先张法桥面板施工技术.doc

先张法空心板施工技术在辽中西互通式立交桥中的应用姜 海 包 锋（核工业西南建设集团公司，四川 成都 610021）摘 要：文章介绍了先张法桥面板技术的施工流程，并结合辽中西互通式立交桥的建设，阐述了先张法桥面板技术在工程中的具体应用。关键词：先张法；张拉台座；桥面板；施工技术一、工程概况辽中西互通式立交桥桥面板共有861片，跨径有6米25米9种，板高有0.3米1.25米10种，底板宽有0.99米、1.245米、1.295米、1.39米、1.49米、1.391.59米7种，板交角有1550斜交和正交。预应力筋采用高强度低松弛钢绞线，规格有s12.7、s15.2两种，标准强度Ryb=1860Mpa，控制张拉力k=1395 Mpa，采用单根张拉和砂箱整体放松的方法施工，按设计要求待砼强度达到设计强度100%，且龄期满10天方可松张。板体砼标号为C30、C40、C50共3种。二、张拉台座建设桥面板均在预制场集中预制，预制场设在主线桥51#台下万子村附近的稻田内。场内建设有16线生产地膜， 2台MH20-22跨梁龙门吊，4个料场（均硬化及砌有隔离墙），2个水泥棚（分别储存P.O42.5水泥及P.52.5R水泥），1个盘圆钢筋拉直场地，1个钢筋半成品加工棚，1座砼搅拌系统，1个存放量为210片（20m板）的临时存梁区。具体详见附图-1。张拉台座是先张法预应力工艺中的主要设备，本项目拟建重力式墩加压杆的两用台座，重力式墩为主要受力结构，压杆主要是为方便安装模板，同时也承受部分压力。它由压杆、端柱、台面及横梁、定位板等组成，根据桥面板的规格、数量和工期，拟建16线台座，南北各8线，其中南侧有4线长56.0m，其余12线长66.2m。考虑到底板宽变化较大为了满足进度要求，同时方便后期改建成139、124.5、129.5、139159台面，建6线宽99，10线宽149。1压杆压杆是支撑两端端柱的构件，它主要用于方便安装模板，同时也承受部分压力。压杆长度根据预制板长度而定，压杆长66.2m（56.0m），断面尺寸为6030，主筋采用612钢筋，箍筋采用6200，距端柱L/5范围内间距加密为100，用C30砼浇筑，浇筑时应浇捣密实，以减小压缩变形，在其顶面每隔50cm埋置环形钢筋，以便于安装外模。由于压杆细长，除两端各设一道横墙外，中间另设横墙（断面4030），间距为13m，将压杆连成整体，加强稳定，减少横向变形, 具体详见附图-4。2端柱端柱是张拉台座的主要部分，所有施加的张拉力均由端柱承担。为了保证张拉时不超过规定的变形和位移，端柱应有足够的强度和刚度。端柱采用两段36号工字钢和钢板组合而成，为了增加其刚度沿高度方向加焊三道加劲板。详见附图-5。端柱的组合应特别精细，焊接过程中应避免工字钢变形翘曲，安装位置必须准确，要求竖直，两端柱的受力面须在同一平面上，且垂直台座中心线，高度以控制的钢绞线标高为准。具体施工中，采取先在端柱位置浇筑基础砼，用水平仪控制高程、放线，再将两个端柱用钢筋点焊临时连接，使竖直面处于同一平面，然后再调整竖直面，使其垂直于水平面。定位准确后，最后浇筑基础及牛腿C30砼。3台面台面基础应填平夯实，避免沉陷，然后在其上浇筑10厚素砼，将基础封闭，以利隔水。台面宽度和预制桥面板宽度相同，并高出基础5，便于安装边模板时夹住台面。布设间距200200的钢筋网，浇筑C30砼，厚度为30，抹平压光。在浇筑砼前，应反过来以端柱受力面重新确定台座中心线（互相垂直），以端柱受力中心作为钢绞线标高，从而消除端柱在安装时的误差，以控制台面的中心线和标高，以保证钢绞线在桥面板中处于设计高度的同一水平面上。具体详见附图-2。4横梁横梁是将预应力钢绞线的张拉力传给端柱的构件，用2I45b工字钢和钢板组合而成，长200，宽49，高30。详见附图-5。在施工中横梁组合成的断面要方正，焊接钢板时应避免工字钢变形翘曲，中间缝宽4，钢绞线由此穿过。横梁安装要力求水平，并使横梁高度的中点与钢绞线高度在同一高度，长度中心对准台面中心。5定位板定位板是固定钢绞线位置的构件，用一块钢板按设计尺寸精确放线钻孔而成。