超大跨徑預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要點(diǎn)研究

代亞杰

（甘肅省平?jīng)鍪行率兰o(jì)建筑工程有限責(zé)任公司，甘肅 平?jīng)?744000）

1 項(xiàng)目背景

平?jīng)鲋行某菂^(qū)豐收路涇河大橋起點(diǎn)接豐收路與涇河南路（涇河風(fēng)情大道）交叉處，向北跨越?jīng)芎雍?，終點(diǎn)位于涇河北岸，與涇河北路相接。橋梁全長151.2m。設(shè)計(jì)時(shí)速30km/h，橋梁寬度20m。橋梁采用徑向布孔，墩臺(tái)徑向布置。上部結(jié)構(gòu)為50m 跨徑裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，上部結(jié)構(gòu)體系為先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)，采用直線布梁，橋梁分為3 跨，共18 片箱梁。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以后進(jìn)行張拉。預(yù)應(yīng)力筋采用鋼絞線束制作而成，采用兩端張拉工藝，張拉方式采用雙控方式（即：伸長值控制和應(yīng)力控制）。

2 張拉準(zhǔn)備

2.1 張拉施工的材料以及設(shè)備

2.1.1 預(yù)應(yīng)力筋。預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)度低松弛率鋼絞線，公稱直徑Φ=15.24mm，截面積Ap=140mm2，鋼絞線抗拉強(qiáng)度fpk=1860MPa，彈性模量EP=1.95×105MPa。鋼絞線采用切割機(jī)冷切，人工編束及穿束，穿束結(jié)束后應(yīng)能使鋼絞線束在預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)自由滑動(dòng)，且不刺破金屬管道。鋼絞線下料長度可按下式計(jì)算：

式中，L 代表鋼絞線下料長度（m）；L0代表孔道長度（m）；L1代表工作錨長度（m）；L2代表千斤頂長度（m），L3代表工具錨長度（m）；L4代表預(yù)留長度（m）。

張拉作業(yè)開始前，首先要確定材料使用計(jì)劃，本橋由于用量較小，可按實(shí)際用量一次性采購。鋼絞線進(jìn)場后應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行外觀檢驗(yàn)和力學(xué)性能抽樣檢測[1]，不滿足要求的一律不得使用。鋼絞線應(yīng)存放于干燥、通風(fēng)的倉庫，存放時(shí)應(yīng)采取下墊上蓋的措施，防止受潮、受污，并由專人看管。

2.1.2 張拉設(shè)備。智能張拉設(shè)備及配套的千斤頂、油表等在進(jìn)場都都應(yīng)送至具備相關(guān)資質(zhì)的單位標(biāo)定，標(biāo)定后方可投入現(xiàn)場施工。當(dāng)使用次數(shù)或使用時(shí)間超過規(guī)范要求、長期放置不用、張拉出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)再次標(biāo)定。

2.1.3 錨、夾具。錨、夾具主要有工作錨、工具錨等。其中工具錨可重復(fù)使用。但應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，分批購買。對購買進(jìn)場的每一批錨、夾具都應(yīng)經(jīng)檢查合格。檢查項(xiàng)目除外觀質(zhì)量外，還應(yīng)對其硬度及靜載錨固性能進(jìn)行檢測。只有當(dāng)所有項(xiàng)目均合格后方可用于現(xiàn)場施工。錨、夾具應(yīng)存放于干燥、清潔的倉庫，由專人看管。

2.1.4 預(yù)應(yīng)力孔道。預(yù)應(yīng)力孔道可采用預(yù)埋符合要求的塑料波紋管，其壁厚、橫截面積及有關(guān)力學(xué)性能[2]應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。進(jìn)場后應(yīng)根據(jù)規(guī)定的頻率和檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行抽檢。對于不符合要求的波紋管，一律不得使用。

2.2 技術(shù)準(zhǔn)備

在張拉作業(yè)之前必須對千斤頂、油表及油泵等設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。通過標(biāo)定以確定設(shè)備的線性回歸方程，通過標(biāo)定機(jī)構(gòu)給出的線性回歸方程可進(jìn)行理論伸長值等的計(jì)算。張拉控制應(yīng)力可按下式計(jì)算：

