连续梁桥钢绞线长束张拉施工技术的应用

连续梁桥钢绞线长束张拉施工技术的应用赵继红刘志远韩振江李增刚(单位：中国建筑第六工程局基础设施事业部通讯地址：湖北省武汉市汉阳区技术经济开发区东荆河路中国建筑第六工程局西四环项目经理部邮编：430056)摘要：预应力技术是现代桥梁建设中越来越重要的施工方法，确保预应力施工的质量，是连续梁桥施工质量和安全的关键，本文阐述了连续粱桥钢绞线长束张拉施工中容易出现的问题，及采取有效的预应力张拉施工工艺，提高预应力施工质量的控制措施。关键词：连续梁桥钢绞线长束预应力张拉质量控制1工程概述本工程为河北省唐山市滨海大道第八标段溯河大桥。大桥位于第八标段东部沿海滩涂地带，距离溯河河口约1km，桥址断面水位受潮水控制，100年一遇标准设计水位为2.89m，最高通航水位为2.39m，最低通航水位为0.3m，通航尺寸1-45×8.5m。其里程为K35+406—K36+134，中心里程为K35+770，跨径为10×30mT梁+（33+55+33）m现浇变截面连续箱梁+10×30mT梁，总长728m。本桥平面位置位于直线接半径R-3000m的右偏圆曲线上，纵面位于R-12000m的凸形竖曲线。梁上部结构主跨采用33m+55m+33m的变截面连续箱梁结构，引桥为30米装配式预应力混凝土连续T梁。主跨为预应力混凝土变截面连续箱梁1联，分左右两幅，上部结构断面为单箱双室箱梁，箱梁根部梁高3.3m，中跨跨中梁高2.3m，边跨支撑点梁高2.0m，顶板厚28cm，底板厚由跨中至根部由28cm变化为40cm，腹板从跨中至根部分两段采用40cm、60cm两种厚度，箱梁高度和底板厚度按二次抛物线变化，变化段长均为26.5m。箱梁顶板横向宽15.5m，箱梁底宽10m，翼缘悬臂长2.75m。箱梁根部设一道厚2.0m的横隔梁，边跨梁端设一道1.2m的横隔梁。2导言在桥梁结构领域中，预应力技术既是一种结构手段又是节段式的施工方法。随着跨越江河湖海的多跨连续梁桥、连续刚构桥或刚构一连续梁组合桥的跨度越来越大，预应力钢绞线束的长度也越来越长，其长束的张拉施工质量显得愈加重要。应将预应力施工提高到一个特别重要的地位，选择正确的施工工艺和采取严格的质量控制措施，是保证长束的预应力施工质量的基础。在笔者从事施工及监理的几座(主跨55—150m)连续梁桥、连续刚构桥或刚构一连续梁组合桥中，上部结构箱梁为单箱单室或单箱双室断面的三向或二向预应力混凝土结构，采用满堂支架现浇或轻型挂篮悬臂平衡逐段浇筑施工。溯河大桥箱梁纵向钢束采用φs15.20—12和φs15.20—15低松弛高强度预应力钢绞线束，同时采用了OVM15-12及OVM15-15预应力张拉锚固体系，纵向预应力束设置为平竖弯相结合的空间曲线，采用高密度聚乙烯塑料波纹管成孔，采取两端张拉的N1至N4钢束长达122m，单端张拉的N5至N8钢束长为32-68m。在这些桥梁的预应力施工过程中，笔者对预应力长束(两端张拉的钢束长100m以上，单端张拉的钢束长30m以上)的张拉施工体会较深，在实践中采取了一些有效的张拉工艺和质量控制措施，取得了良好的效果，现结合本工程总结如下，供大家在类似工程施工中参考。3长钢束张拉施工时容易出现的问题及原因分析预应力钢绞线束张拉时，为达到设计的预期有效应力值，采用张拉力控制、伸长值校核的双控措施，当张拉力达到设计张拉力时，实际张拉伸长值的偏差值应在理论计算伸长值±6％范围内，且每束钢绞线断丝或滑丝数控制为1丝、每个截面的断丝之和不超过该断面钢丝总数的1％。在钢绞线长束张拉施工时，容易出现的问题主要有：（1）随着钢绞线束长度的不断增加，实际伸长值的偏差呈现出由正值向负值变化的趋势，钢束越长，负偏差值越大，甚至超出允许偏差值的下限。（2）出现滑丝时，一般会出现一束当中某根钢绞线（7支钢丝一起）滑移现象。张拉阶段预应力钢束的伸长值取决于张拉力的大小，在一定条件下，对应于某一张拉伸长值，就有确定的张拉力，梁体中每一截面就有确定的有效预应力值，这是一一对应的关系。