杭州湾跨海大桥70m预应力混凝土箱梁预应力施工监理控制

杭州湾跨海大桥杭州湾跨海大桥 70m70m 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 铁道科学研究院 竺裕北 李志敏 摘 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 杭州湾跨海大桥 预应力砼箱梁 70m 预应力 质量控 制 一 概述一 概述 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 桥全长 36km 其中长 18 27km 的上部结构采用 70m 预应力砼预制箱梁 总计 540 片 70m 预应力砼箱梁设计跨度 70m 腹板为斜腹板 腹板坡 度为 1 4 09 底宽 6 25m 顶宽 15 8m 梁高 4 3m 混凝土方量 824 9m3 设计参数详见箱梁跨中截面图 单幅整孔箱梁采用一次性预制 二次预应力张拉技术 箱梁跨中截面图 b y b y 杭州湾跨海大桥对工程质量要求较高 70m 预应力砼箱梁目前在国 内工程项目中使用先例不多 通过现场箱梁预制施工过程中的质量控制 我们对 70m 预应力砼箱梁预应力张拉质量控制要点做了总结 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 箱梁采用 C50 混凝土 按设计要求混凝土需达到 85 强度方可终 张拉 箱梁采用纵 横双向预应力体系 标准 70m 箱梁纵向预应力钢 束采用 22 j15 24 19 j15 24 以及 12 j15 24 三类钢绞线 R 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 R 箱梁在简支阶段纵向预应力钢束采用 22 j15 24 19 j15 24 12 j15 24 钢绞线采用孔道内径为 100 mm 塑料波纹 管成孔 箱梁纵向预应力钢束按照张拉时间分为预制场张拉的简支预应力束 和合拢后现场张拉预应力束 简支预应力束沿着梁长通长布置 有腹板 弯束和底板直束两种 其中腹板弯束采用 22 j15 24 钢绞线 锚固在预 制梁两端腹板上 底板直束采用 19 j15 24 钢绞线 锚固在预制梁两端 底板或梁端隔墙上 锚具采用中国路桥 集团 新津筑路机械厂生产的 YEZK15A 19 和 YEZK15A 22 型锚具分别作为底板束和腹板束的锚具 现场张拉的合拢预应力束有墩顶顶板合拢束 腹板合拢束和底板合拢束 顶板合拢束采用 12 j15 24 钢绞线 分批锚固在梁端隔墙上 边跨底板 合拢束采用 19 j15 24 钢绞线 中跨底板合拢束采用 12 j15 24 钢绞线 分别锚固在梁端隔墙上或墩顶底板加厚截面处 所有合拢束均在现浇墩 b y 顶湿接缝后张拉 70m 箱梁顶板横向预应力束采用 4 j15 24 钢绞线 R 1860MPa Ey 1 95 105MPa BM15 4 扁锚 一端张拉 锚下控制应 力 K 1395Mpa 固定端采用 P 锚 4 j15 24 钢绞线采用相应内径塑料 扁形波纹管成孔 顶板横向预应力束沿桥轴线按 0 6m 间距布置 曲线段主梁的纵向预应力布置同标准 70m 段 只是后期合拢束的 长短根据湿接头的缝宽进行调整 箱梁箱梁预应力体系布置概况见表 1 和箱梁锚面图 1 图 2 70m70m 预应力混凝土箱梁预应力体系布置概况表预应力混凝土箱梁预应力体系布置概况表 表表 1 1 箱梁类型 部位预应力束编号备 注 底板 Z1 19 j15 24 Z2 19 j15 24 Z3 19 j15 24 Z4 12 j15 24 Z5 12 j15 24 Z6 19 j15 24 Z1 Z2 Z3 Z6 预制时 张拉 Z4 Z5 合拢时张拉 腹板 V1 22 j15 24 V2 22 j15 24 V3 12 j15 24 V4 22 j15 24 V5 22 j15 24 V1 V2 V4 V5 预制时 张拉 V3 合拢时张拉 中跨箱梁 顶板115 孔 4 j15 24 按 0 6 间距布置 底板 B1 19 j15 24 B2 19 j15 24 B3 19 j15 24 B4 19 j15 24 B5 15 j15 24 B6 19 j15 24 