孔径比钢绞线直径略大，便于穿钢绞线。定位板必须在横梁固定后，才能在横梁上将定位板定位。定位时，用水准仪控制孔眼中心标高，使钢绞线轴线与孔眼中心在同一标高；用经纬仪控制其中点，使定位板中线与台面中心线重合。位置确定后，定位板与横梁采用贴边围焊，使定位板与横梁形成整体。三、张拉台座验算按整体式台座进行受力验算，按最不利时即同时张拉8线考虑，即整体式台座总受力为P=139513919829473.6KN。现浇C30混凝土，其容许轴心受压应力为a=10.5Mpa，容许弯曲受压应力为w=13.0Mpa，抗压强度设计值为fc=14.3 Mpa，容重r=25KN/m3；受力钢筋采用级钢筋，其容许抗压应力为s=185Mpa，抗拉压强度设计值为fy=300 Mpa。1、抗倾覆验算根据牛腿构造图(附图-3)有：G12422254400 KN L1=3.7mG2=1/2(0.6+2.3)1.722251355.8 KN L2=1.1m平衡力矩Mp=GiLi=44003.7+1355.81.117771.4 KN倾覆力矩Mq=Ph=29473.60.247=7280 KN.m抗倾覆安全系数K=Mp/Mq=17771.4/7280=2.41.5故台座抗倾覆安全2、抗滑移验算台座抗滑移力N=N+F+E+N抵（1）求台面垫层抵抗力N台面垫层混凝土强度为C30，厚10cm，由此查资料有抵抗力为300KN/m，则台面垫层抵抗力为：N=300226600 KN（2）求摩擦力F中压杆为0.30.6m，边压杆为0.780.6m，总长66.2m，则压杆重力G(0.30.666.27+0.780.666.22)25=3634.5KN，砂土摩擦系数为0.4，则摩擦力F：F（Gi+ G）=3756.1 KN（3）求主动土压力EE=(1/2)h2KaB=0.518220.30122=238.4 KN（4）压杆抵抗力N抵压杆受到土体的约束，因此不考虑其长细比的影响，取稳定系数为1，则压杆抵抗力N抵：N抵0.9(fcAc+fyAs)=0.914.3(3006007+7806002)+300(678.249+452.4)=30032.8 KN抗滑移安全系数KKN/p=(N+F+E+N抵)/P=1.41.3故抗滑移安全3、压杆验算（1）压杆受力N杆P-F-E-N=29473.6-3756.1-238.4-6600=18879.1 KN（2）压杆轴心受压应力N杆/Ac=18879.1103/(3006007+7806002)=8.6 Mpa a=10.5Mpa故压杆砼能够承受其压力。4、牛腿验算牛腿端柱采用2根I36b工字钢和4块边长为6cm33cm加肋钢板组合成型钢，按集中荷载悬臂梁考虑。P(139513919)/2=1842.1KNM=Pl=1842.10.247=455.0 KN.m工字钢：I1=21653010-8m43306010-8m4W1=291910-6m3183810-6m3A1=283.510-4m216710-4m2加肋钢板：I2=46333/127187410-8m4W2=46332/6435610-6m3A2=463379210-4m2有：Ix= I1+ I210493410-8m4Wx= W1+ W2619410-6m3A= A1+ A2=95910-4m2则：弯曲应力：M/ Wx =73.46MPaf=315 MPa剪应力：p/ A =19.2MPa=185 MPa挠度：fmaxpl3/(3EIx)=0.44mml/400=0.62mm故牛腿满足要求5、横梁验算钢横梁采用2根I45b工字钢和4块截面尺寸为2cm42cm加肋钢板组合成型钢，按均布荷载简支梁考虑。