摘要：本文探討了預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋中的豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)、施工關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制措施等幾個問題，對提高橋梁的耐久性具有較強(qiáng)的參考價值。

　　關(guān)鍵詞：大跨徑橋梁;豎向預(yù)應(yīng)力筋;設(shè)計(jì);施工關(guān)鍵技術(shù)

　　Abstract: this paper discusses the prestressed concrete continuous box girder bridge variable cross-section of the vertical prestressed construction design, key technology and quality control measures several problems, to improve the durability of the bridge with strong reference value.

　　Keywords: long-span bridge; Vertical prestressed; Design; Construction key technology

　　中圖分類號:[TU997] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　1概述

　　隨著路網(wǎng)的不斷完善，越來越多的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁出現(xiàn)跨中下?lián)稀⒏拱辶芽p等病害，相關(guān)研究表明，有些原因是由于豎向預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)不合理和施工質(zhì)量控制不到位造成的。因此，在大跨徑橋梁建設(shè)中，應(yīng)高度重視豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)的完善與施工質(zhì)量的有效控制，進(jìn)一步完善豎向預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)與施工，對于預(yù)防箱梁腹板開裂，延長橋梁壽命，具有十分重要的意義和工程運(yùn)用價值。

　　2引起豎向預(yù)應(yīng)力損失的原因分析

　　作為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁中的豎向預(yù)應(yīng)力筋，其主要作用是和縱向預(yù)應(yīng)力筋共同控制腹板的主拉應(yīng)力，從而達(dá)到控制箱梁腹板的斜向裂縫，但在實(shí)際工程中，箱梁腹板在施加豎向預(yù)應(yīng)力筋后，在施工及其運(yùn)營過程中，其斜向裂縫仍然不同程度地普遍出現(xiàn)。研究表明：豎向預(yù)應(yīng)力損失是由孔道摩擦、錨具變形、錨墊板回縮、混凝土的彈性壓縮、溫度變形、收縮徐變引起等引起的損失，但上述因素引起的豎向預(yù)應(yīng)力損失所占的比例相差較大。因此，對于造成預(yù)應(yīng)力損失的環(huán)節(jié)，應(yīng)高度重視這方面的設(shè)計(jì)完善和施工質(zhì)量的有效控制。

　　2.1孔道摩擦引起的豎向預(yù)應(yīng)力損失

　　預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁中的豎向預(yù)應(yīng)力筋與縱向預(yù)應(yīng)力筋是有所區(qū)別的，豎向預(yù)應(yīng)力筋長度較短，且為直線布置。因此，它與管道壁之間的摩擦引起的損失較小，以某橋?yàn)槔Σ烈鸬膿p失為：

　　如果孔道沒有砂漿堵塞，該損失值較小，僅占設(shè)計(jì)張拉值的1%左右，這說明在豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道沒有被砂漿堵塞情況下，摩擦引起的損失非常小，但如果孔道被堵塞，情況就不一樣了，預(yù)應(yīng)力損失大小視孔道堵塞情況不同而不同。

　　2.2錨固時回縮變形引起的豎向預(yù)應(yīng)力損失

　　豎向預(yù)應(yīng)力筋的拉力通過錨具傳遞到混凝土上，在傳力過程中，將引起其回縮變形，以某橋?yàn)槔湄Q向預(yù)應(yīng)力筋長度在3.61m～9.66m之間變化現(xiàn)場對3.75m長的豎向預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行實(shí)測，損失為155.4MPa，如果回縮變形值按3mm考慮，其預(yù)應(yīng)力損失為：

　　這說明理論計(jì)算值與實(shí)測值比較吻合，預(yù)應(yīng)力損失占設(shè)計(jì)張拉值約為27.0%，這說明這種回縮變形引起的預(yù)應(yīng)力損失很嚴(yán)重。造成豎向預(yù)應(yīng)力筋回縮變形主要原因?yàn)殄^固前螺母沒有擰緊、錨墊板下的混凝土不是很密實(shí)造成被壓碎回縮、錨底板與豎向預(yù)應(yīng)力筋不垂直、端部多余預(yù)應(yīng)力鋼筋采用氧氣焊切割、溫度變化等現(xiàn)象，從上述分析看，這部分預(yù)應(yīng)力損失非常大。

