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先張法空心板梁施工技術在長琿高速公路的應用

要:本文主要介紹空心板梁的預製場地佈置、設計與施工,先張法張拉施工的新工藝和新技術,不同之處在於分三次張拉,10%,90%,100%;這樣操作安全,施工緊湊,迴圈週期短,節約工期。
關鍵字:張拉設計 施工 安全 新工藝 迴圈週期短
First-tensioned hollow plate girder
Huang Xusheng
(China Railway 18th Bureau Group Co.Ltd, Tianjin 300222,china)
Abstract: This paper focuses on pre-cast hollow plate beam venue layout, design and construction, first-tensioned tensioned construction of new processes and new technologies, the difference is that three times a tensioned, 10%, 90%, 100%; this operation safety, construction compact cycle is short, save time.
Keywords: tensioned design and construction of new security technology cycle short
1 工程概況
長琿高速公路江密蜂至黃松甸地處吉林省中部平原向東部山區的過度地帶,四季變化明顯,春季乾燥多風,夏季炎熱多雨,秋季涼爽晝夜溫差大,冬季漫長而寒冷,年平均氣溫5℃,極端最高氣溫36℃,極端最低氣溫-43℃,平均年降雨量600-800mm,初凍一般在10月上旬,完全解凍在次年5月中旬,最大凍深:1.84m。這給施工帶來很大的麻煩,K62+146中橋,長80米,斜交角度45度,每幅橋橋面淨寬18.5米,兩外側設人行道,靠道路中心線設0.75米寬的防撞欄杆,空心板在每座橋的橫斷面上佈置18塊,全橋144塊。所以如何在?施工工期短,預製空心板梁多的情況下不擋道,順利通車,預製就顯得相當重要。
2 臺座設置
預應力混凝土空心板施工從臺座、範本、機具及設備到混凝土施工都要求的相當嚴格,環環相扣;下麵我詳細介紹一下我們的施工技術和方法:
2.1 預製場地佈置
遵循“安全、緊湊、通暢”的原則,根據現場實際情況,在橋頭中間綠化帶位置佈置預製場(見圖1),預製場共設四個臺座,臺座採用框架式臺座,由張拉臺座、傳力柱、橫樑、定位板、固定裝置等組成,兩個臺座之間的距離為87米,在兩橫樑之間共設置10道3.2*1*1m的橫系梁連接兩個傳力柱(中間間距為10米,兩端頭為8.5米),減少傳力柱的自由長度。


