京石客运专线双线整榀箱梁预应力施工技术

范 勇

(中铁十一局集团桥梁有限公司,江西鹰潭 335000)

1 工程概况

京石客运专线定州制梁场承担了 JS-3标 DK185+853.95～DK216+257.33段 5座桥梁 623榀箱梁预制施工,其中 32m箱梁 589榀,24m梁 34榀。箱梁预制工期计划为 2009年 3月 2日～2010年 5月 30日;箱梁供应计划为 2009年 6月 18日～2010年 7月30日。

2 预应力施工技术

2.1 设计要求

梁场制梁为无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁(双线),梁长有 32.6m和 24.6m,其中跨度分别为31.5m和 23.5m,两种跨度梁基准面梁高为 3.05m,加高平台梁高为 3.115m,横向支座中心间距为 4.5 m,采用预应力钢绞线型号为 1×7-15.2-1860,应符合《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224—2003)标准。锚具为 M15-12、M15-9、M15-8和 M15-7,锚固体系采用自锚式拉丝体系,锚具应符合《铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器技术条件》(TB/T3193—2008),张拉设备采用与之配套的机具设备,管道形成采用直径为90、80和70mm的抽拔管。预施应力按预张拉、初张拉和终张拉三阶段进行。

箱梁梁体混凝土强度等级 C50,弹性模量 36GPa。混凝土强度达到设计强度的 60%(33.5MPa)时带模预张拉;初张拉在梁体混凝土强度达到设计强度的 80%(43.5MPa)后进行,初张拉后箱梁方可吊离台座;终张拉在梁体混凝土强度及弹性模量达到设计值100%(53.5MPa和 36GPa),且龄期不少于 10d时进行。预施应力采用两端同步张拉并左右对称进行,预施应力值以油压表读数为主,以钢绞线伸长值进行校核,实测伸长值与理论伸长值控制在 ±6%以内。

2.2 施工工艺

2.2.1 预应力施工工艺流程

制孔→孔道清理→钢绞线穿束→钢绞线预张拉→钢绞线初张拉→钢绞线终张拉→钢绞线切割。

2.2.2 制孔工艺

采用抽拔橡胶管制孔,胶管外径有 φ90mm和φ80mm2种 。

(1)抽拔橡胶管定位

①为确保制孔位置正确,采用定位网定位、固定抽拔橡胶管,定位网按设计位置测量定位,并与钢筋骨架焊接牢固。确保管道平顺,定位准确,混凝土浇筑时抽拔管不上浮、不旁移、管道与锚具锚垫板垂直。

②制孔前用肥皂水或洗衣粉溶液认真涂刷胶管表面。严禁用具有腐蚀作用的油类等涂刷胶管。

③穿入顺序:由下向上、由里向外,在跨中处套接,两端对称进行。穿管采用前面一人牵引,穿过相应的网眼,后面有人推进的方法。穿管过程中要注意防止钢筋划伤及划破管壁,穿管前如发现有微小裂纹及时修补

④在绑扎钢筋骨架时,管道定位网片同时按设计位置安放,定位网片设置间距为 50cm。吊装底腹板钢筋时加设纵向吊筋,防止钢筋变形引起橡胶管移位。

(2)技术要求

①采用的胶管无表面裂口、表面热胶粒、胶层海绵、胶层气泡、表面杂质痕迹长度小于 3mm,深度不大于 1.5mm,且每米不多于 1处;外径偏差 ±4mm;不圆率小于 20%;硬度(邵氏 A型)为 65±5,拉伸强度大于 12MPa,扯断伸长率不小于 350%,300%定伸强度不小于 6MPa。

②定位网钢筋允许偏差:预应力孔道定位网片采用点焊加工,位置误差 ±2mm,孔眼尺寸误差≤3mm,其中,水平筋的尺寸误差是对最下一根钢筋中心而言,竖向钢筋的尺寸误差是对网片中心而言,定位网片在沿梁长方向的定位误差 ±3mm

