預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制

濟(jì)南市緯六路道橋工程預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制熊南京中鐵大橋局三處摘要：本文以濟(jì)南市緯六路道橋工程為例探討了預(yù)應(yīng)力施工在管道定位、穿鋼絞線、伸長量計(jì)算、張拉及壓漿等方面的施工要點(diǎn)及應(yīng)注意的問題。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力、管道定位、伸長量、張拉、壓漿1、工程概況濟(jì)南市緯六路道橋工程，南起經(jīng)七路，北至無影山中路，全長3322米。其中經(jīng)七路至經(jīng)一路長1228米；寶華街至無影山中路長1390米。緯六路跨鐵路大橋南引橋橋面寬30米，長260米；北引橋橋面寬18.5米，長993米，跨越堤口路后在無影山路落地；堤口路以南設(shè)上、下匝道各一條，匝道寬12米。該工程按都市主干道原則設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)行車速度60千米/小時；設(shè)計(jì)荷載：汽車-20，驗(yàn)算荷載：掛車-100，人群荷載：3.5KN/m2。2、預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)與施工預(yù)應(yīng)力技術(shù)的采用能使橋梁構(gòu)造有效地運(yùn)用現(xiàn)代高強(qiáng)度材料，減小構(gòu)件截面，使構(gòu)造輕型化，增大跨越能力,并且能有效地防止混凝土開裂，故預(yù)應(yīng)力技術(shù)在現(xiàn)代化橋梁設(shè)計(jì)中被廣泛采用；則在施工中預(yù)應(yīng)力的質(zhì)量控制就顯得尤為重要。緯六路道橋工程預(yù)應(yīng)力(PC)體系采用符合ASTMA416—87a（270級）原則的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，公稱直徑15.24mm，原則強(qiáng)度Rｙｂ=1860Mpa，彈性模量Ey=1.9×105Mpa，設(shè)計(jì)控制應(yīng)力σk=0.72Rｙｂ。2.1PC持續(xù)箱梁的設(shè)計(jì)與施工緯六路道橋引橋及匝道主梁采用大懸臂PC持續(xù)箱梁,懸臂長222厘米，梁高130厘米，截面形式為單箱多室箱型截面，頂板厚22厘米，底板20厘米，腹板寬56厘米；跨堤口路、經(jīng)一路采用變截面箱形梁，梁高從130厘米按二次拋物線漸變至200(250)厘米；除跨越交叉口部分跨徑有特殊規(guī)定外，橋跨徑均為25米。主梁混凝土強(qiáng)度等級為C50，砼方量約15505m3，預(yù)應(yīng)力鋼筋約410噸。在箱室腹板內(nèi)布置兩排共6束φj15-7縱向預(yù)應(yīng)力束（跨堤口路、經(jīng)一路力束采用三排共9束φj15-9），橋墩處橫梁布置一排共4束φj15-9或8束φj15-7橫向預(yù)應(yīng)力束，錨具采用HVM群錨體系。預(yù)應(yīng)力施加措施采用后張法，主梁采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，施工用模板為優(yōu)質(zhì)竹膠板，其施工工藝流程是：搭設(shè)支架→支架預(yù)壓→鋪設(shè)底模→綁扎鋼筋→安裝定位波紋管→穿鋼絞線→安裝側(cè)?！惭b內(nèi)模→綁扎頂板鋼筋→澆注混凝土→預(yù)應(yīng)力筋張拉→孔道灌漿→梁端封堵→支架拆除。2.2PC簡支預(yù)制梁的設(shè)計(jì)與施工緯六路道橋樁號2+007.71～2+257.71主梁共十跨（跨徑25米）采用PC簡支預(yù)制梁，其截面形式為單箱單室箱形截面，梁高1.2m，寬0.99m，共166片，混凝土強(qiáng)度等級為C50，每片梁平均14.1m3砼、預(yù)應(yīng)力鋼筋700kg；預(yù)應(yīng)力鋼筋布置形式為：底板兩束φj15-4，兩側(cè)腹板各兩束φj15-4，錨具采用YMB扁錨體系。預(yù)制梁在混凝土臺座上施工，施工用模板為定型鋼板，其施工工藝流程與持續(xù)梁大體相似：綁扎鋼筋→安裝定位波紋管→安裝錨具→穿鋼絞線→安裝側(cè)?！鷿沧⒌装寤炷痢惭b箱室內(nèi)?！壴敯邃摻睢鷿沧⒏拱寮绊敯寤炷痢A(yù)應(yīng)力筋張拉→孔道灌漿→梁端封堵→拆模。