杭州湾跨海大桥70m预应力砼箱梁预应力体系施工质量控制

1 8 杭州湾跨海大桥杭州湾跨海大桥 70m 预应力砼箱梁预应力砼箱梁 预应力体系施工质量控制预应力体系施工质量控制 李志敏 1 竺裕北2 刘吉元1 1 铁道科学研究院 北京 2 浙江嘉绍高速公路有限公司 嘉兴 摘摘 要要 本文介绍了杭州湾跨海大桥 70m 预应力砼箱梁的预应力管道安装 钢绞 线制作及预应力张拉 真空辅助压浆等预应力体系施工过程的质量控制要点 关键词关键词 杭州湾跨海大桥 预应力砼箱梁 70m 预应力 质量控制 一 工程概况一 工程概况 杭州湾跨海大桥是国道主干线 同三线跨越杭州湾的便捷通道 大桥北起嘉兴市 海盐郑家埭 跨越宽阔的杭州湾海面与南岸滩涂区后 止于宁波慈溪水路湾 全长 36km 其中长 18 27km 的上部结构采用 70m 预应力砼预制箱梁 70m 箱梁为后张法预 应力混凝土结构 按全预应力结构设计 采用纵 横双向预应力体系 采用高强度低 松弛钢绞线 Ryb 1860MPa Ey 1 95 105MPa 锚下张拉控制应力 k 1395MPa 锚外 张拉应力不超过 0 8 Ryb 70m 预应力砼箱梁目前在国内工程项目中使用先例不多 本文着重对 70m 预应力 砼箱梁预制过程中预应力张拉质量控制做了总结 以供参考 二 二 70m70m 预应力砼箱梁预应力结构体系介绍预应力砼箱梁预应力结构体系介绍 70m 预应力砼箱梁纵向预应力采用 22 j15 24 19 j15 24 以及 12 j15 24 三种预应力钢束 高密度聚乙烯塑料波纹管成孔 群锚锚具 均为两端张拉 纵向预 应力钢束按照张拉时间分为简支束和合拢束 简支预应力束沿梁长通长布置 包括腹 板弯束和底板直束两种 其中腹板弯束采用 22 j15 24 钢绞线 锚固在箱梁两端腹 板上 底板束采用 19 j15 24 钢绞线 锚固在箱梁两端底板或梁端隔墙上 箱梁顶板横向预应力采用 4 j15 24 钢束 76 23 型塑料扁形波纹管程控 BM15 4 BM15 4P 型扁锚 沿桥轴线按 0 6m 间距布置 单端张拉 箱梁箱梁预应力体系布置概况见表 1 和箱梁锚固断面见图 1 图 2 2 8 图 1 中跨箱梁锚面 图 2 边跨边端锚面 表表 1 预应力体系布置概况表预应力体系布置概况表 箱梁类型部位钢束编号钢束类型备注 Z1 B1 15 19底板预制束 Z2 B2 15 19底板预制束 Z3 B3 15 19底板预制束 Z4 B4 15 12 15 19 底板合拢束 Z5 B5 15 12 15 19 底板合拢束 底板 Z6 B6 15 19底板预制束 V1 W1 15 22腹板预制束 V2 W2 15 22腹板预制束 中跨 边跨 箱梁 腹板 V3 W3 15 12腹板合拢束 3 8 V4 W4 15 22腹板预制束 V5 W5 15 22腹板预制束 顶板115 孔 117 孔 15 4按 0 6m 间距布置 注 括号内为边跨箱梁参数 未注明者表示与中跨箱梁相同 箱梁在预制场预制 在混凝土养生达到设计强度后 即可张拉简支束 张拉按对 称张拉 先长索后短索 先纵向后横向的原则进行 具体的张拉顺序为 边梁 2W2 2B2 2W1 2B1 2W4 2B3 2W5 2B6 中梁 2V2 2Z2 2V1 2Z1 2V4 2Z3 2V5 2Z6 三 预应力体系施工质量控制三 预应力体系施工质量控制 1 1 波纹管定位及安装波纹管定位及安装 1 波纹管在钢筋绑扎台位上安装前精确放线 在腹板内外层钢筋上焊接横向钢 筋作撑托 撑托钢筋上焊接类似于半圆形环形钢筋作为定位网 定位网钢筋间隔 直 线段 750mm 曲线段 450mm 底板定位网钢筋可直接将环形定位网与梁体钢筋焊接 见图 4 图 7 2 