懸臂現(xiàn)澆連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力張拉關(guān)鍵控制點

□文/趙新坡

1 工程概況

老漳河特大橋主橋采用40 m+70 m+40 m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主梁根部高4.2 m、跨中高2 m，箱梁縱向尺寸為5×4 m+2×4.5 m，0號塊長度為10 m，中跨和邊跨之間的合龍段長度為2 m，邊跨現(xiàn)澆段長度為3.9 m。懸臂梁段最大理論設(shè)計質(zhì)量138.01 t，掛籃自質(zhì)量56 t。

主橋箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，分為縱向預(yù)應(yīng)力束、橋面板橫向預(yù)應(yīng)力束和豎向精扎螺紋鋼筋[1]。

主橋連續(xù)箱梁懸臂段的左右端均獨立采用菱形掛籃進(jìn)行懸臂澆筑法施工[2]，左右幅同時進(jìn)行，施工中同時投入4 套（8 個）掛籃。懸臂梁段均一次澆筑成型并在底板混凝土凝固以前全部澆筑完成，以避免梁底裂紋的產(chǎn)生。

2 施工重點和難點

預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁跨度較長，橫向截面尺寸較大，掛籃和懸臂現(xiàn)澆段質(zhì)量相對較大，施工中混凝土澆筑質(zhì)量和預(yù)應(yīng)力張拉控制的精度是需要重點控制的環(huán)節(jié)。其中預(yù)應(yīng)力張拉過程的精度控制，鋼絞線應(yīng)力、應(yīng)變的控制，摩阻系數(shù)的計算等指標(biāo)是張拉環(huán)節(jié)的重點，也是施工中的難點，連續(xù)箱梁的質(zhì)量能否合格，與施工中這幾個環(huán)節(jié)的控制密切相關(guān)，因此在施工中要對這些指標(biāo)和環(huán)節(jié)進(jìn)行精確計算及嚴(yán)格管控。

3 主要材料及設(shè)備

3.1 張拉材料的選擇

頂板、腹板預(yù)應(yīng)力鋼束采用19φ15.2 mm 鋼絞線，OVM 15-19型錨具；中跨底板、邊跨底板預(yù)應(yīng)力鋼束及邊跨頂板、中跨頂板合龍鋼束采用17φ15.2 mm 鋼絞線，OVM15-17 型錨具。所有縱向預(yù)應(yīng)力鋼束均兩端張拉[3]，錨下控制應(yīng)力1 395 MPa。

豎向預(yù)應(yīng)力筋采用JL32 精扎螺紋鋼（JL835），YGM 型錨具，下端錨固，上端張拉，錨下控制應(yīng)力706.5 MPa。

橫向預(yù)應(yīng)力采用3φ15.2 mm鋼絞線，BM15-3型錨具，單端張拉，錨下控制應(yīng)力1 395 MPa。

3.2 張拉設(shè)備的選擇及標(biāo)定

3.2.1 油表及千斤頂?shù)倪x擇

縱向預(yù)應(yīng)力筋采用大孔徑穿心式千斤頂及相應(yīng)油泵，張拉設(shè)備的額定張拉力應(yīng)大于預(yù)應(yīng)力筋的張拉力[4]，而預(yù)應(yīng)力筋張拉力為4 947.6 kN，所以采用額定張拉力為4 960 kN的YCQ500型千斤頂，ZB4-500通用型油泵。精軋螺紋鋼筋采用YQ-70 穿心式千斤頂及通用型油泵。油表選用防振型壓力表，最大讀數(shù)為100 MPa，精度為1.0級。

3.2.2 油表的校正與千斤頂?shù)臉?biāo)定

壓力表、張拉千斤頂?shù)扔嬃吭O(shè)備要在有資質(zhì)的單位進(jìn)行標(biāo)定并按有關(guān)規(guī)范定期檢查并建立卡片備查[5]。在施工中建立油表壓力與千斤頂張拉P-N標(biāo)定曲線也很重要[5]。使用過程中千斤頂如有拆卸維修或更換配件，則必須重新校正和標(biāo)定。

4 施工的關(guān)鍵控制點計算

4.1 伸長量及油表讀數(shù)計算

張拉前先對圖紙中的理論值進(jìn)行復(fù)核，計算每束鋼絞線的理論引伸量[6]作為現(xiàn)場施工的依據(jù)。

式中：P為張拉力，N；L為預(yù)應(yīng)力筋長度，mm；X為從張拉端至計算截面的孔道長度，m；A為預(yù)應(yīng)力筋斷面積，mm2；E為預(yù)應(yīng)力筋實測彈性模量，MPa；K為孔道偏差系數(shù)，取0.001 5；μ為摩阻系數(shù)，取0.25；θ為從張拉端至計算截面切線角之和，rad。

