商周二期高速公路工程箱梁豎向預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)研究

陳明剛

（商丘市睢陽區(qū)水務(wù)局，河南 商丘 476000）

1 設(shè)計單位關(guān)于箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋布置的必要性

近年來發(fā)現(xiàn)在水利水電及高速公路工程施工中，有的箱梁有開裂現(xiàn)象（特別是箱梁腹板開裂），在商周二期高速公路及南水北調(diào)中線工程箱梁施工中，發(fā)現(xiàn)有多條豎向或斜剪細(xì)小裂縫同時發(fā)生在腹板的薄弱部位，有的甚至延伸到箱梁的頂板或底板。箱梁腹板裂紋使整體結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)能力、抗剪能力、跨越能力乃至結(jié)構(gòu)承載力下降，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性受到不同程度的威脅。

箱梁腹板開裂的原因是相當(dāng)復(fù)雜的。大致如下：

⑴設(shè)計時對結(jié)構(gòu)構(gòu)造、主拉應(yīng)力等問題考慮不周；

⑵施工中對質(zhì)量要求不嚴(yán)，張拉時未考慮各種環(huán)境條件下預(yù)應(yīng)力損失問題，導(dǎo)致縱向預(yù)應(yīng)力損失過大，未達(dá)到設(shè)計要求；

⑶大型車輛急劇增多，車輛荷載嚴(yán)重超載等等。混凝土的破壞是由拉伸劈裂造成的，破壞面多與最大拉應(yīng)力方向正交，從腹板裂縫來看，主要表現(xiàn)出斜截面上抗主拉應(yīng)力不夠。因此設(shè)計部門提出有必要在箱梁腹板布置豎向預(yù)應(yīng)力。

2 雙軸應(yīng)力狀態(tài)下混凝土強(qiáng)度準(zhǔn)則

在大跨度三向預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁箱梁結(jié)構(gòu)豎向預(yù)應(yīng)力設(shè)計中,提高混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是一個很重要的指標(biāo)。參考國內(nèi)外大量的實驗研究結(jié)果顯示，混凝土在雙軸壓縮狀態(tài)下，主應(yīng)力比為0.5時得到的最大混凝土強(qiáng)度提高約為20%～25%，僅僅依靠混凝土結(jié)構(gòu)的主拉應(yīng)力為零而計算豎向預(yù)應(yīng)力是不夠的。因此可以利用混凝土強(qiáng)度準(zhǔn)則。分析混凝土在雙軸應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度提高和預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁之斜截面抗剪強(qiáng)度提高的程度，從而提出混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高的豎向預(yù)應(yīng)力計算方法，為大跨度三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

3 豎向預(yù)應(yīng)力筋施工質(zhì)量控制措施

在商周高速公路及南水北調(diào)中線工程箱梁施工中，筆者經(jīng)過深入研究，總結(jié)主要施工控制措施如下：

3.1 根據(jù)設(shè)計圖紙要求對預(yù)應(yīng)力束管道的坐標(biāo)進(jìn)行放樣，精確安裝預(yù)應(yīng)力筋組件。

3.2 在安裝預(yù)應(yīng)力筋組件時，要檢查管道是否暢通、波紋管是否刮破有孔、接頭是否牢固、螺帽是否齊全。鑒于金屬波紋管易于被振搗棒搗破，在后期施工時使用塑料波紋管代替了金屬波紋管，實踐證明較好地防止了波紋管破裂漏漿問題。

3.3 預(yù)應(yīng)力筋下料前，如有扁折必須調(diào)直并清除表面浮繡、污物、泥土，預(yù)應(yīng)力筋表面如有明顯凹坑及其他缺陷，則應(yīng)剔除該段，另外還應(yīng)去除由于鋼廠裁剪造成的偏頭。采用砂輪機(jī)切割下料，切割后需去除端頭毛刺。

3.4 在金屬波紋管附近電焊鋼筋時，要對波紋管加以防護(hù)，以防燒破管道，焊完再仔細(xì)檢查，并嚴(yán)格禁止電焊火花和氧割靠近預(yù)應(yīng)力束，防止電焊手線觸及預(yù)應(yīng)力管道，造成波紋管漏漿，影響施工質(zhì)量。

3.5 金屬或塑料波紋管都應(yīng)盡量不設(shè)接頭或少設(shè)接頭，在波紋管不可避免的接頭處，需用大一號的接頭套接，套接長度在30cm左右；接管處及管道與喇叭口連接處應(yīng)用膠帶或冷縮塑料管將其密封防止漏漿，并用黑膠布膠封接頭，要求接頭牢固可靠。波紋管定位時用定位鋼筋焊接在箍筋或主筋上，定位后的管道軸線偏差應(yīng)符合設(shè)計要求；定位鋼筋焊接牢固，波紋方向與穿束方向要一至；預(yù)應(yīng)力束孔道要求錨墊板與錨束垂直，擴(kuò)孔中心、束孔中心、錨固中心與錨墊板中心應(yīng)同心。

3.6 安裝豎向預(yù)應(yīng)力管道和豎向預(yù)應(yīng)力筋錨固端時，預(yù)應(yīng)力筋下端要支墊牢固，以防下墜；錨固端螺母與錨墊板之間要擰緊，并用黃油將其間隙填滿，防止水泥漿從下部進(jìn)入管道；波紋管下口與固定端要密封好。

