连续刚构悬臂浇注箱梁施工控制技术

王海涛

摘要：本文结合沪昆铁路工程实例，分析了连续刚构悬臂浇筑箱梁常出现的病害原因，总结了预应力管道定位、张拉控制、真空辅助压浆等减少应力损失、提高应力有效性的控制措施。

Abstract： Combined with the engineering example of Hukun Railway， this paper analyzes the disease causes of the continuous rigid frame cantilever irrigating box girder， sums up the control measures of reducing stress loss and improving stress effectiveness of the prestressed pipe positioning， tension control and vacuum aided grouting.

关键词：连续刚构；悬臂浇筑施工；控制

Key words： continuous rigid frame；cantilever irrigating construction；control

中圖分类号：U445.466 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）05-0163-03

0 引言

目前连续刚构箱梁桥因灵活的跨度选择、合理的结构刚度、较强的跨越能力、行车平顺、施工方便、伸缩缝少、不阻断桥下交通、工程造价相对较低、后期维修养护费用少等优点，广泛应用于公路、铁路、城市轨道大中跨径混凝土桥梁工程中。但近几年由于连续刚构箱梁桥设计的结构跨度和箱室宽度的不断增加，施工中经常出现箱梁腹板混凝土开裂、跨中下挠、底板崩裂、孔道压浆不密实等问题。本文分析了常见病害产生的原因，并结合沅江大桥不对称大跨度连续刚构桥梁施工实践，提出了针对性的控制措施。

1 工程概况

新建沪昆铁路客运专线长昆湖南段沅江大桥为不对称连续刚构桥，全长404.94m。桥跨设置为（88+168+88+40）m，梁体截面为单箱单室、变截面、直腹板、变高度形式。箱梁顶宽12m，底宽7m，中支点截面中心梁高12m，支座中心线至梁端0.9m，边支点、中跨跨中和40m边跨梁高均为6m；除梁端及中支点附近外，顶板厚为0.45m；腹板厚分别为0.5～1.1m，按折线变化；底板厚由跨中的0.5cm按二次抛物线变化至根部的1.5m。梁体支点、跨中等处共设8道横隔板，两侧腹板与顶板相交处的外侧过渡采用圆弧倒角（截面布置图见图1）。

2 悬臂浇筑箱梁易出现病害

2.1 箱梁混凝土裂缝

腹板斜向、竖向裂缝，跨中底板横向、纵向裂缝、表面温度裂缝，顶板纵向裂缝，以及其他非结构裂缝等，是箱梁混凝土常出现的裂缝形式。最常见的则是腹板斜裂缝，产生的主要原因：一是初始张拉力不足、竖向预应力筋与锚垫板间过大的不垂直度、压浆不够饱满密实而导致的竖向预应力失效；二是纵向预应力筋弯起不够，导致剪应力过大。造成的结果则是腹板主拉应力过大，产生裂缝。而其他如结构自重、温度变化、混凝土收缩等的影响及相互作用，致使腹板斜裂缝出现可能较小。

2.2 跨中下挠

连续刚构的跨中可能出现不断下挠的情况，且随使用年限的增加越发明显。产生的主要原因：一是过早张拉会加大混凝土徐变损失，导致徐变挠度加大；二是施工控制误差较大，混凝土结构超重；三是张拉不到位、预应力有效性降低等。

2.3 跨中底板崩溃

箱梁底板崩裂按照破坏形态，分为底板横向挠曲引起的纵向崩裂、底板上下层分离、钢束局部蹦出三种情况，其中以底板上下层之间分离的情况为多，危害最大，使桥梁产生硬伤，甚至不能交付使用。主要原因：一是梁底合拢束径向外崩力过大；二是钢束设置与构造措施不配套；三是波纹管间距太小，底板混凝土被分割成上下两层；四是钢束定位存在过大偏差；五是混凝土浇注时振捣、养护不到位。

