浅谈南广铁路东山村2#特大桥连续梁钢绞线张拉施工过程的控制

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  1工程概况
  1.1工程简介
  新建南广铁路云浮段,东山村2#桥因桥上布置三组道岔,因而要求桥上部结构整体性好、刚度大、稳定性好的结构形式,以保证桥梁和轨道结构的安全性和良好的动力性能,因此东山村2#特大桥设计6跨连续梁全长196米,分三段施工,第一次施工71.35米,第二次施工65.4米,第三次施工59.25米。
  梁体砼设计强度C50,封锚采用强度等级C50 补偿收缩混凝土。预应力钢绞线为1X7-15.2-1860-GB/T5224-2005。管道形成采用内径为90mm和120mm的金属波纹管成孔。
  2作业准备
  2.1技术准备
  预应力张拉施工前由技术负责人组织施工管理技术人员和一线操作人员进行施工技术及安全技术交底,技术交底的主要内容是张拉控制方法、伸长量测量及施工安全注意事项等。
  2.2设备准备
  包括张拉设备的配套选用及校验、钢绞线和钢筋的严格下料以及张拉前构件的检查和清理等。
  1)张拉机具的选用及标定。在下列情况之一时,应进行校验:①使用新的或刚修复的油压表。②油压表指针不能退回零点时。③千斤顶使用超过检验期一个月,或张拉次数达到200次时。④张拉过程中发生预应力筋实然断裂时。⑤计算值与实测值两者相差悬殊时。⑥改变千斤顶与油泵的组合时。
  油泵使用注意事项:①运输过程中翻倒时,不能再使用。②供给油箱的油,应使用油泵用优质矿物油。③启动电动机时,应确认流量调整把手并缓慢进行,而且压力不超过规定。④事先核对电源的电极和电压,而且不得拆掉软线的插头来使用。⑤开动张拉侧控制阀时,应一边看压力表,一边慢慢打开。⑥试运转与排气:开机前泵内各容油空间都充有空气,将影响压力不稳,要不断打开控制阀,令油泵空运转至油液中无空气为止。
  张拉用临时设备:①检查是否保证有所需的电源。②检查是否确保有张拉装置的作业空间。③检查作业脚手架是否齐备、安全。④准备好平面和垂直搬运工具。⑤张拉设备要准备有防雨设备。
  2)钢绞线、钢筋的下料和穿束及锚垫板的安装。检验项目:外观、硬度、静载锚固性能等。预应力筋和锚垫板都必须有产品质量证明书,否则,不予使用。
  3)预应力管道的安装。①预应力管道的安装应和钢筋安装同时进行,注意组织好两者安装顺序。②纵向预应力管道采用预埋Φ90mm及Φ120mm符合规范要求的金属波纹管。波纹管的接长采用接头管,两端用密封胶带封裹。③预应力安装时严格按图纸设计给定孔道坐标位置固定,要求保证安装的横、竖向准确性。④预应力筋下料长度及预留孔道位置允许偏差满足设计及规范要求。⑤波纹管安装时,要确保管内无杂物,管道敞口处,采用塑料胶布封堵。⑥施工中要注意保护波纹管,施工人员不得进行踩踏或用工具敲击。若发现波纹管局部变形,要及时进行更换处理。⑦波纹管在安装时,如与普通构造钢筋发生矛盾时,将普通钢筋适当移位,以确保波纹管孔道位置准确。⑧安装波纹管时要远离电焊,若发现破损要及时更换或用塑料胶布缠裹防漏。⑨两端安装锚垫板及加强螺旋筋,并按每种锚具的规格将其固定。锚垫板要牢固地安装在端头模板上,定位螺栓要拧紧,垫板要与孔道严格对中,并与孔道端部垂直,不能错位。
