后張法簡支箱梁預應力施工工藝及質量控制(19頁).doc
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2024-01-09
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1、后張法簡支箱梁預應力施工工藝及質量控制摘 要 本文以預制后張法簡支箱梁為背景,從原材料控制、施工工藝及質量控制等方面,對預應力管道成孔、預應力束張拉和管道壓漿技術進行了具體的論述,指出了預應力施工應注意的事項,為類似工程的施工提供參考。文中也對預應力筋理論伸長量的計算進行了十分有益的探索,以通橋(2023)2224A-局部修改圖,跨度31.5m梁二期恒載為100110為例,對計算過程作了說明。關鍵詞 后張法簡支箱梁 預應力施工工藝 質量控制1概述為保證梁體混凝土軸心受壓和變形符合設計規定,后張梁預應力值的準確與否起著決定性的控制作用。現以后張法預應力混凝土鐵路橋簡支箱梁跨度31.5m梁二期恒載2、為100110為例【圖號:(2023)2224A-局部修改圖】,來談談后張法預應力施工工藝及質量控制。該梁預應力筋采用抗拉強度為1860MPa的低松弛鋼絞線,自錨式拉絲體系錨固,錨具采用YJM159XZ/10XZ夾片式錨具。(詳見圖梁端預應力鋼束布置示意圖)。 預應力鋼束共25束, 其中2N6b采用975鋼絞線,孔道直徑為80 mm;2N1a2N1e,2N2b2N5b,N2aN5a采用1075鋼絞線,孔道直徑為80 mm。預張拉(僅對2N5b、N5a、2N1c、2N4b鋼束進行預張)控制應力800.0 MPa,初張(僅對2N1e、N4a、2N1b、2N2b、2N1d、N2a、2N1a鋼束進行初3、張)控制應力851.0 MPa,終張控制應力1362MPa,采用YDC250、YDC300穿心自鎖式千斤頂,分級、對稱、同步張拉工藝進行后張作業。預應力管道采用抽拔橡膠管成孔,管道內注M50水泥漿。2預應力管道抽拔橡膠管成孔2.1準備工作按設計及工藝規定定制外徑為80mm內徑為20mm長度為19m(略大于梁長的一半)的膠管,規定其彈性恢復性能較好,外表光潔,承受工作拉力大于5KN,極限抗拉力大于7.5KN;在膠管內插入公稱直徑為15.2mm長度為19.2m的鋼絞線, 使膠管有一定的變形剛度, 減小因膠管過度變形而產生斷管的風險; 制作內徑為82 mm長度為40cm的鐵皮套管;備一定數量的膠布;4、順孔道軸線位置,在端模上焊接膠管托架;按設計規定在已成型的腹板鋼筋骨架上焊接好預應力管道定位網片;采購5T慢速卷揚機;制作外徑為76mm的檢孔器。2.2穿管預應力管道由兩根膠管抽拔形成,膠管的接頭設在跨中并且要錯開,接頭用鐵皮管 套接。穿管前,先要對膠管直徑作劃分標記,以免混淆;在梁的兩端順長所需之膠管。穿管時按照由下而上的原則逐根進行。先托起膠管(注意不使膠管著地以防損傷膠管)并施一定推力,前方予以導向,使之通過定位網上相應的網眼。膠管穿至跨中時,為保證兩膠管靠攏并使接觸面居于套管中面,在膠管端部按照鐵皮套管半長劃線,劃線與套管邊對齊說明管已接好,膠管與鐵皮套管之間用膠布裹嚴。伸出梁端的膠管5、順孔道軸線置于托架上。穿管后,按設計規定調整管道整體線形。2.3抽拔膠管在混凝土澆筑過程中,要謹防插入式振搗器碰到膠管,以免管道跑位。當梁體混凝土終凝后強度達成48MPa(所有混凝土澆筑完畢后100h)時,即可進行膠管抽拔作業。抽拔過早易產生孔道坍塌,過晚則不利于膠管抽拔,易形成卡管、斷管等不良后果。