混凝土箱梁腹板竖向预应力筋施工质量控制关键技术研究.pdf

Chongqing Architecture42第 22 卷 总第 236 期ResearchonKeyTechnologiesforConstructionQualityControlofVerticalPrestressedReinforcementofConcreteBoxGirderWebsXiangBing,ShiYong,ZhangQingming,LvGuojunAbstract:Theverticalprestressofconcreteboxgirderwebsisseriouslylostintheprocessofconstructionandoperation,resultinginwebcracking.Basedonresearchofarefinedconstructionmethodforverticalprestressingofwebplates,withfinisheddeformedbarasprestressingtendons,andthetensioningenddeviceoftheself-developedverticalprestressingtendonastheinstallationcontrolandtensionedanchorageequipment,thispaperadoptedthevacuumgroutingmethodusinggroutingpipesinseries,whicheffectivelysolvesorsignificantlyreleasestheproblemofverticalprestressloss.Theengineeringapplicationprovesthatthismethodhastheadvantagesofcleartechnologicalprocess,convenientconstruction,relativelysmalllossofprestress,andremarkableeconomicandsocialbenefits.Keywords:bridgeweb;verticalprestress;finisheddeformedbar;vacuumgrouting收稿日期：2023-02-20作者简介：向兵（1973），男，重庆人，本科，高级工程师，主要从事施工技术管理工作，邮箱：。0 引言高强精轧螺纹钢筋具有连接不受焊接约束、张拉锚固方便、强度高、低松驰等优点，作为混凝土箱梁腹板竖向预应力筋大量使用1-3。目前大跨径箱形梁竖向预应力体系普遍采用精轧螺纹钢筋+YGM 锚具，施加预应力采用液压拉伸预紧法：利用液压拉伸器（千斤顶）完成钢筋的拉伸，再由人工将螺母拧紧。然而大量的混凝土箱梁桥在腹板施加竖向预应力后，施工和运营过程中腹板仍然存在不同程度的开裂现象，尤其是大跨度预应力混凝土箱梁桥的腹板开裂比较明显，竖向预应力损失过大或失效现象普遍4-6。竖向预应力还存在管道压浆不饱满或者漏压浆的问题7-8。从施工工艺角度主要有 3 个方面原因。第一，竖向预应力瞬时损失大。竖向预应力筋一般较短，对于这种短筋，其张拉伸长量较小，相对回缩量就大，造成预应力损失比例很大，存在弹性压缩损失情况9。第二，竖向预应力损失组成存在“漏项”。竖向筋安装过程中，存在撑套偏差以及螺纹筋与螺母间的牙体制造公差，造成竖向筋滑移而引起的进一步损失，再加上压浆不饱满，实际施工过程中竖向预应力损失离散性很大，往往超过 60%，甚至损失殆尽10-11。此外还有安装精轧螺纹钢筋存在偏心造成预应力损失。第三，张拉施工工艺存在缺陷。施工中对竖向预应力不够重视、张拉工艺不合理、张拉顺序不恰当，引起竖向预应力损失或先期主拉应力过大而在腹板中存在损伤12-15。本文对腹板竖向预应力精细化施工方法开展研究，以精轧螺纹钢筋作为预应力筋，采用自主研发的竖向预应力筋张拉端装置作为安装控制和张拉锚固设备，可以降低回弹或因撑套偏差引起的预应力损失。