预应力现浇箱梁质量控制关键因素

赵晓栋,张进强

(石家庄市公路桥梁建设集团)

预应力连续梁结构整体性好、跨度大、伸缩缝数量少、行车舒适。因此在高速公路和城市快速路中得到广泛应用。预应力连续梁的施工方法多种多样,支架现浇施工还是比较常见的。就近几年施工的预应力混凝土现浇连续梁桥谈一下长束预应力质量控制的几个关键因素。

1 预应力钢绞线安装

预应力钢束的孔道位置、钢绞线是否发生缠绞现象是质量控制的关键。孔道位置不准确,改变了结构受力状态,如果曲线孔道标高变化段不圆顺还会增大预应力孔道摩阻损失,因此孔道位置准确与否直接关系到施工的预应力度能否与设计的预应力度相吻合,对结构安全和工程使用阶段是否会产生裂缝都有很深的影响。多根钢绞线如果缠绞在一起,张拉时各根钢绞线受力不均匀,增大了钢绞线之间的摩阻,造成预应力损失加大。

实际施工中很多施工单位并不重视这些细部工作,固定钢束的井字架位置不准确或不按照规范和设计规定的间距布设,必然造成钢束位置与设计不符、有的还会在曲线变化段产生急弯(半径太小)或孔道局部偏差过大。目前仍有小部分队伍使用人工进行穿束,尤其对多根钢绞线的长束重量很大,人工穿束费时费力,容易造成工人转动钢束穿进,使钢绞线互相缠绞在一起。

石家庄市石环公路工程 G 308互通立交主线桥,施工时固定钢束用的井字架间距为1m,梁高 2.2m,在钢束既有平弯又有竖弯处,井字架按照 50cm间距布设而且坐标准确,采用人工配合机械穿束(将钢绞线束固定在一个锥形的牵引装置上,用卷扬机牵引锥形牵引装置),由于特别注意控制孔道坐标和孔道线形圆顺,并且很好的避免了钢绞线间的互相缠绞,全桥六联箱梁张拉钢束伸长值均满足设计要求。

2 预应力张拉

2.1 张拉控制应力与伸长值

张拉控制应力能否达到设计规定值直接影响预应力效果,因此张拉控制应力是张拉中质量控制的重点,张拉控制应力必须达到设计规定值,但是不能超过设计规定的最大张拉控制应力。预应力值过大,超过设计值过多,虽然结构抗裂性较好,但因抗裂度过高,预应力筋在承受使用荷载时经常处于过高的应力状态,与结构出现裂缝时的荷载接近,往往在破坏前没有明显的预兆,将严重危害结构的使用安全。因此为了准确把握预应力的施加情况,以应力控制、伸长值进行校核。因此能够提供准确的理论伸长值显得尤为重要,必须正确理解《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)中理论伸长值的计算：(1)预应力孔道坐标符合设计要求、曲线孔道圆顺的情况下,孔道局部偏差和预应力筋与孔道壁间的摩擦系数对理论伸长值大小,均可按照规范取中值。(2)钢绞线的弹性模量Ep取值对理论伸长值大小的影响较大,应根据实测值进行计算。(3)L的取值：计算平均张拉力时应按照孔道长度计算,计算伸长值时L的取值应加上锚垫板至工具夹片的前端的距离(梁体外面千斤顶内部钢绞线的长度)。另外在比较理论伸长值与实际伸长值时应以初应力到控制应力部分的值为准进行比较,从零到初应力的伸长值是推算的,误差累积较大。

2.2 模板支架的影响

由于施加预应力,混凝土必然产生弹性变形,同时产生轴向变形和上下方向的挠曲。张拉时如果约束其轴向收缩和挠曲,就会使混凝土产生预想不到的裂缝,重则出现质量事故。因此,张拉前必须拆除对梁体轴向收缩有约束作用的梁侧模板,拆除支座周围对活动支座在顺桥方向的移动和旋转、以及对固定支座的旋转有约束作用的模板和支架。我们对石环公路工程 G 308互通立交主线桥连续梁张拉前后梁长进行观测,结果表明每米梁长约缩短0.2mm。鉴于以上实践,如果不拆除各种约束,很可能造成梁体局部裂缝或支座变形。