波纹管安装前仔细检查波纹管接头是否良好 安装穿送时前端须人工引导进 预设的定位网眼中 波纹管的接长连接 采用专用焊接机进行焊接或采用本身具有密 封性能且带有观察孔的塑料管结构连接器连接 3 波纹管与锚垫板连接时用密封胶将波纹管与锚垫板间的缝隙密封以防止漏浆 波纹管伸入喇叭管中的长度应保证钢筋调整及端模安装时波纹管不会滑脱 锚垫板安 装与模板面密贴稳固且位置准确规整 图图 4 预应力管道在台位上安装定位预应力管道在台位上安装定位 图图 5 腹板定位网钢筋腹板定位网钢筋 4 8 图图 6 底板定位网钢筋底板定位网钢筋图图 图图 7 波纹管中穿入波纹管中穿入 PE 管管 4 波纹管安装完毕后 波纹管坐标 梁长方向误差应在 30mm 范围内 间距误 差应在 6mm 范围内 波纹管曲线圆顺 端部的预埋钢垫板应垂直于孔道中心线 波纹 管与锚垫板的连接应用同一材料同一规格连接头连接 连接后用密封胶封口 5 横向预应力波纹管安装完后 检查压浆孔 抽气孔 排气孔是否畅通 检查 合格后将压浆孔 抽气孔 排气孔用封盖封住 防止灌注混凝土时水泥浆滲入造成孔 道堵塞 2 2 钢绞线下料及穿束钢绞线下料及穿束 1 按设计孔道长度加张拉设备长度加余留锚外不少于 100mm 的总长度下料 钢绞线下料时应顺直不得有扭结弯折 出现的机械弯折应切掉弯折部分 下料在干净 的场地上进行 有条件时可铺设地毯 见图 8 2 钢绞线下料后应用方木或其他材料垫高 见图 9 高度不得低于 20cm 图图 8 钢绞线下料钢绞线下料 图图 9 钢绞线下料垫高钢绞线下料垫高 3 穿束前检查孔道的通畅情况 孔道内应畅通 无水和其他杂物 4 钢绞线应对号穿入波纹管内 同一孔道穿束应整束整穿 5 8 5 采用人工穿束时可将两根钢绞线的穿入端用胶布缠绑在一起便于穿束 避免 纽结 由于采用卷扬机整束穿放时应防止钢绞线扭转成螺旋状 增大了摩阻损失 延 伸率降低 故不宜采用卷扬机整束牵引穿束 6 注意对孔道外的张拉预留钢绞线进行彩条布包裹防护 以免养护水或雨水 浸湿 3 3 预应力张拉预应力张拉 1 准备工作控制 准备工作控制 1 张拉设备及操作人员 所有用于预应力张拉的千斤顶是专为所采用预应力系统设计 并经国家认定的技 术监督部门认证的产品 工地试验室具备校验资质 此外要定期安排测力环或测力计 到国家认定的检验机构进行检验校准 千斤顶的精度应在使用前校验并按相关规范办 理 张拉千斤顶校正前 须将油泵 油压表 千斤顶安装好后 试压三次 每次加压 至最大使用压力的 10 每次加压后维持 5 分钟 压力降低不超过 3 否则应找出原 因并处理 然后才能进行校验工作 测力的千斤顶的压力表采用防震型 其精度不低于 1 5 级 表盘直径应大于 15cm 压力表具有大致两倍于工作压力的总压力容量 被量测的压力荷载 在压力表 总容量的 1 4 3 4 范围内 每台千斤顶及压力表视为一个单元且同时校验 以确定张 拉力与压力表读数之间的关系曲线 对所有操作预应力设备的人员 通过设备使用的正式培训 并持有张拉上岗证 2 梁体砼要求 预应力张拉时间受到混凝土的强度及弹性模量的控制 同时应考虑混凝土的龄期 的影响 70m 箱梁采用二次张拉工艺 即预应力张拉分为初张拉 终张拉两阶段 初 张拉时混凝土强度达到 25MPa 混凝土强度及弹性模量达到设计强度的 85 以上方可 终张拉 终张拉时须对初张拉的预应力束进行补拉 张拉时砼强度报告应采用随梁同 期养护试块的砼强度 3 张拉安全控制 张拉采用专用的张拉架进行施工 张拉架设有挡板 见图 10 以保证预应力施工 过程中的安全 张拉时 在两台座间拉有警戒线 6 8 图图 10 预应力张拉架预应力张拉架 图图 11 孔道摩阻试验孔道摩阻试验 2 张拉过程控制 张拉过程控制 1 