并采用注浆管道串联的真空压浆法，增加了灌浆饱满度，经优化施工工艺，有效解决或大幅降低了竖向适应力损失的难题。1 竖向预应力精细化施工工艺原理首先，将工具螺帽和水平控制板焊接组成水平控制装置。精轧螺纹筋安装时，水平控制装置沿丝口拧至梁体设计面，贴紧锚垫板后点焊形成整体，即可确保锚垫板与精轧螺纹筋始终保持垂直状态。然后，在精轧螺纹伸长范围缠绕防水胶带进行密封处理。箱梁浇筑完成后，在做张拉准备时，拆除水平安装控制装置，再安装防水高分子密封垫圈、锚固螺帽以及螺帽紧固工具。通过理论分析确定张拉顺序，精轧螺纹筋张拉过程中，通过螺帽紧固工具拧紧锚固螺帽。张拉至设计值后，拆除张拉设doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2023.06.42基金项目：重庆建工集团技术创新管理创新项目（2016020307）。引文检索：向兵，史勇，张庆明.混凝土箱梁腹板竖向预应力筋施工质量控制关键技术研究 J.重庆建筑，2023（6）：42-44.混凝土箱梁腹板竖向预应力筋施工质量控制关键技术研究向兵1，史勇1，张庆明1，吕国军2（1 重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401122；2 重庆路投科技有限公司，重庆 401147）摘 要：混凝土箱梁桥腹板竖向预应力在施工和运营过程中损失严重，直接表现为腹板开裂现象较为普遍。通过对一种腹板竖向预应力精细化施工方法的研究，以精轧螺纹钢筋作为预应力筋，以自主研发的竖向预应力筋张拉端装置作为安装控制和张拉锚固设备，采用注浆管道串联的真空压浆法，有效解决或大幅降低了竖向预应力损失的难题。经工程应用，证明该方法具有工艺流程清晰、施工方便、预应力损失较小的优点，经济效益和社会效益明显。关键词：桥梁腹板；竖向预应力；精轧螺纹钢；真空压浆中图分类号：U441.4 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2023）06-0042-0343材料与技术Material&Technology2023NO.06备及螺帽紧固工具，进入下一根预应力张拉，并密封锚头，做好压浆准备工作。按照串联方式将进浆管和出气管连接，只留一个进浆管和一个出气管，采用真空压浆工艺进行压浆、稳压。2 工艺流程与操作要点主要工艺流程分为三步：精轧螺纹预应力筋制作与安装、预应力张拉和串联式真空辅助压力灌浆。由于使用了自主研发的竖向预应力筋张拉端装置作为安装控制和张拉锚固设备，预应力筋的安装及预应力张拉两道工序，与常用精轧螺纹竖向预应力施工有较大差异。并且采用了串联式真空辅助压浆，管道的布置以及压浆工艺不同于常用的单孔注浆方式。三道施工工序主要操作要点为：（1）精轧螺纹预应力筋制作与安装按照设计尺寸进行预应力筋下料，预留足够长的张拉长度，预先安装锚固端和张拉端垫板、弹簧筋等，安装方式如图 1 所示。在精轧螺纹伸长和螺帽范围缠绕 23 圈防水密封胶带，防止压浆时漏浆泄压，导致管道内压力不足而造成注浆饱满度不够。将水平安装控制装置拧至梁体设计面，与锚垫板通过点焊固定在一起，保持锚垫板与预应力筋垂直状态，避免张拉后锚固体变形造成预应力筋回弹而损失预应力。然后按照串联式压浆管道布置图安装预应力管道、注浆孔和排气孔。图 1 锚垫板水平安装控制装置示意图（2）精轧螺纹预应力筋张拉根据设计要求复核预应力张拉顺序，并在混凝土强度达到张拉要求后才能进行张拉。张拉前，先拆除水平安装控制装置，安装防水高分子密封垫圈、锚固螺帽，然后安装螺帽紧固工具和千斤顶，开始进行张拉施工。张拉至设计值并按规范持荷稳压后，通过紧固工具拧紧锚固螺帽，拆除千斤顶和螺帽紧固工具，进入下一根竖向预应力张拉施工，直到全部竖向预应力张拉完毕。最后割断过长预应力筋，并进行密封锚头。（3）串联式真空辅助压力灌浆严格按照压浆料配合比试验报告制备砂浆。采用串联方式连接各竖向预应力筋进浆管和排气管，然后采用真空辅助压浆方法进行管道压浆。