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.doc

精品杭州湾跨海大桥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 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、70m预应力砼箱梁预应力结构体系介绍byby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=1.95105MPa，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顶湿接缝后张拉。by70m箱梁顶板横向预应力束采用4-j15.24钢绞线，R =1860MPa，Ey=1.95105MPa，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。70m预应力混凝土箱梁预应力体系布置概况表 表1箱梁类型部位预应力束编号备 注中跨箱梁底板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。顶板115孔(4-j15.24)按0.6间距布置。边跨箱梁底板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。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：2W22B22W12B12W42B32W52B6；中梁：2V22Z22V12Z12V42Z32V52Z6。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+02X+06墩顶2T8、2T7、2T6、2T5第一六孔2B4(Z4)第X+02X+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1 预应力管道在台位上安装定位 图片2 腹板定位网钢筋 图片3 底板定位网钢筋图 图片4 波纹管中穿入PE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 表2项次检查项目允许偏差(mm)检查方法1坐标梁长方向30用尺量梁高方向6梁宽方向62间距同排6用尺量上下层62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3050mm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5 钢绞线下料垫高 图片6 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1/43/4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7 预应力张拉架 图片8 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1.96105Mpa。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）：00.1k（测初始伸长量及夹片外露量）0.2k（测伸长量及夹片外露量）0.333k（持荷5分钟）补充到0.333k（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）：00.333k（测初始伸长量及夹片外露量）0.55k（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：00.1k（测初始伸长量及夹片外露量）0.2k（测伸长量及夹片外露量）0.55k（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9 预应力张拉一 图片10 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 表3L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)0.12L理-伸长量(mm)k0.0015 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 表4钢束编号终张拉束前端后端 张拉项目 记录项目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（mm）（mm）（mm）（mm）初应力0.1k常数a1b1常数A1B1行程0.2k常数a2b2常数A2B20.55k常数a3b3常数A3B3a4b4A4B4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1418s；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35C。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70.7mm70.7mm70.7mm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，应在孔道两端进行排废作业，然后在0.7MPa下保压2分钟。