現(xiàn)澆箱梁非梁端預(yù)應(yīng)力張拉斷絲的成因及措施

李 靈，徐秀維

(常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164)

0 引言

隨著現(xiàn)代橋梁跨度和承載能力的提高，預(yù)應(yīng)力混凝土因具有提高現(xiàn)澆箱梁抗裂性和耐久性、增大構(gòu)件剛度、節(jié)省材料、減輕結(jié)構(gòu)自重等優(yōu)點而被廣泛使用。但無論采用先張法還是后張法施工預(yù)應(yīng)力混凝土梁，其施工工藝都比普通鋼筋混凝土復(fù)雜，且對張拉工藝要求較高?，F(xiàn)行規(guī)范對后張法和先張法中預(yù)應(yīng)力鋼絲或鋼絞線的斷絲提出了非常嚴(yán)格的要求，每束鋼絲或鋼絞線只允許一根斷絲［1-7］。在實際橋梁施工過程中，由于工藝水平的差距，一旦在放張預(yù)應(yīng)力鋼絞線或鋼絲時稍有損傷，或預(yù)應(yīng)力預(yù)留管道內(nèi)出現(xiàn)漏漿、變形等，就比較容易出現(xiàn)斷絲的狀況。文獻［8］～［17］針對斷絲現(xiàn)象提出了較好的控制方法，但均僅從工藝上分析了整體張拉時鋼絞線斷絲的成因，并提出相應(yīng)的改進措施和注意事項，并未對現(xiàn)澆箱梁非梁端預(yù)應(yīng)力張拉過程中的斷絲進行原因分析。本文就現(xiàn)澆箱梁非梁端預(yù)應(yīng)力張拉施工過程中存在的斷絲問題進行分析并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 工程概況

寧高城際軌道交通二期工程是南京主城區(qū)至高淳的快速軌道交通，與地鐵6號線祿口新城南站接軌，終點為高淳縣城，采用與寧高新通道并線的方式建設(shè)。項目部主要負責(zé)石臼湖特大橋北引橋部分以及陸岸段1 km高架橋，共計7.49 km。上部結(jié)構(gòu)主要為25～30 m跨徑的預(yù)制安裝箱梁及陸岸段跨北大堤(30 m+50 m+30 m)現(xiàn)澆連續(xù)箱梁、3處(3×30 m)現(xiàn)澆道岔連續(xù)梁。

其中石臼湖特大橋跨湖段、北岸防洪堤及南岸防洪堤部分對應(yīng)的里程為DK30+070.29～DK42+894.97，北岸路岸段包含20#～50#共31個墩身，里程范圍為DK29+571.86～DK30+441.86。其中現(xiàn)澆箱梁均位于路岸段，分別為30 m+50 m+30 m單幅現(xiàn)澆箱梁1段以及3×30 m雙幅現(xiàn)澆箱梁2段。

跨北大堤(30 m+50 m+30 m)現(xiàn)澆連續(xù)箱梁梁體采用單箱單室變高度斜腹板箱型截面，主墩墩頂處和中支點截面特征點處的梁高3.0 m，箱梁在墩頂2.0 m范圍內(nèi)梁高相等，跨中2 m范圍內(nèi)及邊墩頂現(xiàn)澆5.93 m直線段截面特征點處的梁高為1.8 m，梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑為221.017 m。箱梁頂寬9.0 m，底寬3.212～4.100 m。頂板厚27 cm，腹板厚分別為35、55 cm，在梁端及中支點附近厚度分別為65 cm及85 cm，底板厚由跨中的27 cm按照圓曲線變化至中支點梁根部的50 cm;全梁共設(shè)4道橫隔梁，分別設(shè)于中支點和端支點截面。中支點處設(shè)置1.6 m厚的橫隔梁，邊支點處設(shè)置1.0 m厚的端隔梁。