計算時彈性模量應(yīng)取試驗值[6]，另外，箱梁縱向束線形為平曲線和豎曲線的組合，由于箱梁為多次澆筑完成，鋼絞線束長且變化點多，因此，伸長值采用分段計算，然后疊加得出整束伸長值?，F(xiàn)以鋼束W1 為例進(jìn)行伸長量校核。見圖1和表1。

表1 現(xiàn)澆箱梁W1鋼束伸長量

圖1 W1鋼束

4.2 張拉油表讀數(shù)計算

預(yù)應(yīng)力施工前要對張拉千斤頂進(jìn)行校驗，合格后出具校驗報告。利用報告中的數(shù)據(jù)計算得出所有配套千斤頂及油表的回歸方程。此外還要依據(jù)設(shè)計張拉力和錨口的摩阻損失計算得出油表讀數(shù)[7]。

式中：P為油表讀數(shù)；A、B為回歸系數(shù)，根據(jù)校驗報告算出；F為千斤頂張拉力，F(xiàn)＝設(shè)計張拉力+錨口摩阻損失。

4.3 μ值計算

鋼束較長時，摩擦阻力會造成長鋼束的預(yù)應(yīng)力損失過大，所以要通過現(xiàn)場實測孔道摩阻系數(shù)μ，以校核預(yù)應(yīng)力孔道摩阻系數(shù)損失值，應(yīng)根據(jù)與傳感器配套的應(yīng)變儀讀數(shù)換算成張拉力，再計算出預(yù)應(yīng)力鋼絞線束的長度和轉(zhuǎn)角。

式中：F1為主動端拉力，kN；F2為被動端拉力，kN；θ為曲線段轉(zhuǎn)角，rad；x為預(yù)應(yīng)力束的總長度，m；k為孔道局部偏差系數(shù)。

5 預(yù)應(yīng)力張拉施工的關(guān)鍵控制點

5.1 張拉方法及順序

采用后張法施工，單塊的張拉順序為縱向預(yù)應(yīng)力→豎向預(yù)應(yīng)力→橫向預(yù)應(yīng)力?？傮w縱向張拉的先后順序為腹板縱向預(yù)應(yīng)力→邊跨縱向預(yù)應(yīng)力（頂板、底板）→中跨縱向預(yù)應(yīng)力（頂板、底板）。

5.2 張拉程序

鋼絞線：0→15%初應(yīng)力→30%控制應(yīng)力→100%控制應(yīng)力（持荷5 min）→錨固。精軋螺紋鋼：0→10%初應(yīng)力→20%控制應(yīng)力→100%控制應(yīng)力→0→100%控制應(yīng)力（持荷5min）→錨固[8]。

5.3 鋼束的張拉及伸長值的量測

當(dāng)張拉力達(dá)到初張力后，量測千斤頂?shù)幕钊饴堕L度a，然后供油達(dá)到2 倍初張力，量測活塞外露長度b，再張拉至設(shè)計噸位的油壓值，量測活塞的外露長度c，L=b+c-2a即為實際伸長值。因本工程的現(xiàn)澆箱梁鋼絞線較長，一次張拉循環(huán)不能達(dá)到設(shè)計伸長量，因此施工過程中進(jìn)行了多次循環(huán)張拉。每次張拉的施工工藝和控制方法均相同，不同的只是每一次循環(huán)的初始值均采用上一次循環(huán)的錨固力。這樣循環(huán)幾次，直到達(dá)到高定的控制張力為止。

5.4 精軋螺紋鋼張拉控制要點

1）安裝螺母，用扳手?jǐn)Q緊螺母。

2）將穿心拉桿用連接器擰在精軋螺紋鋼筋上，穿心拉桿及螺紋鋼鋼筋各擰入連接器一半。

3）千斤頂就位套在精軋螺紋鋼筋和穿心拉桿上，用錨具螺母擰緊穿心拉桿。

4）由前油嘴向張拉缸進(jìn)油，使回程缸由后油嘴回油，利用活塞后移產(chǎn)生的拉力來張拉精軋螺紋筋。

5）若符合理論計算值，則用扳手?jǐn)Q緊錨具螺母。

6）重復(fù)張拉至100%張拉力，持荷5 min，回油完成張拉。

6 結(jié)語

后張法預(yù)應(yīng)力施工是箱梁施工中主要的施工技術(shù)，應(yīng)采用正確的施工操作方法和精確的計算校核。除對鋼束的張拉采用伸長量和張拉力雙控外，還需要對現(xiàn)場確定鋼束摩阻力的摩擦系數(shù)進(jìn)行精確計算，同時對張拉時的鋼束的伸長量及油表讀數(shù)進(jìn)行精確計算并在張拉過程中嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，以保證張拉控制的準(zhǔn)確無誤，確保施工質(zhì)量。

在本工程施工過程中，通過對張拉過程各個環(huán)節(jié)進(jìn)行精確及通過對鋼束伸長量、油表讀數(shù)、摩阻系數(shù)的精確計算，很好地控制了現(xiàn)澆箱梁的質(zhì)量。梁體施工完成后，各項實測指標(biāo)均達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)。