淺析橋梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)
2017-01-03
現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛應(yīng)用于公路、鐵路和房屋建筑工程，尤其是大型和特大型建筑物建設(shè)。盡管現(xiàn)階段預(yù)應(yīng)力施工的技術(shù)相對(duì)成熟，但是預(yù)應(yīng)力施工仍然是建設(shè)工程施工過(guò)程控制的重點(diǎn)，在施工過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)很多問題；特別是在大跨度橋梁施工中，預(yù)應(yīng)力張拉和壓降無(wú)疑是橋梁工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵，預(yù)應(yīng)力施加的效果直接決定橋梁的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。本文從預(yù)應(yīng)力施工的管道安裝、預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)量、油壓表的線性方程、預(yù)應(yīng)力張拉和孔道壓漿等各階段進(jìn)行了簡(jiǎn)單敘述，最后對(duì)預(yù)應(yīng)力施工的控制要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。
1 項(xiàng)目概況
蕪湖市弋江橋主橋?yàn)槿珙A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁，橫斷面布置為雙箱雙室，主橋采用三向預(yù)應(yīng)力體系，分別為縱向、橫向和豎向預(yù)應(yīng)力?？v向應(yīng)力分為頂板預(yù)應(yīng)力束、底板預(yù)應(yīng)力束和腹板預(yù)應(yīng)力束，型號(hào)分為9φs15.2、7φs15.2和12φs15.2三種，預(yù)應(yīng)力筋采用符合GB/T 5224-2003中的高強(qiáng)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線φs15.2，fpk=1860MPa；橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用BM15-3扁錨體系，采用雙端對(duì)稱張拉方式，張拉控制應(yīng)力為0.72fpk=1339MPa；豎向預(yù)應(yīng)力采用JL25精軋螺紋鋼筋，fpk=785MPa，Ep=2×105MPa，設(shè)計(jì)控制張拉應(yīng)力為0.85fpk，張拉力為327.6kN。
2 主要工作內(nèi)容
2.1 預(yù)應(yīng)力管道的安裝
2.1.1 預(yù)應(yīng)力波紋管道下料嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算長(zhǎng)度，宜用砂輪機(jī)切割。
2.1.2 按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)的孔道位置在模板及鋼筋上測(cè)量放樣，并做好標(biāo)記，嚴(yán)格按照測(cè)放位置安裝預(yù)應(yīng)力管道。
2.1.3 波紋管定位鋼筋的焊接，定位筋采用U型或者井字形鋼筋支架；固定管道的定位筋間距：鋼管管道不超過(guò)1m，波紋管管道不應(yīng)大于0.8m，膠管管道不應(yīng)大于0.5m，曲線管道和扁平管道進(jìn)行加密。
2.1.4 金屬管道接口處的連接應(yīng)采用大一直徑級(jí)別的同類管道，其接頭長(zhǎng)度為被連接管道內(nèi)徑的5～7倍，接頭使用膠帶纏裹嚴(yán)密，保證不漏漿；塑料波紋管采用專業(yè)焊接機(jī)進(jìn)行焊接或采用具有密封性能的塑料連接器連接。
2.1.5 預(yù)應(yīng)力管道在接頭處不得產(chǎn)生角度變化，混凝土澆筑時(shí)管道不得轉(zhuǎn)動(dòng)和移位。
2.1.6 管道敞口處，用密封膠帶或棉織物封堵，防止水和其他雜物進(jìn)入。
2.1.7 波紋管與喇叭口相接處，波紋管插入喇叭口內(nèi)的長(zhǎng)度略小于喇叭口的直線段長(zhǎng)度，以影響鋼絞線擴(kuò)展而增大摩阻。
2.1.8 所有管道設(shè)置壓漿孔，需要時(shí)在最高點(diǎn)設(shè)排氣孔，在最低點(diǎn)設(shè)排水孔，壓漿孔、排氣孔和排水管均用塑性管，最小內(nèi)徑為20mm。
