趙振東

(中水電鄭州投資公司，河南鄭州 450001)

0 引言

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)作為克服橋梁跨度不斷增大的有效手段已被廣泛使用。但預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量對橋梁整體質(zhì)量的影響較大，有效預(yù)應(yīng)力的大小將直接影響橋梁的受力性能。因此，通過控制預(yù)應(yīng)力后張法施工張拉前、張拉及灌漿等階段的質(zhì)量來減少預(yù)應(yīng)力損失值，是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制的一個重要內(nèi)容。本文將針對鄭州三環(huán)路快速化工程施工中預(yù)應(yīng)力后張法施工質(zhì)量控制問題進(jìn)行初步探討。

1 工程概況

鄭州三環(huán)路快速化工程，是鄭州市重點工程之一，項目位于鄭州的中心城區(qū)，是鄭州市主城區(qū)快速路系統(tǒng)“一環(huán)兩縱三橫”中的關(guān)鍵“一環(huán)”。

西三環(huán)隴海路互通立交是三環(huán)路快速化的控制性工程。其中，隴海路主線長度 1114m(K-1+494.30～ K0+599.26)，共11聯(lián)。西三環(huán)主線長度2470m(K6+157.29～K8+627.61)，共28聯(lián)。西三環(huán)立交南北向為西三環(huán)快速通道，東西向為隴海路快速通道，立交包括 ES，EN，NE，NW，WS，WN，SE，SW，JS九條匝道，共69聯(lián)。

2 預(yù)應(yīng)力損失計算

GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的預(yù)應(yīng)力損失值有張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮σl1、預(yù)應(yīng)力筋的摩擦(與孔道壁之間的摩擦、張拉端錨口摩擦、轉(zhuǎn)向裝置處的摩擦)σl2、混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時，受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫差σl3、預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛σl4、混凝土的收縮和徐變σl5、混凝土的局部擠壓σl6。同時規(guī)范中還建議后張法的預(yù)應(yīng)力損失按照表1進(jìn)行組合。

表1 各階段預(yù)應(yīng)力損失值的組合

自20世紀(jì)50年代以來，各國學(xué)者對采用高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行了大量試驗與分析，并估算了預(yù)應(yīng)力損失值。1975年，美國公路橋梁規(guī)范(AASHTO)對預(yù)應(yīng)力鋼筋總損失值作出了規(guī)定，如表2所示。

表2 預(yù)應(yīng)力鋼筋總損失值

1976年，美國后張混凝土協(xié)會(PTI)也對后張預(yù)應(yīng)力筋近似總損失值作出了相關(guān)規(guī)定。

由于預(yù)應(yīng)力總損失值取決于很多因素，如:混凝土和鋼材的性能，養(yǎng)護(hù)與濕度條件，預(yù)加應(yīng)力的時間和大小以及預(yù)應(yīng)力工藝等，所以很難制定統(tǒng)一的預(yù)應(yīng)力損失值。針對在常規(guī)條件下養(yǎng)護(hù)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，林同炎提出了用張拉控制應(yīng)力σcon表達(dá)的總損失及各組成因素?fù)p失的平均值，如表3所示。

表3 預(yù)應(yīng)力損失值 %

影響預(yù)應(yīng)力損失的因素很多且相互制約，個別預(yù)應(yīng)力的損失甚至與時間相關(guān)，再加上施工環(huán)境的復(fù)雜多變，因此施工中很難精確計算預(yù)應(yīng)力的損失而只能進(jìn)行合理的估算。

施工中首先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的孔道摩擦損失實驗，確定預(yù)應(yīng)力張拉的損失值。將設(shè)計的受力值確定為施工中修訂后的控制值。

3 箱梁施工階段的質(zhì)量控制

3.1 波紋管的鋪設(shè)與錨墊板的安裝

1)箱梁施工中要嚴(yán)格控制波紋管的鋪設(shè)與錨墊板的安裝質(zhì)量，確保鋼絞線受力方向正確，每50cm用定位筋對波紋管進(jìn)行加固。波紋管扭曲或者錨墊板位置錯誤都將影響預(yù)應(yīng)力損失值的大小和受力分布。2)錨墊板與孔道嚴(yán)格對中并垂直。通過在錨墊板與模板之間加一層橡膠墊對錨墊板上的注漿孔進(jìn)行封堵，防止?jié)仓r混凝土漏入孔道將注漿孔堵死，給施工造成困難。

3.2 鋼絞線下料及穿束

1)鋼絞線束下料長度=錨固長度+工作長度，工作長度為兩端錨具之間的預(yù)應(yīng)力筋長度。2)預(yù)應(yīng)力束鋼絞線采用整束穿入，穿入孔道前鋼絞線排列理順，延長度方向每隔2m用鐵絲捆扎一道。波紋管的接口極易破損，所以穿束時要緩慢進(jìn)行，為了減少鋼束對波紋管接口的沖擊使鋼絞線順利通過孔道，應(yīng)扎緊鋼束的前端并裹膠布。安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行全面檢查，以查出可能被損壞的管道。如發(fā)現(xiàn)波紋管被損壞，應(yīng)及時用膠帶纏裹緊密，避免發(fā)生漏漿。3)箱梁施工中安排專人拉動鋼絞線，以避免因波紋管破裂堵管影響預(yù)應(yīng)力施工。

