桥梁预应力施工技术
2017-01-03
1 工程概况
贵广铁路桂林北至定江左右客车联络线特大桥采用（60+104+60）m连续梁跨桂海高速公路，采用2-68m系杆拱跨桂黄公路。本桥采用挂篮悬臂浇筑连续梁，先梁后拱施作系杆拱，现浇梁部支架。现浇梁预应力钢绞线时，有的张拉束钢绞线伸长量不够，锚下出现裂缝，严重破坏了预应力筋的整体受力状态，会缩短梁体的使用年限。鉴于此，施工时要高度重视这些问题，优化施工方案，从而保质保量完成工程建设任务。
2 预应力钢绞线伸长量不足
2.1 预应力张拉情况 用9-15.2钢绞线制作2-68m系杆拱梁部纵向预应力束，塑料波纹管成孔，内外径分别是70mm、83mm。在顶板和底板内安装预应力束，其中包括51束通长束，通过250吨张拉千斤顶单端张拉。以张拉力与伸长量双控的模式张拉预应力束，重点控制张拉力，同时要严格按设计要求控制伸长量，允许实际值与设计值之间有6%的差值。张拉至底板束N11-3左束，按照设计要求，伸长量应该达到423mm，但是张拉时发出“嘭、嘭”的声音，经检查确定钢绞线伸长量仅为211mm，与设计值相差甚远。
2.2 原因分析 预应力管道堵塞、漏浆;千斤顶标定或预应力管道定位失准;钢绞线缠绕使摩阻力增大;设计计算所用钢绞线弹模值与实际使用的弹模值不一致等等，这些因素都可能造成钢绞线伸长量不达标。在实际施工建设中，应该具体情况具体分析，可以重点从以下几个节点查找原因。
2.2.1 检查张拉设备标定 千斤顶和油表的标定范围准确，为保险起见进行了二次标定。前后两次标定结果基本一致，排除千斤顶和油表对张拉工序的影响因素。
2.2.2 检查张拉设备安装及配套情况 钢铰线、工作锚与夹片不匹配，会增大钢绞线与工作锚和夹片间的摩阻力，损耗张拉力，在这种情况下，钢绞线伸长量很难达到设计要求。经过一番检查，张拉设备安装不配套的因素可以排除。
2.2.3 检查钢绞线 对该批钢绞线二次取样送检。检验后发现，钢绞线的弹性模量是1.97×105MPa。而理论上，是通过1.95×105MPa的弹性模量来计算张拉力，因此可推算出实际检验结果对理论伸长量的影响是（1.97×105-1.95×105）/1.95×105=1.03%。
用高强低松驰钢铰线制作预应力束。钢绞线公称直径标准值为15.24mm，而实际所用钢绞线公称直径比设计值大0.06mm。钢绞线公称直径所对应的面积应该是140mm2，实际却达到了142.7mm2。标准抗拉强度是1860MPa。通过公式计算钢绞线公称直径所对应的面积对理论伸长量的影响：（142.7-140）/140=1.93%。
计算结果显示，实际所用的钢绞线弹性模量大于设计值，在一定程度上影响了伸长量，但基本可排除钢绞线质量不达标的影响因素。
2.2.4 针对张拉过程中发出“嘭、嘭”声音的分析 张拉钢绞线时传来“嘭、嘭”的响声，初步考虑是三种情况所致：一是波纹管破裂。在混凝土浇筑环节，水泥浆灌进孔道，造成孔道阻塞;二是钢绞线穿束时相互缠绕，或钢绞线锈蚀;三是垫板和锚固端挤压套中间存在空隙。仅从伸长量达不到设计要求这一角度来分析，可排除第三种情况。然后集中分析波纹管和钢绞线两种因素。
