浅谈中承式砼拱桥中的预应力施工工艺

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  前 言
   现代桥梁,尤其是城市桥梁,已不再仅仅是传统意义上跨越障碍的通道,在实现其功能价值的同时,人们越来越重视桥梁建筑的审美价值,许多桥梁已成为城市的标志性建筑。中承式钢筋砼拱桥,近年来发展速度迅猛,它是集桥梁结构学、结构力学、土力学与材料科学等技术为一体,具有很高的技术含量和发展远景。
  1、工程概况
   我公司承建的略阳县城三河口大桥为中承式钢筋混凝土拱桥,主跨拱肋采用箱形钢筋混凝土结构,本桥为25.5m+76m+25.5m三跨钢筋砼中承式拱桥,全长127m。主跨拱肋计算跨径为72m。边跨拱肋计算跨径为21.5m。矢高20m,拱轴线为悬链线,拱轴系数1.543,净矢跨比为1/3.6。主跨桥面以下拱肋做成实心段。每片拱肋高2m,宽1.5m。边跨拱肋计算跨径为21.5m,矢高8.52m,拱轴线为圆弧。横桥向由两片拱肋组成,净距为16m,中心距17.5m。如此大跨度的砼拱桥施工在全国也极其少见 。
  
  
  2、中承式砼拱桥预应力施工的构造
  中承式砼拱桥预应力施工是全桥施工的一个重点也是一个难点 。它由拱肋、横梁(端横梁,拱肋横梁,A、B、C型梁 )、吊杆、系杆、锚具、钢绞线等构成。
  3、中承式砼拱桥预应力施工的特点
   预应力混凝土除了具有钢筋混凝土的所有优点外,它的主要特点是:1.预应力混凝土结构,由于能够充分利用高强度材料(高强度混凝土、高强度钢筋),所以构件截面小,自重弯矩占总弯矩的比例大大下降,结构的跨越能力得到提高。2.全预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝,即使部分预应力混凝土梁在常遇荷载下也无裂缝,鉴于全截面参加工作,结构的刚度就比通常开裂的钢筋混凝土结构要大。因此,预应力梁可显著减少建筑高度,使大跨径桥梁做得轻柔美观。
  4、技术要求
  4.1拱肋
   拱肋采用箱形钢筋砼结构,顶板、底板和腹板厚度均为0.3m,主跨桥面以下及边跨拱肋做成实心段。每片拱肋宽2.0m,高1.5m。根据施工图纸内容要求,本工程的拱肋从桥两端向中间推进,也就是说,先施工两跨25.5m的侧跨,然后再分三段合拢主桥的拱肋。
  
  
  4.2、横梁
   横梁分为端横梁,拱肋横梁,A、B、C型梁;A、B型梁采用现场预制;横梁,拱肋横梁和C型梁采用现场浇筑。横梁的预应力管道位置允许偏差如表1所示。且混凝土构件必须达到85%的设计强度等级值后和混凝土龄期不少于7天方可进行预应力张拉。
  