3、預(yù)應(yīng)力施工各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制本工程預(yù)應(yīng)力鋼筋用量大、布置較為復(fù)雜，施工較困難，施工技術(shù)和質(zhì)量控制規(guī)定高，因此，必須規(guī)定施工人員對預(yù)應(yīng)力施工的全過程純熟掌握，包括管道定位、穿鋼絞線、張拉及壓漿等各方面的施工技術(shù)要點(diǎn)及應(yīng)注意的問題，并且制定控制點(diǎn)，便于技術(shù)人員及監(jiān)理工程師檢查。詳細(xì)施工要點(diǎn)分述如下：3.1管道定位管道位置是圖紙預(yù)應(yīng)力束在構(gòu)造中的真實(shí)反應(yīng)，因此，管道位置的對的與否直接關(guān)系到構(gòu)造內(nèi)力。因此，管道定位作為預(yù)應(yīng)力施工的第一種環(huán)節(jié)同步也是最重要的環(huán)節(jié)，應(yīng)引起施工人員的重視。3.1.1波紋管安裝前管道定位要精確，在鋪設(shè)底模后，應(yīng)在底模上將箱室輪廓線(腹板、橫梁)完整標(biāo)示出來，這不僅有助于綁扎一般鋼筋，也為管道定位提供了量尺基準(zhǔn)。本工程PC持續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力配筋大多為曲線，但設(shè)計(jì)圖中預(yù)應(yīng)力束只有豎曲線轉(zhuǎn)點(diǎn)坐標(biāo)及特性點(diǎn)斷面圖，這不能滿足施工規(guī)定。因此，對于曲線配筋的預(yù)應(yīng)力束必須此外畫圖，并按水平距離每米標(biāo)示出豎向高度（以底模為基準(zhǔn)），有平曲線的應(yīng)標(biāo)示出至輪廓線的水平距離；同步應(yīng)標(biāo)示出曲線轉(zhuǎn)點(diǎn)坐標(biāo)或特性點(diǎn)坐標(biāo)。3.1.2波紋管安裝定位一般鋼筋綁扎完后，即可穿波紋管。本工程波紋管采用金屬螺旋管道，由專門的機(jī)器制造，為以便施工、減少管道接頭，25米如下的波紋管整根制造，較長的可按每20或25米一節(jié)制造；穿波紋管時應(yīng)注意其大體位置，以便定位時減少波紋管與一般鋼筋的沖突。波紋管穿完后按所畫圖紙坐標(biāo)并結(jié)合設(shè)計(jì)圖按每米一道安頓定位鋼筋（定位前應(yīng)認(rèn)真檢查一般鋼筋保護(hù)層并注意定位鋼筋處一般鋼筋要牢固），并保證曲線轉(zhuǎn)點(diǎn)或特性點(diǎn)處要有定位鋼筋，使其牢固地位于設(shè)計(jì)位置。定位完后應(yīng)觀測管道整體線型，保證曲線持續(xù)圓順無死彎，然后安裝錨墊板、螺旋筋及鋼筋網(wǎng)片，錨墊板、螺旋筋應(yīng)垂直于孔道中心線。對于管道定位，由于管道直徑畢竟不小于鋼絞線直徑，并考慮到預(yù)應(yīng)力施加后鋼絞線位置，筆者認(rèn)為：對于曲線管道應(yīng)按遠(yuǎn)離曲線圓心的誤差定位，這樣愈加真實(shí)的反應(yīng)了預(yù)應(yīng)力束的設(shè)計(jì)位置，請讀者批評指正。3.2穿鋼絞線鋼絞線使用前應(yīng)按規(guī)范規(guī)定抽樣檢查作試驗(yàn)，合格后方可用于本工程。3.2.1鋼絞線下料鋼絞線的下料長度應(yīng)通過計(jì)算確定，計(jì)算時應(yīng)考慮構(gòu)造的孔道長度、錨夾具（含工具錨）厚度、連接器長度、千斤頂長度、鐓頭預(yù)留量和外露長度等原因。鋼絞線的切取，應(yīng)采用切斷機(jī)或砂輪鋸，不得采用電弧切割或氧氣割。3.2.2穿束為防止鋼絞線在管道內(nèi)扭結(jié)在一起，鋼絞線要進(jìn)行編號成束，再每束整體穿，較長的力束分批穿過后再按編號梳理或在管道中間預(yù)留接頭作為穿束時的接力點(diǎn)。穿束前鋼絞線前端應(yīng)用封箱紙或塑料套筒包裹好以免穿束時劃破波紋管。鋼絞線應(yīng)防止銹蝕無泥土等雜物，并且應(yīng)防止被電焊所傷。鋼絞線穿完后應(yīng)檢查波紋管有無被劃破，有孔洞的地方用封箱紙封好；澆筑混凝土?xí)r防止振搗棒直接接觸波紋管以免振破管道，混凝土初凝前可向管道內(nèi)通風(fēng)或通水，不通的管道應(yīng)來回抽動鋼絞線，保證管道貫穿。3.3預(yù)應(yīng)力筋張拉現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力工程的預(yù)應(yīng)力控制愈加嚴(yán)格，規(guī)定采用“雙控”即應(yīng)力控制與伸長量控制，故預(yù)應(yīng)力的施加也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本工程預(yù)應(yīng)力施加措施采用后張法超張拉工藝施工，按如下設(shè)計(jì)規(guī)定程序進(jìn)行張拉：0→0.1σcon→0.2σcon→0.75σcon→1.03σcon(荷載持續(xù)2分鐘)錨固。