先考虑波纹管道破裂、漏浆，使钢束和混凝土握裹形成锚固端，缩减了钢绞线伸长量。通过孔道通气通水的方式检测孔道漏浆情况，如果孔道排气通常，流水量正常，则基本排除孔道漏浆堵塞的情况。必要时可以凿开孔道，在与张拉端相距34.728m处凿一50cm长的孔洞，如确实不存在漏浆堵塞问题，再用长2m的钢筋 自从孔洞开始向前后方向探测孔道，若仍未发现堵孔问题，就可以彻底排除孔道漏浆的影响因素。此时，应该重点检查开孔部位的钢绞线，查看其有无缠绕现象，表面是否锈蚀，据此判定导致伸长量达不到设计值，是因为孔道内预应力筋相互缠绕，增大了张拉时的内部摩擦力，内部应力不集中，在这种情况下，即便外部应力已满足要求，但仍无法保证钢绞线伸长量达到设计要求。 2.3 处理方案 发现钢绞线相互缠绕后，建议用25吨千斤顶单根张拉，使之内部应力至少达到设计值的一半，预应力筋松弛度尽量一致，然后利用250吨千斤顶张拉，使所有预应力钢束均匀受力，直至其符合设计要求。张拉后检测钢绞线伸长值为402mm，符合设计要求。如果是孔道堵塞，先清孔，按正规流程逐步张拉，凿孔后用比设计标号高一级的混凝土封孔。
3 锚头下锚板处混凝土变形开裂
3.1 开裂情况 （60+104+60）m连续梁40#T构4#节段N5右束大里程端张拉到设计值的75%时，发现锚板下混凝土变形开裂。
3.2 原因分析 ①锚垫板倾斜，混凝土堵塞喇叭口，造成偏心张拉。②装配的锚具未置入锚垫板凹槽内，张拉时锚具倾斜，锚垫板破裂，最终使混凝土出现裂缝。③槽口处的混凝土因振捣不密实而出现孔洞，抗压强度不够，张拉时锚垫板破裂。④未按规定装配锚下螺旋钢筋和网片钢筋，锚垫板所承受的压力无处分担，压强过大，混凝土开裂。⑤混凝土强度不符合张拉强度要求，张拉过早。根据混凝土开裂现象，初步判断是张拉槽口时混凝土振捣不密实所致。振捣不密实，混凝土内部存在孔洞，承压性能达不到张拉要求，开裂就是必然的结果。
3.3 处理方案 对40#T构4#节段N5右束钢绞线放张、松锚，将张拉端锚垫板卸除，凿除未振捣密实的混凝土后清表，再次安装锚垫板，用比原来混凝土标号高一等级的混凝土重新浇筑，当其抗压强度及弹性模量全部达标后再次张拉。
4 施工注意事项
①在混凝土浇筑环节，先参考设计图进行自检和互检，重点验收隐蔽工程，然后安装预应力波纹管;②检测钢绞线实际的截面积及弹性模量，基于所得数据计算钢绞线实际伸长量;③检修千斤顶后，或者在使用千斤顶时发现异常情况，必须二次校验;④张拉端混凝土浇筑时，先封闭张拉端四周，建议使用小振动棒（Φ2.5cm）振捣波纹管周围的部位，以防漏浆;⑤建议从两端张拉，混凝土压强达标后进行钢绞线穿束，以免钢绞线锈蚀。假设穿束时钢绞线断丝，或存在异常现象，换新钢束重新穿束。若为单端张拉，则建议事先备足钢束，以及时应对突发状况;⑥在穿束过程中，必须编号管理各束钢绞线。按1m～1.5m的间距用铁丝绑扎钢束。为避免波纹管被钢绞线扎破，须将圆头塑料管套在钢束前端，顺着劲穿，穿束后每根钢绞线方向一致，用铁丝绑扎后铁丝扣向里;⑦梁体混凝土强度和弹性模量必须百分之百符合设计要求，预应力张拉工序安排在混凝土浇筑5d后进行。张拉前，先通过试验确定混凝土的抗压强度和弹性模量，根据试验结果逐步进入预应力张拉工序，确保张拉效果符合设计要求。
5 结束语
预应力混凝土施工投入少，跨度大，抗裂性优良，而且结构形式多样，在现代桥梁施工领域应用规模不断扩大。为了提高结构的安全系数，充分发挥设计功能，施工前的组织设计和前期准备工作非常重要。针对施工中常见的质量问题通过周密的布置提前预控，严格执行工艺流程，辅以科学高效的技术措施，就可以最大限度发挥结构设计功能和使用寿命。
参考文献：
[1]周水兴，何兆益，周毅松.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.
[2]铁道部第三工程局.桥涵[M].北京：中国铁道出版社，1994.
[3]朱奋鹏.对公路桥梁施工中预应力技术施工质量控制的探讨[J].现代经济信息，2009（15）.