  
  4.3、锚具和张拉设备
   我项目部采用OVM15-6~9群锚体系,和经国家质量认定和监理工程师认可的锚具厂产品。
  
   施工时选用配套的YCW250柳州产张拉千斤顶,并配齐配套高压油泵。梁体混凝土强度达到85%设计强度(掺早强剂后混凝土龄期达约7天后即可达到)开始张拉油泵与千斤顶配套。
  4.4、混凝土
   混凝土的配合比应符合设计要求,采用机械搅拌,并应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002)》的规定。
   水泥进场使用前,应对其品种、级别、包装仓号、出厂日期等进行检查,并分批对其强度、安定性及其他性能指标进行复验。
   砂:天然中粗砂,砂粒要求坚硬洁净,含泥量不超过5%,且其它物理力学性能必须符合规范要求。
   碎石:采用坚硬的石灰岩,粒径5-20mm,级配由试验确定。
   外加剂:选用FDN外加剂,降低水灰比,增大砼的流动性。减水剂的质量及使用应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB 8076、《混凝土外加剂应用技术规范》GB 50119及有关环境保护的规范和要求。
   水:采用饮用水。
  4.5、高强钢绞线
  按设计要求购买型号为15-7Φ5钢绞线,其质量必须无损伤、无死弯、无严重锈蚀。进料必须有出厂合格证和试验、化验单。使用前逐盘抽样作抗拉、抗弯试验,性能符合有关规定的要求。
  4.6系杆与吊杆
   主桥为克服拱肋产生的水平推力,设置了柔性系杆,全桥共4根系杆索,单侧2根。系杆索由15-31型高强度低松弛环氧钢绞线制成,外包HDPE保护层,系杆索通过支撑架布置于中横梁上,锚固在边拱肋尾端。单侧系杆张拉力为6000KN,单束系杆张拉力3000KN,安全系数大于2.5。系杆索在预制桥面板安装完毕后一次张拉到位。
   主桥沿桥轴向单侧布置吊杆8根、吊点标准中心距为6.0m;采用双侧单吊杆。吊杆采用钢绞线整束挤压吊杆,索体由高强度低松弛环氧喷涂钢绞线制成,与锚具整体挤压后成为一体。边吊杆采用15-22型,安全系数大于3.5, 其余吊杆采用15-19型,安全系数大于3.0。
  5、主要施工技术
  5.1、系杆施工:
   5.1.1、工艺流程
   备料→系杆下料→剥除系杆索两端PE护层→清洗钢绞线表面油脂→系杆索及锚具安装→拉索张拉→安装减震块→灌浆。
   5.1.2、操作要点
   系杆安装要求严格施工工序间管理和监控,施工队伍需具备系杆拉索施工技术素质,掌握其施工工艺。安装时不得磕碰敲击损坏锚具,不得损坏拉索的材质,不得使其产生变形。
   系杆张拉应根据设计要求的张拉顺序张拉,张拉时力求两端及上下游两侧对称、同步进行。在风撑接头焊接时,必须采取措施保护系杆,防止焊渣烧坏系杆保护层。如系杆钢索受损,则必须报废,更换新索。
   对系杆锚具密封筒内灌浆是系杆拉索的一项重要防护措施,浆体凝固后对钢绞线起到防腐保护作用,同时对拉索产生的握裹力可承受拉索的部分动载。灌浆后封好灌浆孔和排气孔,将锚具表面的沙浆清除干净。安装保护罩,并在保护罩内注满专用防腐油脂。
  5.2、横梁
   5.2.1、工艺流程
   先浇混凝土,待混凝土达到设计强度75%以上,再张拉钢筋(钢筋束).其主要张拉程序为:埋管制孔→浇混凝土→养护混凝土构件→穿筋张拉→锚固→灌浆(防止钢筋生锈)。其传力途径是依靠锚具阻止钢筋的弹性回弹,使截面混凝土获得预压应力,这种做法使钢筋与混凝土结为整体,称为有粘结预应力混凝土。有粘结预应力混凝土由于粘结力(阻力)的作用使得预应力钢筋拉应力降低,导致混凝土压应力降低,所以应设法减少这种粘结。这种方法设备简单,不需要张拉台座,生产灵活,适用于大型构件的现场施工。
   5.2.2、操作要点
   本桥横梁分五类:吊杆横梁(A型)、立柱横梁(B型)、边跨近桥台的第一根中横梁(C型:与边拱肋固结)、拱肋横梁以及端横梁。所有横梁均采用预应力混凝土结构,桥面横坡通过横梁自身的变高度来实现。A型和B型横梁间距为6.0m,采用预制T形断面:翼宽0.85m、翼厚0.20~0.35m、肋厚0.55m、高1.30~1.42m。A、B型横梁每个设置6根15.2-7的预应力钢绞线,分两批张拉,预制时张拉一批,上桥面系之后,现浇固结段之前张拉后期预应力。C型横梁断面与A、B型一致,与边拱肋固结,采用支架现浇施工。每个C型横梁设置6根15.2-7的预应力钢绞线,拆除支架前张拉完毕。拱肋横梁为带倒角的矩形断面,高1.45m,宽1.3m。每个拱肋横梁设置6根15.2-9的预应力钢绞线,拆除支架前张拉完毕。端横梁为带牛腿的箱形断面,高1.982~2.102m,宽1.41m,壁厚0.3m,牛腿宽0.55m。每个端横梁设置7根15.2-9的预应力钢绞线,拆除支架前张拉完毕。
   1)A、B、C型中橫梁预应力张拉
  
  
   A、B、C型梁钢束可分为两次进行张拉。在预制场,先张拉N1和N3钢束,张拉控制力为0.7gPK=1266.8KN,在桥面板吊装铺设结束后,在湿接缝未现浇之前,再张拉N2钢束,张拉控制力为0.68gPK=1230.6KN。
   每批钢束按照同步、均匀、对称的原则进行张拉。
   钢束张拉时,采用预应力和引伸量双控制,引伸量已扣除10%的初引伸量值。
  
