斜交45度曲线连续箱梁桥预应力超长单端张拉施工技术及质量控制.doc

斜交45度曲线连续箱梁桥预应力超长单端张拉施工技术及质量控制摘 要 预应力的施加工序为预应力混凝土连续箱梁桥施工中的主控项目之一。斜交45度变宽连续箱梁桥超长预应力单端张拉施工因结构设计和施工条件所限制，施工质量控制较难。对坳头大桥单端张拉超长预应力束的施工方法和质量控制进行总结，对以后类似的预应力工程施工提供应用实例。关键词 预应力；单端张拉；斜交箱梁 一、工程概况怀通高速公路是国家高速公路网包茂线的重要组成部分，坳头大桥位于怀通高速公路K162+882.5K163+142.5，其地理位置为湖南省怀化市通道县下乡乡坪地村，桥位区紧靠近S221省道。坳头大桥为整体式桥梁，桥跨布置为830m，共2联，本桥平立面均处于曲线上，桥平面处在1100米的平曲线上，纵坡为0.4%处，竖曲线为R=74000m，桥面为变宽现浇预应力连续箱梁，为顺应浏源河的水流方向和满足行洪的要求，桥跨右角斜 45度布置。单幅桥面宽度12.00m16.53m，单幅腔数由2腔渐变4腔，梁高1.6m，腹板厚0.5m，底板厚0.25m，顶板厚0.22m，翼板宽2.0m（图1）。桥墩处采用横梁实体布置，横梁宽2.0m，箱室在此隔断。图一：箱梁代表断面第1跨处箱梁断面第8跨处箱梁断面图 1 箱梁横断面图二、预应力施工概况现浇箱梁中预应力的施工整个箱梁施工的关键点，也是施工成败的关系，其预应力系统是桥梁结构主要承受外部荷载的构件。根据公路工程桥涵施工规范第12.10.3条4规定：对曲线预应力筋或长度大干25m的直线预应力筋，宜在两端进行张拉；对于长度小于25m的直线预应力筋可进行单端张拉。由于工程实体限制，设计院在进行此桥设计时，已根据实际情况采用单端张拉进行设计。而桥规中已有条文说明：曲线及长度超过25m的预应力筋与7L道壁的摩阻力较大，如采用一段锚固，单端张拉的方式，则摩阻力集中在张拉端一段，实际预应力难以达到设计要求。但预应力束与管道的摩擦力影响，是同时受管道的长度、管道的成型方式、曲率半径等均有关系。因此，需对单端张拉工艺中锚固后张拉端由锚具变形，钢筋回缩、接缝压密而引起的预应力损失等进行综合考虑，并对张拉控制应力进行精确计算并采用合理的施工方法对张拉质量进行控制，确保张拉数据确定可控，并满足质量要求。现对坳头大桥的预应力张拉参数说明如下（第一联左幅）：腹板钢束规格跨径长度m理论伸长量cm单端锚固形式1号112-s15.235+302+2523、20、16连接器、P型固定端212-s15.235+302+2523、20、16连接器、P型固定端312-s15.235+302+2523、20、16连接器、P型固定端45-s15.265+5544、37连接器、P型固定端2号112-s15.235+302+2523、20、16连接器、P型固定端212-s15.235+302+2523、20、16连接器、P型固定端312-s15.235+302+2523、20、16连接器、P型固定端45-s15.265+5544、37连接器、P型固定端3号112-s15.235+302+2523、20、16连接器、P型固定端212-s15.235+302+2523、20、16连接器、P型固定端312-s15.235+302+2523、20、16连接器、P型固定端45-s15.265+5544、37连接器、P型固定端由于受平曲线及斜交角的影响，实际中1号腹板长度为120m，2号腹板长度121.5m，3号腹板长度为123.0m，故实际伸长量略有不同，但在容许误差以内。 三、预应力施工3.1张拉设备确定根据本项目特点，现场采用的主要设备如下：YCW400千斤顶2台，行程200mm，已同相关油表一起送到长沙进行标定。YJ15型挤压机1台，油表同机器一同到长沙进行了标定。配套的高压油泵3台，压浆机一套。