圖1 預製廠平面佈置圖
2.2 配筋計算
臺座傳力柱的截面尺寸為400㎜×600㎜,採用整體現澆C40鋼筋混凝土。
a、傳力柱?本身自重對兩端產生的彎距:
M1=qI2/8=0.8×0.6×1×25×872/2=9083KN.m
偏心距所產生的彎距:
M2=N×e=1500×0.15=225KN.m(e取15cm)
M1 遠大於M2,所以取水準方向,兩橫系梁之間傳力柱按鉸接進行計算;同時由於施工存在誤差,實際受力為偏心受壓構件,所以按偏心受壓構件計算:
b、取每根傳力柱承受壓力N=1500KN,偏心矩e0=3cm,自由長度L0=10m,b=0.6,入= L0/b=16.7>8;考慮到縱向彎曲影響:
fc=20N/㎜2,級鋼筋fy=310N/㎜2 。
c、偏心矩增大係數:
η=1+[ L0/ h2ζ1ζ2/(1400 e0/h0)]
ζ1=0.5 fc A/rdN=0.5×20×600×400/1.2×1500×1000=1.35>1
取ζ1=1;
ζ2=1.15-0.01 L0/ h=1.15-0.01×10/0.6=0.98
η=1+1×0.98×102/0.62/(1400×30/550)=4.5
ηe0=4.5×30=135㎜<0.3 h0=0.3×550=165㎜
d、所以按小偏心受壓進行計算:
e=ηe0+h/2-a,=135+300-50=385㎜
ξ=(rdN-ξb fcbh0)/{(rdNe-0.45 fcbh20)/[(0.8-ξb)×(h- a,)+ fcbh20]}+ξb
=(1.2×1500×1000-0.544×20×800×550)/{(1.2×1500×1000×385-0.45×20×800×5502)/{[(0.8-0.544)×(550-60)]+20×800×550}}+0.544
=0.31
As=A,s=[rdNe-ξ×(1-0.5ξ)fcbh20]/f,(h0-a,)
=1.2×1500×1000×385-0.31×[(1-0.5×0.31)×20×800×5502]
<0
所以按構造進行配筋,選用8根φ20鋼筋,箍筋採用φ8@200。
2.3 鋼橫樑計算:
(1)鋼橫樑按兩端支承在端柱上的簡支梁計算:其最大彎矩M=1/4NL=3000×2/4=1500KN/m
(2)鋼橫樑需要截面抵抗矩:
W=M/f=1500×106/315=4712㎝3
選用2根工56b,Wx=2446.5×2=4899㎝3>W
滿足要求;
(3)鋼樑剪應力:
τ=V/A=1500/29316=51Mpa
fv=185 Mpa
τ< fv滿足要求;
(4)橫樑變形撓度:
f=PL3/48EI
=3000×20003/48×2.1×105×68503×104×2
=1.7㎜滿足要求。
3 施工操作要點
3.1 範本的製作、安拆與驗算
底模在壓實平整的地基上澆注一層10㎝厚的混凝土,兩側用角鋼加強,再在混凝土頂面鋪一塊4㎜厚的鋼板作底模,側模採用5㎜厚的鋼板作面板,背帶採用扁鐵、角鋼和槽鋼。橫肋間距為30㎝,豎肋間距為40㎝,豎向大帶間距為70㎝(見圖2)。

圖2  預製場臺座佈置圖
(1)側壓力計算:
取溫度T=300C,V=3m/h,則V<4.5 m/h,H=0.85m<2R=2m,
按公式Pm=r h=25×0.85=21.25Kpa
考慮振搗荷載4 Kpa,則
P=21.25+4=25.25 Kpa
(2)強度驗算:
按三跨連續梁進行計算,側壓力簡化為線性荷載
q=25.25×0.3=7.58KN/m
Mmax=Ql2/10=7.85×0.42/10=0.126KN.m
W=bh2/6=400×52/6=1667㎜3
= Mmax/ W=0.126×102/1667=75.6Mpa<[σ]=145 Mpa
(3)剛度驗算:
I=bh3/12=400×53/12=4167㎜3
f=Ql4/150EI=7.58×4004/150×2.1×105×4167
=1.48㎜<1.5㎜
滿足要求
(4)範本的安裝和拆除均採用人工與吊車相結合,具體操作施工和注意事項如下:
a、在整個施工過程中要始終保持範本的完好狀態,認真進行維修保養工作;
b、範本首次使用時,對面板認真進行除鏽工作,除鏽採用鋼絲刷清除鏽垢,然後塗刷脫模劑,脫模劑塗刷要注意均勻,不遺漏。
c、端模預應力筋孔的位置要準確,安裝後與定位板上對應的力筋孔要求均在一條中線上,由於實際施工中存在偏差,力筋孔水準方向做成橢圓形。
範本在吊運過程中,應注意避免碰撞,嚴禁從吊車上將範本懸空拋落。
d、在安裝過程中,要及時對各部分範本進行精度控制,安裝完畢後進行全面檢查(表1),檢查若超出容許偏差值,則應及時糾正。
表1 範本安裝的允許偏差及其檢驗方法
專案 允許偏差(㎜) 檢驗方法
長度 0,-5 用尺量兩角邊,取其中較大值
寬度 0,-10 用尺量兩端及中部,取其中較大值
高度 0,-5
表面平整度 1 用2m靠尺和塞尺量
相臨兩板表面高差 2 用2m靠尺和塞尺量
鋼絞線保護層厚度 5 用尺量