  
  ④、张拉到设计吨位时,实际引伸量和理论引伸量的差值应控制在±6%以内。张拉吨位够而引伸量不够时,应继续张拉,直到引伸量达到控制范围值内为止。钢束张拉结束后,用切割机切掉端头钢绞线,钢绞线头在锚头处留3-5cm,然后用水泥浆封实锚头,待水泥凝固后,孔道内采用C40水泥浆真空灌浆,且孔道内水泥浆必须充盈、饱满,灌满水泥浆后,将一端排气孔和另一端进浆孔用干硬性水泥填充实。然后浇筑封锚C50混凝土,封錨混凝土一定要振捣密实。
   2)拱肋横梁预应力张拉
   、按照对称、均匀、同步的原则,上下为一组对称张拉,采取单端张拉。
  
  
  、预应力钢束采用一端张拉工艺,预应力钢绞线的标准抗拉强度为1860MPa,张拉控制力为1302MPa,一束张拉力为1628.8KN。张拉到设计吨位时,实际引伸量和理论引伸量的差值应控制在±6%以内。张拉吨位够而引伸量不够时,应继续张拉,直到引伸量达到控制范围值内为止。
  
  
  、钢束张拉结束后,用切割机切掉端头钢绞线,钢绞线头在锚头处留3-5cm,然后用水泥浆封实锚头,待水泥凝固后,孔道内采用C40水泥浆真空灌浆,且孔道内水泥浆必须充盈、饱满,灌满水泥浆后,将一端排气孔和另一端进浆孔用干硬性水泥填充实。然后浇筑封锚C50混凝土,封锚混凝土一定要振捣密实。
  ④、张拉结束后将锚头部分拱肋钢筋焊接好,焊接长度必须满足单面焊10d要求,然后用C50膨胀性混凝土浇筑封锚。
  
  
  3)端横梁预应力张拉
  按照对称、均匀、同步的原则,先张拉Ny11、Ny21,再张拉Ny12、Ny22,采取单端张拉;再张拉Ny13采取两端同时张拉;最后张拉Ny31、Ny32,采取单端张拉。
  
  
  质量管理措施
   6.1 严把预应力张拉材料进场质量检查关。首先要检查混凝土构件的抗压强度是否符合设计要求;其次对进场的材料检查出厂合格证,最后对进行的钢绞线、波纹管、锚具随机取样,送有检测资质的单位对其拉伸度、抗压强度、硬度等指标进行检测,不合格的产品一律不得使用。
   6.2 钢绞线及配套材料应分别堆放在指定位置,按不同种类、规格堆放。堆放时,钢绞线下要放置垫木并用防雨布遮掩,避免雨淋和被水浸湿使钢绞线生锈;使用时,按实际尺寸用多长裁剪多长,杜绝多裁浪费。
   6.3 预应力张拉前,应对施工人员进行技术交底,使其熟悉施工图及其相关的技术文件。
   6.4 张拉过程中要仔细观察横梁的变化,如遇到裂缝应及时停止张拉,待问题处理后,经相关技术人员和监理检查后安全方可继续张拉。
  
  7、安全与环境保护
  7.1 、安全规定
   除严格遵守国家相关安全技术规程外,本项目还依据本工程特点制定各项安全措施,包括桥梁高空作业安全措施,交通安全措施及《施工现场安全管理办法》、《安全操作规程》、《治安、保卫、消防措施》;建立安全检查落实制度,经常定时召开安全例会,会前布置,会后检查落实,做到超前控制,定期和不定期开展安全评比工作,查违章、查隐患、查措施、抓落实使安全工作长抓不懈。
  7.2、 环保措施
   7.2.1施工前对全体员工进行环境保护法规教育和学习,成立领导小组专人负责环境计划的落实。
   7.2.2 施工现场划分责任区,指定负责人明确责任区的管理责任。
   7.2.3 横梁及桥面板预制场放在桥头路基,减少占地拆迁,减少对景观的破坏。
   7.2.4 运送散料和淤泥碴土的车辆必须装载适量,严禁沿途洒漏和污染路面。运送易被风吹落的粉状料时(如粉煤灰等)应进行覆盖。
   7.2.5 建筑生活垃圾堆放在指定地点,按规定及时清理或处理。
   7.2.6 施工及生活废水必须经过必要的处理后排入指定的排水系统。
   7.2.7 求选择低噪音设备。合理安排施工时间,减少对居民的干扰。 施工便道每天进行洒水。
  8、结束
  我国预应力混凝土的现状近年来,随着我国高强钢材生产发展,预应力混凝土取得了较大的进展,但在工程结构中,目前仍处于由低强钢材向高强钢材、向预应力混凝土过渡的阶段。就工程应用而言,现阶段预应力混凝土应用还是以现浇后张法为主。预应力混凝土能充分发挥材料的效能,在相同条件下,它比普通钢筋混凝土构件截面小、重量轻、刚度大、抗裂性和耐久性好,能有效地控制结构的挠度(甚至无挠度),节约钢材40-50%,节约混凝土20-40%,特别在大跨度结构中更为经济。
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