拔管采用5T慢速卷揚機,卷揚機上帶12 mm鋼絲繩。拔管時,先將梁端外露膠管受力部位用麻袋裹住,再接上卷揚機鋼絲繩,然后開動卷揚機達成一定拉力稍作穩定之后,才漸漸加力,促使膠管從外向里逐漸剝離混凝土而順利拔出。注意抽拔時設專人觀測膠管的變形情況,并與卷揚機操作者保持密切聯系,拉力過大容易拔斷膠管。6、拔管從梁體混凝土先澆筑的一端開始,自下而上進行,每次拔管的根數最多為2根。遇拉拔困難時應暫停作業,待查明因素后再繼續,不可強拉。拔管時如碰到膠管被拔斷,可根據被抽拔出的橡膠管長度判斷斷頭位置,并用8mm鋼筋插入孔道進行確認,待模板拆除后,將斷頭位置鑿開一個小口,從洞內用卷揚機將膠管拔出,最后將梁體鑿開部位用環氧樹脂砼修補,注意養護。所有膠管抽拔完畢后,用檢孔器對梁體孔道逐孔檢查,不能通過者立即解決。當夏季施工時,可在孔道內注水養護,在鋼絞線穿束前48h,再用高壓風管將水吹干。拔出來的膠管,清洗理順擱好覆蓋,以備下次再用。如檢查時發現膠管表面破損剝皮,則嚴禁再用。嚴禁在膠管上施壓重物,防止膠管局7、部變形。 3預應力鋼絞線束張拉前要具有的條件及準備工作3.1原材料采購公稱直徑為15.2mm、抗拉強度為1860MPa、彈性模量為19.5105 MPa的低松弛鋼絞線,進場外觀驗收合格后,再對其破斷負荷、屈服負荷、彈性模量、極限伸長率、松弛率進行實驗,技術條件要符合GB/T5224-2023的規定。按設計規定采購AM159/10夾片式錨具,進場外觀驗收合格后,再對其錨固效率系數、極限拉力總應變、錨口摩阻、喇叭口摩阻進行實驗,技術條件要符合GB/T143702023的規定。3.2鋼絞線的下料、編束和穿孔將鋼絞線內圈頭抽出,由人力牽引至規定長度后用切割機切斷,鋼絞線的端頭在切斷前用鐵線綁扎,切斷后8、將鐵線和毛刺清理干凈。編束時,先使一端平齊,再由平齊端向另一端每隔1.5m用鐵線綁扎一道。編束后,按預應力孔道編號掛牌分類存放,并要有離地覆蓋措施,防止錯用銹蝕污染。在自由放置的情況下,保證鋼束順直,不扭轉。穿束前吹干孔道內的水分,清除孔口錨墊板上的水泥漿、止漿帶等雜物。鋼絞線束 在運送過程中,采用多支點支承,規定支點距離不大于3m,兩端懸出長度不大于1.5m。鋼絞線束穿入預應力孔道采用卷揚機引拉,具體方法是:先用一根單鋼絞線將卷揚機鋼絲繩引進孔道,鋼絲繩從另一端拉出后,采用聯結套筒方式與鋼絞線束聯結,然后開動卷揚機即可完畢穿束作業。3.3張拉設備的采購及校正3.3.1選購千斤頂及配套油泵和壓9、力表采購YDC250、YDC300千斤頂。千斤頂的選擇與張拉工藝、設計控制張拉力和鋼絞線伸長量有關,千斤頂的張拉力規定達成鋼絞線控制張拉力的1.2倍以上,千斤頂最大行程要大于鋼絞線計算理論伸長量的60%(兩端對稱張拉)。與千斤頂配套,采購YBZ4-5電動油泵及0.4級防振型壓力表,兩者的選用與鋼絞線的張拉力和千斤頂油壓面積(活塞面積)有關,即:Pu= P/ Fu1.5式中 Pu:計算油壓表表面的最大讀數或油泵的額定油壓數(MPa); P: 預應力鋼絞線的張拉力(N); Fu:張拉千斤頂工作油壓面積(mm2)同時,還要考慮油泵的油箱容量在張拉千斤頂總輸油量的1.5倍以上,聯結油泵和張拉千斤頂的油10、管,應選用耐高壓紫銅管或耐高壓橡膠管,其工作壓力應與油泵額定油壓配套。3.3.2張拉設備的校正(1)壓力表的校正壓力表(精度0.4級)校正有效期為一個月,可委托具有相應資質的單位校正,亦可現場進行。油壓表校正有兩種方法:一為標準表比較法;一為砝碼校正法。