③为了保证预留管道不串动、顺直无死弯,要求制孔管表面无严重刮伤,任何方向的偏差,在距跨中 4m范围内不大于 4mm,其余部位不大于 6mm。

2.2.3 钢绞线制作、穿束

(1)制作工艺

①钢绞线束孔位不同,其长度各异,须编号并事先标出全长,列表交工班据此下料。

②钢绞线下料在经过硬化的棚内进行,钢绞线须梳整、编束,确保钢绞线顺直、不扭转。编束用 22号扎丝绑扎,每隔 1.5m扎 1道铁丝,编束后须顺直不扭转。绑束完毕后,按梁规格挂牌,防止错用。

③穿束前检查锚垫板喇叭孔及压浆孔内是否有灰渣和积水,在保证管道畅通的情况下才能穿入钢绞线,穿束采用人工穿束或加工特制穿束器穿束。

(2)技术要求

①在贮存、运输和安装过程中,采取防止锈蚀、污染及损伤的措施。

②钢绞线下料采用砂轮锯切断,用钢尺丈量。严禁用电弧切断,不得经受高温焊接火花或接地电流影响,下料后钢绞线不得散头。

③每束钢绞线取自同批同盘,防止因弹性模量变异导致应力不均。

④成束钢绞线用 22号扎丝扎紧,禁止在不顺直的状态下绑扎。

⑤钢束在移运过程中,采用多支点支承,支点间距2.5m,端部悬出长度 1.0m,严禁在地面上拖拉,以免创伤钢绞线。

⑥穿束时拖拉方向和钢束穿入方向均应与锚垫板垂直。

⑦钢绞线下料长度 L=l+2×0.75m,其中 l为工作长度。

2.2.4 钢绞线张拉

(1)千斤顶和油表的选定及校正

①千斤顶

根据图纸设计要求,箱梁预应力钢绞线 σm=1860MPa,锚具最大孔数 12孔,单束张拉力最大力为12×1339.2×140/1000=2249.86kN。

根据《铁路桥涵施工规范》(TB10203—2002)的9.3.2条有关规定,千斤顶张拉吨位宜为张拉力的 1.5倍,且不得小于 1.2倍,可选用 300t穿心式千斤顶。

张拉千斤顶在张拉前必须经过校正,校正系数不得大于 1.05。校正有效期为 1个月且不超过 200次张拉作业,拆修更换配件的张拉千斤顶必须重新校正。

②油压表

TB10203—2002之 9.3.2条要求表盘最大读数应为张拉力的 1.5～2.0倍,精度不应低于 1.0级,校正有效期为 1周,当用 0.4级时,校正有效期可为 1个月。压力表发生故障必须重新校正。选用精度为 0.4级的防振型油压表,表盘直径为 150mm,最大量程为60MPa,最小分度值为 0.5MPa。

(2)张拉对混凝土强度和弹模要求

①为使梁体不发生早期裂缝,应在混凝土强度达到 50%～60%时拆除内模、端模,外模松开不移的情况下按设计图要求张拉部分预应力束,张拉值应由设计单位提供。预制梁带模预张拉时,模板应松开,不应对梁体压缩造成阻碍。张拉数量及张拉力值应符合设计要求。预应力束张拉前,应消除管道内的杂物及积水。

②当混凝土强度达到设计强度 80%时,进行初张拉。初张拉后,梁体方可移出台座。

③当混凝土强度达到设计强度 100%且弹性模量达到 100%时,混凝土龄期不少于 10d方能进行终张拉。

(3)张拉操作工艺

①首先确定张拉应力根据是否需要调整。根据铁道部产品质量监督检验中心铁道建筑检验站提供的报告(2009)TJ字第W0266号,两榀梁平均管道摩阻系数 K=0.0009,μ=0.3970,实测 9孔锚具(浙锚)锚口和喇叭口摩阻合计为锚外控制应力的 3.96%,中铁咨询桥梁工程设计研究院对通桥(2008)2322A-Ⅱ进行重新检算,得出了锚外张拉控制应力不需要调整的结论。

