裂縫。而其他如結(jié)構(gòu)自重、溫度變化、混凝土收縮等的影響及相互作用，致使腹板斜裂縫出現(xiàn)可能較小。

2.2 跨中下?lián)?/p>

連續(xù)剛構(gòu)的跨中可能出現(xiàn)不斷下?lián)系那闆r，且隨使用年限的增加越發(fā)明顯。產(chǎn)生的主要原因：一是過(guò)早張拉會(huì)加大混凝土徐變損失，導(dǎo)致徐變撓度加大；二是施工控制誤差較大，混凝土結(jié)構(gòu)超重；三是張拉不到位、預(yù)應(yīng)力有效性降低等。

2.3 跨中底板崩潰

箱梁底板崩裂按照破壞形態(tài)，分為底板橫向撓曲引起的縱向崩裂、底板上下層分離、鋼束局部蹦出三種情況，其中以底板上下層之間分離的情況為多，危害最大，使橋梁產(chǎn)生硬傷，甚至不能交付使用。主要原因：一是梁底合攏束徑向外崩力過(guò)大；二是鋼束設(shè)置與構(gòu)造措施不配套；三是波紋管間距太小，底板混凝土被分割成上下兩層；四是鋼束定位存在過(guò)大偏差；五是混凝土澆注時(shí)振搗、養(yǎng)護(hù)不到位。

2.4 預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實(shí)

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿時(shí)，常出現(xiàn)漿液攪拌過(guò)程中混入空氣，水泥漿離析、析水、干硬收縮，預(yù)應(yīng)力管道起伏長(zhǎng)曲線頂部有空隙的情況，這些空隙的存在致使壓漿不夠飽滿(mǎn)密實(shí)，漿體強(qiáng)度降低，水泥漿對(duì)鋼絞線的握裹力下降，影響梁體與鋼絞線受力傳遞的均勻性；預(yù)應(yīng)力筋會(huì)出現(xiàn)銹蝕，降低預(yù)應(yīng)力的有效性，影響結(jié)構(gòu)物耐久性。

從以上常見(jiàn)病害產(chǎn)生的原因來(lái)看，預(yù)應(yīng)力施加過(guò)大，會(huì)使梁體長(zhǎng)期處于應(yīng)力狀態(tài)，致使反拱過(guò)大，延性減少；施加過(guò)小則會(huì)造成梁體撓度、裂縫寬度較大，降低使用壽命。因此施工中嚴(yán)格控制應(yīng)力損失、提高預(yù)應(yīng)力的有效性對(duì)施工質(zhì)量尤為重要。

3 應(yīng)力損失分析

預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時(shí)，沿管道壁滑移產(chǎn)生摩擦?xí)疠^大應(yīng)力損失，在張拉端的應(yīng)力較高，跨中方向由于摩擦力的影響逐漸減少，從而整體應(yīng)力減少；

按設(shè)計(jì)要求，應(yīng)力損失值任何情況均不得超過(guò)0.05fpk。

由摩擦引起的應(yīng)力損失公式分析：

ΔS=P[1-e-（μθ+kx）]

其中：ΔS—摩擦引起的應(yīng)力損失；

P—預(yù)應(yīng)力張拉的應(yīng)力值；

μ—管道摩阻系數(shù)；

θ—以弧度為單位，從張拉端到計(jì)算截面間與曲線管道部分的夾角絕對(duì)值相加之和；

k—管道偏差系數(shù)；

x—以m為單位，從張拉端到計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度在縱軸上的投影長(zhǎng)。

要控制摩擦引起的應(yīng)力損失ΔS值，需采取措施，改變鋼筋與管道壁間的摩擦系數(shù)，從張拉端到計(jì)算截面間與曲線管道部分的夾角，管道間局部偏差等影響因素。而其他如錨具變形、夾片回縮和接縫壓縮、混凝土彈性壓縮、鋼筋松弛等引起的應(yīng)力損失，也需采取相應(yīng)控制措施。

4 應(yīng)力損失控制措施

4.1 精確定位預(yù)應(yīng)力管道

①采用塑料波紋管，要安裝正確、牢固。波紋管與喇叭口平順銜接，不能出現(xiàn)漏漿，二者的中心線與錨具墊板要嚴(yán)格垂直，在每一束最高點(diǎn)或跨中部位安裝三通排氣管，長(zhǎng)度大于60m時(shí)，每20m安裝三通排氣管。