  4)钢绞线的下料和穿束。①预应力筋的存放应有防雨措施,不能直接放在泥地或露天堆放,以防生锈。②预应力筋下料时按设计图纸。下料长度误差:钢绞线控制在±10mm内。③钢绞线下料采用切断机或砂轮锯切割,在切口的两侧5cm处预先用扎丝绑牢,防止切割后切口松散。下好料的钢绞线下面必须垫木板或方木,防止泥土污染。④钢绞线编束时,钢束要顺直,不得扭结,其头部要适当错位,形成一圆顺的尖端,用塑料胶布缠裹严密、结实,每隔2m绑一道扎丝。⑤穿束前要对孔道进行清孔,可用高压风将杂物吹出。⑥浇筑混凝土前要严格全面的对波纹管进行检查,包括坐标位置,线型,弯起半径和密封性。在混凝土浇注过程中,要注意保护波纹管,施工人员不得踩蹋、不能用振捣棒碰波纹管,防止管道移位或破损。
  5)钢绞线张拉力和张拉伸长量计算。预应力筋张拉时的控制应力,应以张拉时的实际伸长量与理论伸长量进行校核。二者相差应控制在6%以内,否则应暂停张拉,查明原因。
  预应力筋张拉前,先调整到初应力σ0(取控制应力值的10%)再开始张拉和量测伸长值。实际伸长值为张拉时量测的伸长值加上初应力时的推算伸长值。
  3张拉工艺
  3.1张拉顺序
  纵向预应力筋的张拉遵循“同步、对称、偏心荷载小”的原则,按设计图顺序和施工顺序逐束张拉。
  1)安装顺序:安装工作锚锚板和夹片;安装限位板;安装千斤顶;安装工具锚组件;锚板不垂直度不得大于1°。
  锚环及夹片使用前用煤油或柴油逐件清洗干净,不得有油污、铁屑、泥砂等杂物。
  工作锚准确放在锚垫板的定位槽内,并与孔道对中,每个锚孔中,每个锚孔装入夹片拼用胶圈套好。穿入工作锚的钢绞线要顺直,对号入座。夹片安装先内后外,最后用内径稍大于钢绞线的铁管向前轻击夹片。
  工具锚安装前,应将千斤顶活塞伸出3~5cm,钢绞线穿入工具锚时,要对号入座,钢绞线位置与工具锚孔位置对应,千斤顶内钢绞线相互平行。
  为保证完成张拉后,工具锚能顺利退下,在工具锚的夹片光滑面均匀地涂一层厚约1mm的润滑剂,也可在工具锚的锚孔中涂润滑剂。
  工具锚的夹片与工作锚的夹片分开放置,不得混淆。每次安装前要对夹片进行检查,如有裂纹及齿尖损坏等现象,应及时更换。
  2)将回油阀打开,截止阀关闭即可启动油泵电机,向张拉缸供油进行张拉;同时调节节流阀,以控制油压高低和张拉速度。
  3)在活塞外伸时,工具锚夹片可自行夹紧钢绞线。
  4)先调整到初应力σ0(取控制应力值的10%),再开始按10%σcon~20%σcon~100%σcon(持荷5min锚固)张拉并量测伸长值,做好伸长量记录。
  5)当活塞行程余10mm~20mm时,停止供油,此时可将节流阀回旋,同进转回回油阀,压力降至零点。由于钢绞线束的加缩,活塞被接回若干长度,这时工作锚的夹片被带入锚板内而自行夹紧。钢绞线的回缩量不得大于6mm。
  6)关闭截止阀,节流阀控制升压,活塞回程,留10mm~20mm即可停泵。
  7)如果钢绞线张拉长度较短,一次张拉就可达到张拉控制应力σk;如果一次张拉达不到设计要求,则进行多次张拉;此时,自动工具锚的夹片已与锚板自行脱离,因此二次张拉前需将工具锚平片重新推入工具板锥孔中,重复以上步骤,直到达到设计张拉力。张拉至控制应力持荷5分钟,如油压有点下降则加油到张拉力后可锚固。当张拉的钢绞线为一端张拉时锚固可直接缓慢释放油缸压力到零;当两端张拉钢绞线时必须分端锚固,即先将一端张拉锚固后,再将另一端补足控制应力值后进行锚固。
  8)张拉时进行双控,以张拉力控制为主,以张拉时的实际伸长值与理论伸长值进行校核,钢绞线束实际伸长值与理论伸长值相差要控制在±6%以内方可进行锚固,否则暂停张拉,查明原因并采取措施加以调整后续继张拉。
  3.2张拉时易出现问题的原因分析和防治措施