2.3 张拉要点

(1)张拉顺序：张拉顺序应按照设计规定进行,若设计没有规定,应避免使构件截面呈过大的偏心受力状态,不使构件边缘产生过大的拉应力。尤其对曲线桥梁更应注意,张拉时不能使曲线梁内、外边缘产生过大的拉应力,而使梁腹产生裂缝。张拉时必须先张拉靠近截面形心的钢束,如果有多排钢束,必须对称进行。

(2)张拉长度：连续梁钢束长度较大,提倡两端同时张拉。如果设备不足,可先固定一端、张拉另一端,然后再张拉固定端,这样两端交错分级张拉补足应力。尤其对曲线预应力筋更应如此。一端张拉时,虽然张拉端达到了控制应力,由于孔道长度大,钢束转角θ增大,摩阻力增大,使得预应力由张拉端向固定端逐渐减小,应力的内部平衡相对滞后,应力平衡后最终使应力不足。一端张拉长束钢绞线的做法是不可取的,一方面,一旦出现事故(如断丝等)将很难处理;另一方面,由于钢束给结构施加的预应力不足,危害结构使用安全。

2.4 断丝、滑丝的处理

施工过程中,由于操作失误、千斤顶标定不准确、锚具安装误差、夹片质量差等原因,有时会发生断丝和滑丝的情况,当断丝或滑丝数不超过规范值时,可采用超张拉方式补足应力,若超过规范值必须卸锚,更换钢束。对此处理时必须慎重,必须重视质量和安全。

(1)补足应力处理。

根据断丝数确定应力损失值,通过提高其他钢丝应力补足断丝造成的应力损失,但在任何情况下都不得使钢绞线应力达到0.8 R b,否则必须更换钢束。

(2)更换钢束的处理方法。

①钢束放松。将千斤顶按张拉状态装好,卸掉限位器更换为专用卸锚器,并将钢丝在工具锚内楔紧。一端张拉,当钢丝受力伸长时,夹片稍被带出。人工褪出夹片,然后主缸缓慢回油,钢丝内缩,完成卸锚。如千斤顶行程不够,不一次取出工作夹片,如此反复进行至拉应力为零最终退出夹片为止。然后拉出钢丝束更换新的钢丝束和锚具。

②单根滑丝单根补拉。将滑进的钢丝使用小千斤顶两端补拉至控制应力锚固,张拉时注意防止限位器压住其他夹片,使其他钢束受伤。

3 孔道压浆

预应力管道压浆工作在后张预应力构件中起着举足轻重的作用：防止预应力钢材锈蚀;使预应力钢材与混凝土有效粘结,实现整体应力效果,增强梁体的承载能力;减轻锚固体系的负荷,必须高度重视压浆质量。因此要求压入孔道内的水泥浆在结硬后应有可靠的密实性,能起到预应力筋的防护作用,同时也要具备一定的粘结强度和剪切强度,以便将预应力有效的传递给周围的混凝土。在以往的工程实践中,由于施工人员对孔道压浆的工艺和材料质量未给予足够重视,导致预应力筋过早生锈,降低结构的耐久性。要想使压浆工作成功,必须做到以下几点。

(1)水泥、水、外加剂和压浆设备符合规范要求。

(2)水泥浆的水灰比、泌水率、膨胀率和稠度等指标符合规范要求。

(3)压浆前检查孔道是否畅通。

(4)压浆顺序正确。按孔道由低向高的顺序进行。

(5)严格控制压浆压力和速度。

(6)采用真空压浆技术。

预应力混凝土连续梁一般都是作为全预应力结构进行设计,准确的建立预应力度极为重要。但是实际施工中常有由于以上原因造成预应力不足、梁体产生裂缝、支座破坏等问题,因此施工过程中必须严格控制影响预应力施工质量的关键因素。