整个张拉过程分三阶段进行,第一阶段为预张拉,在内模拆除、外模只松不移的情况下进行,第二次为初张拉,前两次都是在制梁台座上进行。第三次为终张拉,在存梁台座上进行。张拉时要求两侧对称张拉,且不平衡束最多不超过 1束,张拉同束钢绞线由两端同步对称进行,且按图纸设计的顺序张拉。

②预、初张拉工艺

a.张拉预应力钢绞线时采用应力和应变双控制,预(初)张拉工艺流程:0→0.2σK(作伸长值标记、测千斤顶油缸伸长量、测工具锚夹片外露量)→0.5(持荷 1min)→(测千斤顶油缸伸长值、测工具锚外露量、计算钢绞线伸长值,持荷 5min)→缓慢回油至 0→锚固。

b.预、初张拉前,调整两侧钢绞线外露长度使两端长度基本均匀一致。将工作锚的锚板套入钢绞线束,再按顺时针方向插入工作夹片。用限位板挤推夹片使其进入锚环内,并使其端部对齐,外露长度一致。在钢绞线尾端用钢绞线定位叉(图1)给各根钢绞线定位,便于千斤顶及其他张拉辅助工具的安装。

c.安装千斤顶使中线与孔道中线对中,为方便工具锚缸脱,千斤顶预先出顶 3～5cm。

图1 钢绞线定位叉对钢绞线定位

d.安装工具锚在千斤顶后部,精确对中,钢绞线应在工作锚与工具锚之间顺直对齐。工具锚夹片安装完成后,用特制的套管挤压工具锚夹片,使其进入工具锚环内,并使端部整齐,外露长度基本一致。为使工具锚缸脱方便,在工具锚夹片与锚环之间涂少许石蜡。

e.预应力筋的张拉

初始应力阶段:初始应力主要是为了使钢绞线从松弛状态达到受力状态,减小伸长值测量误差,并使同束各根钢绞线受力趋于一致,初始应力值取终拉控制应力的 20%。当钢绞线张拉到初始应力值时,松开千斤顶吊绳,使千斤顶自动对中,用特制套管挤压工具锚夹片,使夹片紧紧握裹钢绞线,以减少钢绞线的回缩。同时用标定过的钢板尺测出油缸外露长度及挤紧的工具锚夹片的外露长度,并做好记录。

张拉阶段:张拉阶段升压应平稳,升压速度用油泵侧面的节流阀进行控制。当油表指针接近控制应力油表读数值前减缓升压速度,由于预应力筋是自锚,因此严禁超张拉。

预、初张拉控制应力阶段:设计要求为梁体提供移梁下台位所需的预加应力值、防止梁体出现裂纹。钢绞线张拉到控制应力值后,测量油缸伸出长度及工具锚夹片外露长度并记录。

自锚阶段:预应力筋回缩自锚应在油泵停机状态下打开顶部的控制阀(侧面节流阀处于拧紧状态)来完成。锚固结束后测量油缸长度,以便计算自锚阶段的钢绞线回缩量。

油缸回程:开动油泵,打开控制阀及节流阀,使油缸回缩,当油缸外露长度达到 1～2cm时,关闭油泵完成油缸回程操作。卸除工具锚及千斤顶,测量工作锚夹片的外露量,并在距离夹片端头 2～3cm处的钢绞线上用红油漆划出标记,观察 24h再次测量,以判断钢绞线及夹片的回缩量。

③终张拉工艺

a.终张拉采用应力和应变双控制,对未张拉束张拉程序为:

0→0.2σK(作伸长值标记、测千斤顶油缸伸长量、测工具锚夹片外露量)→0.5σK(持荷 1min)→0.8σK(持荷 1min)→σK(测千斤顶油缸外露量、测工具锚夹片外露量、持荷 5min、计算钢绞线伸长值与理论伸长值比较)保持压力→缓慢回油到 0→锚固。