前者合用于于普通壓力表的校正,后者合用于標準壓力表的校正。現場普通壓力表的校正可在手搖油泵上進行,方法是:在油泵出口接一個三通管,分別接上標準表和被校正的油壓表,按每2MPa一級逐級升壓,分別記錄兩只表的讀數,直到超過最大使用壓力為止。依此反復三次取平均值,則其校正系數K=P校/P標,校正系數K應在該被校正壓力表等級最大允許偏差范圍內。使用時要11、特別注意保護好壓力表。當壓力表發生故障時必須重校,當破損時必須更換新表并校正。 (2)千斤頂、油泵與壓力表配套校正張拉千斤頂、油泵與壓力表配套校正使用,校正有效期為一個月且不超過200次張拉作業,拆修更換配件的張拉千斤頂要重新校正。校正前,安裝好千斤頂、油壓表、油泵后,試壓三次,每次加壓至最大使用壓力的110%,加壓后維持5 min,其壓力下降不超過3%,即可進行正式校正工作。校正有兩種方法,一為壓力環校正法:將千斤頂及壓力環安裝在固定的框架中,向千斤頂內充油,按壓力表每5MPa壓一級,測出相應的壓力環的壓力,其校正系數=【壓力表應力(MPa)千斤頂活塞面積(mm2)】/壓力環壓力(N);二為12、壓力機校正法:將千斤頂安裝在壓 力機上,先向千斤頂內充油約1/3行程,將油泵的回路關緊,然后用壓力機壓千斤頂,每50KN一級,測出相應的壓力表讀數,其校正系數=壓力機壓力(N)/【壓力表應力(MPa)千斤頂活塞面積(mm2)】。當千斤頂校正系數小于1.02時,按1.02采用;當校正系數在1.021.05之間,則按實際值采用;當校正系數大于1.05時,則該千斤頂不能使用。當千斤頂校正系數不大于1.05時,求出線性回歸方程。3.4預應力鋼絞線束施工理論伸長量的計算3.4.1鋼絞線彈性變形量的計算在計算之前,一方面要做幾個實驗:管道每米局部偏差對摩阻的影響系數、鋼束與管道壁之間的摩阻系數、錨具的錨口13、摩阻損失及錨下喇叭口摩阻損失,并將實驗報告提交設計院調整張拉力。經設計院檢算,該梁控制張拉力從1335.1MPa調整到1362MPa。根據上述實驗結果和鋼絞線實測彈性模量,即可進行彈性變形量的計算:L彈 =(PMZKZ/AP)(1000L/EP)2式中 L彈:鋼絞線計算長度的彈性變形量(mm)P :預應力筋張拉端的張拉力(N)MZ :錨口摩阻及錨下喇叭口摩阻對張拉力的折減系數AP :預應力筋截面積(mm2)EP :實測鋼絞線的彈性模量(MPa)KZ :孔道摩阻對張拉力的折減系數KZ =【1e(KL+)】/(KL+)K :管道每米局部偏差對摩阻的影響系數L :從錨口至跨中計算截面的孔道長度(m)14、:鋼束與管道壁之間的摩阻系數:從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線夾角之和(rad)3.4.2施工理論伸長量的計算鋼絞線從自然松弛狀態張拉至控制張拉力,其伸長量不僅包含兩工作錨之間孔內鋼絞線的彈性變形,還涉及其自由伸長量以及梁端工作錨至工具錨夾片之間鋼絞線的伸長量。在實際測量伸長量時,同時也具有工具錨夾片的回縮量和梁體彈性壓縮量以及工作錨、工具錨、限位板、墊板的壓縮量。即:L施 = L彈+L自+L端+L壓(mm)現以跨度31.5m二期恒載為100110的N1a鋼束為例,其施工理論伸長量計算如下:(1)計算兩工作錨之間孔內鋼絞線的彈性變形量 L彈一方面,求孔道摩阻對張拉力的折減系數KZ =【1e(15、KL+)】/(KL+)=0.9757式中K、取實驗值, L、查設計圖,得 K=0.0027; =0.5387; L=16.160 m;=0.0872665 rad。