3.2钢绞线的编束穿束及倒穿波纹管 3.2.1钢绞线的定位 预应力钢绞线穿束因采用单端P锚需要在浇灌混凝土之前穿束，坳头大桥采用的是倒穿波纹管施工工艺，波纹管的定位改成钢绞线的定位。钢绞线进行定位是确保预应力质量的第一步。坳头大桥按设计要求采用D12钢筋制成的“井”字架定位网，直线段50cm一道设置，另考虑到桥位位于平曲线上，每50cm设置了一道U形防崩钢筋，U形开口背离路线平曲线圆心，水平布置。在进行定位时，需注意预应力管道与连续梁体钢筋相冲突时，钢筋避让预应力管道，但主筋在移动前须征得设计同意。 3.2.2墩头挤压套加工及钢绞线编索因为所有的钢绞线的固定端不管是安装在连接器上，或是安装在P型锚垫板上，均需要对钢绞线固定端头进行墩头挤压套加工。单端P型锚垫板自钢绞线后依次为约束圈，螺旋筋，固定锚板和挤压套。锚固段外露钢绞线不得过长，以免造成不必要的预应力损失。挤压套采用YJ15型挤压机进行挤压作业。首先需将钢绞线端头需磨圆，再套入挤压弹簧，此入要小心作来，以免拆断弹簧，挤压套后钢绞线露出长度不得少于20mm，挤压过程应做好纪录，挤压力应大于要求值（一般应超过25MPa），低于此值的建议不用于连接器的张拉，挤压完成后应做抽检试验，确保挤压效果。另外，P型锚具挤压后外径大概为31.7，长度约70，但一般控制挤压效果主要看挤压时的挤压力大小，外形尺寸仅为参考。P型锚具挤压机的挤压套有相应的使用寿命，普通挤压套能完成300400个墩头挤压工作；合金钢挤压套，能完成700800个墩头挤压工作。为有效延长挤压套的寿命，确保挤压质量，可以在挤压套安装前在套内涂一层木地板养护腊。固定端安装时，将挤压套卡在连接器卡槽内，并利用钢丝绑扎固定，最后安装压浆用套筒。因腹板束位置较低，为避免混凝土浇筑时将PVC管振断，出浆孔需采用直径不小于20mm钢管。同时需注意挤压套必须紧贴固定锚板或连接器锚下并固定。穿束前每束必须进行编束处理，即用22#扎丝每隔1m按各根纲绞线在锚板上的位置编束，成束后还需在整束外侧每隔2m用扎丝扎好，将每根钢绞线编号编束,且梳丝理顺。 3.2.3穿束及倒穿波纹管对于超长、多曲线钢束，为了保证在穿束过程中不损坏波纹管，提高工作效率，穿束施工采用反套波纹管的方式。首先将已编好的钢束穿入定位的“井”字架上；然后，再从张拉端逐段套入波纹管，最后，将各段已穿好的波纹管连接好。在穿束过程中，应特别注意P锚锚环应贴紧锚垫板，并应将锚垫板、P锚锚环用扎丝固定在钢筋骨架上，P锚端部露出锚垫板长度不小于30 cm的钢束粘结长度，并用土工布封堵管口和压浆孔。锚垫板安装锚垫板安装用螺丝将其固定在按设计坐标制作的封头模板上，但需先安装螺旋筋再固定锚垫板。螺旋筋中心应尽量与波纹管中心重合，并尽量将其放置锚垫板根部，而且还需用扎丝固定牢。伸入锚垫板喇叭管内的波绞管的长度应控制在58cm，以使钢绞线在锚垫板喇叭管内自由发散，防止钢束滑丝及压浆困难。 3.2.4波纹管连接及排气孔、出浆孔的设置波纹管接头用外套管连接，连接套管比被连接管稍微大一个型号,连接套管长度不小于40 cm，将两主管(被连接管)的管头旋进连接套管,使其管口在连接套管的中间靠近,套好后再用胶带纸将套管两头包裹严密、牢固，必须采用粘性好的牛皮胶带纸。因单端张拉，故每隔10m，且在波纹管的曲线底部等位置均安装了直径25mm的出浆管及透气管，根据各管的出浆情况，以方便判断将来压浆的质量。在中间部位最顶端设排气孔，排气孔采用在波纹管上开孔、用10mmPVC管直接固定的方式。为了防止排气孔处漏浆，将PVC管贴近波纹管一端开成四半，先用扎丝将其缠在波纹管上，然后，用封口胶临时封严。3.3相关的张拉控制数据确定 3.3.1 单端超长预应力损失的主要影响因素超长预应力结构的主要特征表现为:预应力构件的总长度较长，预应力束通常为多波连续曲线束或空间曲线束，采用后张大吨位群锚体系。