对已张拉束张拉程序为:

b.重复预初张相同的张拉作业流程。

④张拉技术要求

a.实际伸长值两端之和不超过理论计算值的±6%。

b.每件后张预制梁断丝,滑丝总数不得超过预应力钢丝总数的 0.5%,且一束内断丝不得超过 1丝,也不得在同一侧。

c.两端钢绞线回缩量之和不得大于 6mm。

d.张拉过程中出现以下情况之一者,需更换锚具或钢绞线来重新张拉:后期张拉时发现早期张拉的锚具中夹片断裂者;锚具内夹片错牙在 10mm以上者;锚具内夹片断裂在两片以上者(含有错牙的两片断裂);一榀梁中断滑丝量超过规定,选最不利的一束进行处理;锚环裂纹损坏者;切割钢绞线或压浆时又发生滑丝者。

⑤张拉注意事项

a.高压油管使用前应作耐压试验,不合格的不能使用。

b.油压泵上的安全阀应调至最大工作油压下能自动打开的状态。

c.油压表安装必须紧密满扣,油泵与千斤顶之间采用的高压油管连同油路的各部接头均须完整紧密,油路畅通,在最大工作油压下保持 5min以上均不得漏油。若有损坏者应及时修理更换。

d.张拉时,要做好安全防护工作,尤其千斤顶后面及另端对面不准站人,也不得踩高压油管。

e.张拉时发现张拉设备运转异常,应立即停机检查维修。

f.锚具、夹具均应设专人妥善保管,避免锈蚀、沾污、遭受机械损伤或散失。施工时在终张拉完后按设计文件要求对锚具进行防锈处理。

3 技术要点

(1)如果 24m箱梁数量少,最好考虑用 φ80mm代替 φ70mm橡胶管成孔,用 M15-8锚具代替 M15-7锚具,这样可以省下购置 φ70mm橡胶管的费用,同时也能保证预应力管道的成孔质量,经济实惠。

(2)要加强对钢绞线、锚具、夹片等原材料的检测,严禁不合格材料进入预应力工序施工。要加强预应力材料的收发存放的管理,尤其是锚具四件套内的锚板和锚垫板,严防其在搬运过程由于工作失误造成损伤,损伤锚具在张拉使用中会出现严重危险事故。

(3)管道摩阻试验宜早不宜迟,报告出具后应及时请相关设计院对设计预施应力进行调整。

(4)张拉工艺严格执行预张、初张、终张三阶段张拉,带模预张能有效避免梁体产生早期裂纹。

(5)张拉过程中要实行三控(应力、应变和时间),应力控制要以油表读数为准,以钢绞线的伸长值作校核,实测伸长值与理论伸长值控制在 ±6%以内。

(6)张拉用千斤顶和油表选型要考虑富余系数,压力表一定要选用防振型精密压力表,油表和千斤顶定期应配套标定。

(7)钢绞线下料长度应根据所用千斤顶、限位板、对中套、锚具、锚内工作长度等,并考虑一定富余长度精确计算。

(8)终张拉后 24～48h内压浆,防止钢绞线锈蚀,采用真空辅助压浆工艺,保证孔道内水泥浆饱满密实。

(9)锚头、工作锚和锚垫板外漏部分应涂刷防水涂料。

(10)锚垫板表面的水泥浆和锚环上的封锚砂浆要清除干净,锚穴混凝土面凿毛处理凿毛率要达到100%,混凝土残渣及废物清理干净后,保证封锚混凝土与梁体充分连接。

(11)封锚混凝土浇筑后,梁端底板和腹板的表面满涂聚氨酯防水涂料,防水涂料厚度为 1.5mm。

[1]TB10002.3—22005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].

[2]铁科技函[2004]120号,客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S].

[3]TB10203— 2002,铁路桥涵施工规范[S].

[4]GB/T5224—2003,预应力混凝土用钢绞线[S].

[5]孙立山.武广客运专线 32m双线整孔箱梁预应力施工技术[J].铁道科学与工程学报,2007(6):213-214.