3.2 鋼筋及預應力筋的製作與安裝:
鋼筋的製作在加工棚進行,主筋對焊接頭應按規範要求錯開佈置,所有鋼筋在加工之前必須先做清汙、除鏽和調直處理。
穿鋼絞線時,鋼絞線穿過端模及塑膠套管後,用一個鋼管,前頭做成圓錐形狀作前端引導工具,以利於鋼絞線直線前進,穿束前各孔眼應統一編號,對號入座,防止穿錯孔眼(見圖3)。

圖3 張拉佈置圖
3.3 預應力筋伸長值計算:
(1)理論伸長值:
ΔL=P×L/Ay×Eg
P—預應力筋張拉力,根據設計值取195.3KN
L—兩張拉端預應力筋的計算長度,取86.77m
Ay—預應力筋截面面積,取140㎜2
Eg—預應力筋的彈性模量,查試驗數據,Eg=1.95×105Mpa。
ΔL=P×L/Ay×Eg
=195.3×103×86770/(140×1.95×105)
=620.7㎜
(2)實際伸長值:
ΔL=ΔL1+ΔL2
ΔL1—從初應力至最大張拉力之間的實際伸長值;
ΔL2—初應力σ0時推算伸長值;
σ0—取10%σk=0.1×1395=139.5Mpa
ΔL2=σ0×L/ Eg
=139.5×86770/1.95×105
=62.1㎜
(3)連接杆精紮螺紋鋼(Φ25)的伸長值:
ΔL=P×L/Ay×Eg
=195.3×2800/(490.9×2.0×105)
=5.6㎜
ΔL2=σ0×L/ Eg
=139.5×2800/2.0×105
=2.0㎜
(4)總伸長值:
總共伸長值ΔL=620.7+5.6=626.3㎜
ΔL1=ΔL-ΔL2
=626.3-62.1-2.0
=562㎜
根據規範實際伸長值與理論伸長值相差必須控制在±6%範圍內,所以實測伸長值ΔL1的範圍為:562×(1-0.06)~562×(1+0.06)
即:529㎜~596㎜之間。
3.4 預應力筋張拉
(1)張拉前的準備工作;張拉前,先安裝定位板,檢查定位板的力筋孔位置和孔徑大小是否符合設計要求,然後將定位板固定在橫樑上,檢查預應力筋數量,位置,張拉設備和錨具後方可進行張拉。
(2)張拉順序;預應力筋張拉採用雙向張拉,即先用小型穿心式千斤頂單根張拉至初應力(10%σ0),同時使每根預應力筋均勻受力,然後在另一端用兩臺大千斤頂整體張拉至90%σ0,綁紮鋼筋、安裝氣囊,再在另一端用兩臺大千斤頂整體張拉至100%σ0,立模澆注?。單根張拉加載及卸載均應對稱進行,其初始張拉順序見圖4。


圖4 初始張拉順序
(3)據檢驗:張拉力及壓力錶讀數如表2
表2 張拉力及壓力錶讀數
千斤頂編號 壓力錶編號 10%σ0
(Mpa) 90%σ0
(Mpa) 100%σ0
(Mpa) 張拉力(KN)
02016 1906   22.53 25.03 1367.1
183   21.32 23.68
02017 202   21.06 23.40
1825   22.01 24.45
9206 876 4.0     19.53
320 5.12     
9207 1863 5.36     
F113 5.71     