式中，P 代表單根鋼絞線張拉力（kN）；fpk代表鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，取值1860MPa。經(jīng)過計(jì)算，單根鋼絞線張拉力為195.3kN。

3 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要點(diǎn)

張拉及壓漿施工對于后張法預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁來說尤為重要，預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的好壞，往往能決定該片預(yù)制箱梁的使用壽命。由此可見，預(yù)應(yīng)力施工對于預(yù)制箱梁來說是一道特別重要的工序。在預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)定的規(guī)定執(zhí)行，后張法預(yù)應(yīng)力施工工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 后張法預(yù)應(yīng)力施工工藝流程圖

3.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值計(jì)算

鋼絞線理論伸長值采用有效應(yīng)力計(jì)算，計(jì)算原理如下：鋼束按曲線變化段計(jì)算特征值，即區(qū)段長度和曲線夾角，分別計(jì)算出張拉截面至計(jì)算截面的有效應(yīng)力，然后按兩計(jì)算截面的有效應(yīng)力取平均值，計(jì)算伸長值，最后將兩段伸長值累加即為鋼束的總伸長值。鋼絞線理論伸長值可按下式計(jì)算：

式中，P 代表單根鋼絞線的平均張拉力（kN）；θ 代表張拉端至孔道切線的夾角和（rad）；x 代表分段鋼絞線長（mm）；k 代表管道偏差系數(shù)，取0.0015（1/m）；μ 代表摩擦系數(shù)，取0.23。將中跨預(yù)制箱梁N1孔的各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入（3）式和（4）式可分別求得預(yù)制箱梁腹板縱向預(yù)應(yīng)力筋及豎向預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值[3]。中跨預(yù)制箱梁縱向N1孔預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值計(jì)算如表1 所示。

表1 N1 孔張拉理論伸長值

3.2 預(yù)應(yīng)力管道安裝及保護(hù)

預(yù)應(yīng)力孔道采用波紋管成孔，波紋管按17.1m 一節(jié)加工，連接用大一號(hào)波紋管連接。波紋管采用定位鋼筋每1m 一道（在直線段）或50cm 一道（在曲線段）按照預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)坐標(biāo)嚴(yán)格定位，安裝完畢后，對波紋管進(jìn)行全面檢查，對于波紋管接頭等處用透明寬膠帶對其進(jìn)行密封。波紋管安裝完成后應(yīng)重點(diǎn)對下列部位檢查：a.接頭處的密封程度是否可靠；b. 孔道的曲線部分順滑程度是否合理；c.漸變處等關(guān)鍵部位的位置是否精準(zhǔn)、定位筋是否安裝牢固。封頭模板安裝就位后，在澆筑混凝土前應(yīng)及時(shí)穿入比波紋管內(nèi)徑小1cm 的塑料軟管。在砼澆筑過程中經(jīng)常來回抽動(dòng)塑料軟管，以防止波紋管擠壓變形。

3.3 千斤頂、鋼絞線束及錨夾具等的安裝

安裝張拉裝置時(shí)，應(yīng)確保錨墊板與鋼絞線束垂直，螺旋鋼筋與錨墊板貼緊，千斤頂、鋼絞線束等的中心線應(yīng)處于同一軸線上，工作錨、工作夾片應(yīng)安裝牢固，張拉系統(tǒng)各部位應(yīng)連接緊密。張拉裝置安裝示意圖如圖2 所示。