2 工程特點

本項目中，現(xiàn)澆箱梁的預(yù)應(yīng)力施工均采用后張法，箱梁施工時采取一次性澆注，鋼絞線于混凝土澆注前布置完成，澆注過程中易發(fā)生波紋管漏漿等情況;鋼絞線通長束主要集中在兩側(cè)腹板中，長度大，彎曲點多，兩端由頂板穿出，為后期預(yù)應(yīng)力施工增加了難度。鋼絞線的布置如圖1、2所示。

圖1 鋼絞線截面布置

圖2 二分之一梁鋼絞線立面布置

3 斷絲情況描述及原因分析

3.1 斷絲情況

在第一段3×30 m箱梁預(yù)應(yīng)力施工中，左幅與右幅通長束共有2根鋼絞線出現(xiàn)斷絲，斷絲均發(fā)生在腹板束W1(腹板處鋼絲束編號，見圖1)，一根斷2絲，另一根斷3絲。斷絲時，控制應(yīng)力在90%左右，伸長量未達到設(shè)計要求。斷絲發(fā)生于箱梁內(nèi)第一起彎點位置附近(根據(jù)應(yīng)力計算以及抽出的斷絲長度確定斷絲位置)。

3.2 原因分析

結(jié)合工程施工的實際情況，采用排除法從現(xiàn)場使用的材料、工具以及施工方法等多方面綜合分析，以期找出斷絲的原因［18-19］。

首先，從材料及設(shè)備角度分析。鋼絞線含碳量過高時脆性大，未達到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，可能會造成斷絲，但現(xiàn)場取樣的鋼鉸線經(jīng)實驗室檢測發(fā)現(xiàn)質(zhì)量并無問題;千斤頂讀數(shù)可能出現(xiàn)偏差，但經(jīng)重新標(biāo)定后千斤頂讀數(shù)偏差符合規(guī)范要求，因此不存在千斤頂讀數(shù)偏差的影響。

其次，從施工工藝角度分析。在張拉過程中，當(dāng)千斤頂拉出鋼絞線時，工作夾片跟著后退到后面的限位板后，夾片張開，鋼絞線被順利拉出，當(dāng)限位板的限位值相對夾片偏小時，工作夾片張開的量不夠，會造成工作夾片與鋼絞線互相刮損，磨損工作夾片的刻絲，導(dǎo)致鋼絞線滑絲，出現(xiàn)質(zhì)量事故。但經(jīng)檢查和過程監(jiān)督后，該原因也被排除。

第三，從前施工工序的影響分析。箱梁澆筑時發(fā)生波紋管漏漿情況，導(dǎo)致堵管。該原因是最常見也最容易排查的情況之一，左幅出現(xiàn)斷絲后，在張拉右幅鋼絞線之前，使用調(diào)直機對鋼絞線進行了拖拽，鋼絞線可以拖動，證明未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，然而右幅W1張拉時依舊出現(xiàn)了斷絲現(xiàn)象，堵管因素被排除。鋼筋焊接過程中灼燒鋼絞線也可能造成鋼絞線斷絲，但對抽出的斷絲進行檢查時，并未發(fā)現(xiàn)明顯的灼燒痕跡。另外，鋼絞線布置位置以及張拉槽口布置位置也可能造成張拉過程中斷絲。根據(jù)現(xiàn)場情況總結(jié)，張拉出現(xiàn)斷絲的均為W1束，其他幾束通長束都沒有出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象;而且，在前期施工張拉的30 m+50 m+30 m現(xiàn)澆梁中，并未出現(xiàn)任何斷絲現(xiàn)象，該現(xiàn)澆梁與3×30 m現(xiàn)澆梁結(jié)構(gòu)上并無太大差異，最大的不同是鋼絞線通長束由梁體兩端穿出，見圖3。

經(jīng)過上述幾個方面的分析后，將問題點定位在鋼絞線本身布置情況以及張拉槽口的安置角度上。由圖2可知，30×30 m現(xiàn)澆梁的鋼索布置均從頂板穿出，同時W1位于腹板最上部，起彎點相對其他幾束更靠近張拉槽口。另外經(jīng)檢查，W1張拉槽口位置布置不準(zhǔn)確，槽口外端略微上揚，導(dǎo)致彎起角度相對較大。