q=（139513919）/2=1842.1KN/m(计算跨径为2m)M1/8ql2=921KN.m工字钢：I123376010-8m4=6752010-8m4W12150010-6m3=300010-6m3A1211110-4m2=22210-4m2加肋钢板：I242423/12=4939210-8m4W242422/6=235210-6m3A24242=33610-4m2有：Ix=I1+I2=11691210-8m4Wx=W1+W2=535210-6m3A=A1+A2=55810-4m2则：弯曲应力：M/ Wx =172.1Mpaf=315Mpa剪应力：(1/2)ql/A=33Mpaf=185Mpa挠度：fmax=5ql4/(384EIx)=0.65mml/400=5mm，且2mm故横梁满足要求四、预应力施工1张拉设备检验张拉前，为了保证张拉力的准确性，将千斤顶、油压表、电动油泵编号配套一起校验，进行“油压值输出力”的标定，测出油压表与油压千斤顶的实际作用力之间的关系，确定校准方程。2预力筋伸长值计算 梁场结构设计及钢绞线有效长度计算 结构设计夹片锚具（厚50） 横梁（宽490） 台座（长66200或56000） 砂箱（长400180砂子） 定位板（厚20） 有效长度计算 66.2米台座：L=66200+4902+502+202+400+180=67900 56.0米台座：L=56000+4902+502+202+400+180=57700 计算数据和公式1.L=L1+L2=PpL/ApEpL钢绞线总伸长量Pp钢绞线张拉力Ap钢绞线截面面积Ep钢绞线弹性模量L钢绞线有效长度L1初应力以下钢绞线伸长量L2初应力以上钢绞线伸长量2.计算数据s15.2钢绞线：Ap=1392 Ep=202Gpa Pp=Ap=1395MpaAps12.7钢绞线：Ap=98.72 Ep=202Gpa Pp=Ap=1395MpaAp 理论伸长值计算 66.2米台座：L= =PpL/ApEp=139513967900/1392.02105=469 56.0米台座：L= =PpL/ApEp=139598.757700/98.72.02105=398 张拉控制伸长值（按要求取06%）66.2米台座：46949756.0米台座：398422 油表读数计算（以s15.2钢绞线为例）根据要求钢绞线采用单根张拉，以及拟采用10%为初应力，20%与10%伸长值差值为初应力以下推算值，计算10%，20%，张拉力相对应的油表读数。张拉力10%：F=Ap10%=139513910%=19.39KN20%：F=Ap20%=139513920%=38.78KN100%：F=Ap=1395139=193.9KN油表读数根据千斤顶检验报告的校准方程，P=-3.310-5F2+0.235347F+0.388799（06148千斤顶，401油表）；P=-4.110-5F2+0.240583F-0.45453（06148千斤顶，620油表），将各级张拉力分别代入校准方程计算相应的油表读数，计算结果见下表： 单位：MPa千斤顶编号06148油表编号 张拉力（kN）40162010%4.94.220%9.58.8100%44.844.73预力筋下料及安装预应力筋安装前，应先将桥面板底板钢筋绑扎好，支座预埋钢板安装完毕，台面清理干净，作失效段的PVC管按设计长度下料备好，另外，成捆钢绞线放置张拉端附近用钢管架固定。穿钢绞线时应从一端的定位板穿入穿向另一端，凡设有失效段的钢绞线应将PVC管穿入后再将钢绞线穿入另一端的定位板。夹具在张拉过程中起到临时锚固的作用，放松后取下重复多次使用，为了放松后能方便取出夹具，在夹片表面涂少许黄油（地板腊），再装入锚环。夹具一般先装固定端，夹片距钢绞线端头5，三个夹片装入锚环要齐平，用弹簧围成一整体。张拉端用力将钢绞线大致拉直后，预留20左右，以保证安装锚环后千斤顶能够夹住钢绞线，用砂轮机切断钢绞线，钢绞线端头要大致齐平，再装入锚环。4. 预力筋张拉钢绞线张拉采用穿心式液压千斤顶单根张拉的方法施工。张拉时严格按照从中间到两边对称进行张拉，以张拉力为主要控制，以伸长值复核，按要求伸长值偏差控制在06%之间，若超出此范围应停止张拉，待查出原因后方可继续张拉。钢绞线张拉极其容易发生安全事故，操作人员必须站在安全区内操作，台座两端禁止站人，并在压杆预埋环形钢筋内，横向穿入16钢筋，将钢绞线压住，一般先张拉到80%，等芯模安装完毕后，在砼浇筑前再张拉到100%，以防备夹片滑脱钢绞线卷起，发生安全事故。