3.3.1準(zhǔn)備工作3.3.1.1試驗(yàn)準(zhǔn)備工作①錨具、夾片試驗(yàn)，按規(guī)范規(guī)定對每批進(jìn)場的錨具、夾片抽樣進(jìn)行外觀檢查和硬度試驗(yàn)，到達(dá)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定方可使用。②張拉機(jī)具（張拉油泵及千斤頂）、精密油壓表性能標(biāo)定校驗(yàn)，得出千斤頂張拉力與油壓表讀數(shù)的關(guān)系曲線，再計(jì)算出各階段控制應(yīng)力下張拉力所對應(yīng)的油表讀數(shù)。使用過程中規(guī)定千斤頂與油壓表對應(yīng)配套，牢記不可混用。當(dāng)千斤頂使用超過6個月或200次或在使用過程中出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象或檢修后來應(yīng)重新校驗(yàn)。③構(gòu)造混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)。設(shè)計(jì)規(guī)定砼強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上方可進(jìn)行張拉。試驗(yàn)用試塊必須在現(xiàn)場與構(gòu)造同條件養(yǎng)護(hù)。3.3.1.2理論伸長量計(jì)算由于規(guī)定采用“雙控”法張拉，因此還須計(jì)算出預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長量，作為實(shí)際伸長量的比較基準(zhǔn)，同步也是質(zhì)量控制的根據(jù)。預(yù)應(yīng)力筋伸長量△L（mm）參照文獻(xiàn)[1]可按式（3.3-1）計(jì)算：△L=PpL/(AE)（3.3-1）式中：Pp—預(yù)應(yīng)力筋的平均拉力（N），直線筋取張拉端的拉力，曲線筋拉力計(jì)算按式（3.3-2）；L—預(yù)應(yīng)力筋長度（mm）；A—預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）；E—預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（N/mm2）。Pp=P(1-e-(kx+μθ))/(kx+μθ)（3.3-2）式（3.3-2）系參照文獻(xiàn)[1]所得，式中參數(shù)是如下含義：Pp—預(yù)應(yīng)力筋的平均拉力（N）；P—預(yù)應(yīng)力筋張拉端的拉力（N）；x—從張拉端至計(jì)算截面的孔道長度（m）；θ—從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）μ—預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)（見文獻(xiàn)[1]）；k—孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)（見文獻(xiàn)[1]）。對于預(yù)應(yīng)力筋理論伸長量的計(jì)算及文獻(xiàn)[1]中預(yù)應(yīng)力筋平均拉力的計(jì)算措施，筆者有如下幾點(diǎn)心得和意見，請讀者批評指正：①預(yù)應(yīng)力筋長度L應(yīng)計(jì)張拉工作長度（工作夾片至工具夾片的力筋長度），則張拉端的拉力P應(yīng)為超張拉力；②一端張拉預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力筋長度L應(yīng)扣除固定端預(yù)應(yīng)力筋的錨固長度；③對稱布置、兩端張拉的預(yù)應(yīng)力筋可計(jì)算二分之一；④曲線力筋文獻(xiàn)[1]提議分段計(jì)算，計(jì)算出每段的伸長量△L，再求和Σ△L得出總伸長量；則式（3.3-2）可按如下式（3.3-3）表達(dá)更為明朗：Ppn=Pn(1-e-(KXn+μθn))/(KXn+μθn)（3.3-3）式中：Ppn—該段預(yù)應(yīng)力筋的平均拉力（N）；Pn—該段預(yù)應(yīng)力筋始端拉力(N)，即前一段力筋末端力：Pn-1e-(KXn-1+μθn-1)；n—分段數(shù)1，2，3……，P1即為張拉端拉力，P0、X0、θ0取0；Xn—該段預(yù)應(yīng)力筋的孔道長度（m）；xn-1—前一段預(yù)應(yīng)力筋的孔道長度（m）；θn—該段預(yù)