这样，一旦同一截面中预应力筋的平均应变和理论值比较出现负偏差，就可能出现预应力不足的情况，这对连续梁这样的大型桥梁结构是十分不利的。因此，有必要分析出现上述两个问题的原因，以采取保证张拉施工质量的工艺和措施。从钢绞线的理论伸长值计算公式中，可以得知影响张拉实际伸长值最主要的因素是预应力筋的截面面积、弹性模量与孔道壁摩阻。3.1钢绞线的截面面积同一批次的钢绞线本身的截面面积数值也在140-143mm2之间变化，与参考截面积Sn=140mm2存在着差异，从厂家的材料报告及钢绞线进场后的试验检测报告中看出每一盘的钢绞线截面面积都不相同。由于截面面积值偏大，表现出来的实际张拉伸长值出现负偏差。3.2钢绞线的弹性模量钢绞线在成束使用时，由于每根钢绞线安装顺直程度的差异，加上锚孔与夹片的制作允许偏差，实际上存在着同束各根的长度参差不齐与应力不均现象，反映出的钢绞线束弹性模实质上是一种表观变形模量。另外，同一批次的钢绞线本身的弹性模量数值也在1．94×105-2．05×l05MPa之间，与标准值EP=1．95×105MPa存在着较大差异，可从厂家的材料报告及钢绞线进场后的试验检测报告中看出每一批每一盘的钢绞线弹性模量都不相同。由于弹性模量值偏大，表现出来的实际张拉伸长值出现负偏差。3.3孔道壁摩阻实际张拉的伸长值偏差呈现负值的情况，大体可以反映出孔道实际摩阻的增大。一般来说，下列几个方面都会使张拉伸长值出现负偏差的趋势。①未考虑钢束平弯角度增加的孔道实际摩阻；②钢绞线有锈蚀或者粘附上泥砂、灰浆使钢束与孔道之间的摩擦系数增大；③张拉锚具的喇叭管内有毛刺；④张拉端的喇叭管末端与波纹管形成了折角，张拉垫板平面与孔道中心末端切线不垂直；⑤孔道存在着设计曲线以外的弯曲，导致实际的曲率半径变小；⑥孔道出现漏浆现象；⑦波纹管由于挂篮锚杆预留孔的原因或振捣原因发生了局部的弯曲或变小；⑧逐段悬浇施工的钢束波纹管在节段的分段处连接出现弯折角。后面两点是逐段悬臂施工时最容易和经常出现的。除了上述原因外还包括锚圈口摩阻损失、千斤顶摩阻损失和应力筋回缩引起的应力及伸长值损失。由于上述各种原因造成实际张拉伸长值超出偏差下限的几率增大。3.4钢绞线束滑丝或断丝分析对于钢绞线束出现滑丝或断丝现象进行分析，究其原因主要有：①钢绞线粘附有油污；②钢绞线在施工过程中碰到了电焊火花或者作电焊机导线用，致使其力学性能改变，锚具夹片在受热后失效；③夹片与锚板的锚孔粘附有灰尘或其它脏物；④限位板的限位槽深度偏大；⑤喇叭管末端与波纹管形成了夹角，未能保证两者之间的轴心同心顺直；⑥限位板的限位槽深度偏小。4长钢束张拉工艺为解决预应力筋长束张拉时容易出现的问题，保证其张拉质量，经过现场张拉施工的探索，采取了下面的长钢束张拉工艺：4.1确定理论计算伸长值的计算长度张拉前根据厂家提供的每卷号的钢绞线实际的弹性模量值和截面面积，同时比对每批进场预应力筋试检报告的相应检测值，对设计图纸提供的理论引伸量进行修正；根据《公施规》的要求首先计算出理论伸长值，理论计算伸长值的计算长度应以两张拉千斤顶工具锚夹片之间的实际波纹管道轴心长度为准，曲线段要分段计算(见表-1、表-2)。整体张拉时遵循先长束后较短束的张拉顺序，并按设计要求进行。4.2张拉前的准备工作对两端对称张拉的钢束，在正式张拉前(此时未装工作锚夹片)采用一端千斤顶对钢绞线束进行松动张拉，最好采用YDC240Q型单根钢绞线张拉千斤顶进行，以验证钢绞线在孔道内是否平顺及可变形状态，然后采用与钢绞线颜色反差较大颜色的胶带缠在每根钢绞线上标注出一个断面，以校验量测的伸长值和判别是否出现滑丝或断丝现象。钢束在穿束前首先对每根钢绞线进行编号后再进行编束。4.3预应力张拉双控措施张拉采用张拉力控制及伸长值校核的双控措施。应力筋的张拉采用穿心自锚式双作用千斤顶，张拉千斤顶的额定张拉力为实际张拉力的1.5倍左右，与千斤顶配套使用的压力表采用标定精度为0.4级油浸防震型表，压力表首先要在经过国家授权的具有相应资质的法定计量技术机构进行标定,满足精度要求后再和千斤顶进行配套标定、配套使用。