2.1.9 預(yù)留孔與波紋管的連接用與波紋管配套的卡子或膠帶纏裹，保證連接處密閉，排氣孔伸出混凝土頂面20cm為宜。
2.1.10 管道位置必須進(jìn)行復(fù)核，要求坐標(biāo)偏差在梁長(zhǎng)方向控制在30mm以內(nèi)，梁高方向控制在10mm以內(nèi)；同排和上下排管道間距偏差均控制在10mm以內(nèi)。
2.1.11 管道安裝完畢后，要做到管道整體線性平順且與錨墊板垂直，錨墊板垂直于孔道中心線。
2.2 預(yù)應(yīng)力施工準(zhǔn)備
2.2.1 張拉設(shè)備要配套標(biāo)定，標(biāo)定部門必須是建設(shè)主管部門授權(quán)的法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)，長(zhǎng)期不使用或配套標(biāo)定時(shí)間不超過(guò)6個(gè)月或者使用次數(shù)不超過(guò)200次，否則要進(jìn)行重新標(biāo)定。
2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)施工平臺(tái)的搭建，為預(yù)應(yīng)力穿束作業(yè)和張拉作業(yè)提供足夠的工作面。
2.2.3 預(yù)應(yīng)力筋的安裝，包括錨具和夾片的安裝全部完成，安裝過(guò)程中對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行編號(hào)標(biāo)識(shí)；安裝后對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的規(guī)格、型號(hào)和數(shù)量進(jìn)行復(fù)核。
2.2.4 依次安裝限位板、千斤頂、工具錨和工具夾片，保證限位板與錨具和千斤頂密貼，且夾片無(wú)
漏缺。
2.2.5 油表和油泵的安裝，油表和油頂必須配套使用，一一對(duì)應(yīng)。
2.2.6 解除部分約束，拆除內(nèi)模、外側(cè)模和拉桿，以利于張拉后梁體變形。
2.2.7 預(yù)留孔道進(jìn)行檢查，保證孔道內(nèi)無(wú)雜物。
2.2.8 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)留置的同條件養(yǎng)護(hù)試塊進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)和混凝土強(qiáng)度回彈實(shí)驗(yàn)，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求即可進(jìn)行張拉。
2.3 理論伸長(zhǎng)量計(jì)算
2.3.1 理論伸長(zhǎng)量計(jì)算公式：
ΔL=（PpL）/（ApEp）
式中：
Pp――預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力（N）
L――預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度（mm）
Ap――預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）
Ep――預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（N/mm2）
Pp=P×（1-e-（kx-uθ））/（kx+uθ）
式中：
P――預(yù)應(yīng)力筋張拉端的拉力（N）
X――從張拉端到計(jì)算截面的長(zhǎng)度（m）
θ――從張拉端到計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）
K――孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)
u――預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù) 注：當(dāng)應(yīng)力筋為直線時(shí)，Pp=P
2.3.2 曲線應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值近似計(jì)算公式：
ΔLT=（1+exp[-（k*LT+uθ）]）*Fj/2（ApEp*LT）
式中：
Fj――預(yù)應(yīng)力筋的張拉力（N）
Ap――預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）
Ep――預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（N/mm2）
