高架桥长钢束预应力施工实践

陈文灏

(福州兢成建设监理咨询有限公司)

1 工程概况

1.1 工程简介

福州市西二环梅峰高架桥工程,设计标准为城市I级主干道,行车速度 50 km,设计荷载为城—A级,设计地震基本烈度为 7度。最大纵坡 6%,采用预应力混凝土连续梁桥,代表跨径 30m。

箱梁和梁底支座垫石均采用 C50混凝土。桥墩、桥台、承台及防撞栏杆采用C30混凝土。

高架桥全长 406.7m:第一联(5×30)m,第二联(27+30+27)m,第三联(26.35+30+26.35)m,第四联(4×30)m。

1.2 预应力钢铰线的特点

工程预应力钢铰线的技术标准符合 GB 5224-1997标准,采用公称直径为 Φ15.24mm,标准强度为 1 860MPa的低应变钢铰线。

1.3 有关锚具、夹片的设计要求

预应力锚具采用符合国际预应力混凝土协会FIP标准的I类锚具,其锚固效率系数大于 95%。预应力锚具采用规格为 15-19、15-15、15-12、15-4型锚具,固端锚具采用 15-19P、15-4P型锚具,连接器采用 15-19L、15-4L型连接器。

2 钢绞线张拉施工工艺

2.1 张拉材料、设备的检测、标定

有关材料、设备到现场严格按规范要求,由具有资质的计量检测单位进行检测、标定。

(1)金属波纹管

依据《预应力混凝土用金属螺旋管》JG/T3013-1994对送检的两组金属波纹管进行径向刚度性能、荷载作用后抗渗漏性能进行检测。

(2)钢绞线

依据《预应力混凝土用钢铰线》GB/T5224-2003对送检的钢绞线进行松弛性能、拉伸性能、弹性模量等进行检测。

(3)锚具、夹片

依据《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2000、《金属洛氏硬度试验 第 1部分:试验方法》GB/T230.1-2004对送检的工作锚板及工作夹片进行检测。

(4)千斤顶与压力表、油泵及油路管线

依据《压力表式液压千斤顶测力装置》JJG(闽)17-1998在环境温度为 20℃时对送检的千斤顶进行检测。

2.2 张拉控制力 σK的计算

张拉控制力 σK按照预钢铰线标准强度的 75%进行控制,即 σK=1 860×75%=1 395MPa。数值见表 1。

表 1 张拉力与压力表读数对照表

2.3 伸长量的计算

根据现场经验,伸长量的计算套用《公路桥涵施工技术规范》精确计算公式和简化计算公式所得结果相比,两者差值非常小,所以工程采用简化公式进行计算

式中:P为预应力钢束平均张拉力,N;L为从张拉端锚下到计算截面孔道长度,m;Ay为钢铰线束总截面积,mm2;Ey为钢铰线弹性模量,MPa,取试验值。

2.4 张拉操作工艺

本桥主梁为现浇连续箱梁,采用纵横向预应力,横向预应力设置在中横梁处,每个横梁 8束,分上下两层,采用OVM 15-12锚具,一端固定,一端张拉。纵向腹板束采用OVM 15-15型锚具和 15-19型锚具,15-15型使用在第二、第三联,15-19型使用在第一、第四联,底板、顶板束均采用 OVM15-4型锚具。主梁采用C50混凝土,设计要求在箱梁混凝土达到 85%强度时方可张拉。

(1)波纹管的安装

按照图纸的坐标放样,制作分段的定位钢筋。安装时,将波纹管顺定位钢筋的走向进行定位安装。施工中钢筋与波纹管相碰时,在征得技术人员及现场监理的同意后,适当调整钢筋的位置。