根据张拉设备配套校验标定得出张拉力与油泵压力表读数之间的关系，计算出回归方程，按回归方程计算出张拉力和压力表之间的的对应关系，通过油泵压力表读数控制钢绞线的张拉应力值（见表一、表二）。4.4确定初应力值根据钢绞线束的长度不同及线形选择合适的初应力值。由于长束孔道长，摩阻大，预应力损失大，作为量测伸长值零点的初应力值σo保证此时钢绞线束已处于弹性变形状态。对于长钢束，初应力取值σo一般可取张拉控制应力σcon的15%-25%，甚至可达30%(σcon为张拉时的控制应力，含应力损失值)。4.5推算伸长值根据初应力σo一70%σcon之间实测的张拉伸长值，推算钢绞线束到达张拉控制应力时的伸长值是否超出偏差范围下限，判断是否继续进行钢束的张拉，以便及时采取纠正措施。4.6确定张拉程序由于N1至N4设计为φs15.20—15预应力钢绞线束，根据《公施规》要求选用YCW400A型千斤顶。因千斤顶张拉行程为200mm，钢绞线束的长度为122m，理论计算伸长值为741-742mm，据以上情况确定张拉施工工艺为对称三次张拉程序，张拉程序按如下步骤进行：第一次张拉程序：O→初应力σo(取15%σcon、)→30%σcon→40%σcon持荷5min第一次卸荷锚固；第二次张拉程序：O→40%σcon→70%σcon持荷5min第二次卸荷锚固；第三次张拉程序：O→70%σcon→100%σcon持荷5min第三次卸荷锚固。4.7实际伸长值的量测与校核钢束张拉时实际伸长值的量测是一项重要的操作，按要求应以梁端为基点，量测张拉过程中钢束的实际伸长值，以免使滑丝现象及应力筋回缩被忽略。但此量测方法具体操作时大多较为困难，而仍以量测千斤顶张拉缸的外伸量来计算钢束的实际伸长值，量测及计算方法如下：4.7.1张拉量测参数第一次张拉量测参数：①当千斤顶加油至初应力σo时，应力筋划线、标识并量测划线点至千斤顶的距离L1、量测张拉缸外伸量C1、量工具锚夹片外露量S1；②张拉到相邻级30%σcon时，量测划线点至千斤顶的距离L2、量测张拉缸外伸量C2；③继续张拉到预计应力40%σcon时，量测张拉缸外伸量C3、量工具锚夹片外露长度S2，第一次卸荷锚固后，量工作锚夹片外露量，可算出第一次应力筋回缩量δ1。第二次张拉量测参数：①从零点开始张拉到40%σcon时，量测张拉缸外伸量C4、量工具锚夹片外露量S3；②张拉到70%σcon时，量测张拉缸外伸量C5、量工具锚夹片外露量S4，第二次卸荷锚固后，量工作锚夹片外露量，可算出第二次应力筋回缩量δ2。第三次张拉量测参数：①从零点开始张拉到70%σcon时，量测张拉缸外伸量C6、量工具锚夹片外露量S5、；②张拉到100%σcon时，量测张拉缸外伸量C7、量工具锚夹片外露量S6，量测划线点至千斤顶的距离L3，第三次卸荷锚固后，量工作锚夹片外露量，可算出第三次应力筋回缩量δ3。4.7.2实测伸长值的计算钢束第一次张拉的实测伸长值为△L1-1=(C3-C1-ΔS1-2)(式中ΔS1-2为工具锚夹片从初应力至40%σcon时之间锲紧钢绞线而引起的回缩值，ΔS1-2=S1-S2，约1-2mm，ΔS1-2值可从工具锚板外钢绞线的前后外露量得到校核)。钢束第二次张拉的实测伸长值为△L1-2=(C5-C4-ΔS3-4)(式中ΔS3-4为工具锚夹片从40%σcon至70%σcon时之间锲紧钢绞线而引起的回缩值，ΔS3-4=S3-S4，约2-3mm，ΔS3-4值可从工具锚板外钢绞线的前后外露量得到校核)。钢束第三次张拉的实测伸长值为△L1-3=(C7-C6-ΔS5-6)(式中ΔS5-6为工具锚夹片从70%σcon至100%σcon时之间锲紧钢绞线而引起的回缩值，ΔS5-6=S5-S6，约2-3mm，ΔS3-4值可从工具锚板外钢绞线的前后外露量得到校核)。4.7.3实际伸长值△LS的计算△L1=△L1-1+△L1-2+△L1-3