4 張拉前的準(zhǔn)備工作

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度90%以上可施加預(yù)應(yīng)力，張拉施工可分為三階段(預(yù)張拉、初張拉、終張拉)或兩階段(初張拉、終張拉)施工，隴海路互通立交橋梁預(yù)應(yīng)力張拉根據(jù)設(shè)計采用兩階段施工。

施工前首先對鋼絞線理論伸長值進(jìn)行計算，并制成表格，用以指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力張拉，千斤頂、油表標(biāo)定完畢，根據(jù)油表標(biāo)定的結(jié)果繪制油表讀數(shù)與張拉力的曲線，并根據(jù)曲線確定相應(yīng)張拉力對應(yīng)的油表讀數(shù)。張拉施工工人進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量控制。

4.1 原材、張拉設(shè)備檢驗

鋼絞線、錨具進(jìn)場時，必須具有合格證，施工現(xiàn)場進(jìn)行質(zhì)量驗收并按批次、數(shù)量進(jìn)行原材料檢驗，不合格產(chǎn)品不得使用。

1)預(yù)應(yīng)力材料為φs15.2高強(qiáng)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線(GB/T 5224-2003技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860MPa，鋼絞線試驗不合格不得使用。鋼絞線的表面不得有潤滑劑、銹蝕的現(xiàn)象，更不得有肉眼可見的麻坑。

2)波紋管采用塑料波紋管，要求滿足JTJ 529-2004預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管的要求，波紋管表面要清潔、無裂紋現(xiàn)象。接口必須牢固，用塑料膠帶進(jìn)行纏裹，保證混凝土澆筑期間波紋管內(nèi)不發(fā)生漏漿現(xiàn)象。

3)錨具夾片的表面應(yīng)無砂眼、裂縫和小坑等現(xiàn)象。對錨環(huán)或錨板應(yīng)進(jìn)行幾何尺寸和錐度檢驗，并應(yīng)仔細(xì)查看錐孔面是否光滑，有無毛刺及小坑等不平的現(xiàn)象，并做硬度檢驗。對錨具按5%頻率進(jìn)行抽檢。

4)張拉設(shè)備千斤頂(穿心式雙作用千斤頂)、電動油泵、壓力表、油管全套設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一檢測，配套千斤頂、壓力表。

5)擠壓式錨具所配套擠壓設(shè)備經(jīng)檢驗合格后才可使用。凡屬下列情況之一者應(yīng)重新進(jìn)行配套標(biāo)定:a.啟用新千斤頂或新壓力表;b.張拉預(yù)應(yīng)力筋時連續(xù)發(fā)生斷絲現(xiàn)象;c.實測預(yù)應(yīng)力筋的伸長值與計算值超標(biāo);d.千斤頂嚴(yán)重漏油，重新更換油封者;e.壓力表指針不回零。

4.2 預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備及儀表要求

預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備及儀表要求如下:

1)張拉千斤頂額定噸位宜為張拉力的1.5倍，且不得不小于其1.2倍。使用前應(yīng)校正張拉千斤頂，校正系數(shù)不大于1.05。張拉千斤頂校正有效期為一個月且不超過200次張拉作業(yè)，其行程也應(yīng)滿足相關(guān)工藝的要求。2)千斤頂標(biāo)定可采用水銀壓力計或壓力傳感器等測力計進(jìn)行標(biāo)定。3)壓力表首次使用前必須經(jīng)計量部門檢定。使用時必須定期檢定，檢定有效期為一周。當(dāng)使用0.4級時，檢定有效期可為一個月。壓力表應(yīng)為防振型，最大讀數(shù)應(yīng)為張拉力對應(yīng)壓力值的1.5倍～2.0倍，精度不應(yīng)低于1.0級。4)油泵的額定壓力應(yīng)為張拉力對應(yīng)值的1.5倍。油箱容量宜為張拉千斤頂總輸油量的1.5倍。張拉千斤頂、壓力表、油泵等應(yīng)配套校正、配套使用。當(dāng)使用過程中出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)重新校正。

5 預(yù)應(yīng)力張拉施工

5.1 錨具及千斤頂安裝

錨具及千斤頂安裝順序為:

1)完成張拉機(jī)具的檢驗工作;2)安裝工作錨板;3)安裝工作錨夾具;4)安裝限位板;5)安裝千斤頂;6)安裝工具錨;7)安裝工具錨夾片，如圖1所示。

圖1 錨具及千斤頂安裝

5.2 預(yù)應(yīng)力張拉

預(yù)應(yīng)力張拉分為初張拉和終張拉兩個階段，初張拉開始前先松動內(nèi)模和側(cè)模，初張拉在梁體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值的90%后進(jìn)行，初張拉后方可拆除底模及支撐。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計值且混凝土齡期不少于7d時，開始初張拉。預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)兩端同步、左右對稱進(jìn)行，最大不平衡束不超過1束。預(yù)施應(yīng)力采用張拉應(yīng)力值控制為主，采用雙控措施復(fù)核、控制伸長值，保持張拉過程中兩端的伸長值一致。

