连续箱梁预应力张拉施工方法控制的研究

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  摘 要:连续箱梁预应力工程是近年来桥梁建设中采用的基本方法之一,怎么掌握好预应力张拉的施工工艺及病害的处理也是难题之一。总之,采用正确的预应力张拉技术方法和按规范要求严格控制张拉顺序是质量保证的关键,预应力张拉采用应力控制为主,伸长量作校验的双控制方法是保证质量的基本原则。
  關键词:连续箱梁、预应力、钢绞线、孔道、张拉、压浆、封锚。
  中图分类号:U448文献标识码: A
  一、连续箱梁预应力张拉施工方法
  预应力工程
  预应力工程作为现浇箱梁的重中之重,从孔道的布设,锚垫板的安装,锚下砼的振捣以及张拉和压浆均不容忽视,一旦某一环节出现问题,就会造成质量问题。
  预应力工程分孔道成型→下料编束→穿束→张拉→孔道压浆→封锚等六个步骤:
  1、孔道成型
  预应力管道成型采用塑料波纹管,塑料波纹管在使用前要逐根检查,不得使用沾有油污、泥土或有撞击、压痕、裂口的波纹管,波纹管在安装前应进行灌水试验,检查有无渗漏现象,合格后方可使用。
  波纹管安装严格按照设计曲线布设,并计算出每50cm处的坐标,用U型定位筋架立,波纹管穿设后,在定位筋处固定牢靠,避免在砼浇筑时发生移位;由于钢绞线较长,坐标偏差不得超过5mm,以免张拉钢绞线时与波纹管产生的摩阻力远远大于规范规定。
  严禁在波纹管周围进行电焊作业,防止损坏波纹管,为了保证波纹管不漏浆,波纹管接头处两端插入接头管中30mm以上,接头管比其大1号的同型波纹管,并且用胶袋缠裹、密封,确保灰浆不通过接头管渗入管道中,预应力管道锚具处空隙大时用海棉泡沫堵塞,防止漏浆。
  2、下料编束
  ⑴、所有预应力钢材不许焊接,钢绞线应用圆盘切割机切割,不允许用电、气切割。钢绞线、精轧螺纹钢、锚具应避免生锈及损伤,以免脆性破坏。
  ⑵、为确保预应力质量,要求对定位钢筋、管道成型严格控制,具体要求如下:
  ①管道安装前检查管道质量及两端截面形状,有可能漏浆的部份应切除,整形和除去两端毛刺后再使用。
  ②接管处及管道与喇叭管连接处,应用胶袋或冷缩塑料密封。
  ③孔道定位必须准确可靠,严禁波纹管上浮。直线段平均0.8m,弯道部分每0.5m设置定位钢筋一道,定位的管道偏差不大于5mm,切忌振捣棒碰穿孔道。
  3、穿束
  本工程预应力采用直径Фs15.2高强度低松弛预应力钢绞线(GB/T5224-2003标准),标准强度fpk=1860MPa,Ey=1.95×105 MPa,张拉控制应力σcon=0.70fpk=1302MPa,σcon为锚下控制应力。
  穿束前先把管道内的水和杂物清除干净。为减少孔道阻力和防止拉裂波纹管,穿束前在钢绞线上涂抹一层润滑剂。润滑剂用易容于水,含碱量小,易在常温下被水冲洗的物质制成。
  穿束方法:(见下图-1)
  
  
  
  
  
  
  图-1
  穿束应注意以下几点:
  ⑴、本工程由于波纹管较长,纵梁预应力一联每束平均长达到130m,为了防止砼浇筑后堵管,不易穿束,钢绞线的穿束宜在浇注砼前完成。
  ⑵、穿束时,必须在钢绞线上涂抹润滑剂。
  ⑶、穿束时,一端牵引的机械速度不宜过快,一般保持在5m/min左右。箱梁钢绞线采用钢套牵引法,穿束时钢绞线头缠胶带,防止钢绞线头被挂住。
  4、张拉
  预应力张拉顺序严格按照施工图要求顺序进行张拉,预应力钢束采用两端张拉时,两端应保持对称张拉,并保持同步。
  ⑴、梁体检查
  ①砼强度达到95%、弹性模量大于90%设计值,且养护龄期不少于7天,梁体缺陷
  (包括锚垫板下蜂窝和孔洞)已修补,修补强度与张拉的梁体等强。
  ②预应力钢绞线和锚具资料齐全,锚夹具进场时应进行外观检查,不得有裂纹、伤
  痕、锈蚀,尺寸不得超过允许偏差,对锚具、夹片的强度、硬度进行抽样检查。
  ③锚垫板表面清洁与孔道不垂直支承板面已用楔形钢板垫平。
  ④做孔道摩阻和锚圈摩阻试验,也可按现场实际情况,经设计和监理同意,采取规
  范数据或经验数据。
  ⑤通过试验,测定钢绞线的弹性模量和截面积,以便修正钢绞线计算( 理论)伸长
  量,其计算公式如下:
  Δ/L=ΔL
   ----为实测钢绞线弹性模量(Mpa)及截面积(mm2)
  ----计算采用的钢绞线弹性模量(Mpa)及截面积(mm2)