②加工“U”型鋼筋做定位，限制波紋管上下左右移動(dòng)，提高管道定位準(zhǔn)確度。定位鋼筋基本間距不大于0.6m，曲線彎折處不大于0.4m。

③波紋管接頭要順直、牢固，外面套連接套管。為保證波紋管順直，波紋管位置與梁體鋼筋設(shè)置沖突時(shí)，可將梁體鋼筋適當(dāng)移動(dòng)或進(jìn)行適當(dāng)彎折。

④規(guī)范允許的情況下，考慮到混凝土骨料質(zhì)量的不穩(wěn)定因素，適當(dāng)增大波紋管間距，便于振搗。

⑤混凝土澆注進(jìn)槽時(shí)避免沖擊到波紋管，振動(dòng)器也不得接觸波紋管，防止波紋管在澆筑過(guò)程中發(fā)生變形。

4.2 張拉控制

4.2.1 張拉設(shè)備選擇

①?gòu)埨O(shè)備的額定輸出力不得小于張拉束的錨外張拉控制力，該橋張拉時(shí)選用開(kāi)封金中原有限公司生產(chǎn)的YDC4000型千斤頂。

②張拉油表使用防震型，最大量程為60MPa，最小刻度0.5MPa，精度不低于1度，使用前要進(jìn)行標(biāo)定，每月須標(biāo)定一次，每周必須校準(zhǔn)一次。

③高壓油泵選用了開(kāi)封金中原有限公司生產(chǎn)的ZB50型油泵。

④千斤頂與壓力表要配套標(biāo)定，作為張拉的依據(jù)要確定出張拉力與壓力表之間的關(guān)系曲線。千斤頂在初次使用之前、經(jīng)過(guò)檢修后、漏油嚴(yán)重、調(diào)換油壓表、油表指針不能退回零點(diǎn)、油壓表受到碰撞或出現(xiàn)失靈現(xiàn)象、使用超過(guò)1個(gè)月或200次、或閑置6個(gè)月時(shí)必須標(biāo)定。

4.2.2 張拉前準(zhǔn)備

①使用預(yù)應(yīng)力筋前，檢查表面是否有浮皮、銹蝕、泥污、油漬等雜質(zhì)，用鋼絲刷將雜質(zhì)清除干凈。要對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行預(yù)張拉，增加其延性，避免或減少?gòu)埨瓡r(shí)出現(xiàn)斷絲。

②安裝工作錨時(shí)，錨、管道和喇叭管三者中心要保持一致。再推入夾片，同一夾片間的端面要平齊、保持同樣的外露長(zhǎng)度。

③利用單根鋼絞線將鋼絲繩帶過(guò)，然后利用鋼絲繩牽引穿設(shè)整束鋼絞線，穿設(shè)后，兩側(cè)張拉端錨具外露出的鋼絞線，除預(yù)留50cm長(zhǎng)度外其余部分用小型電動(dòng)砂輪機(jī)切割，切割后斷口用膠帶纏繞，防止鋼絞線松散。

④限位板配套裝入，再依次裝上千斤頂、工具錨，工具錨和工作錨上孔位的排列位置要保持一致。工具夾片在安裝前要打蠟，以保證張拉完畢后，夾片容易松脫。

⑤張拉前，千斤頂要空載試運(yùn)行一個(gè)沖程，檢查油路是否暢通。待試運(yùn)行正常后才可以進(jìn)油施力。

4.2.3 張拉注意事項(xiàng)

①當(dāng)彈模、混凝土強(qiáng)度均達(dá)到100%，齡期達(dá)到6天后再進(jìn)行鋼束張拉，以免張拉時(shí)千斤頂作用而產(chǎn)生較大的混凝土彈性壓縮或壓裂混凝土塊體。

②張拉順序采取先縱向再豎向再橫向，縱向鋼束采取兩端同步張拉，并以中軸線兩側(cè)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，從而減少θ值及管道長(zhǎng)度x值，控制構(gòu)件承受的偏心壓力?？v向束張拉順序采取先腹板束后頂板束，合攏后先底板束再頂板束。