预应力钢束的具体张拉操作要求及张拉控制应力应按 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 进行 在开始箱梁大规模生产前进行锚圈口及孔道摩阻损失测定 根据实际结果对张拉控制应力予以调整 安装锚具前应将锚环与锚垫板精确对位 装 入夹片时须将夹片打紧以尽量减少钢丝回缩量 见图 11 2 预施应力程序 二次张拉束 初张 0 0 1 k 测初始伸长量及夹片外露量 0 2 k 测伸 长量及夹片外露量 0 333 k 持荷 5 分钟 补充到 0 333 k 测控制油压伸长量 及夹片外露量 锚固 测锚固回缩量 见图 12 图 13 图图 12 纵向预应力张拉纵向预应力张拉 图图 13 横向预应力张拉横向预应力张拉 二次张拉束 终张 0 0 333 k 测初始伸长量及夹片外露量 0 55 k 测 伸长量及夹片外露量 k 持荷 5 分钟 补充到 k 测控制油压伸长量及夹片外 露量 锚固 测锚固回缩量 一次张拉束 0 0 1 k 测初始伸长量及夹片外露量 0 2 k 测伸长量及夹 片外露量 0 55 k 测伸长量及夹片外露量 k 持荷 5 分钟 补充到 k 测 7 8 控制油压伸长量及夹片外露量 锚固 测锚固回缩量 3 伸长量校核 钢绞线理论伸长量计算见表 2 实际伸长量计算见表 3 表表 2 预应力张拉理论伸长量计算表预应力张拉理论伸长量计算表 L理 Pp L Ap Ep Pp P 1 e kx kx Pp 预应力平均张拉力 N P 张拉端的张拉力 N Ap 钢束面积 mm2 x 从张拉端至计算截面的长度 m Ep 钢束弹性模量 N mm2 钢束弯曲段与切线夹角之和 rad L 钢束长度 mm 0 12 L理 伸长量 mm k 0 0015 表表 3 实际钢绞线张拉计算表实际钢绞线张拉计算表 终张拉束 钢束编号 前端后端 油表读数伸长量读数夹片外伸量油表读数伸长量读数夹片外伸量 张拉项目 记录项目 Mpa mm mm Mpa mm mm 初应力 0 1 k常数a1b1常数A1B1 0 2 k常数a2b2常数A2B2 a3b3A3B3行程 0 55 k常数 a4b4 常数 A4B4 锚固 k常数a5b5常数A5B5 回油锚固a6b6A6B6 伸长量 L1c1 a2 a1 b1 b2 C1 A2 A1 B1 B2 伸长量 L2d1 a3 a1 b1 b3 D1 A3 A1 B1 B3 伸长量 L3e1 a5 a4 b4 b5 E1 A5 A4 B4 B5 总伸长量 LF 终 c1 d1 e1 C1 D1 E1 10 理论伸长量 Lf 终 伸长量误差 100 F 终 f 终 f 终 回缩量 a5 a6 b6 b5 A5 A6 B6 B5 10 8 8 钢绞线的实际伸长量与理论伸长量的误差不得大于 6 如果孔道安装符合设计 要求 管道坐标测量 计算正确 即使不考虑钢绞线的实际弹性模量这个误差指标也 是能够保证的 钢绞线的弹性模量允许误差为 5 但实际中即使精心操作也会有少 量超标 产生这种情况的原因是实际管道摩阻并非完全一致 钢丝的弹性模量也不完全 一致 当两种极端情况同时出现时可能导致伸长量超标 四 结论四 结论 杭州湾跨海大桥 70m 预应力砼箱梁预制属于大体积海工砼预制构件 裂纹是 70 米 箱梁重点预防项目 除采取养护保温措施外 确定早期张拉混凝土强度及张拉时间 对梁体尽快实行早期张拉 是预防梁体裂纹的一个重要手段 预应力体系是箱梁结构 的生命线 预应力体系施工中的每个环节对预应力最终张拉质量都有较大影响 在杭 州湾跨海大桥 70m 预应力砼箱梁预制预应力体系施工质量控制过程中 从影响预应力 体系整体质量的源头出发 对孔道安装成型 钢绞线下料 张拉过程的双控校核等重 点环节影响因素入手 采取精细化质