3.7 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋在固定端露出錨具的長度應(yīng)等于或大于鋼筋的直徑；在張拉端露出錨具的長度應(yīng)滿足張拉工作長度的需要。張拉完畢后用砂輪切割多余部分，割后露出錨具長度與固定端相同。

3.8 澆注混凝土?xí)r，用黃油或紗布將固定端及張拉端錨具縫隙堵塞好，振搗人員應(yīng)熟悉預(yù)應(yīng)力筋埋設(shè)位置，嚴(yán)禁振搗棒長時間接觸波紋管而造成管道偏移或損傷，致使成孔尺寸偏差過大或波紋管漏漿；在混凝土澆筑完成后一定要及時試通水洗管，并及時清理預(yù)應(yīng)力張拉端面，并將每塊梁上的預(yù)應(yīng)力筋編號，張拉過程依號進(jìn)行，做好張拉記錄。

3.9 預(yù)應(yīng)力張拉前必須將張拉油表和千斤頂配套標(biāo)定，按標(biāo)定后的回歸方程進(jìn)行張拉計算，必要時有選擇地安裝錨下應(yīng)力傳感器進(jìn)行張拉力控制，有條件的情況下建議使用二次測力扳手（亦稱扭矩扳手）控制。張拉順序為：0→初始控制力（10%設(shè)計應(yīng)力）→持荷2min→張拉設(shè)計應(yīng)力→持荷2min→錨固。張拉時要邊張拉邊擰緊螺母。

4 環(huán)境溫度對豎向預(yù)應(yīng)力的影響

預(yù)應(yīng)力筋一般都在室外張拉，如果在梁段混凝土由于水化熱產(chǎn)生的溫度場還未完全穩(wěn)定的情況下張拉并進(jìn)行管道壓漿和封錨，將會導(dǎo)致粱段混凝土及管道內(nèi)的水泥漿水化熱傳遞到預(yù)應(yīng)力筋上。由于混凝土熱傳導(dǎo)性差而鋼束熱傳導(dǎo)性好，使得溫度難以擴(kuò)散到外界而導(dǎo)致鋼束溫度升高。預(yù)應(yīng)力筋受熱后自由膨脹，因此預(yù)應(yīng)力筋中的應(yīng)力將隨溫度的升高而降低。待其管道內(nèi)的水泥漿已有較高的強(qiáng)度并和預(yù)應(yīng)力筋黏結(jié)成整體后，預(yù)應(yīng)力筋中的應(yīng)力已不能恢復(fù)到原有的應(yīng)力值。因此在孔道漿體達(dá)到一定強(qiáng)度且與預(yù)應(yīng)力筋具有足夠的黏結(jié)力之前，預(yù)應(yīng)力筋相對其初始張拉時刻的溫升會引起預(yù)應(yīng)力較大的損失。類似于先張法構(gòu)件施工時由于加熱養(yǎng)護(hù)造成的溫差損失，該損失與預(yù)應(yīng)力筋的長度無關(guān)。若鋼材的溫度線膨脹系數(shù)和彈性模量分別取為1.0×10-5/℃和2.0×105MPa，溫差為△T，按照《公路橋規(guī)》該預(yù)應(yīng)力損失為2△T。如果按保守估計△T=10℃計算，其損失可達(dá)20MPa，可見這一損失不容忽視。

此外在施工過程中還加強(qiáng)觀測了日照溫差對豎向預(yù)應(yīng)力的影響。由于鋼束熱傳導(dǎo)性好，因此其溫度一般與其所接觸的周邊溫度較高處混凝土的溫度基本一致。而對于一天中7：00-12：00，箱粱頂板受到太陽輻射的作用，混凝土溫度急劇升高，而此時處于腹板外側(cè)的混凝土由于箱粱翼緣板的遮擋而未受到陽光直射，其溫升相對于頂板混凝土要小得多。而腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋在其整個長度上的溫度與其頂板接觸處的溫度基本相同，因此腹板外側(cè)的預(yù)應(yīng)力筋與頂板以下腹板外側(cè)面混凝土存在正溫差，使得預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力增量而導(dǎo)致其內(nèi)的預(yù)應(yīng)力變化。

結(jié)語

箱梁設(shè)計施工的理論和實踐表明：豎向預(yù)應(yīng)力是抵抗剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力的關(guān)鍵，沒有設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力筋的箱梁腹板，開裂更為嚴(yán)重，箱梁豎向預(yù)應(yīng)力對于彌補(bǔ)梁體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力損失問題尤為重要，三向預(yù)應(yīng)力張拉工藝的運用，使得預(yù)應(yīng)力損失準(zhǔn)確計算的重要非常突出，其計算結(jié)果直接影響施工過程中及成橋后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形。對于后張拉預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)，較好地彌補(bǔ)了預(yù)留孔道摩擦、錨具變形和構(gòu)件彈性壓縮等引起的瞬時預(yù)應(yīng)力損失和鋼束應(yīng)力松馳、砼干縮、徐變等引起的后期預(yù)應(yīng)力損失。在施工過程中，結(jié)構(gòu)的實際縱向預(yù)應(yīng)力與設(shè)計值有一些差異，只有通過施工監(jiān)測監(jiān)控工作，一方面保證結(jié)構(gòu)有足夠的豎向預(yù)應(yīng)力和縱向預(yù)應(yīng)力大??；另一方面通過實際測量的縱向預(yù)應(yīng)力大小，來合理配置和調(diào)整豎向預(yù)應(yīng)力，以提高結(jié)構(gòu)的抗破壞能力。

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