(4)張拉步驟:
先採用小千斤頂單根張拉至初應力,然後在另一端多根鋼絞線同時張拉,兩臺千斤頂在兩個張拉臺座上對稱佈置,兩個千斤頂油路串通,同時頂進,具體步驟為:
a、調整預應力筋的長度;
採用螺杆錨具,擰動端頭螺帽,調整預應力筋的長度,使每根預應力筋受力均勻。
b、初始張拉
先用穿心式小千斤頂在錨固端逐根施加10%σk的張拉初應力,將預應力筋拉直,錨固端和連接器拉緊。
c、正式張拉
在張拉端用兩臺千斤頂同時頂進,保持橫樑平行移動,預應力筋均勻受力,張拉至90%σk,持荷兩分鐘,再錨固,綁紮預製板底鋼筋,再張拉至100%σk。
d、持荷
張拉至100%σk後,持荷兩分鐘,使預應力筋完成部分徐舒,以減少鋼絲錨固後的預應力損失。
e、錨固
測量記錄預應力筋的伸長量,並核對實測值與理論計算值,其誤差應在±6%範圍內,如超出這個範圍,及時找出原因並及時處理。張拉要求滿足後,錨固預應力筋,千斤頂回油至零。
f、預應力筋放張
當混凝土強度達到設計強度標準值的80%後進行放張,設計未規定時,不得低於設計的混凝土強度等級值的75%。
在張拉端利用連接器、拉杆、雙螺帽放鬆預應力筋,施加預應力至張拉控制應力後,將固定在橫樑定位板前的雙螺帽慢慢旋轉,同一組放鬆的預應力筋螺帽旋轉的距離相等,然後將千斤頂回油,張拉、放鬆螺帽、回油、反復進行,慢慢放鬆預應力筋,分數次完成。
長線臺座上預應力筋的切斷順序,應由張拉端開始,逐次切向另一端,且預應力筋的切斷必須在預加應力放張完成後進行。
3.5 混凝土施工
混凝土用的骨料應符合規範要求,選用級配良好、質地堅硬、顆粒潔淨的材料;砂石料應按品種、規格分別堆放,不得混雜;含泥量不得超過規範要求;外摻劑的品質應符合相關國家標準。
配置混凝土應滿足和易性、凝結速度、符合強度、耐久性要求;混凝土的坍落度不宜超過12㎝;在配置混凝土時應控制氯離子的含量,注意其對鋼筋的銹蝕影響。
混凝土在拌和站集中拌制,用罐車運輸至預製場地在施工便道上直接澆注,澆注按一定厚度、順序和方向分層澆注,應在下層混凝土初凝前澆注完成上層混凝土,澆注應連續,以保證接縫處混凝土的良好結合,避免出現冷縫;混凝土澆注至頂後,及時整平、抹面收漿;
混凝土的振搗採用插入式振搗器,振搗過程中應注意避免碰撞鋼絞線、內外範本、膠囊。
空心板成型後,混凝土強度不足時,嚴禁踩踏空心板外露鋼絞線。澆注完成後,採用自然養護,當氣溫低於50C,應覆蓋保溫,不能向混凝土灑水,且養護用水和拌和用水一致。
空心板的外觀品質應符合規範要求,表面平整,不得露筋,不得有影響其性能和使用的蜂窩、麻面、裂縫和缺陷。
4 結束語
此中橋的空心板梁預製,從預製場地的選址、佈置到施工都是經過反復推敲、驗算、論證;張拉的設備及機具經過法定計量部門檢測;特別是,我們使用的張拉方法,從10%~90%~100%多級張拉,從施工過程來看,這樣操作安全、快速、施工緊湊、節約時間且保證品質(從放張時起拱度來看),值得類似工程參考借鑒。
參考文獻:
1.《公路工程技術標準》.JTG B01-2003.
2.《公路品質檢驗評定標準》.(JTG FS0/1-2004).
3.《公路橋涵施工技術規範》JTJ041-2000.
作者簡介:黃旭升,男,1972年出生,工程師,籍貫:廣東省汕頭市。1992年石家莊鐵道學院鐵道工程專業專科畢業,1998年取得建築工程本科。目前就職於中鐵十八局集團公司安全品質監察部
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