然后查設計圖,得P = 1795013 N; AP = 1400 mm2,EP、MZ 取實驗值,分別為EP =195000 MPa; MZ =0.9265。 由此得,L彈 =(PMZKZ/AP)(1000L/EP)2 = 199.6mm。(2)鋼絞線的自由伸長量 L自,已在伸長量測量時剔除。因實際僅測量20%100%控制應力之間的伸長量,020%控制應力之間的伸長量用后級取代,故不計。(3)梁端工作錨至工具錨夾片之間鋼絞線的伸長量L16、端=(P/ AP)(L/EP)2=(1906800/1400)(600/195000)2 = 8.4 mm,式中L為工作錨至工具錨之間鋼絞線的長度。(4)計算鋼絞線的回縮量 L回=張拉力100%時持荷油缸的外露量-卸載時(在未回油之前)油缸的外露量-兩端自由端的伸長值。(5)計算梁體以及工作錨、工具錨、限位板、墊板的彈性壓縮量L壓先計算梁體的彈性壓縮量 L壓1=(P/ AO)(L/EO),式中P為梁端所受壓力即張拉力,AO為31.5 m箱梁跨中截面換算面積,L視為梁長,EO為梁體砼的彈性模量。經查設計圖及設計院提供的參數表,得P = 1906800 N; AO = 7.309 m2; L = 17、32.6 m;EO =3.55104 MPa。由此得,L壓1=(1906800/ 730900)(32600/35500)=2.4mm。在單束張拉過程中,梁體彈性壓縮量很小,同時受梁底支點摩阻力的影響,可以考慮不計。計算工作錨、工具錨、限位板、墊板的壓縮量 L壓2=(P/ AC)(L/EC)2,式中AC為各張拉件的平均面積,L為各張拉件厚度之和,EC為張拉件的彈性模量,將各值代入上式,得 L壓2=(1906800/ 26877)(210/202300)2=0.15 mm。因張拉件的壓縮量極小,可以忽略不計。(6)綜上,得N1a鋼束在終張控制應力時的理論伸長量L施 = L彈+L自+L端+L壓 =18、 199.6+ 0 + 8.4 + 0 = 208 mm3.5壓力表讀數的計算根據千斤頂的線性回歸方程,每10%控制張拉力為一級,計算出每束鋼絞線在不同應力狀態時相應的壓力表讀數。3.6預應力鋼束張拉前要具有的其它條件(1)終張拉前“三控”:梁體混凝土齡期大于10d;抗壓強度大于53.5Mpa(比設計強度提高3.5Mpa);彈性模量大于3.55104 MPa,且梁體的所有缺陷已修補,梁體滿足終張規定。(2)預張拉前“一控”:梁體混凝土抗壓強度大于33.5MPa。(3)初張拉前“一控”:梁體混凝土抗壓強度大于43.5MPa。(4)張拉臺座滿足規定,注旨在設計張拉臺座時要考慮梁體上拱及壓縮對張拉臺19、座導致的剪切破壞,并想方設法減少梁體與張拉臺座之間的摩阻力。(5)準備手動葫蘆、支架、防護擋板、限位板、墊板、對講機、鋼板尺。(6)用紅油漆在鋼絞線兩端做標記。(7)布設測量梁之彈性上拱及彈性壓縮的測點。 4預應力鋼絞線的張拉按照設計規定,當梁體混凝土抗壓強度達成33.5MPa時,要依次對2N5b、N5a、2N1c、2N4b鋼束進行預張,其預張拉控制應力為851.0 MPa,及時預張拉可有效防止梁體產生裂紋。當梁體混凝土抗壓強度達成,43.5MPa時,要依次對2N1e、N4a、2N1b、2N2b、2N1d、N2a、2N1a鋼束進行初張,其初張拉控制應力為851.0 MPa,使梁體盡早吊離制梁臺20、座。梁體預初張拉至終張拉期間較長,梁端裸露在外的錨具和鋼絞線可用塑料管套住或塑料薄膜包裹,防止雨淋后銹蝕(不進行預初張拉的預應力管道不宜過早穿束)。