應(yīng)力筋曲線孔道部分切線的夾角（rad）；θn-1—前一段預(yù)應(yīng)力筋曲線孔道部分切線的夾角（rad）；μ—預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)（見文獻(xiàn)[1]，本工程取0.25）；k—孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)（見文獻(xiàn)[1]，本工程取0.0015）；⑤曲線力筋一般按豎曲線要素分段，若某段有平曲線可將其平曲線角度與豎曲線角度疊加；⑥兩端張拉、非對稱布置的曲線力筋，從兩端向中間計(jì)算，中間點(diǎn)可取管道長度的中點(diǎn)。⑦由于式（3.3-2）是根據(jù)高等數(shù)學(xué)積分推導(dǎo)而得，故筆者認(rèn)為式中X理解為水平距離（豎向配筋即為豎向距離）愈加確切。3.3.2預(yù)應(yīng)力筋張拉各項(xiàng)試驗(yàn)合格、理論伸長量得出并報(bào)監(jiān)理工程師同意后即可張拉預(yù)應(yīng)力筋。張拉現(xiàn)場應(yīng)具有預(yù)應(yīng)力施工知識和對的操作的施工人員，具有保證操作人員和設(shè)備安全的必要防止措施；工作錨、夾片安裝對的，千斤頂及其配套的工具錨、夾片、限位圈等安裝對的，保證千斤頂垂直于錨墊板。兩端張拉的力筋要注意同步同級張拉。張拉時除油表讀數(shù)規(guī)定精確外，還應(yīng)從如下兩方面加以控制：3.3.2.1張拉次序預(yù)應(yīng)力筋的張拉次序關(guān)系構(gòu)造內(nèi)力及構(gòu)造線型，故應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)定的次序進(jìn)行張拉。（一）對于本工程PC持續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力張拉按如下次序進(jìn)行：①先橫向后縱向；②同一截面，先中間再兩邊、先下后上，并且截面兩邊要對稱張拉；③同向束先長后短,但一端為連接器的先張拉。（二）對于本工程PC簡支預(yù)制梁，由于簡支箱梁構(gòu)造輕巧，預(yù)應(yīng)力筋采用6束4孔YMB扁錨，兩端單根對稱張拉，力筋的張拉次序更為重要，否則易將預(yù)制梁拉扭變形或?qū)е禄炷灵_裂，故應(yīng)認(rèn)真考慮、選擇對的的張拉次序，并嚴(yán)格執(zhí)行。張拉次序按圖(一)中編號“1～24”進(jìn)行：3.3.2.2實(shí)際伸長量量測與計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋張拉時，應(yīng)先調(diào)整到初應(yīng)力σ0，本工程按招標(biāo)文獻(xiàn)取σ0為張拉控制應(yīng)力的10%即0.1σcon。鋼絞線張拉至0.1σcon時用鋼板尺量測千斤頂活塞伸出量λ1及夾片外露量X1，張拉至0.2σcon時用鋼板尺量測千斤頂活塞伸出量λ2，張拉至1.03σcon時用鋼板尺量測千斤頂活塞伸出量λ3及夾片外露量X2。力筋的實(shí)際伸長量除量測的伸長量外，必須加上初應(yīng)力如下的推算伸長量。預(yù)應(yīng)力筋張拉的實(shí)際伸長量△L’（mm），可按式（3.3-4）計(jì)算：△L’=△L1’+△L2’-△L3’（3.3-4）式中：△L1’—從初應(yīng)力0.1σcon至最大張拉應(yīng)力1.03σcon間的實(shí)測伸長量即：λ3-λ1（mm）；△L2’—初應(yīng)力如下的推算伸長量，可采用相鄰級的伸長值即：λ2-λ1（mm）；△L3’—力筋張拉過程中的回縮量，即：X1-X2（mm）。得出實(shí)際伸長量△L’后應(yīng)與理論伸長量△L進(jìn)行比較，兩者誤差在6%以內(nèi)為合格，否則應(yīng)暫停張拉，從如下幾種方面查找原因：鋼絞線的彈性模量，千斤頂安裝與否到位、與否垂直于錨墊板，夾片安裝與否齊全、與否受力，鋼絞線有無滑絲、斷絲，管道內(nèi)有無雜物、與否堵管等，查明原因后應(yīng)采用措施處理予以調(diào)整后，再繼續(xù)張拉。3.4管道壓漿預(yù)應(yīng)力筋張拉完后，管道應(yīng)盡快進(jìn)行壓漿。壓漿采用水泥漿，強(qiáng)度不低于40Mpa，水泥為42.5R一般硅酸鹽水泥，水灰比0.4，水泥漿中摻入了適量的減水劑與膨脹劑，稠度控制在14s～18s之間。壓漿前，應(yīng)對管道進(jìn)行清潔處理?？刹捎们逅疀_洗管道，沖洗后，應(yīng)使用無油壓縮空氣將管道內(nèi)的積水吹出。壓漿時，應(yīng)從管道最低點(diǎn)的壓漿孔壓入，由最高點(diǎn)的排氣孔排氣和泌水。