鋼絞線的平均應(yīng)力

式中:Pp為預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力(N);P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力(N);k為孔道每米局部偏差對摩擦力的影響系數(shù)，取0.001 5;x為從張拉端至計算截面的孔道長度(m);μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)，取0.25;θ為從張拉端至計算截面的曲線孔道部分切線的夾角之和(rad)。

將式(1)進行積分，可得到

式中:Pz為分段的終點力(N);Pq為分段的起點力(N)。

由此可知，可通過對式(2)不斷積分求得任意點的準(zhǔn)確應(yīng)力值。進行分段計算時，靠近張拉端第一段的終點力即為第二段的起點力。

由式(2)可以看出，彎起角度θ直接決定了張拉應(yīng)力在彎曲位置的應(yīng)力損失，彎起角度越大，應(yīng)力損失越多，從而對鋼索的磨損也越多。將30 m+50 m+30 m梁與3×30 m梁對比后發(fā)現(xiàn)，后者的彎起角θ明顯大于前者，這為后者的張拉增加了難度。另一方面，對比3×30 m梁中同類通長束，W1槽口上揚，導(dǎo)致W1起彎點到彎曲結(jié)束點的彎起角度最大。假定4條通長束在起彎點應(yīng)力相同，則在起彎點到彎曲結(jié)束點，W1應(yīng)力損失最多，在彎曲結(jié)束點W1的拉應(yīng)力最小。

圖3 30 m+50 m+30 m現(xiàn)澆梁鋼絞線立面布置

從另一方面也可以對3×30 m中的 W1、W2、W3、W4束進行比較:從張拉端開始，4條通長束的初始應(yīng)力相等，均等于張拉機器提供的控制應(yīng)力，當(dāng)從張拉槽口到達第一起彎點時，W1距離最短，W1的應(yīng)力損失最小，所以在第一起彎點處，W1所承受的拉應(yīng)力最大。

綜上所述，W1束在起彎點承受的拉應(yīng)力最大，而應(yīng)力在彎曲處傳遞時，W1消耗的應(yīng)力最多。通過以上結(jié)論可知，相較于其他通長束的第一起彎點，W1束處于最不利荷載位置，這一點極有可能成為張拉斷絲的主要原因，同時也解釋了斷絲處均在第一起彎點附近的現(xiàn)象。這種通長束從頂板穿出的箱梁形式更容易引起斷絲現(xiàn)象的發(fā)生。

4 解決措施

要避免現(xiàn)澆預(yù)制箱梁非梁端預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中發(fā)生斷絲，主要從以下2個方面進行預(yù)防:一是增加張拉槽口至第一起彎點的距離，從而增大張拉槽口至起彎點的應(yīng)力損失，使第一起彎點處拉應(yīng)力減小;二是降低張拉槽口角度，使彎起角度減小，減少彎曲處的應(yīng)力損失。具體解決方案為:首先在箱梁澆筑時嚴(yán)格控制槽口錨盒位置，防止出現(xiàn)上浮、翹起等現(xiàn)象，從而控制好彎起角度，防止應(yīng)力過分損失;其次在混凝土澆注前，可適當(dāng)將張拉槽口錨盒向梁端平移1 cm左右，從而增加槽口至起彎點的距離，同時也減小彎起角度;第三，若箱梁已經(jīng)澆筑完成，可在張拉前將千斤頂放置口下鑿，盡可能使千斤頂位置放低，從而在張拉時緩解彎曲角度過大的現(xiàn)象;最后，張拉完成后發(fā)現(xiàn)有鋼絞線斷絲，可以在斷絲后重新核算預(yù)應(yīng)力，必要時啟用備用束［20-21］。

工程實踐表明:采用以上措施后，現(xiàn)澆箱梁的預(yù)應(yīng)力施工中未發(fā)現(xiàn)任何斷絲現(xiàn)象;已出現(xiàn)斷絲的箱梁采用備用束后重新張拉，預(yù)應(yīng)力能夠滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

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