預初張拉工藝與終張拉工藝大體一致,在以下的敘述中,除特別強調的“終張拉”,其余兩者均可。4.1安裝機具(1)安裝工作錨及夾片:規定兩端對稱同時進行,按鋼絞線順序對號入孔,不得出現交錯現象,最后用套管輕輕將夾片(夾片須佩帶膠圈)打入錨環內。(2)安裝限位板及墊板。(3)安裝千斤頂:千斤頂應先伸出35cm,并注意各部件密貼, 軸線同心。(4)安裝工具錨及夾片:工具錨夾片應涂抹潤滑劑并用套管打緊。(5)用高壓油管連接千斤頂至油泵:應避免油路接反。(6)安21、裝壓力表,接通電源,準備張拉作業。 4.2終張拉順序按設計依次張拉鋼束N6a、2N1a、2N6b、N3a、2N1c、2N3b、2N1d、N2a、2N1b、2N2b、2N1e、2N4b、N4a、2N5b、N5a。圖梁端預應力鋼束布置示意圖 4.4終張拉程序(1)未初張拉的鋼束N6a、2N6b、N3a 、2N3b按照下列程序進行終張:準備就緒0 0.1k初應力(作伸長值標記) 每0.1k分級、對稱、同步張拉 k控制應力(持荷5min) 補油加壓至k 回油至0(錨固)(2)已經預初張拉的鋼束2N1a、2N1c、2N1d、N2a、2N1b、2N2b、2N1e、2N4b、N4a、2N5b、N5a按照下列22、程序進行終張:準備就緒0 預初張控制應力(作伸長值標記) 每0.1k分級、對稱、同步張拉 k控制應力(持荷5min) 補油加壓至k 回油至0(錨固)4.5張拉力的控制4.5.1張拉過程中的“雙控”:以張拉力控制為主、伸長量作校核。實際伸長值不應超過計算理論伸長量的6%,否則應查明因素,再進行張拉。4.5.2未預初張拉的鋼束進行終張拉時,實際伸長值1=(終張拉控制應力時的量值0.2k初應力時的量值)/0.8 ;已經預初張拉的鋼束進行終張拉時,實際伸長值2=預初張拉時的伸長值+終張拉時的伸長值=【(預初張拉控制應力時的量值20%預初張拉控制應力時的量值)/0.8】+【終張拉控制應力時的量值預初張拉23、控制應力時的量值】。出現以下情況,要采用相應的技術措施予以解決,原則上退錨更換工作錨或鋼絞線后重新張拉。(1)梁體斷滑絲數量超過預應力鋼絞線總絲數的0.5%。(2)當梁體斷滑絲數量不超過預應力鋼絞線總絲數的0.5%時,斷滑絲位于梁體同側或一束內斷滑絲超過1絲。(3)錨具內夾片錯牙在1mm以上或夾片斷裂。(4)錨環出現裂紋或損壞。(5)切割鋼絞線或壓漿時又發生滑絲者。設專人做好具體的張拉記錄,保證預應力施工質量。張拉完畢,實測梁體彈性上拱與彈性壓縮量。4.6張拉注意事項(1)油泵的安全閥應調整至規定值后方可開始張拉作業。 (2)張拉順序必須嚴格按設計規定進行。(3)預加應力時,應使千斤頂、錨具、24、孔道“同心”,保持千斤頂加壓速度相近,使兩端同時達成同一荷載值;卸壓速度也應緩慢、均勻,切忌忽然加壓或卸壓。(4)張拉設專人統一指揮協調,兩端用對講機進行聯絡,保證分級對稱同步張拉。(5)張拉作業時要設擋板防護及安全警示標志,千斤頂后方嚴禁站人,測量伸長值的人員應站在千斤頂側面。(6)張拉過程中,要多測量幾個級差的伸長值,與計算理論伸長值比較,以確認張拉正在有效進行。(7)張拉加力時,不得敲擊及碰撞張拉設備。 (8)已張拉的鋼束,不得敲擊其錨具或在其上腳踏手攀。(9)當預加應力出現缺陷需要退錨時,預應力筋的張拉應力不得大于0.8k。(10)每次張拉完畢,油表要用軟布包裹妥善保管避免損壞。5管道25、壓漿5.1壓漿前的準備工作5.1.1壓漿設備的準備選購無錫華群機械有限公司JS-300-,配好經檢查合格的壓力表。