预应力锚具配套设有M 27压浆孔,在波纹管安装时,从各个锚固端将排浆管引到箱梁顶面,弯曲束的顶面边留在排气管,采用聚乙烯 Φ25塑料管引出。

(2)穿束

根据规范要求,钢绞线可先穿或后穿,为了防止预应力孔道上浮,本工程采用先穿。

(3)张拉准备

①拼装张拉架搭设张拉平台,创造安全生产的环境。

②按规定配套安装油泵及千斤顶。

③千斤顶安装与钢铰线束轴线保持一致,并设悬挂装置。

(4)锚具安装

①按设计要求配套安装规定的锚具。

②先清理锚板,去掉多余波纹管及钢绞线上杂物。

③套入锚具,安装夹片,用Φ20钢管轻轻敲紧。

(5)张拉顺序

①先张拉横向束,横向束使用 OVM 15-12型锚具,一端固定,一端张拉,在横梁两侧箱梁均是满跨灌注完混凝土的情况下,先张拉 S1-1、再张拉 S1-2、S2-1、S2-2,未灌注完满跨段一侧的横梁先拉S1束,S2束待灌完箱梁混凝土后再张拉。

②纵向束张拉顺序

先张拉中腹板钢束,从下往上,先拉 F3再拉 F2、F1。

再交替对称张拉边腹板钢束,也是从下往上,先F3再拉F2、F1。

张拉底板、顶钢束时,先张拉底板,从中间向两边对称张拉,再拉顶板,也是从中间向两边对称张拉。

桥张拉采用分级交替张拉的办法施工预应力,两端张拉时一端先张拉到上一个级别,另一端再张拉到同一个级别,如此交替直至张拉结束。

张拉时用伸长量进行校核

式中:△L1为实测的伸长值;△L2为 0～0.1σK时的推算伸长量。

实测伸长量与设计理论伸长值误差小于±5%为合格。

2.5 压浆操作工艺

(1)孔道压浆采用水泥浆,水泥浆的配比由试验确定,宜采用硅酸盐水泥式普通水泥,水灰比为 0.4～0.45,掺入适量减水剂时,水灰比可减少到 0.35。

(2)张拉后应尽早压浆,压浆前须将孔道冲洗干净,保持湿润,如有积水、杂物应用高压空气进行清除。

(3)用活塞式压浆机从压浆孔道的最低点压入,最大压力为 0.5～0.7MPa,当孔道较长时或采用一次压浆时最大压力可达 1MPa。为了保证管道压浆密实,不存留游离水,一般每一孔道的两端先后各压浆一次,两次间隔时间一般为30～ 45min。

(4)压浆应达到孔道另一端饱满和出浆,并应达到排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止。

(5)压浆后将锚具周围冲洗干净并凿毛,恢复钢筋进行封头。

3 汽车荷载试验结论

(1)第一联预应力钢筋混凝土连续箱梁边跨跨中箱梁底板及翼缘板纵向拉应力增量的最大值为 2.08MPa,大于C50混凝土的抗拉强度设计值 1.89 MPa;中支座截面底板大部分处于受压状态,各测点纵、横向拉应力增量均未大于C50混凝土的抗拉强度设计值;第二联预应力混凝土连续箱梁边跨跨中箱梁底及翼缘板纵向拉应力增量的最大值为2.69MPa,大于 C50混凝土的抗拉强度设计值 1.89MPa;中支座截面底板大部分处于受压状态,各测点纵、横向拉应力增量均未大于 C50混凝土的抗拉强度设计值。

(2)第一联预应力钢筋混凝土连续箱梁在两种工况的汽车荷载作用下,主梁边跨跨中截面挠度实测增量最大值为工况一时的 6.11mm;第二联预应力混凝土连续箱梁在汽车荷载作用下,主梁边跨跨中截面挠度实测增量最大值为工况三时的7.97mm。各工况下的挠度实测值沿桥宽、桥跨颁布具有一定的规律性。各测试截面残余变形较小,恢复性较好。

(3)汽车荷载静载试验表明,在试验汽车荷载作用下,测试桥的上部结构受力性能正常。

4 结 语

预应力线拉工艺是桥梁预应力构件施工的重要环节,特别是张拉应力及伸长量的控制,会直接影响预应力结构使用寿命,因此在预应力施工中,要充分做好张拉前的准备工作,在张拉过程中一定要按技术规范操作,以确保工程质量。

[1] 公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000).人民交通出版社,2006.

[2] 公路工程技术标准(JTG B 01-2003).人民交通出版社,2006.

[3] 公路工程质量检验评定标准(JTG F80/1-2004).人民交通出版社,2004.

[4] 公路施工手册 -桥涵 .交通部第一公路工程公司 .人民交通出版社,2000.