压浆完成后，及时对锚固端按设计要求进行封闭保护和防腐处理。3 应用案例重庆城口（陕渝界）至开州高速公路第 C1 标段东河大桥，桥型为变截面连续刚构桥，跨径为（70+130+70）m，主梁宽12.75m，腹板厚度 0.75m，梁截面见图 2 所示。腹板竖向预应力采用 16 精轧螺纹钢，抗拉强度标准值 fpk为 1420MPa，设计张拉应力为 0.66fpk，即 189.4kN。应用本文提出的方法实施。灌浆布置采用双排竖向压浆，压张拉现场见图 3。压浆管道分布见图4 所示。图 2 变截面连续梁断面图图 3 竖向预应力张拉Chongqing Architecture44第 22 卷 总第 236 期在张拉完成后，采用反拉法抽样检测了竖向有效预应力。检测点位施工张拉力与检测有效张拉力见表 1。竖向有效张拉力主要分布在 180185kN 范围，竖向预应力损失为 2%5%。相比常用方法施工的竖向预应力普遍损失 10%以上甚至损失一半，本文提出的施工工艺及施工质量控制方法，有效降低了竖向预应力损失。施工完成后，经工程检验，该变截面连续梁施工质量较好，满足设计要求。该标段于 2021 年 9 月通车，桥梁在运营过程中，腹板未出现明显裂缝，竖向预应力持续有效。证明此方法具有工艺流程清晰、施工方便、预应力损失较小的优点，经济效益和社会效益明显。表 1 检测点位施工张拉力与有效张拉力记录表钢束编号N78N86N94N102N110N116施工张拉力（kN）189.40189.40189.40189.40189.40189.40有效张拉力（kN）185.14183.65184.27182.36181.55180.564 结论混凝土箱梁桥腹板竖向预应力在施工和运营过程中损失严重，直接表现为腹板开裂现象较为普遍。竖向预应力损失的主要原因为张拉瞬时损失、锚固装置安装精度低和张拉工艺缺陷三个方面。通过对腹板竖向预应力精细化施工方法的研究，得出以下结论：（1）采用工具螺帽和水平控制板焊接组成水平控制装置，辅助锚垫板与精轧螺纹筋垂直状态，避免因锚垫板倾斜变形造成不均匀受力而引起预应力损失；（2）优化竖向预应力张拉工艺，精细化实施，减少张拉工艺缺陷引起的预应力损失；（3）采用注浆管道串联的真空压浆法，各竖向预应力管道同步灌注，注浆饱满并且能降低竖向预应力筋的相互影响，从而减少预应力损失。参考文献：1赵宝俊，郝宪武，李子青.竖向预应力作用下 PC 箱梁腹板应力场分析 J.广西大学学报，2011（4）：599-604.2方志，汪剑.预应力混凝土箱梁桥竖向预应力损失的实测与分析 J.土木工程学报，2006（5）：78-84.3周晓夫.波形钢腹板组合梁桥转向块空间应力仿真分析 J.公路交通技术，2021（3）：57-63.4张凯.大跨径混凝土箱梁竖向预应力效应分析 D.西安：长安大学，2013.5刘昀.预应力混凝土箱梁桥腹板开裂参数影响分析 J.中外公路，2021（5）：116-119.6黄明非.预应力混凝土拱式梁桥横向受力分析 J.公路交通技术，2018（1）：84-87.7黄海东，向中富.大跨连续箱梁桥竖向预应力筋的优化设计 J.公路，2010（1）：53-56.8赵宝俊.竖向预应力作用下箱梁腹板的受力机理研究D.西安：长安大学，2012.9徐学斌.PC 箱梁竖向预应力张拉工艺优化及锚下应力控制标准研究 D.西安：长安大学，2016.10尹旭文，钟新谷.箱梁竖向预应力孔道对腹板主拉应力的影响分析 J.湘潭师范学院学报，2006（4）：58-60.11 张燕清.连续箱梁桥竖向预应力改善腹板抗裂性的应用分析 J.公路交通技术，2016（2）：79-82.12 万水，汤意，王劲松.波形钢腹板 PC 组合箱梁结构特点分析与试验研究 J.南京理工大学学报，2004，28（5）：498-501.13 刘昶.预应力混凝土箱梁桥竖向预应力损失分析与检测方法研究 D.西安：长安大学，2013.14 瞿有成，陈湘林.箱梁腹板竖向预应力施工质量控制 J.中外公路，2002（5）：105-107.15钟新谷，杨滔