淺談后張拉法預應力空心板梁預制施工技術

劉 軍， 彭 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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淺談后張拉法預應力空心板梁預制施工技術

劉 軍， 彭 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

通過干汊中橋預應力空心板梁這一比較典型的施工實例，歸納了后張法預應力空心板梁的施工方法，總結(jié)出空心板梁施工的注意事項，以期對類似工程的施工具有一定的參考價值。

橋梁；預應力；空心板梁；施工技術；干汊中橋

1 工程概述

干汊中橋位于S210線寶興至磽磧電站庫區(qū)，干汊中橋全長74.24m，上部構(gòu)造采用3～20m后張拉預應力混凝土空心板，下部構(gòu)造采用重力式U形橋臺配擴大基礎，雙柱式橋墩配明挖擴大基礎。主車道寬度為8m，雙車道布置；防護欄桿尺寸為1.15m×0.3m，設計荷載為汽—20級。

2 空心預制板梁的制做與施工

20m空心預制板全長1 996cm，全橋共21片，底寬124cm，高90cm，分中、邊板梁兩種，每塊空心預制板布置四束鋼絞線，每束鋼絞線由7根φj15鋼絞線組成，每根φj15鋼絞線由7根鋼絲扭繞制成。預制梁斷面見圖1。

圖1 空心預制板梁結(jié)構(gòu)圖

錨束選用ASTMA416—98、直徑為15.24mm高強度低松弛鋼絞線，強度等級為1 860N/mm2，錨具選用XM15—7型，設計控制張拉力為195.3kN。鋼絞線力學性能見表1。

表1 鋼絞線力學性能表

2.1 預制場地的選擇

20m空心板單件最大重量約33t，對預制場地基要求較高。為防止地基不均勻沉降造成預制梁斷裂，必須對場地進行碾壓，對軟弱部位采用砂礫石置換并碾壓，最后澆筑C15混凝土10cm厚地坪。場地四周布置排水溝，以防止雨水淤積。

2.2 模板結(jié)構(gòu)

地模：采用混凝土地模，地模墊層為16cm厚的C25混凝土，表層采用高標號水泥砂漿抹面1cm且經(jīng)磨石處理，表面光滑、水平，嚴格控制其平面尺寸和平整度,表面平整度采用2m直尺檢查，不得超過允許偏差5mm。地模寬1.24m,長20.8m，兩側(cè)鑲4cm厚木條，表面刨光。地模間距120cm；地模兩側(cè)布置混凝土樁，以便支側(cè)模。

側(cè)模：采用木模，木模表面應刨光并達到規(guī)范要求的平整度以及光滑度,刨光的木模表面高低差采用2m直尺檢查，不得超過允許偏差3mm。側(cè)模應具有一定的整體性，以便于裝拆。

內(nèi)模：內(nèi)模為不等邊八邊形，采用裝配式木框和散裝木板分節(jié)預組裝，外包塑料薄膜，分節(jié)吊裝就位。內(nèi)模要求結(jié)構(gòu)簡單、便于裝拆且其結(jié)構(gòu)牢固，不得在預制過程中出現(xiàn)模板移位、裂模、爆?，F(xiàn)象。

模板結(jié)構(gòu)見圖2。

2.3 后張拉法預制工藝流程

后張拉板梁施工工藝流程見圖3。

2.4 錨孔成型與穿束

圖2 模板結(jié)構(gòu)圖

在已安裝的底板鋼筋上放出波紋管平面和立面控制點，按間距50cm焊接定位架立筋，并將固定波紋管的鋼筋圈準確焊接在架立筋上，然后擺放波紋管并逐段連接，接頭使用直徑70mm的同類波紋管，長度為(5～7)d，即40～50cm，接頭處采用膠帶裹緊密封。波紋管安裝位置要求準確、孔洞順直、曲線平順。為防止?jié)仓r由于振搗或混凝土拌和物壓力過大而造成預埋的波紋管變形或破裂，在波紋管內(nèi)穿入膠管，當混凝土終凝后將膠管拔除。錨墊板安裝應與波紋管同心，與孔道軸線垂直。

