预应力混凝土箱形梁竖向预应力施工质量控制研究.pdf

麓 水 利 水 电 施 工 2 0 1 4 第6 期 总 第1 4 7 期 隙。由精轧螺纹钢筋和螺母构成的螺旋副，在预应力筋放 张锚 固的过程 中，钢筋阳纹与螺母 阴纹存在缝隙弥合 、螺 纹变形及滑移的行为 ，由此造成竖 向预应力损失 。竖 向预 应力筋的长度通常比腹板短 3 0 c m左右，与纵向预应力筋 相比，竖向预应力筋很短，张拉时的伸长量很小。锚头变 形、钢筋回缩和接缝压缩引起的竖向预应力损失在总损失 中所 占比例要 比纵 向力筋中该 项损失所 占比例高 。人工进 行螺母施拧操作 ，拧紧程度随机性较大 ，如果锚 固工艺不 规范 ，将造成力筋回缩量偏大 ，加大预应力损失 。研究表 明 ，锚头变形 、钢筋 回缩 和接缝压缩 引起 的损失 占竖 向预 应力第一批总损失的5 O 左右。该项损失的大小与钢筋螺 母的加工精度、材料表面锈蚀程度、钢材力学性能、张拉 力、锚固螺母的扭力大小等因素有关。 2 3 2 锚具钢 垫板与 竖向预应 力筋不垂直 实际工程中锚下钢垫板安装时与设计位置存在误差， 钢垫板与竖向预应力筋不垂直，而是存在一定的偏角。另 外，混凝土浇筑过程中的冲击及振捣等都可能导致钢垫板 与力筋中心线不垂直。这种垫板与力筋中心线的偏差会影 响锚固螺母的拧紧程度，在螺母与垫板之间形成空隙，增 大预应力钢筋的回缩量 。同时 ，这种不垂直造成 预应 力钢 筋 的局部受力和局部弯曲，加大预应力筋的损伤 。 2 3 3 温差引起的损失 大跨度箱梁 的腹板 厚度 较 大 ，尤其 是桥 墩 附近梁 段 腹板厚度通 常在 0 8 m 以上 ，这些 梁段 的混凝 土水化 热温 度很高。若在水化热温度未下降至环境温度时，张拉锚 固竖向预应力筋并进行管道压浆和封锚，在管道水泥浆 硬化期间，预应力筋的应力损失还会进一步增大。该项 损失主要是由于预应力筋相对周边混凝土的温升所引起 的。实测表 明 ，这项损失不容忽视 。 2 3 4 预应力管道堵塞 在箱梁钢筋绑扎过程中，施工人员、机具堆放等作业造 成进、出浆管与预应力管道之间的连接松动而出现缝隙。现 场钢筋焊接及 昆 凝土浇筑时的振捣也可能造成预应力管道的 破损。在浇筑混凝土的过程中，预应力管道的微小破损都可 能使水泥浆流进管道，其硬化后造成管道堵塞。 2 3 5 压浆不饱满 单根竖向预应力筋管道所需水泥浆量很小，压浆时 间很短，螺母上的十字槽和空隙也可排气，没有持压装 置 。出浆 口的布置 受张拉 端锚 下 螺旋 筋 的影响 ，多布置 在张拉端锚板以下 2 0 c m处 ，出浆 口至锚板间管道注浆容 易存在空隙。竖向钢筋是垂直的，水泥浆的分泌、 沉淀也 会造成管道上端总有一段含有空隙。 3 竖向预应力施工质量控制对策建议 针对上述竖向预应力施工中存在 的问题，结合笔者 预应力施工的实践经验，提出对应的质量控制对策 ，简 要介 绍如下 ： ( 1 )张拉锚 固前采用扭矩扳手进行工艺试验 ，加工 自 7 0 制适当的支撑板和紧固扳手，制定锚固拧紧的标准。当 锚 固后发现预应 力不 足或螺 母不 易拧 紧 时，可 以利 用撑 脚将张拉千斤顶支撑在混凝土面上进行重新张拉，在锚 具与垫板之 间加上适 当厚度 的钢垫片 。 ( 2 )上锚板应保 持水 平放 置。在锚板周边点 焊布置定 位钢筋，防止混凝土浇筑过程中锚板松动，混凝土浇筑 后要及时检查。张拉千斤顶安装就位后，先预张拉一次， 检查 预应力钢 筋是 否顺 直。可 以通 过调 整 张拉撑 腿位 置 和平 整度 ，保证 张拉 时预应力钢筋轴线竖直 。 ( 3 )在混凝 土浇筑后 ，及 时监测 梁段混凝 土 的温度 。 当混凝土水化热温度下降，混凝土温度与周围环境温度 基本一致 ，内部温度与环境温度变化规律一致时，再进 行竖 向预应力施工 。 ( 4 )在预应力管道附近进行 电焊作业时 ，要对管道加 以防护 ，焊完再 仔 细检查 。混凝 土浇 筑前对 波 纹管 进行 仔细检查，及时处理破损的孔洞。张拉端锚板上的锚槽 盒与锚板要密贴，防止此处进浆导致堵塞。上锚板的凹 口可采用棉絮或布条塞严，或用胶带密封。注浆管采用 硬质塑料管 ，防止 电焊作业 时烧熔 或 浇筑 混凝 土振 捣时 挤瘪。腹板浇筑时可采用小型风泵 向管道内送风，即使 有少量漏浆 ，高压 风也 可将其 及 时吹散 ，防止 在管 道底 部凝结硬化。整个节段浇筑完成后应再通风一次。 ( 5 )采用合适 的水泥浆配合 比，减小泌水量 。压浆 时 螺母上的十字槽可用胶带封闭，出浆口布置尽量向上布 置靠近张拉端锚板。这些措施可有效减少压浆中的空隙， 增大压浆密实度 。 4 竖向预应 力施 工质量控 制措施在京 沪高 铁箱梁 中的应 用 4 1 箱梁腹板竖 向预应力损失现场测试 竖向预应力筋的类型和锚 固方式与纵向预应力筋不 同 ，国内外关 于竖 向预应 力损 失 的实验研 究 比较 少。 因 此，结合实际桥梁进行现场测试对于合理确定腹板竖向 预应 力损 失及 防止腹板 斜裂缝具 有十分重要的实际意义 。 现场测试预应力混凝土连续梁桥为京沪高速铁路跨 济兖特大桥桥群的跨腊山分洪渠桥，上部结构为 4 0 m+ 6 4 m+4 0 m三跨变高度连续箱梁 ( 单箱单室) ，腹板竖向 预应力体 系 为 P S B 7 8 5型精 轧 螺 纹钢 筋( 直 径 2 5 mm) ， J L M一2 5 锚具，Y C 6 0 A型千斤顶 ，直径 3 5 mm铁皮管成 孔 。张拉控制应 力 ( )为 7 0 0 MP a 。该 桥 的竖 向预应 力布置如 图 1 、图 2 所示 。 选该桥一个 6 号节段的 3根竖向预应力筋为研究对 象 ，在力筋长度 中间布 置 电阻应 变片 ，张拉锚 固阶段 采 用应变采集系统进行应变测量 。 竖 向预应力筋 张拉 前 ，对 应变 测量仪 器进 行初 始平 衡，确保测试数据可靠。测试过程中每根力筋的张拉程 序为：0 1 O 一2 0 一6 O 一1 O 0 ，张拉过程中按 照上述的张拉程序分级进行力筋应变数据采集。张拉锚 封锚前切割多余粗筋 梁顶 1 2 曼 C 5 0 干硬性补偿 收缩混凝土封锚块 g l l 50 N 2 5 r 善 l M _2 型 螺 母 l 板 受 力 钢 筋 、M - 2 5 型垫板 l 、螺旋钢筋 1 o l 丽 、内径3 5 m m 管 瓦i 否三 i 高 一 2 4 0 l 5 O 2 5 精 轧螺纹钢 筋 梁底 底板 受力钢筋 图 1 箱梁竖向预 应力布置示意 图 丝堡垫亘 ! 