LT――張拉端至控制端的孔道長(zhǎng)度（mm）
θ――從張拉端到計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）
K――孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)
u――預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)
2.4 油表讀數(shù)的計(jì)算
根據(jù)千斤頂校驗(yàn)的線性方程計(jì)算各個(gè)油頂對(duì)應(yīng)的油表讀數(shù)，各類型和型號(hào)的預(yù)應(yīng)力束的張拉控制力不一樣，要逐一計(jì)算各個(gè)油頂相對(duì)應(yīng)的油表讀數(shù)；報(bào)告校驗(yàn)方程為：P=a・N+b；P為油壓表讀數(shù)（MPa），N為壓力機(jī)讀數(shù)（kN），即為設(shè)計(jì)張拉力；a、b均為報(bào)告給定
系數(shù)。
2.5 預(yù)應(yīng)力筋的張拉
2.5.1 張拉總體原則：（1）曲線預(yù)應(yīng)力筋和長(zhǎng)度大于25m的直線筋采用兩端張拉，長(zhǎng)度小于或者等于25m的直線預(yù)應(yīng)力筋可以采用單端張拉；（2）張拉順序按先張拉縱向預(yù)應(yīng)力，再?gòu)埨Q向預(yù)應(yīng)力，最后張拉橫向預(yù)應(yīng)力，同截面有多數(shù)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，宜先中間，后左右，再上下對(duì)稱地、分階段的進(jìn)行張拉；（3）張拉施工時(shí)，嚴(yán)格按照計(jì)算油表讀數(shù)值進(jìn)行張拉，過(guò)程記錄實(shí)際伸長(zhǎng)量，通伸長(zhǎng)量對(duì)張拉工作進(jìn)行復(fù)核，伸長(zhǎng)量偏差不得超過(guò)±6%；（4）斷絲、滑絲控制要求，鋼絲束：每束鋼絲斷絲、滑絲束不得超過(guò)一根，每個(gè)斷面斷絲和不超過(guò)斷面鋼絲總數(shù)的1%；鋼絞線束：每束鋼絞線束斷絲、滑絲不超過(guò)一絲，每個(gè)斷面斷絲和不超過(guò)斷面鋼絲總數(shù)的1%；預(yù)應(yīng)力筋：不得有斷筋、滑移現(xiàn)象。
2.5.2 后張法張拉程序。
預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼束：0→初應(yīng)力→σk，持荷2min→錨固。
2.6 預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿
2.6.1 張拉錨固完成后，切除所有多余預(yù)應(yīng)力筋，保證預(yù)應(yīng)力筋外漏長(zhǎng)度在30mm以上。
2.6.2 采用與梁體同強(qiáng)度的混凝土進(jìn)行封錨，保證錨頭密實(shí)不漏漿。
2.6.3 壓漿前對(duì)孔道進(jìn)行清潔處理，金屬管道和波紋管道應(yīng)沖洗清除有害材料。
2.6.4 管道沖洗后使用壓縮空氣吹出管內(nèi)積水，使管道處于略濕潤(rùn)狀態(tài)即可。
2.6.5 對(duì)壓漿使用的漿體材料進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)度、24h自由泌水、24h自由膨脹率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等項(xiàng)目檢測(cè)，試驗(yàn)合格后方可使用。
2.6.6 漿體拌制至壓入孔道的延續(xù)時(shí)間在30～45min范圍內(nèi)，漿體在使用前和壓注過(guò)程中連續(xù)
攪拌。
2.6.7 對(duì)于管道最高點(diǎn)未設(shè)排氣孔的孔道，壓漿采用真空輔助壓漿工藝進(jìn)行。
2.6.8 壓漿使用活塞式壓漿泵，壓漿最大壓力為0.5～0.7MPa，孔道較長(zhǎng)時(shí)最大壓力宜為1.0MPa。
2.6.9 壓漿必須達(dá)到一端排氣孔飽滿出漿，且稠度達(dá)到規(guī)定水泥漿值為止。
2.6.10 每一工班現(xiàn)場(chǎng)留取3組70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體試件，同條件養(yǎng)護(hù)28天，檢查其抗壓強(qiáng)度，作為評(píng)定水泥漿質(zhì)量的依據(jù)。
3 控制要點(diǎn)總結(jié)