張拉控制:用油壓表讀數(shù)控制張拉應(yīng)力值并通過以預(yù)應(yīng)力筋伸長值校核，如圖2所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力張拉控制

5.3 預(yù)應(yīng)力張拉順序

按照設(shè)計圖的規(guī)定及張拉順序張拉鋼絞線。張拉時左右對稱張拉，最大不平衡束不超過1束，錨外控制應(yīng)力為0.66fpk～0.76fpk。

預(yù)應(yīng)力筋張拉程序為:

0→0.1 σk(作伸長值標(biāo)記)→σk(停止5min)→補(bǔ)拉 σk(測伸長值)→錨固(張拉頂油壓回零，測量總回縮量及夾片外露量)。

預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時采用雙控，即以控制拉力為主，控制鋼束實際伸長值為輔，且實測伸長值與理論伸長值的相對誤差不得超過±6%。

張拉時鋼束理論伸長值ΔL計算如式(1)所示:

其中，ΔL為預(yù)應(yīng)力鋼束理論伸長值;P為預(yù)應(yīng)力筋張拉力;Lt為預(yù)應(yīng)力筋的實際長度;Ap為預(yù)應(yīng)力筋的截面積;Es為應(yīng)力鋼束的彈性模量。

實測伸長值:預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉時，應(yīng)將張拉力調(diào)整到初應(yīng)力值0.1σcon，伸長值應(yīng)從初應(yīng)力時開始量測。鋼絞線的實際伸長值除量測的伸長值外，必須加上初應(yīng)力以下的推算伸長值。

當(dāng)計算的實際伸長值不在規(guī)范誤差范圍內(nèi)應(yīng)停止張拉，查找原因。

5.4 灌漿、封錨

預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，應(yīng)及時壓漿(可有效減少預(yù)應(yīng)力筋的松弛)。水泥漿水灰比宜采用0.40～0.45，最大泌水率不超過3%，水泥漿自調(diào)制到灌入孔道延續(xù)時間不宜超過30min～45min。壓漿應(yīng)從排氣孔壓出與規(guī)定稠度相同水泥漿為止，以保證管道中充滿灰漿，關(guān)閉出漿口時，應(yīng)保持0.6MPa的一個穩(wěn)定期，穩(wěn)壓期不宜少于2min。

錨固完畢，在灌漿完成，強(qiáng)度達(dá)到要求后，經(jīng)檢驗合格不急于切斷多余鋼絞線，報監(jiān)理驗收合格后，錨固后的外露長度不小于30mm。

6 張拉注意事項

1)在施加預(yù)應(yīng)力前應(yīng)做好鋼絞線進(jìn)場后的報驗、千斤頂和油表以及配套油泵的校驗工作。張拉設(shè)備設(shè)專人保管使用，并定期檢驗、標(biāo)定、維護(hù)。張拉前仔細(xì)檢查錨具下面混凝土是否密實，如不密實，應(yīng)用環(huán)氧樹脂進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，再進(jìn)行張拉作業(yè)。2)預(yù)應(yīng)力施工時采用單端張拉和兩端張拉兩種方式，以張拉應(yīng)力和張拉伸長值進(jìn)行“雙控”控制，并以張拉應(yīng)力控制為主。3)張拉應(yīng)緩慢進(jìn)行，逐級加荷，穩(wěn)步上升，防止發(fā)生事故;專人記錄張拉力和伸長值，對張拉力進(jìn)行校核，防止壓力表故障造成張拉不足;張拉至設(shè)計油壓值后，持荷5min并測量伸長值，然后將張拉油壓緩慢降至零，活塞回程夾片自動跟進(jìn)錨固;張拉完畢后，卸下千斤頂及工具錨，檢查工具錨處每根鋼絞線的刻痕(若刻痕不平齊說明有滑束現(xiàn)象，要對滑束進(jìn)行補(bǔ)拉，使其達(dá)到控制應(yīng)力，每束鋼束中斷絲滑絲數(shù)不得超過1根鋼絲)。

通過對預(yù)應(yīng)力后張法施工的各個環(huán)節(jié)(張拉前、張拉階段和灌漿)的質(zhì)量控制，在隴海路互通立交現(xiàn)澆梁施工中取得了優(yōu)良的效果，橋梁一次合格率達(dá)到100%，圓滿的完成了施工任務(wù)。

［1］杜拱辰.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1988.

［2］呂志濤.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力設(shè)計［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1988.

［3］林同炎.Design of Prestressed Concrete Structure［M］.北京:中國鐵道出版社，1981.

［4］周 氐.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范理解與應(yīng)用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［5］鄭文忠.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力損失的近似估算和簡化計算［J］.工業(yè)建筑，1999(3):121-123.

［6］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.