钢绞线张拉程序按照施工规范要求，低松弛钢绞线，具有自锚性能的夹具，采取0初应力（持荷2min锚固）,实际操作采取：10%以下调直10%20%（持荷2min锚固）尺量千斤顶行程L1尺量千斤顶行程L2，松千斤顶，作标记 尺量20%到段钢绞线伸长量L3钢绞线实际伸长值L=L3+（L2-L1）25预力筋放松设计规定：空心板砼强度达到设计强度100%，且龄期达到10天，可以放松预应力钢绞线。钢绞线放松系统采用砂箱，即在钢绞线张拉前预先在砂箱内装入18的干细砂，待放张时，将砂箱内干细砂缓慢放出，横梁回缩，从而达到钢绞线放松目的。钢绞线放松时，2人各拿1钢尺，同时打开砂箱盖让干细砂缓慢流出，用钢尺量砂箱回缩量，报出读数，以控制横梁两端同步回缩，防止因回缩不同步，部分钢绞线受力过大，损坏砼。砂箱内干细砂全部放出，钢绞线放松完毕。钢绞线放松过程中一定要缓慢，且连续。张拉端的构件位移较大，锐角端部砼容易被崩掉，采取加设钢筋的措施加以保护。钢绞线切割：按照设计图纸钢绞线编号从小到大，对称切割，即先切断无失效段的钢绞线，再切断失效段短的钢绞线，最后切断失效段最长的钢绞线。有失效段的钢绞线一般都是带力的状态下切断，为了避免钢绞线崩断损坏端部砼，以及钢绞线回缩，采取二次切割的办法，先在离构件不小于50切断钢绞线，再帖着构件端部切断钢绞线，钢绞线切割采用砂轮机切割，不得采用氧气或电弧切割。五、桥面板预制1钢筋绑扎在底板及腹板钢筋绑扎之前，将底模钢板打磨除锈，涂刷机油，垫小木板，再按设计图纸布设钢筋及绑扎，支座预埋钢板也在此时安装牢固。待穿完钢绞线，模板安装完毕，再绑扎顶板钢筋，绑扎时钢筋主筋根数，间距以及保护层等，要符合设计图纸要求。伸缩缝预埋筋、边板防撞墙预埋筋，也在顶板钢筋绑扎时一起安装。2模板安装外模采用厂家加工钢模板，芯模：13m以上桥面板采用厂家加工钢模板，顶面采用木板加铺铁板，13m及其以下桥面板采用充气胶囊，端头模板采用钢模板，模板要求有足够的强度、刚度和稳定性。底板及腹板钢筋绑扎好及钢绞线张拉到20%，并经监理检验合格后，安装外模，外模与台面接触部分，用高级特种胶带粘贴，以防漏浆，两侧用12mm螺纹钢筋作成弯勾与压杆环形钢筋连接，两外模顶面用钢管做拉杆连接，两外模底面用钢管与压杆支撑连接，稳定外模。外模初步安装好，安装芯模钢模板，用预先按设计尺寸预制好的混凝土垫块，支垫芯模底面和侧面，铺设芯模顶面木板及铁板。校核模板，确保构件的结构尺寸，使顶面倒角棱线在一条直线上。端头模板安装，必须保证构件的交角及长度尺寸，模板要竖直，避免构件端头倾斜。钢模板安装，接缝必须严密，模板表面打磨干净，涂刷脱模剂，接缝处用胶带或海绵填塞严密，安装牢固，以防砼浇筑时变形。充气胶囊作芯模时，在底板砼浇筑完毕再安装，安装时应符合下列要求： 充气胶囊在使用前应经过检查，不得漏气，安装时应有专人检查钢丝头，钢丝头应弯向内侧，胶囊涂刷隔离剂，每次使用后，应妥善存放，防止污染、破损老化。 从开始浇筑砼到胶囊放气时止，其充气压力保持稳定。 浇筑砼时，为防止胶囊上浮和偏位，应采取有效措施，加以固定，并应对称平衡进行浇筑。（现采取的措施：定位钢筋由设计的6改为10，底部弯勾勾在底板钢筋上并点焊，间距不大于30，端头应加密到15cm。），模板安装详见下图： 3砼浇筑砼浇筑前，将钢绞线张拉到100%，检查伸长值是否符合要求，经监理检查钢筋和模板合格后，尽快浇筑砼，以减少预应力损失。砼由搅拌系统搅拌，用料斗及轨道平车运至浇筑部位处，用龙门桁车电动葫芦提升入模进行浇筑。6-13m桥面板，用充气胶囊作芯模，先浇筑底板砼，待胶囊安装好再一次性浇筑腹板及顶板；16-25m桥面板，先浇筑底板和腹板砼，底板砼由专人负责振捣和抹平，再浇筑顶板砼，此次振动棒插入到腹板底避免出现施工接缝。砼浇筑完毕，等砼收干后进行顶板表面二次抹面，起到增加表面粗糙和防止开裂纹作用。为了保证砼质量，避免振捣不足，或蜂窝麻面现象，施工时必须注意以下几点：严格混凝土配合比及配料装置的计量严格混凝土塌落度（7-9）及和易性由专人负责混凝土振捣，防止过振、漏振或