3.1 應(yīng)力張拉控制要點(diǎn)
3.1.1 在預(yù)應(yīng)力施加之前，要檢查梁體構(gòu)件，外觀和尺寸應(yīng)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.1.2 預(yù)應(yīng)力筋不能觸碰電焊，不得銹蝕，凡有觸碰電焊和銹蝕的予以剔除，重新更換。
3.1.3 張拉時(shí)，構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)圖紙要求，設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%。
3.1.4 張拉時(shí)，兩端對(duì)稱張拉，同步進(jìn)行。
3.1.5 千斤頂宜在60%～90%荷載范圍內(nèi)工作，且不超出規(guī)定的行程，轉(zhuǎn)移油泵時(shí)必須將油壓表拆卸，油表另行轉(zhuǎn)送。
3.1.6 張拉設(shè)備必須配套使用，張拉前仔細(xì)檢查油表，保證表頂一致。
3.1.7 預(yù)應(yīng)力筋錨固后的外漏長(zhǎng)度不小于30mm，錨具應(yīng)用封端混凝土保護(hù)，長(zhǎng)期外漏時(shí)，要采取防銹保護(hù)措施。
3.1.8 錨固完畢經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可切割多余預(yù)應(yīng)力筋，切割宜用砂輪機(jī)，嚴(yán)禁使用電弧焊。
3.1.9 預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固后，確保錨具和預(yù)應(yīng)力筋正常工作的情況下，可拆卸掛籃的底模。
3.2 管道壓漿控制要點(diǎn)
3.2.1 壓降材料采用專業(yè)的壓漿劑和壓降材料，其性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。
3.2.2 封錨混凝土密實(shí)并與錨具結(jié)合良好，保證不漏漿。
3.2.3 壓漿時(shí)，對(duì)曲線孔道和豎向孔道應(yīng)從最低點(diǎn)的壓漿孔壓入，由最高點(diǎn)的排氣孔排氣和泌水，壓漿順序宜先壓注下層孔道。
3.2.4 壓漿應(yīng)緩慢、均勻地進(jìn)行，不得中斷，并應(yīng)將所有最高點(diǎn)的排氣孔依次放開和并閉，使孔道內(nèi)排氣通暢；較集中和鄰近的孔道，宜盡量先連續(xù)壓漿完成，不能連續(xù)壓漿時(shí)，后壓漿的孔道應(yīng)在壓漿前用壓力水沖洗通暢。
3.2.5 孔道灌漿劑在使用前和壓注過(guò)程中應(yīng)連續(xù)攪拌，對(duì)于因延遲使用所致的流動(dòng)度降低的灌漿劑，不得通過(guò)加水來(lái)增加其流動(dòng)度。
3.2.6 管道壓降要采用二次壓漿法，兩次壓漿的時(shí)間間隔為30～45min，對(duì)摻加外加劑泌水率較低水泥漿，試驗(yàn)證明能達(dá)到孔道飽滿時(shí)，可用一次壓漿的
方法。
3.2.7 為保證管道漿液的飽滿度，在關(guān)閉出漿口后還應(yīng)保持不小于0.5MPa的一個(gè)穩(wěn)壓期，該穩(wěn)壓期不宜少于3min。
3.2.8 壓漿過(guò)程及壓漿后48h內(nèi)，結(jié)構(gòu)混凝土的溫度不得低于5℃，否則應(yīng)采取保溫措施；當(dāng)氣溫高于35℃時(shí)，壓漿宜在夜間進(jìn)行。
3.2.9 對(duì)需封錨的錨具，壓漿后應(yīng)先將其周圍沖洗干凈并對(duì)梁端混凝土鑿毛，然后設(shè)置鋼筋網(wǎng)澆筑封錨混凝土，封錨混凝土的強(qiáng)度必須符合要求。
4 結(jié)語(yǔ)
預(yù)應(yīng)力是大型橋梁結(jié)構(gòu)的精髓所在，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)便是橋梁工程施工的核心技術(shù)，只有嚴(yán)格的施工工藝、精確的數(shù)據(jù)計(jì)算和正確的施工方法才可保證預(yù)應(yīng)力較高的施工質(zhì)量。鑒于預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，希望文中經(jīng)驗(yàn)可供工程領(lǐng)域從事相應(yīng)工程的管理和施工人員引用和借鑒。
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作者簡(jiǎn)介：劉軍偉（1988-），男，云南曲靖人，中鐵大橋局集團(tuán)第二工程有限公司助理工程師，研究方向：橋梁
工程。