③采用分級(jí)張拉，防止兩端鋼絞線受力不均，伸長(zhǎng)量出現(xiàn)過(guò)大偏差，可保證最終張拉的有效預(yù)應(yīng)力。

④預(yù)應(yīng)力采用雙控，油泵加壓要緩慢、勻速，要隨時(shí)記錄張拉伸長(zhǎng)量，以便校核。實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值不應(yīng)超過(guò)理論值的±6，超過(guò)要及時(shí)停止張拉，待查明原因采取措施后，再行施工。

⑤可適當(dāng)增加底板預(yù)應(yīng)力束，并分批張拉，即部分底板預(yù)應(yīng)力束滯后一段時(shí)間，待混凝土完成一定的收縮徐變后，再行張拉。

⑥中跨底板預(yù)留備用孔道，適當(dāng)設(shè)置體外備用鋼束，如需要時(shí)再行張拉。

4.3 真空輔助壓漿

①預(yù)應(yīng)力張拉錨固后，檢查安裝灌漿泵、真空泵、灰漿攪拌機(jī)、高壓管、真空壓漿組件、各種接頭閥門(mén)、漿桶等壓漿設(shè)備，對(duì)孔道壓水檢查、處理和密封，要保證在24～48小時(shí)內(nèi)進(jìn)行真空輔助壓漿。

②壓漿時(shí)的灰漿水灰比控制在0.3～0.35之間，并滿(mǎn)足強(qiáng)度和粘結(jié)力要求，保持較大的流動(dòng)性、較小的干縮性及汲水性。水泥漿拌制均勻，經(jīng)2.5mm×2.5mm的濾網(wǎng)過(guò)濾后，方可壓入管道，避免水泥塊或其他雜物進(jìn)入泵體或孔道。

③關(guān)閉其他通風(fēng)孔，啟動(dòng)真空泵，排除導(dǎo)管內(nèi)空氣。壓力應(yīng)達(dá)負(fù)壓0.06MPa-0.1MPa間，孔道內(nèi)的真空度保持穩(wěn)定后停泵1min，若壓力降低，小于負(fù)壓0.02MPa則可認(rèn)為導(dǎo)管密封良好，沒(méi)有裂縫；如未能滿(mǎn)足則表明導(dǎo)管密封不嚴(yán)。

④真空泵保持連續(xù)工作的同時(shí)，灌漿泵開(kāi)始?jí)簼{，管道出漿口應(yīng)裝有三通管，吸漿的進(jìn)程通過(guò)觀察通風(fēng)管掌握，直到進(jìn)、出漿的濃度確認(rèn)一致后，才可封閉保壓。

⑤壓漿不應(yīng)超過(guò)0.60MPa的最大壓力。在漿體注滿(mǎn)管道后，繼續(xù)保持0.50～0.60MPa的壓力2min，然后關(guān)閉壓漿泵及壓漿閥門(mén).完成壓漿，確保壓入管道的漿體飽滿(mǎn)密實(shí)。

⑥中跨合攏段壓漿時(shí)采用兩端壓漿，壓漿時(shí)間間隔60s，一端壓漿至最高點(diǎn)后停止壓漿，另一端繼續(xù)壓漿直至連續(xù)出漿，孔道灌滿(mǎn)且封閉排氣孔后，再繼續(xù)加壓到0.5～0.6MPa，并持續(xù)5min。

⑦因大跨連續(xù)梁中跨合攏段位置遠(yuǎn)高于壓漿嘴位置，中跨合攏束管道較長(zhǎng)，將管道比作斜置的細(xì)長(zhǎng)管，單端壓漿時(shí)間長(zhǎng)，密水較多，易出現(xiàn)中間壓漿不飽滿(mǎn)，采用兩端間隔壓漿可將密水由中間排氣孔排出，確保壓漿飽滿(mǎn)。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，現(xiàn)場(chǎng)采取精確定位加固波紋管、預(yù)應(yīng)力張拉控制及真空輔助壓漿等保證措施，應(yīng)力損失值達(dá)到了不超過(guò)0.05fpk的要求，有效防范了病害發(fā)生，提高了預(yù)應(yīng)力張拉工藝的質(zhì)量，充分發(fā)揮了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，滿(mǎn)足工程使用要求。

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