  1)钢绞线出现滑丝现象,可能由于以下原因:①锚环锥孔、夹片生锈或有杂质造成夹片回缩不到位。②夹片或锚环硬度不足,发生变形造成夹片夹不牢。③穿束时钢绞线混乱,造成钢束中钢绞线受力不均匀,个别钢绞线受力大于设计张拉应力。④锚具和夹片的锚固性能不符合要求。⑤钢绞线弹性模量较大,夹片夹不牢固。
  2)张拉中发生断丝现象一般有以下原因:①穿束时钢绞线绞在一起,在波纹管中顺序较乱,张拉后个别钢绞线受力较大,超过钢绞线极限抗拉强度。②夹片硬度太大,对钢绞线产生损伤。③钢绞线穿束前受到损伤。④孔道阻塞,钢绞线受力不均匀。⑤钢绞线存在质量问题。
  3)发生夹片回缩不均匀、端部不齐可能由于以下原因:①锚具和夹片之间摩阻太大,卸载时回缩不均匀。②锚具和夹片的锚固效率系数不符合要求。③夹片质量不一致、硬度不同。④限位板和锚具之间空隙不适当,夹片滑出太多或者不能自由滑出,锚固时回缩不一致。
  防治措施:钢绞线必须有质量鉴定合格证书;穿束顺序要合理,不能发生窜孔、扭绞现象;夹片、锚具质量和硬度等性能指标经过严格鉴定,符合要求方能使用,必要时更换;张拉前冲洗干净波纹管内附着物,以减小孔道壁摩擦;限位扳、锚具等的安装严格按说明书和作业指导书进行;控制张拉力缓慢均匀增加且不能过多超张拉。
  4压浆工艺
  4.1真空压浆的优点
  可消除普通压力灌浆方法引起的气泡和混在稀浆中的气泡,减少有害水分的聚积地;过程迅速、连续,历时短,灌浆只需3~4分钟;可形成均匀、密实的灰浆保护层,密实度在99%以上。
  4.2压浆前的准备工作
  1)校验:校验抽真空泵和压浆泵的工作性能,特别是压力表的读数是否正常,确保压浆过程顺利进行。
  2)割掉锚外预应力筋:露出锚具的多余钢绞线,应采用砂轮锯切割掉,不宜采用电弧焊等烧割方式,以免钢绞线过热产生滑丝,钢绞线切割后余留约3cm。
  3)封锚:锚具外边的间隙应用水泥浆或环氧树脂胶浆填塞,以免冒浆而损失灌浆压力。
  4)箱梁的压浆工作,宜在预应力筋张拉后2天内完成。
  4.3压浆工艺
  1)真空泵端设在高端,压浆端设在低端。有利于压浆质量的保证。压浆时压浆泵的最大压力宜保持在0.6~0.7Mpa,孔道过长时压力稍加大到1.0Mpa左右。
  2)管道密封及封锚。封锚做法:张拉完毕,将多余钢绞线切割,用湿润水泥团封堵,为确保水泥团不掉落及养护期间不开裂,在水泥封锚完成后,用双层塑料薄膜密封并绑扎固定在锚具上。对于其他可能漏气的连接点,采用玻璃胶进行密封,保证管道的密封。
  3)检查设备连接及电源、水管路、材料准备到位情况,施工平台等措施,检查封锚及孔道密封工作,高压水洗孔并用高压风将孔内积水吹干。
  4)两端抽真空管及灌浆管安装完毕后,关闭进浆管球阀,开启真空泵。真空泵工作一分钟后压力稳定在-0.06Mpa至-0.10Mpa,稳压1分钟后,开启进浆管球阀并同时压浆。
  5)压浆后应立即检查压浆的密实情况,如有不密实,应及时处理。水泥浆应按规定制作试块,以检测其强度。
  6)补压及稳压:真空泵、灌浆机停机,将抽真空连接管卸下,将出浆端球阀关闭,用预先准备的4磅铁锤将出浆端封锚水泥敲散,露出钢绞线间隙。再用灌浆机正常补压稳压。此时,从钢绞线缝隙中会被逼出水泥浆,再持续补压稳压过程中,水泥浆由浓变稀,由稀变清,由流量大至滴出清水。补压稳压结束,关闭球阀。补压稳压历时3分钟。
  7)压浆时最高温度不宜高于35℃。
  8)压浆中途发生故障、不能连续一次压满时,应立即用压力水冲洗干净,使孔道通畅,待故障处理后再重新进行压浆。
  4.4真空压浆注意事项
  1)压浆顺序自下而上,并应将其中一个断面孔道一次压完,以免孔道漏浆堵塞邻近孔道,孔道无法一次压完时,将相邻未压浆孔道用压力水冲洗,使继续压浆时通畅无阻。