B1 B2 B3 B6 预制时 张拉 B4 B5 合拢时张拉 边跨箱梁 腹板 W1 22 j15 24 W2 22 j15 24 W3 12 j15 24 W4 22 j15 24 W5 22 j15 24 W1 W2 W4 W5 预制 时张拉 W3 合拢时张拉 顶板117 孔 4 j15 24 按 0 6 间距布置 三 预应力体系施工工艺三 预应力体系施工工艺 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 索 张拉的原则遵循对称张拉 先长索后短索 先纵向后横向的原则进 行 具体的张拉顺序如下 边梁 2W2 2B2 2W1 2B1 2W4 2B3 2W5 2B6 中梁 2V2 2Z2 2V1 2Z1 2V4 2Z3 2V5 2Z6 在湿接头混凝土养生达 到设计强度后 即可张拉合拢预应力束 张拉原则遵循对称张拉 先边 墩后中墩 先腹板合拢束后底板 顶板合拢束的原则进行 具体的张拉 顺序如下 第一孔 2W3 第六孔 2W3 第二孔 2V3 第五孔 2V3 第三 孔 2V3 第四孔 2V3 第一孔 2B5 第六孔 2B5 第二孔 2Z5 第五孔 2Z5 第三孔 2Z5 第四孔 2Z5 第 X 02 X 06 墩顶 2T8 2T7 2T6 2T5 第一 六孔 2B4 Z4 第 X 02 X 06 墩顶 2T4 2T3 2T2 2T1 张拉湿接头横向预应力束 张拉完纵向索后张 拉横向索 并对已经张拉的预应力管道进行压浆 对各锚头采取永久性 或临时性的防护措施 四 预应力体系施工质量控制四 预应力体系施工质量控制 1 70m 预应力混凝土箱梁预应力管道安装 1 70m 箱梁截面高 预应力管道多 预应力束比通常的梁长大得 多 塑料波纹管在布管安装前 按设计规定的管道坐标在胎具上进行放 样 设置定位钢筋 波纹管应固定在定位钢筋上用铁丝扎紧 定位网应 焊接和定位牢固使其在混凝土浇筑期间管道不产生位移 通过第一片箱 梁预应力管道摩阻试验证明 管道定位不牢 管道刚度不足 混凝土灌 注振捣不当均可造成管道变形 管道摩阻增大 为此波纹管在钢筋绑扎 台位上安装 安装前应精确放线 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 定位网钢筋应焊接牢固 撑托 钢筋在标准断面内不小于 10mm 在两端加厚腹板内不小于 12mm 且宜采用螺纹钢筋作撑托以增加其刚度 环形钢筋不小于 8mm 底板 定位网钢筋可直接将环形定位网与梁体钢筋焊接 见图片 1 图片 4 图片图片 1 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 图片图片 2 腹板定位网钢筋腹板定位网钢筋 图片图片 3 底板定位网钢筋底板定位网钢筋图图 图片图片 4 波纹管中穿入波纹管中穿入 PE 管管 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 穿送时不得用力过猛 以免造成波纹 管折断变形 3 波纹管的接长连接 应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 避免浇筑混凝土时 水泥浆滲入管内造成堵塞 4 波纹管与锚垫板连接时须将锚垫板的喇叭管适当扩大后 将波 纹管穿入喇叭管中 并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 锚垫板安装应与模板面密贴稳固且位置准确规整 5 波纹管安装完毕后 检查其位置是否正确 误差应在规定范围 内 波纹管曲线应圆顺 端部的预埋钢垫板应垂直于孔道中心线 否则 须进行调整直至符合要求为止 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 6 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 7 波纹管与排气管的连接 在波纹管上热熔排气孔 然后用同一 材料弧型排气接头连接 用密封胶缠绕 8 所有管道的压浆孔 抽气孔应设在锚座上 排气孔应设在锚具 的附件上 压浆管 排气管应是最小内径为 20mm 9 管道在模板内安装完毕后 应将其端部盖好 防止水或其他杂 物进入 10 