堡 堕 垫亘 1 2 4 o 3 3 5 2 4 0 0 l 一，一 、 、 一 一 r 应 、 竖 向 预 应 力 筋 7 6 7 0 0 2 6 7 0 0 2 图 2竖向预应力筋位置( 单位 ：mm) 固后立即测量预应力筋的应变，通过对比锚固前后的应变 差值可以得出预应力筋锚固的瞬时损失。为了考察竖向预 应力筋锚固后应力损失的发展情况 ，对锚 固后 力筋应变 以 2 mi n的时间间隔进行密集观测 。张拉及锚 固后三根预应力 筋的应变变化情况接近，其中一根力筋的应变与张拉力关 系、锚固后应变的变化情况如图 3 、图 4 所示。 张拉力( k N ) 图 3张拉过程 中力筋应 变 精轧螺纹钢 的理 论弹性模 量为 2 0 O GP a ，当竖 向预应 力筋的张拉控制应力为 7 0 0 MP a 时，对应的理论应变为 路 桥 工 程 一 锚固后时间( rai n ) 图 4 锚 固后 力筋应变 变化 3 5 0 0 ff 。由图 3 可 知 ，张拉锚 固时力 筋应 变实 测值 大 于 理论值，表明预应力筋张拉力达到了设计要求 ，实测应 变 比理论应变大 1 O 左 右 ，原 因包括 张拉 中油泵 、油表 的示数误差，超张拉，以及理论计算中预应力筋弹性模 量取值的误差等。由图 3 、图 4可知，锚固瞬时损失为 1 5 5 ，锚固后力 筋应 变在 波 动变化 中略有下 降 ，但 变 化不大 ，约为 3 O “ 。 4 2 竖 向预应力管道加工及力筋安装定位 管道加工 中注意检 查 了管 道 的微破损 情 况 ，发 现微 破损处及时采 用胶 带封 闭 。对 进浆 管 、出浆管 与力 筋管 道连接处进行仔细 的密 闭性 检查 ，严 防压浆过程 中漏 浆。 微调竖向预应力筋附近普通钢筋位置，保证竖向预应力 筋锚 固端和张 拉端 锚板 的精 确位 置 ，布 置定 位钢 筋 。沿 竖向预应力筋高度方向，适当布置定位钢筋，保证管道 顺直 。采用精细调 平后 焊接辅 助钢 筋 的方法 控制 张 拉端 锚板与预应力筋 的偏角 ，降低预应力损失 。 4 3 张拉锚 固 根据竖向预应力筋为精轧螺纹钢筋的特点，着重从 以下几个方面采取措施 ，提高锚 固效果 ： ( 1 )严把材 料关 ，保 证力 筋 、螺母 无缺陷 。 ( 2 )每座桥竖 向预应 力筋张拉前 ，进行张拉锚固工艺 试验，确定正确的张拉锚固工艺。 ( 3 )研制加工与张拉槽 口形状匹配的施拧扳手。 ( 4 )采用标定螺母旋转角度的方法，辅助校核螺母锚 固效 果 。 5 结束语 竖向预应力筋是防止箱梁腹板斜裂缝 的重要手段 ， 而良好的预应力施工质量是保证预应力筋有效预应力的 前提 。为了保证竖 向预应力的施工质量，必须制订切实 有效的竖向预应力施工专项方案，并进行工艺试验和必 要的现场测试工作，检验方案的可行性。中国水电建设 集团在京沪高速铁路连续箱梁桥竖 向预应力施工中采取 了有效措施 ，始终保持竖向预应力施 工质量处于良好、 可控 的状 态 。 71