  ΔL------计算(设计)给出的伸长值(mm)
  Δ/L------修正计算的伸长值(mm)
  ⑵、张拉设备与工具准备(按两端同时对称张拉配备)
  ①电动高压油泵(含压力表两只)4台(套)
  ②锚具配套,纵向预应力千斤顶4台,横向预应力千斤顶2台,低吨位千斤顶一台
  (穿心式,用于预紧)
  ③限位板4只,打紧器4个(套筒式坠锤),拔丝器4个(单根钢绞线垫圈)
  ④工具锚及夹片4套(与锚系列配套)
  ⑤钢片尺(1m长的及0.3m长的)各4把,木把螺丝刀100×5 四把
  ⑥钢丝钳4把,0—200mm游标卡尺4把,小手锤4把
  ⑶、千斤顶,油压表使用和管理
  ①千斤顶由专人使用和管理,要按时间定期由有资质的计量检测单位进行校验维护,
  建立档案卡片。
  ②千斤顶和油压表应配套校验,建立张拉与油压表的关系曲线。
  ③校验张拉设备的压力机、压力环、测力传感器其精度不得低于±2%。
  ④选用的千斤顶的吨位不得少于张拉力的1.2~1.5倍,标定后的校正系数≦1.05,
  校验的有效期为一个月。
   ⑤选用的油压表应为防震型,表面最大读数为压力的1.5~2.0倍,精度不低于1.0级,校验有效期为一周。若张拉时表针摆动弧度,上升不平稳;油表表针不能回到零或过零;张拉时连续断丝;计算伸长量与实际伸长量相差过大,发生上述情况之一,均应及时校验油表。
   ⑥张拉作业超过一个月或超过200次,或经过大修更换配件的,严重漏油和拆修的,张拉千斤顶、压力表必须重新校验。对长期不使用的张拉机具设备,应在使用前进行全面检查。
   ⑷、预应力损失值的测定
  为验算设计数据和积累资料,宜进行孔道摩阻测试。测验方法及设备按《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)办理。
  ⑸、张拉施工人员的安排
   组成张拉班:技术负责人2人、司泵2人、记录2人、千斤顶操作工2人,各负其责。张拉前对张拉班进行技术交底及培训,使其明白设备性能,操作规程和安全要领等方面的知识。
  ⑹、预应力束张拉
   预应力束张拉按技术规程和设计图纸进行张拉,张拉程序为:σ→初应力→σcon(持续2min锚固)、测量伸长值、测回缩量→回油(测总回缩量及夹片外露量)→退顶。
  张拉时,边张拉边测量伸长值,采用应力、应变双控制,实际伸长值与预设伸长值相比误差控制在±6%以内。如发现伸长值异常则暂停张拉并通知监理工程师,张拉现场记录及时整理,并报监理工程师,并按监理工程师指示的措施进行处理。
  钢绞线理论伸长△L计算:
  △L=PPL/(APEP)
  式中:PP――张拉力(N);
  L――预应力筋的长度(mm);
  AP――预应力筋的截面面积(mm2);
  EP――预应力筋的弹性模量(N/mm2),
  预应力筋张拉的实际伸长值△L,按照正下式计算:
  △L=△L1+△L2
  △L1――从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值;
  △L2――应力以下的推算伸长值,待设备就位后再计算L值。
  5、孔道压浆
  预应力张拉完后,应尽快压浆封锚。采取真空吸浆工艺,以确保预应力管道压浆密实。压浆采用M40水泥浆。压浆嘴和排气孔的位置可根据施工实际需要设置,管道压浆前应用压缩空气清除管道内杂质,排队积水,从最低压浆孔压入,管道压浆要求密实,压浆配合比要仔细比选,但不得掺入各种氯盐。箱梁内外露锚具采用15cm厚钢筋混凝土包封,其钢筋网应与结构可靠连接。压浆施工时要注意以下几点:
  ⑴、压浆前为使孔道压浆流畅,并使浆液与孔壁结合良好,压浆前用高压水冲洗孔道,然后用无油脂压缩空气吹干。采用真空灌浆工艺及时灌浆,压浆时采用边拌和边压浆的方式连续进行,直至出口冒出新鲜水泥浆,其稠度与压注的浆注相同时即可停止。压浆施工完毕后,立即进行封锚混凝土施工。
  ⑵、张拉完毕后用砂轮机切割锚外钢绞线,严禁电、弧焊切割,预留长度不小于4cm。锚具外面的预应力筋间隙用水泥砂浆封裹,以免冒浆损失灌浆压力。孔道在压浆前用高压风冲洗干净,保证畅通。
  ⑶、压浆需在张拉完毕应尽量迅速的压浆,但最晚不得超过14d内,压浆时注意观察预应力钢材和锚具稳定状况良好即可进行。