2.4 预应力孔道压浆不密实

预应力孔道压浆时，常出现浆液搅拌过程中混入空气，水泥浆离析、析水、干硬收缩，预应力管道起伏长曲线顶部有空隙的情况，这些空隙的存在致使压浆不够饱满密实，浆体强度降低，水泥浆对钢绞线的握裹力下降，影响梁体与钢绞线受力传递的均匀性；预应力筋会出现锈蚀，降低预应力的有效性，影响结构物耐久性。

从以上常见病害产生的原因来看，预应力施加过大，会使梁体长期处于应力状态，致使反拱过大，延性减少；施加过小则会造成梁体挠度、裂缝宽度较大，降低使用寿命。因此施工中严格控制应力损失、提高预应力的有效性对施工质量尤为重要。

3 应力损失分析

预应力钢筋张拉时，沿管道壁滑移产生摩擦会引起较大应力损失，在张拉端的应力较高，跨中方向由于摩擦力的影响逐渐减少，从而整体应力减少；

按设计要求，应力损失值任何情况均不得超过0.05fpk。

由摩擦引起的应力损失公式分析：

ΔS=P[1-e-（μθ+kx）]

其中：ΔS—摩擦引起的应力损失；

P—预应力张拉的应力值；

μ—管道摩阻系数；

θ—以弧度为单位，从张拉端到计算截面间与曲线管道部分的夹角绝对值相加之和；

k—管道偏差系数；

x—以m为单位，从张拉端到计算截面的管道长度在纵轴上的投影长。

要控制摩擦引起的应力损失ΔS值，需采取措施，改变钢筋与管道壁间的摩擦系数，从张拉端到计算截面间与曲线管道部分的夹角，管道间局部偏差等影响因素。而其他如锚具变形、夹片回缩和接缝压缩、混凝土弹性压缩、钢筋松弛等引起的应力损失，也需采取相应控制措施。

4 应力损失控制措施

4.1 精确定位预应力管道

①采用塑料波纹管，要安装正确、牢固。波纹管与喇叭口平顺衔接，不能出现漏浆，二者的中心线与锚具垫板要严格垂直，在每一束最高点或跨中部位安装三通排气管，长度大于60m时，每20m安装三通排气管。

②加工“U”型钢筋做定位，限制波纹管上下左右移动，提高管道定位准确度。定位钢筋基本间距不大于0.6m，曲线弯折处不大于0.4m。

③波纹管接头要顺直、牢固，外面套连接套管。为保证波纹管顺直，波纹管位置与梁体钢筋设置冲突时，可将梁体钢筋适当移动或进行适当弯折。

④规范允许的情况下，考虑到混凝土骨料质量的不稳定因素，适当增大波纹管间距，便于振捣。

⑤混凝土浇注进槽时避免冲击到波纹管，振动器也不得接触波纹管，防止波纹管在浇筑过程中发生变形。

4.2 张拉控制

4.2.1 张拉设备选择

①张拉设备的额定输出力不得小于张拉束的锚外张拉控制力，该桥张拉时选用开封金中原有限公司生产的YDC4000型千斤顶。

②张拉油表使用防震型，最大量程为60MPa，最小刻度0.5MPa，精度不低于1度，使用前要进行标定，每月须标定一次，每周必须校准一次。

③高压油泵选用了开封金中原有限公司生产的ZB50型油泵。

④千斤顶与压力表要配套标定，作为张拉的依据要确定出张拉力与压力表之间的关系曲线。千斤顶在初次使用之前、经过检修后、漏油严重、调换油压表、油表指针不能退回零点、油压表受到碰撞或出现失灵现象、使用超过1个月或200次、或闲置6个月时必须标定。

4.2.2 张拉前准备

①使用预应力筋前，检查表面是否有浮皮、锈蚀、泥污、油渍等杂质，用钢丝刷将杂质清除干净。要对预应力筋进行预张拉，增加其延性，避免或减少张拉时出现断丝。

②安装工作锚时，锚、管道和喇叭管三者中心要保持一致。再推入夾片，同一夹片间的端面要平齐、保持同样的外露长度。

③利用单根钢绞线将钢丝绳带过，然后利用钢丝绳牵引穿设整束钢绞线，穿设后，两侧张拉端锚具外露出的钢绞线，除预留50cm长度外其余部分用小型电动砂轮机切割，切割后断口用胶带缠绕，防止钢绞线松散。