　　2.3混凝土彈性壓縮引起的豎向預(yù)應(yīng)力損失

　　箱梁腹板上的豎向預(yù)應(yīng)力筋較多，一般均采用分批張拉，將造成預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生彈性壓縮。文獻(xiàn)[3]研究表明：能夠引起混凝土彈性壓縮損失的預(yù)應(yīng)力筋，其范圍僅限于相鄰1排、前后共1.4m以內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋張拉，該損失很小，僅占設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力的1%左右。如果采用ANSYS建立模型進(jìn)行分析，其計(jì)算過于復(fù)雜，為簡化計(jì)算，給出了彈性壓縮損失簡化計(jì)算公式：，這說明豎向預(yù)應(yīng)力筋因混凝土彈性壓縮引起的損失很小。

　　2.4應(yīng)力松弛引起的豎向預(yù)應(yīng)力損失

　　按照文獻(xiàn)[1]中的相關(guān)規(guī)定：對預(yù)應(yīng)力鋼筋，僅在傳力錨固時鋼筋應(yīng)力σp≥0.5fpk的情況下，才考慮由于鋼施松弛而引起的應(yīng)力損失。以某橋?yàn)槔凑瘴墨I(xiàn)[1]的要求考慮由鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失為，這說明豎向預(yù)應(yīng)力松弛引起的損失雖然不大，但不容忽視。

　　根據(jù)上述分析，豎向預(yù)應(yīng)力損失主要是由錨固時回縮變形、孔道堵塞、應(yīng)力松弛、采用氧氣高溫切割引起變形等因素產(chǎn)生，因此，在工程實(shí)踐中，要高度重視張拉錨固時應(yīng)將螺母擰緊，錨墊板預(yù)埋位置應(yīng)準(zhǔn)確，不得傾斜，錨墊板下的混凝土一定要密實(shí)。而對豎向預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行二次張拉即在預(yù)應(yīng)力筋灌漿前進(jìn)行補(bǔ)償張拉是減小這一損失的最有效措施之一，同時應(yīng)及時進(jìn)行孔道壓漿。

　　3豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1目前箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)

　　目前絕大部分預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)是在墩頂附近的箱梁腹板布置雙排，遠(yuǎn)離此區(qū)域布置成單排，間距一般為50cm～100cm，采用金屬波紋管成孔。如圖1所示。

　　圖1豎向預(yù)應(yīng)力筋常規(guī)設(shè)計(jì)圖

　　這種設(shè)計(jì)明顯存在缺陷，例如：豎向預(yù)應(yīng)力筋間距偏大、金屬波紋管與錨墊板之間必然存在漏漿等，同時對豎向預(yù)應(yīng)力筋復(fù)拉要求、端部多余鋼筋割除的要求也不明確。因此，按照這樣的設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，必然造成豎向預(yù)應(yīng)力損失過大的現(xiàn)象發(fā)生。

　　3.2豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

　　根據(jù)大量的工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐，目前豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)主要存在以下不足之處。

　　3.2.1箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋間距過大，致使豎向預(yù)應(yīng)力筋之間存在間隔性的應(yīng)力“空白區(qū)”豎向預(yù)應(yīng)力是通過錨墊板把應(yīng)力傳給混凝土，其有效作用范圍是有限的，也就說每根豎向預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力不可能傳遞到無限遠(yuǎn)處的混凝土上，研究表明：豎向預(yù)應(yīng)力筋間距不宜超過50cm，否則，將出現(xiàn)豎向預(yù)應(yīng)力筋之間存在應(yīng)力“空白區(qū)”，規(guī)范規(guī)定豎向預(yù)應(yīng)力筋間距為50cm～100cm，間距偏大，

　　在設(shè)計(jì)時建議采用規(guī)范規(guī)定的低限值。

　　3.2.2豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉順序沒有明確規(guī)定，致使腹板壓應(yīng)力分布可能出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象

　　規(guī)范[2]對于豎向預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序沒有明確的規(guī)定，大部分箱梁設(shè)計(jì)文件也沒有涉及到豎向預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序，造成施工單位對豎向預(yù)應(yīng)力張拉帶有明顯的隨意性。但文獻(xiàn)[3]以太原至澳門高速公路順德—中山段的某特大橋?yàn)槔M(jìn)行研究，研究表明：豎向預(yù)應(yīng)力筋滯后張拉能較好地克服分段張拉造成腹板豎向壓應(yīng)力分布不均的缺點(diǎn)。因此，圖紙中應(yīng)明確豎向預(yù)應(yīng)力筋滯后張拉的合理時間，對指導(dǎo)豎向預(yù)應(yīng)力施工，減少箱梁腹板開裂具有十分重要的工程實(shí)用價值。