因此,预应力孔道摩擦损失在总预应力损失中占主要部分,如何合理准确地确定孔道摩擦损失指导施工是超长预应力的一个突出问题。 3.3.2单端张拉引起预应力损失因超长预应力束在采用单端张拉时，锚固后张拉端由锚具变形，钢筋回缩和接缝压密而引起的预应力损失会因管道反摩阻的影响而逐渐减小，并最终在锚固端消减为零，且在施工实际中张拉次数较少，施工进度得到很大提高 但超长预应力束在进行单端张拉时，因钢束长度较长，且在一端单独施加预应力，因钢绞线与波纹管摩擦所产生的预应力损失较大，实际预应力往往较理论值较小。 3.3.3 施工方面引起的预应力损失施工方面引起的预应力损失主要原因在于:(1)预应力筋往往在工地现场露天堆放,日晒雨淋,因而穿束前个别有锈；(2)在超长预应力束情况下,预应力筋编束和穿束时相互缠绕的机率增大这种约束作用将使得摩擦系数增大；(3)混凝土振捣过程中振捣棒难免挤碰波纹管致使实际孔道沿纵向凹凸不平；(4)波纹管可能的局部破损将导致浇筑混凝土时局部漏浆从而使孔道内壁粗糙。 3.3.4单端超长预应力损失、取值的确定 3.3.4.1规范及经验取值表1中列出我国钢筋混凝土设计规范GB50010-2002中建议摩擦系数取值；但根据近年来对超长预应力结构分析，研究结果建议值取0.00250.003，值取0.30.35比较切合实际。表1摩擦系取值孔道成型方式预埋金属波纹管0.00150.25预埋钢管0.00100.3橡胶管或钢管抽芯成型0.00140.55 3.3.4.2现场实测确定在试验孔道两端均安装穿心式千斤顶，假定一端为主动端、另一端为被动端，然后使被动端千斤顶稳压，主动端千斤顶逐级加载，张拉预应力束，并记录两端油压表读数，由主 被动端钢绞线拉力之差计算波纹管、孔道摩阻损失。孔道摩阻损失力为：令：令： 将试验测算数据值代入，求得摩擦系数和偏差系数、。坳头大桥系数：0.0015，0.34。 3.3.4.3张拉控制应力计算因单端钢绞线较长，且单端张拉，根据相关经验，取超张拉103%进行控制。张拉控制应力计算：式中：-不考虑预应力损失时张拉应力；-预应力束中钢绞线根数；-预应力束的弹性强度1860；-预应力束单根钢绞线截面积140；式中：-预应力筋张拉控制应力；-从张拉端至计算截面（取孔道端部）的孔道长度（）；-从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线夹角之和（）；-孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；-管道摩擦系数； 3.3.4.4理论伸长量计算理论伸长量计算：式中：-钢绞线伸长量（）；-钢绞线张拉控制应力（）；-钢绞线长度（）；-钢绞线弹性模量，；-钢绞线截面积（）； 根据上述计算，可知伸长量同设计值基本一致，以设计值控制为准。3.4预应力张拉3.4.1设备的安装预应力施工必须在混凝土强度与龄期满足设计要求后方可开始，以实验室混凝土抗压强度报告为准，在设计未规定时按规范中规定的不应小于设计等级值的75%进行张拉。张拉前需对照千斤顶标定报告仔细核对千斤顶与油压表，并把千斤顶、油表、油泵进行连接，注意主表与泵油端连接、辅表与出油端连接，并进行试机操作，试机正常后进行千斤顶就位。为方便张拉，在张拉处用钢管焊接一个张拉台，台背悬挂一张大的防护铁板，防止千斤顶飞出伤人，将千斤顶用葫芦悬挂在张拉台横梁上，按以下顺利进行设备的安装：工作锚一工作夹片一限位板一千斤顶一工具锚一工具夹片一千斤顶。工作锚及工作夹片安装：1、清除锚垫板上毛刺与混凝土渣；2、工作锚应紧贴锚垫板。注意区分工作夹片（2片装）及工具夹片（3片装），工作夹片应用直径2cm钢管套入钢绞线敲紧，并使其外露量一致，端面处于同一平面。在安装完毕后，需量测工作夹片端面至钢绞线末端长度，以之作为测定实际伸长量的最终依据。