圖2 張拉系統(tǒng)安裝示意圖

3.4 預(yù)應(yīng)力張拉施工

3.4.1 張拉準(zhǔn)備。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)預(yù)制箱梁養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到7 天，且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上時(shí)才能進(jìn)行張拉施工。正式張拉之前，首先應(yīng)確保下列工作已經(jīng)完成：a.張拉作業(yè)人員已經(jīng)接受安全教育、接受安全技術(shù)交底，作業(yè)人員已經(jīng)掌握張拉施工需要的全部安全和技術(shù)要點(diǎn)；b.工作錨、工具錨等已安裝準(zhǔn)確且牢固；c.張拉施工現(xiàn)場已經(jīng)設(shè)置相應(yīng)的操作規(guī)程及安全防護(hù)設(shè)施；d.張拉設(shè)備已經(jīng)標(biāo)定。

3.4.2 張拉施工。a.安裝千斤頂：將工作錨、工作夾片、限位板、千斤頂、工具錨按先后順序依次穿入鋼絞線。應(yīng)注意應(yīng)將工作夾片用小錘配合套管敲緊。然后再次調(diào)整千斤頂以及錨墊板等位置，確保安裝位置準(zhǔn)確，保證千斤頂、錨具、孔道處于同一軸線上，軸線與錨墊板保持垂直[4]。b.通過標(biāo)定證書上的線性回歸方程，計(jì)算出各張拉階段油表的理論讀數(shù)，用以檢驗(yàn)是否完整可靠。啟動(dòng)智能張拉機(jī)，輸入張拉相關(guān)參數(shù)，開始進(jìn)行張拉作業(yè)。張拉過程中，預(yù)制箱梁兩端的張拉力必須保持一致，兩端的張拉力差值不得超過±5%。張拉程序?yàn)椋?→初應(yīng)力→1.03σcon（錨固）。應(yīng)緩慢增加張拉力，其速率應(yīng)小于30MPa/min，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，必須停止張拉，并查找原因，排除故障后方可繼續(xù)。c.張拉結(jié)束后，應(yīng)立即進(jìn)行錨固，當(dāng)發(fā)現(xiàn)錨下預(yù)應(yīng)力損失過大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)張拉。

3.5 管道壓漿

根據(jù)目前的研究成果，效果較好的壓漿方式為真空輔助壓漿[5]。壓漿作業(yè)一般在張拉完成后48h內(nèi)進(jìn)行，超過48h 時(shí)，必須采取相關(guān)措施，防止水蒸氣進(jìn)入孔道，導(dǎo)致鋼絞線束加快銹蝕。壓漿完成后，應(yīng)確保漿液充滿預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)，無殘留空氣，否則還應(yīng)繼續(xù)壓漿。具體判斷方法為：預(yù)制箱梁排氣孔排出規(guī)定稠度的水泥漿液為止。壓漿時(shí)，應(yīng)使壓力始終保持在5～7kPa 之間，壓漿作業(yè)時(shí)，應(yīng)保持180～300s 壓力不小于500kPa 的穩(wěn)壓期，以確保壓漿飽滿。水泥漿液的配合比應(yīng)根據(jù)孔道、壓漿方法、壓漿材料等多種因素綜合確定，并應(yīng)經(jīng)配合比試驗(yàn)驗(yàn)證，漿液中氯離子含量不得超過0.06%，可根據(jù)需要，經(jīng)試驗(yàn)確定后，摻入少許膨脹劑。真空輔助壓漿施工示意圖如圖3 所示。

圖3 真空壓漿端工作程序圖

4 預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量檢驗(yàn)

預(yù)制箱梁張拉、壓漿及養(yǎng)護(hù)完成后，可按照表2 對預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的進(jìn)行檢驗(yàn)。

表2 后張法允許偏差

5 結(jié)論

預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力施工是預(yù)制過程中的重中之重，其施工質(zhì)量的好壞，在很大程度上決定了預(yù)制箱梁的成敗，在這種現(xiàn)象超大跨徑預(yù)制箱梁的更為明顯。只有在各個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行良好的把控，才能真正意義上做好預(yù)應(yīng)力施工。因此，在預(yù)應(yīng)力施工中，預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值計(jì)算是作為每一個(gè)管理者必備的技能，只有正確計(jì)算出預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值才能更好的對預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行控制，否則容易出現(xiàn)張拉力不足或者超張拉導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)大面積斷絲滑絲。