鋼絞線根據(jù)下料長度采用砂輪切割機切割，并用膠帶綁扎牢固。下料長度公式為：

L=L0+n(L1+0.15)

式中 L為下料長度；L0為梁的管道加兩端錨具長度；n為張拉端數(shù)目；L1為千斤頂支承端到夾具外緣距離(包括錨墊圈，厚0.035m)。

施工采用兩端張拉，錨具選用XM15—7型；該預制板采用兩種不同長度的鋼絞線進行張拉，分別為21.282m和21.394m；錨具長度為0.055m；張拉端數(shù)目n=2；千斤頂支承端到夾具外緣距離(包括錨墊圈厚0.035m)，L1=0.835m。

故下料長度為：

L1=L01+n(L1+0.15)=21.282+0.055+2×(1.5+0.15)=24.637(m)

L2=L02+n(L1+0.15)= 21.394+0.055+2×(1.5+0.15) =24.749(m)

在預應力張拉前，根據(jù)下料長度進行鋼絞線的切割下料，采用人工穿入波紋管并逐根理順，防止其互相纏繞。

2.5 后張法張拉

(1)設計要求。

張拉時，混凝土強度不低于設計強度的75%；張拉控制應力應不超過預應力筋極限張拉應力的75%。該工程張拉控制應力為預應力筋極限張拉應力的75%。

張拉采用兩端張拉方式，對張拉力與伸長值實施雙控，實際伸長值與理論伸長值的差值應控制在±6%以內(nèi)且不允許斷絲。

(2)預應力筋理論伸長值。

理論伸長值△L(mm)按下式計算：

△L= PPL/(APEP)

△PP= P×[1-e-(kx+μθ)]/(kx+μθ)

式中 PP為預應力筋的平均張拉力(N)；L為預

圖3 后張拉板梁施工流程圖

應 力 筋 的 長 度(mm)；即L1=21 282mm，L2=21 394mm；AP為預應力筋的截面面積(mm2)，即140mm；EP為預應力筋的彈性模量(N/mm2)，取1.95×105MPa；P為預應力筋張拉端的張拉力(N)；k為孔道每延米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，取0.001 5；θ為曲線孔道部分切線夾角之和(rad)；μ為預應力筋與孔道壁的摩 擦 系 數(shù)，取0.25；x為張拉端至計算截面的孔道長度(m)，x1=2.755 m；x2=4.391m。其中:

P=σcon×Ag×n×b/1 000

式中 σcon為張拉控制應力(N/mm2)；Ag為每根預應力筋截面面積(mm2)；n為同時張拉預應力根數(shù)，即7根；b為超張拉系數(shù)，不超張拉時為1。

由于設計圖紙未標明預應力張拉控制應力，根據(jù)《橋梁設計規(guī)范》，預應力張拉控制應力不得超過預應力筋極限張拉應力的75%,故該預應力張拉控制應力取預應力筋極限張拉應力的75%，即1 395N/mm2，則：

P=1 395×20×7×1/1 000=195.3(kN)

該預制板分兩種不同長度的鋼絞線進行張拉，分別為曲筋1=21 282mm和曲筋2=21 394mm。

① 曲筋1(總長21 282mm)。

A、PP1=195 300×[1-e-(0.001 5×2.755+0.043 63×0.25)]/(0.001 5×2.755+0.043 63×0.25)=193.8(kN)；

B、曲筋1理論伸長值△L1=193 800×21 282/(140×195 000)=151(mm)。

② 曲筋2(總長21 394mm)。

A、PP2=195 300×[1-e-(0.001 5×4.391+0.244 3×0.25)]/(0.001 5×4.391+0.244 3×0.25)=188.8(kN)；