5.1.2切割鋼絞線終張拉完畢24小時后,確認鋼絞線無滑絲,方可切割多余的鋼絞線。切割采用砂輪切割機進行,切割位置在錨具夾片30mm以外。5.1.3封錨封錨采用1:1快硬硅酸鹽水泥加細砂,在鋼絞線切割完后1小時內完畢。 5.1.4選定M50水泥漿配合比(1)對水泥的質量規定:管道壓漿用水泥規定采用強度等級不低于42.5級的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥。(2)對外加劑的質量規定:水泥漿應摻高效減水劑,其減水率不應低于20%,堿含量不應大于10%,硫酸鈉含量不應大于5%,氯離子C26、l含量不應大于0.1%,并與所用水泥具有良好的適應性。不應摻入氯化物或其他對預應力鋼絞線有腐蝕作用的外加劑。(3)對水泥漿的質量規定:水泥漿不應泌水,水灰比不大于0.32,并具有微膨脹性能。根據上述三點規定,選購原材料進行試配,選定預應力管道壓M50水泥漿的配合比。5.2壓漿程序及真空施工裝置布置圖壓漿前管道真空度應穩定在0.060.08MPa之間,孔道壓漿時,灰漿泵最高輸漿壓力,以保證壓入管道內水泥漿飽滿密實為準,漿體注滿后,應在0.50.6MPa下持壓3min。壓漿最大壓力不宜超過0.6Mpa,待出漿口流出與進口相同濃度的漿體后,才干關閉出漿口保壓。30min后卸拔膠管時不得有水泥漿反溢現27、象。真空壓漿各部件連接圖真空灌漿施工裝置布置圖 1-球閥1;2-構件;3-球閥2;4-球閥3;5-過濾器;6-真空壓力表;7高強橡膠管;8真空泵;9攪拌機;10灌漿泵;11輸漿膠管5.3壓漿注意事項(1)預應力終張拉后,宜在48h內進行孔道壓漿作業。壓漿過程中及壓漿后48h內,梁體溫度不應低于5,否則應采用預熱、保溫措施。盛夏最高氣溫超過35時,應將壓漿時間調整到夜間進行。(2)灰漿攪拌時先加水后加水泥及摻和料,灰漿應攪拌均勻,拌合時間不得少于1 min。水泥漿置于貯漿罐時應通過濾,過濾網孔格不得大于2.52.5mm。(3)水泥漿攪拌好后應盡快壓入孔道,置于貯漿罐的漿體應繼續攪拌,從攪拌至壓入28、管道的間隔時間一般不應超過40 min。(4)每個孔道的壓漿必須一氣呵成,因故障不能連續壓滿時,應立即用壓力水沖洗孔道后重壓。(5)互相串通的孔道應同時壓漿。(6)當壓漿順利時,宜適當加大水泥漿濃度。(7)壓漿完畢待水泥漿初凝后,才允許拆卸壓漿閥。(8)壓漿強度必須達成設計強度的80%以上,才干起吊梁體。6、小結 在預制簡支箱梁的施工過程中,我們采用以上施工工藝對預應力施工質量進行控制,終張拉后實測梁體彈性上拱滿足設計規定,靜載實驗合格。經北京鐵城監理有限責任公司對張拉后的鋼絞線采用傳感器進行實測,實測預應力值滿足設計規定。參考文獻:1 TB10002.3-2023,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范2 TB 107522023,高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準3 TB 10002.12023,鐵路橋涵設計基本規范4 TB/T 3192-2023, 鐵路后張法預應力混凝土梁管道壓漿技術條件5 TB/T 3193-2023, 鐵路工程預應力筋夾片式錨具、夾具和連接器技術條件6 鐵科技2023120號,客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件.7 新建鐵路成綿樂客運專線施工圖 圖號:(2023)2224A-局部修改圖