后张法预应力箱梁反预拱度设置偏差原因分析及修正措施

郑玉峰 中交第三航务工程局有限公司宁波分公司

1.工程简介

某横跨杭甬运河大桥，主桥采用（55+90+55）m 三跨预应力混凝土变截面单箱双室连续箱梁，引桥采用装配式5跨30m预应力混凝土连续箱梁，全桥配跨为5×30+（55+90+55）+5×30 m。本工程引桥采用后张法预制预应力混凝土箱梁，梁长为30m，底宽2.0m，顶板宽2.4m，共120榀，砼设计强度为C 50，弹性模量的理论值为3.45×104MPa。箱梁由现场预制场预制，根据安装进度，及时预制和供应。箱梁顶板、底板厚均为0.18m，腹板跨中厚0.18m，支点厚0.25m，斜腹板斜率1：4。边支点及跨中横梁通过横向湿接缝连接，为了便于预制施工，预制箱梁顶面按2%设置横坡，底面按平坡进行设置，箱梁典型横断面如图1所示。

设计要求，制梁台座需预设反拱，按二次抛物线过渡，反预拱度设置为17mm。制梁台座基础进行全断面加固及硬化处理，保证其整体稳定性及均一性。在处理后的基础上浇筑厚15cm的C20混凝土台座。根据工程进度要求，共设置11个台座，为验证设计反预拱度，先设置5个可调预拱度的台座，根据验证及修正结果，再调整已设台座和施工其余6 个。台座顶面铺设10 mm钢板，边缘倒角处预埋∠50 的角钢。试验台座设置成可调节的形式：在钢板和角钢中间适当布设调节钢板垫块，用于调节梁板的反拱度，调节好反拱后其它空隙采用细砂填满。当台座需要改变反拱时，将钢板与调节垫块及预埋角钢上的固定点解除，调节钢板使台座反拱符合要求后固定。

2.实际施工差异及原因分析

根据施工规范及设计要求，养护7天，砼强度达到90%后张拉，对已完成张拉的5榀梁中心起拱度进行了测量，具体数据如表1所示。

图1 预制箱梁典型横断面图

表1数据与设计值17mm有一定的偏差，最大达到了5mm，经施工过程分析，主要原因如下：

（1）预应孔道位置不精确。设计预应力孔道采用金属波纹管，流线型布置，孔道定位不准确，孔道曲线段定位钢筋间距较大，布置不够合理，且定位筋与波纹管接触不够紧密，砼浇筑振捣过程中容易引起管道移位。

表1 箱梁起拱度实测值

表2 修正后箱梁起拱度实测值

（2）预应力孔道摩阻取值不准确。设计验算时孔道摩阻取经验值μ=0.25，但实测值μ=0.22，实际预应力损失与设计时有一定偏差。

（3）张拉未对砼弹性模量值进行明确。设计仅以强度为可否进行张拉的控制标准，未对张拉时的砼弹性模量做具体要求，砼养护7天后强度已可达到设计张拉标准，但实测弹性模量值为4×104MPa，而C50混凝土，其弹性模量的理论值为3.45×104MPa。

（4）锚具变形。施工所用锚具虽均检测合格，但施加应力后仍会产生压缩变形，甚至整体缩进，使得预应力筋回缩，造成应力损失。

（5）支座不均匀沉降。支座地基处理不规范，承载力整体性和均一性差，承重后产生不均匀沉降。

（6）混凝土收缩徐变影响。受台座数量、场地大小和现场架设进度需要，砼达到设计张拉强度（设计强度的90%）要求后即进行张拉作业，而砼收缩徐变一般需要60d甚至更长时间才可结束。

3.修正措施

（1）预应力管道结构施工定位尽量精确，线形结构应保持顺滑，定位筋设置间距在曲线段进行加密，砼浇筑振捣时振捣棒不得触碰管道，从而减少由于预应力筋位置不准确而导致的摩擦阻力损失。

（2）正式施工前应对孔道摩阻系数进行实测，以实测值进行反拱度计算。

（3）明确张拉时砼弹性模量，并做弹性模量同养试块，与强度同养试块一同检测。

（4）严格按设计要求设置锚下钢筋，对此部位砼加强振捣质量控制。

（5）支座基础处理方法应经过设计和验算，提高其整体稳定性和均一性。

（6）在场地和施工进度允许的情况下尽量延长养护周期，尽可能的将砼收缩徐变对起拱度的影响降至最低。

（7）根据现场实测数据，考虑各种施工因素影响，由设计对预拱度进行调整，调整后的值为15mm，并明确砼强度和弹性模量均达到设计要求后方可张拉。

4.修正后的结果验证

对试验台座反预拱度调整为15mm，施工中加强各工序的控制，张拉后实测梁中心起拱值，具体数据见表2。

从表2数据可以看出，实际反拱度值已与设计值基本吻合。

5.提高预拱度设计精度的建议

①预应力管道结构施工定位应精确，线形结构应保持顺滑，从而减少由于预应力间的摩擦导致的摩擦阻力的损失；②严控原材料的施工质量，确保施工用材的性能稳定，使得混凝土级配达到一定的均匀性，同时还要确保混凝土材料级配均匀性，加强对混凝土结构的弹模的及时修正和处理。③加强施工环节中，对各结构的精度的控制，针对箱梁结构来说，要对模板的对应尺寸进行定时定量的校核和控制，确保模板设计过程中，预拱度设计的精度化、规范化。④预应力的施加应更加精确，如定时对千斤顶进行有效的修订、标定等。

6.结束语

作为梁式桥来说，主体外形简练、美观，荷载均匀合理，是一种经济性、使用功能性强的桥梁结构形式。在实际的设计和施工环节中，为了保证结构线形更加顺畅、优美，对于预应力箱梁来说，预拱度的设计要通过模型建立的方式进行计算，同时还要注重与预拱度设计相关的影响因素，如施工环境、施工工艺、施工人员的操作、施工误差及环境温度的变化等，存在很多随机性的变动因素。因此，在预拱度的设置中，应充分考虑桥梁施工时的各种因素，并利用实测数据不断地修正处理。