管道位置的允许偏差见表 2 梁体管道位置的允许偏差梁体管道位置的允许偏差 表表 2 2 项次检查项目允许偏差 mm 检查方法 梁长方向 30 梁高方向 61 坐标 梁宽方向 6 用尺量 同排 6 2 间距 上下层 6 用尺量 2 预应力钢绞线的制作 1 钢绞线下料 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 切割时 应在每端离切口 30 50mm 处用铁 丝绑扎 平放用砂轮锯切割 钢絞线下料时应铺设地毯 见图片 6 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 下料应在干净的场地上进行 钢绞线表面不得有油污 泥浆等污染 轻 微锈蚀可以使用但不得锈蚀成目视可见的麻坑 2 钢绞线下料后应用方木或其他材料垫高 见图片 5 高度不得 低于 20cm 垫料间隔不大于 1 5m 钢绞线应一边下料一边穿束 以缩 短钢绞线的下料后的放置时间和初张拉的及时性 图片图片 5 钢绞线下料垫高钢绞线下料垫高 图片图片 6 钢绞线下料钢绞线下料 3 预应力钢绞线的安装和保护 1 钢绞线穿束前应梳理顺直 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 采用卷扬机整束穿放时 应防止钢绞线扭转成螺旋状 当钢绞线扭结时其张拉延伸率往往达不到 伸长量的标准 这种情况可能在管道曲线越大 孔道不顺直时其延伸率 越小 这是因为卷扬机的钢丝绳在牵引受力后回转 造成钢绞线扭结 所以不宜采用卷扬机整束牵引穿束 钢绞线应对号穿入波纹管内 同一 孔道穿束应整束整穿或用穿索机将钢绞线逐根穿入 不准直接在地面上 拖拉 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 同时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 2 任何情况下 当在安装有预应力筋的构件附近进行电焊时 对 全部预应力筋和金属件均应进行保护 防止溅上焊渣或造成其他损坏 3 预应力张拉质量控制 1 预应力张拉前准备工作控制 1 张拉设备及操作人员 所有用于预应力的千斤顶专为所采用的预应力系统所设计 并 经国家认定的技术监督部门认证的产品 本工程工地试验室申请校验资质 除此之外要定期到安排测力 环或测力计在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 最大 表盘读数 60MPa 读数应分别不大于 1MPa 表盘直径应大于 15cm 校正千斤顶用的测力环或测力计应有正负 2 的读数精度 压力表读盘 直径不小于 150mm 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 要控制混凝土的强度及弹性模量 尤其是混凝土的弹性模量应达到 考虑变形时的计算弹性模量 同时应考虑混凝土的龄期 混凝土的弹性 模量与龄期有较为密切的关系 一般情况下早期强度增长的速度要快于 弹模的增长速度 强度及弹性模量均达到设计要求后张拉对于保证桥梁 的线性非常必要 箱梁预应力筋张拉分初张拉及终张拉二阶段 初张拉 时混凝土强度达到 25Mp 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 见图片 7 以保证预应力施工过程中的安全问题 张拉时 在两台座间拉有警戒线 图片图片 7 预应力张拉架预应力张拉架 图片图片 8 孔道摩阻试验孔道摩阻试验 2 预应力张拉过程控制 1 预应力筋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 在初期当梁进行张拉时应按该规范 附录 G 9 的规定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 对于采用自锚体系的锚具其锚口摩阻应符合设计 要求 不得过小或过大 锚口摩阻过小时回缩量较大并容易发生滑丝 锚口摩阻过大时预应力损失较大且钢丝擦伤严重 经过对 70m 箱梁孔 道摩阻损失测定 见图片 8 钢束伸长量的计算参数 k 分别取值 0 12 0 0015 2 Ep 钢束弹性模量 N mm2 实测得 1 96 105Mpa 