  ⑷、水泥浆宜采用不低于M40水泥浆,水泥浆水灰比一般为0.4~0.45,掺减水剂时控制在0.35以内,拌制3小时后泌水率宜控制在2%以内,并按规范加入水泥用量的0.25%FDN高效减水剂,减水剂量严格按规范执行。水泥浆的拌和时间应不少于2min,水泥浆自拌制到压入管道的间隔时间一般控制在30~45min范围内。
  ⑸、孔道压浆顺序为先下后上,将集中在一处的孔道一次压完。对于曲线孔道由最低点的压浆孔压入,在最高点设置排气出浆口,压浆停止应根据出浆口流出均匀稠度的水泥浆为止,且压浆时水泥净浆的稠度控制在14~18s之间。
  ⑹、孔道两端先后各压一次,两次的间隔时间以达到现在压注的水泥浆既充分泌水又未初凝为度,一般控制在30~45min。水泥浆凝固收缩将产生空隙,二次压浆可使水泥浆完全充满孔道。
  压浆工艺:冲洗孔道→排孔道积水→从一端浆水泥浆压入→另一端冒出浓浆后关闭出浆口球阀→待压力开至0.7MPa持压三分钟→关闭压浆球阀→关闭压浆球阀→卸压。
  6、封锚
  压浆完毕后立即将梁端水泥浆冲洗干净,并浆砼表面接茬处进行凿毛,使新旧砼表面更好的粘结。封端砼采用C50无收缩砼,浇筑后,带模浇水养护。待封端砼强度达到50%后,拆除端模。脱模后,养护不少于7d。
  二、预应力钢绞线张拉质量控制要求及注意事项
  1、张拉采用双控,以张拉控制吨位为主,用伸长值進行核对,实际伸长值与理论伸长值误差控制在±6%以内。
  2、同一断面断丝之和不超过总丝的1%,且每束断丝或滑丝只允许一根。
  3、每端钢绞线回缩量≤5mm(张拉后夹片外露量与24h后测量外露之差)
  4、张拉过程中出现以下情况之一,需要更换锚具或钢绞线束,并重新张拉。
  ⑴、锚具内夹片错牙10mm以上;
  ⑵、锚具内夹片断裂两片以上(含有错牙的两片断裂);
  ⑶、锚板裂纹损坏;
  ⑷、切断钢绞线或压浆时发生滑丝。
  5、预应力筋在张拉与锚固时,由于各种原因,不可避免的产生个别力筋滑移和断裂现象。
  ⑴、滑丝的原因
  ①锚板锥孔与夹片间存在杂物;
  ②预应力筋上有油污,锚下垫板喇叭口内有砼或其它残渣;
  ③锚具质量缺陷,锚具与夹片不配套,硬度不够或安装不正确;
  ④回油卸载过快。
  ⑵、断丝的原因
  ①钢材材质不均匀,锚环、预应力筋和夹片硬度不能紧密配合或严重锈蚀;
  ②外力损伤,力筋表面出现应力集中;
  ③预应力筋过度的弯折,孔道、锚具、千斤顶不对中;
  ④油压表失灵造成拉力过大,千斤顶未按规定校验。
  6、滑丝、断丝的处理原则
  预应力筋滑丝、断丝数量超过设计规定或前述质量标准应予以处理,处理原则依照《砼结构工程施工及验收规范》的规定,对后张构件钢丝,钢绞线或钢筋断裂或滑脱的数量,不得超过同一截面预应力筋总根数的5‰,且一束钢丝只允许一根。
  ⑴、滑丝的处理
  张拉过程或张拉完成后,如发现滑丝可采用单孔千斤顶配单孔(或多孔)退锚器,张拉滑丝钢绞线直至将滑丝的夹片取出,重新张拉至设计应力即可。滑丝过程中钢绞线受到严重的损伤,夹片牙齿被钢绞线挤磨平,则应将锚具上的所有钢绞线全部卸荷,取出夹片,换上一套新锚具,在钢绞线的原锚固位置错动一定的距离重新张拉。
  ⑵、断丝的处理
  ①提高其他钢丝束的控制张拉力作为补偿,但任何情况下,最大超张拉不得超过设计规定的最大张拉应力;
  ②重新更换新束
  自锚产生的断丝,只断1—2根,且断头在锚口处,断丝内滑损失甚少,不影响预应力筋的总应力,可不作处理。断丝3根以上,需要更换新束,换束办法因不同情况而异,对张拉已完成,锚外束还未切除,宜用穿心顶单根张拉,逐个剔除夹片直至松下锚具。对张拉已完成,锚外束已切除,应用氧气逐根切割。使锚具,钢绞线应力失效,操作过程中孔道两端禁止站人,防止锚片,钢丝束飞出伤人。旧束废除后,穿新钢绞线束,重新张拉。
  三、结论
  连续箱梁预应力工程是近年来桥梁建设中采用的基本方法之一,怎么掌握好预应力张拉的施工工艺及病害的处理也是难题之一。总之,采用正确的预应力张拉技术方法和按规范要求严格控制张拉顺序是质量保证的关键,预应力张拉采用应力控制为主,伸长量作校验的双控制方法是保证质量的基本原则。
  参考文献
   [1]《公路桥涵施工及技术规范》(JTJ 041-2000)
  [2]《砼结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2000)
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