限位板及千斤顶安装：限位板安装时须确保限位槽内清洁，保证限位深度，以确保工作夹片能随钢绞线拖出，避免损坏钢绞线或造成不必要的预应力损失，限位板的两面不可装反，孔位与工作锚一致，与千斤顶之间不得有间隙。工具锚及工具夹片安装：外表面需打蜡以方便退出，内丝须保持清洁，如有磨损应立即更换，以免出现滑丝。工具锚安装时，各孔位须与工作锚一致，检查方式与限位板一致：能轻松套入为安装正确。在安装完毕后，须确保锚垫板、工作锚板、限位板、千斤顶、工具锚板等各部分同轴，以确保各根钢绞线受力均匀。3.4.2单根钢绞线张拉至10%初始力由于钢绞线竖立面为波形起伏，且在实际施工中，受连接器或P型锚具的人工安装不一致，导致每根钢绞线在固定端和张拉端的松紧情况不一致，如一开始就采用大吨位群锚进行同步张拉，将会在张拉力达到80%左右时，有可能导致个别钢绞线已出现拉断等情况，并成多米诺骨牌效应，连续出现崩断情况。以解决以上问题，先采用已标定的单顶千斤顶进行单根钢绞线张拉，张拉力为10%。因锚具孔与孔之间太近，单顶头无法直接顶到锚具，可单独加工一个内径2cm，壁厚5mm，长10cm的钢套筒，此筒套在钢绞线上面，位于锚具和单顶之间，解决了单顶头无法传力到锚具的问题。3.4.3大吨位千斤顶张拉因坳头大桥箱梁每一段张拉部位平面均为平行边形，如按普通的张拉方式一次张拉到位，将可能导致锐角处箱梁顶面起翘，造成很大的张拉事故，另再考虑到钢绞线受孔道摩擦阻力的影响，张力在其中传递的速度较慢。故预应力施加时应分级缓慢对称加载，即加荷速度控制在18-22MPa/min以内，持荷时间6min，为确保箱梁整体受力均匀，将张拉力阶段设置为20%、60%、100%三次张拉，同时也避免了总伸长量大于千斤顶张拉行程的影响；1、2、3号腹板（第8跨有5条腹板）需对称加拉，如同时张拉1、3号（1、5号）腹板，且每块腹板张拉的钢绞线编号应一致，不可有出入，每块腹板上的张拉顺利为先底顶筋，后顶板筋。在具体进行张拉时，采用双控，以张拉力为主，引伸量为参考，在张拉完成后，以油压表上压力数达到理论值不在下降为止。测量实际伸长量时，量测千斤顶行程只能作为参考值，最终值应在千斤顶卸下后，利用张拉后钢绞线末端至工作夹片端面长度与张拉前钢绞线末端至工作夹片端面长度的差值得出。张拉过程：第一循环：10%控张应力(量测行程Ll)-20%控张应力(量测行程L2)-锚固-脱顶并移到新的一束钢绞线位置并同上述步骤张拉，并记录相应的L1、L2。第二循环：所有腹板钢绞线张拉到20%拉力后，按第一循环的各束钢绞线张拉顺序，进行张拉：20%控张应力(量测行程L3)-60%控张应力(量测行程L4)-锚固-脱顶并移到新的一束钢绞线位置并同上述步骤张拉，并记录相应的L3、L4。第三循环：所有腹板钢绞线张拉到60%拉力后，按第一循环的各束钢绞线张拉顺序，进行张拉：60%控张应力(量测行程L5)-103%控张应力(量测行程L6)-持荷6min-锚固-脱顶并移到新的一束钢绞线位置并同上述步骤张拉，并记录相应的L5、L6。完成上述循环后，计算伸长量：LL6-L5+L4-L3+（L2-L1）2根据桥规，张拉实际伸长量应在理论伸长量6%以内，如果不符合此要求，应查找原因并处理后才能继续作业。现对伸长量两种不合要求情况进行分析处理措施：伸长量偏大：1、根据钢绞线上工具夹片的刻痕是否清晰与否来判断是否滑丝；2、如伸长量较大，则可能是墩头挤压套中钢绞线出现滑动，此时，应放松钢绞线，并凿开连接器处的砼，更换钢绞线。伸长量偏小：1、通过检查钢绞线上是否有被刮伤的痕迹判断是否为限位板限位深度不够，工作夹片刮伤钢绞线，并造成较大摩阻力，降低了钢绞线上张力，应更换限位板继续补张，并以张拉力为控制标准。2、波纹管内漏浆，根据伸长量为弹性伸长这一原理进行复核并查找漏浆位置，凿开砼除浆后再行张拉。 3.5管道压浆及封锚在预应力施加完毕后，应在24小时左右进行压浆，不易