④限位板配套装入，再依次装上千斤顶、工具锚，工具锚和工作锚上孔位的排列位置要保持一致。工具夹片在安装前要打蜡，以保证张拉完毕后，夹片容易松脱。

⑤张拉前，千斤顶要空载试运行一个冲程，检查油路是否畅通。待试运行正常后才可以进油施力。

4.2.3 张拉注意事项

①当弹模、混凝土强度均达到100%，龄期达到6天后再进行钢束张拉，以免张拉时千斤顶作用而产生较大的混凝土弹性压缩或压裂混凝土块体。

②张拉顺序采取先纵向再竖向再横向，纵向钢束采取两端同步张拉，并以中轴线两侧对称进行，从而减少θ值及管道长度x值，控制构件承受的偏心压力。纵向束张拉顺序采取先腹板束后顶板束，合拢后先底板束再顶板束。

③采用分级张拉，防止两端钢绞线受力不均，伸长量出现过大偏差，可保证最终张拉的有效预应力。

④预应力采用双控，油泵加压要缓慢、匀速，要随时记录张拉伸长量，以便校核。实测伸长值不应超过理论值的±6，超过要及时停止张拉，待查明原因采取措施后，再行施工。

⑤可适当增加底板预应力束，并分批张拉，即部分底板预应力束滞后一段时间，待混凝土完成一定的收缩徐变后，再行张拉。

⑥中跨底板预留备用孔道，适当设置体外备用钢束，如需要时再行张拉。

4.3 真空辅助压浆

①预应力张拉锚固后，检查安装灌浆泵、真空泵、灰浆搅拌机、高压管、真空压浆组件、各种接头阀门、浆桶等压浆设备，对孔道压水检查、处理和密封，要保证在24～48小时内进行真空辅助压浆。

②压浆时的灰浆水灰比控制在0.3～0.35之间，并满足强度和粘结力要求，保持较大的流动性、较小的干缩性及汲水性。水泥浆拌制均匀，经2.5mm×2.5mm的滤网过滤后，方可压入管道，避免水泥块或其他杂物进入泵体或孔道。

③关闭其他通风孔，启动真空泵，排除导管内空气。压力应达负压0.06MPa-0.1MPa间，孔道内的真空度保持稳定后停泵1min，若压力降低，小于负压0.02MPa则可认为导管密封良好，没有裂缝；如未能满足则表明导管密封不严。

④真空泵保持连续工作的同时，灌浆泵开始压浆，管道出浆口应装有三通管，吸浆的进程通过观察通风管掌握，直到进、出浆的浓度确认一致后，才可封闭保压。

⑤压浆不应超过0.60MPa的最大压力。在浆体注满管道后，继续保持0.50～0.60MPa的压力2min，然后关闭压浆泵及压浆阀门.完成压浆，确保压入管道的浆体饱满密实。

⑥中跨合拢段压浆时采用两端压浆，压浆时间间隔60s，一端压浆至最高点后停止压浆，另一端继续压浆直至连续出浆，孔道灌满且封闭排气孔后，再继续加压到0.5～0.6MPa，并持续5min。

⑦因大跨连续梁中跨合拢段位置远高于压浆嘴位置，中跨合拢束管道较长，将管道比作斜置的细长管，单端压浆时间长，密水较多，易出现中间压浆不饱满，采用两端间隔压浆可将密水由中间排气孔排出，确保压浆饱满。

5 结论

实践证明，现场采取精确定位加固波纹管、预应力张拉控制及真空辅助压浆等保证措施，应力损失值达到了不超过0.05fpk的要求，有效防范了病害发生，提高了预应力张拉工艺的质量，充分发挥了预应力钢筋混凝土结构优势，满足工程使用要求。

参考文献：

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