3 张拉原则 先腹板束 后底板束 先长束 后短束 均衡对称 张拉顺序 2V2 2Z2 2V1 2Z1 2V4 2Z3 2V5 2Z6 4 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 5 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 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 测控制油压伸长量及夹片外露量 锚固 测锚固回缩量 见图片 9 10 图片图片 9 预应力张拉一预应力张拉一 图片图片 10 预应力张拉二预应力张拉二 6 伸长量校核 理论伸长量 L理确定见表 3 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 表表 3 3 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 实际伸长量计算 实际钢绞线伸长量计算见表 4 实际钢绞线张拉 终张 计算表实际钢绞线张拉 终张 计算表 表表 4 4 终张拉束 钢束编号 前端后端 油伸夹油伸夹 表长片表长片 读量外读量外 数读伸数读伸 Mpa 数量 Mpa 数量 张拉项目 记录项目 mm mm 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 a6b6 A6B6 伸长量 L1 c1 a2 a1 b1 b2 C1 A2 A1 B1 B2 伸长量 L2 d1 a3 a1 b1 b3 D1 A3 A1 B1 B3 伸长量 L3 e1 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 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 五 真空压浆质量控制五 真空压浆质量控制 1 张拉完成后 3 天内压浆 孔道灌浆采用真空辅助灌浆工艺进行 为使水泥浆达到所须的浆水特性 可在浆体中加入化学添加剂 添加剂 应具有减水 缓凝 微膨胀和增加浆体和易性等作用 本工程选用辅助 添加剂为威胜利 VSL HF 掺量为 11 配合比为水泥 添加剂 水 1 0 11 0 335 1 浆体的性能达到 水泥浆的泌水率在 2 浆体流动度在 14 18s 浆体膨胀率 5 初凝时间应 3h 终凝时间应 24h 压浆时 浆体温度不超过 35 C 水泥浆的泌水率 膨胀率及稠度按 公路桥涵 施工技术规范 JTJ041 2000 附录 G 10 G 11 进行了测试 2 浆体材混合料的配比试验及浆体性能试验 其试验方法按 混 凝土外加剂应用技术规范 GBJ119 88 和 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 附录 G10 G11 进行测试 真空灌浆添加剂的检测方法及 性能符合 混凝土外加剂 GB8076 1997 和 混凝土膨胀剂 JC476 92 建 材行业标准要求 2 压浆设备 1 水泥浆拌和机能制备具有胶稠状的水泥浆 对于纵向预应力管 道 以 0 7MPa 的恒压作业 2 水泥浆泵采用排液式 泵及其吸入循环完全密封 以避免气泡 进入水泥浆内 它应能在压浆完成的管道上保持压力 且装有一个喷嘴 该喷嘴关闭时 导管中无压力损失 3 压浆 1 张拉施工完成后 清水冲洗 高压风吹干 然后封锚 抽真空 压浆 搅拌机及储浆罐的体积大于所要压注的一条预应力孔道体积 2 水泥浆的强度符合设计规定不低于 35MPa 3 水泥浆应由精确称量的强度等级不低于 42 5 级硅酸盐水泥或普 通硅酸盐水泥和水组成 所用水泥龄期不超过一个月 4 水泥浆混合料中添加阻锈剂 5 压浆时 每一工作班应留取不少于 3 组试样 每组为 70 7mm 70 7mm 70 7mm 立方体试件 3 个 标准养生 28d 检查其抗 压强度 作为评定水泥浆质量的依据 6 当气温或箱体温度低于 5 时 不进行压浆 水泥浆温度不超 过 32 7 水泥浆自调制至压入孔道的延续时间 不宜超过 40min 水泥 浆在使用前和压注过程中应保持流动状态 8 按真空辅助压浆工艺 当浆体从孔道抽真空端流出时 应在孔 道两端进行