  2)每个压浆锚塞进、出浆口均应安装一节带阀门的短管,以备压注完毕时封闭,保持孔道中的水泥浆在有压力的状态下凝结。
  3)压浆的压力以保证入孔内的水泥浆密实为准,开始压力要小,逐步增加,保持为0.6MPa~0.7MPa。每个孔道压浆至最大压力后,应有一定的稳定时间。压浆应达到排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止。
  4)为检查孔道内水泥浆的实际密度,压浆后应从检查孔抽查压浆的密实情况。
  5)要在拌制水泥浆同时,制作标准试块,与构件同等条件养护到20MPa撤消养护后,方可进行移运和吊装。
  6)真空压浆时最高温度不宜高于35℃。
  4.5真空压浆过程容易出现的问题原因分析及防治措施
  1)孔道堵塞的原因与防治。①产生原因:由于孔壁受外力和振动影响,因方向不正确而产生挤压和附加振动所致。②防治措施:在混凝土浇筑振捣时,不能出现过振现象;在穿束前,将钢束端部用绝缘胶带封闭包成球状,以防顶破波纹管。
  2)孔道注浆不密实的原因与防治。①原因:注浆顺序不当,可能实施了先上层后下层的压浆顺序;注浆压力较小,或未设排气孔,部分孔道被空气堵塞;注浆未连续进行,部分孔道被堵塞;水泥标号过低;水泥中未加入膨胀剂。②防治措施:注浆前用压力水冲洗孔道,按先下后上的顺序压浆;孔道设排气孔,控制压浆压力在0.5~0.7MPa;每个孔道一次注浆完成,中间不停顿;灰浆水灰比控制在0.4左右,为减少收缩,可在水泥浆中掺入适量的铝粉。
  5张拉质量控制措施
  张拉过程中,由于各种原因会导致预应力束断丝或滑丝,使预应力筋受力不均,甚至使构件不能建立足够的预应力,所以在预应力筋张拉过程中,张拉力及与之对应的预应力筋伸长量都要认真做好量测和记录,以作为检验张拉效果时的依据。
  5.1加强对设备、锚具、预应力筋的检查
  千斤顶和油压表需按时进行校正标定,保持良好的工作状态,保证误差不超过规定范围;千斤顶的卡盘、楔块尺寸要正确;锚具尺寸要正确,保证加工精度。锚环、锚塞应逐个地进行尺寸检查,有同符号误差的应配套使用。
  预应力筋使用前应按规定检查:钢绞线编束应认真梳理,避免交叉混乱;清除钢丝表面的油污锈蚀,使钢绞线能正常楔紧和正常张拉。
  锚具安装位置要准确:锚垫板承压面,锚环等的安装面必须与孔道中心线垂直;锚具中心线必须与孔道中心线重合。
  5.2严格执行张拉操作规程
  垫板承压面与孔道中线不垂直时,应当在锚圈下垫薄钢板调整垂直度。楔紧束的楔块其楔紧程度务求一致。千斤顶给油、回油工序应缓慢平稳进行。特别是要避免大缸回油过猛产生较大的冲击振动,避免滑丝。张拉操作要按规定进行,防止钢丝受力超限发生拉断事故。
  5.3滑丝与断丝的处理
  预应力张拉过程中或锚固时,预应力筋断丝与滑丝的处理原则应满足设计及规范要求,否则,必须处理。
  滑丝的处理:张拉完成后要及时在钢绞线上作的标记,如发现滑丝,采用千斤顶和卸荷座,将卸荷座支承在锚具上,用千斤顶张拉滑丝钢绞线,直到将滑丝夹片取出,换上新夹片,张拉至设计应力即可。如遇严重滑丝或在滑丝过程中钢绞线受到了严重的伤害,则应将锚具上的所有钢绞线全部卸荷,找出原因再重新张拉。
  断丝的处理:卸荷、松锚、换束,重新张拉至设计应力值。
  
  参考文献
  [1]TZ 213-2005客运专线铁路桥涵工程施工技术指南.
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