B、曲筋2理論伸長值△L2= 188 800×21 394/(140×195 000)=148(mm)。

根據(jù)理論伸長值確定的預應力筋實際伸長值控制范圍見表2。

表2 實際伸長值控制范圍表

(3)錨索張拉。

預應力預制板梁采用XM15-7型夾片式錨具、后張拉法張拉，鋼絞線為高強度低松弛力筋。張拉程序為：

0→0.1張拉力(初應力)/(伸長值量測基點)→σcon(控制應力)/測伸長值→持續(xù)2min錨固/卸荷、測夾片回縮值。

施工采用兩端同時張拉。張拉施工時，兩端油泵啟動基本一致，進油升壓應緩慢、均勻、平衡。先在一端先行錨固，再在另一端補足張拉力持續(xù)3～5min后進行錨固。

3 預制板梁的吊裝

預制板梁采用小門架配合鋼導梁吊裝，配卷揚機、滑車牽引移動，千斤頂落梁就位。導梁采用在橋臺一次拼裝而成。預制板梁吊裝情況見圖4。

(1)先在墩、臺之間架設20m導梁，并在導梁前端架設小門架，小門架配合卷揚機牽引。

(2)用千斤頂分別將預制板的兩端頂起，安上走板、滾筒，再將千斤頂松開，將預制板落在走板上。

(3)用卷揚機牽引，將預制板梁縱向移動通過導梁過孔移動到預定位置。

(4)用預先安裝好的小門架將預制板梁提離導梁，再橫向移動導梁。

(5)導梁移開后，安裝橫向移動走板，將預制板梁放在橫向移動走板上，用卷揚機將預制板梁橫向移動到位，再用千斤頂落位。

圖4 預制板梁吊裝示意圖

4 結(jié) 語

干汊橋為空心預制板梁施工比較典型的實例，其空心橋梁本身的抗彎能力和承載能力不高，主要依靠4束鋼絞線對板梁施加預應力，使其達到設計承載能力。因此，板梁的鋼絞線施工質(zhì)量以及兩張拉錨固端混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量至關重要。

(1)空心板梁具有長、重等特點，對地基承載力要求較高，地基沉降易造成板梁部分懸空。由于其自身重量，未張拉板梁很難承受懸臂板梁產(chǎn)生的彎矩，往往會攔腰折斷。

(2)對于空心板梁，一般要求其混凝土設計強度較高(C40以上)。因此，如何控制水灰比、降低水化熱是提高混凝土質(zhì)量的重要途徑。根據(jù)該工程骨料特點：針片狀含量高、長寬比大，導致每m3混凝土中的水泥含量達550kg，大大增加了水化熱。因此，采取了提前拆模和空心內(nèi)部盛水降溫養(yǎng)護的措施，必要時采用通風降溫。

(3)由于空心板梁通過預應力張拉達到設計承載力，鋼絞線為曲徑布置，張拉必將造成梁起拱(一般起拱高度為2 cm左右)，因此，鋼絞線張拉不宜在混凝土強度較高后實施，同時，應減少水泥用量，以減少水化熱、提高混凝土塑性。

(4)根據(jù)規(guī)范要求，預應力張拉應采取雙控，將鋼絞線的伸長值必須控制在±6%的理論伸長值。伸長值計算必須根據(jù)公式的邊界條件、對照實際鋼絞線布置情況分段進行計算，否則實際伸長值將不會在理論伸長值允許范圍內(nèi)。鋼絞線曲徑一般由曲線段、直線段等組成，由于張拉受力，部分段已脫開波紋管壁，故鋼絞線理論伸長值應根據(jù)實際受力和布置情況進行計算。

(5)干汊橋張拉遇到的設計問題。目前，部分設計單位對一些橋梁的設計直接照搬原國家頒布的設計圖集(或廢棄的圖集)。但因技術進步、材料更新，原設計圖集已無法適用。如該工程遇到的鋼絞線強度值問題，根據(jù)設計圖集應為1 500 MPa極限張拉強度，而設計圖紙上未明確鋼絞線的極限強度為1 500 MPa，也未明確張拉力為鋼絞線強度的百分比。從目前市場情況看，已無1 500 MPa極限張拉強度的鋼絞線，普遍為1 860 MPa極限強度的鋼絞線。因此，按照規(guī)范要求，預應力張拉力應為75%的鋼絞線強度，張拉力應為195.3 kN，而原設計許可的張拉力最大為157.5 kN。最終，設計提出張拉力為預應力筋極限張拉應力的60.5%。

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV547;TV

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1001-2184(2016)06-0041-04

劉 軍(1968-)，男，四川射洪人，高級工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

彭 明(1977-)，男，四川南部人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.