　　3.2.3豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道采用金屬波紋管，孔道漏漿在所難免

　　由于豎向預(yù)應(yīng)力筋成孔是采用金屬波紋管，其兩端與錨墊板直接接觸，兩者之間也不可能焊接，因此，在混凝土下料與振搗過程中，混凝土中的漿體將從金屬波紋管兩端漏入孔道中。完善圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的措施是在錨墊板上焊接5cm～10cm長的鋼管，波紋管套在焊接的鋼管上，再用膠帶紙進(jìn)行密封，這樣可從根本上解決孔道漏漿問題。

　　3.2.4豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道壓漿管或出漿管設(shè)計(jì)不合理

　　部分設(shè)計(jì)單位對豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道壓漿管或出漿管認(rèn)識不到位，有的認(rèn)為不需要預(yù)留出漿管，僅靠張拉端的螺母與豎向預(yù)應(yīng)力筋之間空隙作為出漿孔或排氣孔，這種設(shè)計(jì)不可能保證壓漿的壓力，致使孔道壓漿不密實(shí);豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道壓漿管采用普通塑料管常常因堵塞而影響壓漿，甚至不壓漿，這必然影響豎向預(yù)應(yīng)力筋發(fā)揮其有效作用，以至于嚴(yán)重影響橋梁壽命。因此，豎向預(yù)應(yīng)力筋上端應(yīng)設(shè)置出漿管、下端應(yīng)設(shè)置防止被堵塞的壓漿管，并保證壓漿質(zhì)量。

　　3.2.5豎向預(yù)應(yīng)力筋孔缺少復(fù)拉及兩次張拉的時間間隔要求

　　要確定豎向預(yù)應(yīng)力筋第一次與第二次復(fù)拉之間的時間間隔，就必須研究的豎向預(yù)應(yīng)力隨時間的變化規(guī)律，以主跨165m某橋?yàn)槔溲芯砍晒砻鳎侯A(yù)應(yīng)力損失隨時間總的變化趨勢是前期預(yù)應(yīng)力損失較多，兩周后曲線趨于平緩，后期的預(yù)應(yīng)力損失較小，曲線更加平緩，同時研究成果還表明：豎向預(yù)應(yīng)力筋第一次張拉后，應(yīng)力損失非常大。因此，設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)要求豎向預(yù)應(yīng)力筋必須復(fù)拉，并明確兩次張拉的時間間隔。

　　4豎向預(yù)應(yīng)力筋在施工中的關(guān)鍵技術(shù)

　　4.1豎向預(yù)應(yīng)力筋位置應(yīng)準(zhǔn)確且與錨墊板垂直當(dāng)錨墊板不平整時，豎向預(yù)應(yīng)力筋上端的螺帽無法緊固到位，錨固后將會產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力損失，如果錨墊板在平面上預(yù)埋位置不準(zhǔn)確還將可能增加孔道摩擦損失，因此，在工程實(shí)施時必須采取有效措施使錨墊板預(yù)埋位置準(zhǔn)確。

　　4.2應(yīng)采取措施將豎向預(yù)應(yīng)力筋上端的螺帽擰緊錨固到位

　　由于豎向預(yù)應(yīng)力筋的長度一般較短，張拉時的伸長量也很小，因此，如果豎向預(yù)應(yīng)力筋上端的螺帽擰緊錨固不到位，錨固每回縮1mm，預(yù)應(yīng)力損失約5%，因此，應(yīng)采用專用扳手將其上端的螺帽擰緊錨固到位。

　　4.3應(yīng)避免豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道被堵塞或積水

　　豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道在施工中極容易被砂漿堵塞，一方面是由于其金屬波紋管與錨墊板之間不密封而致使砂漿進(jìn)入孔道，另一方面在施工過程中，其上部張拉端沒有采取封堵措施而致使砂漿從上部進(jìn)入孔道。在墩頂附近，由于箱梁高度較大，腹板較厚等原因，使得混凝土在施工過程中水化熱較大，致使豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道下端的壓漿管因水化熱溫度較高，使壓漿管軟化，導(dǎo)致壓漿管被堵塞。

　　豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道的壓漿管如果被堵塞后，雨水以及混凝土養(yǎng)生灑的水將通過孔道上端凹槽滲入孔道，造成孔道內(nèi)基本上是長期積水，這種情況一方面影響壓漿，另一方面還可能造成孔道波紋管及豎向預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕，對保證豎向預(yù)應(yīng)力筋施工質(zhì)量極為不利，針對這種情況，應(yīng)采用材質(zhì)較好的壓漿管，必要時采用金屬材質(zhì)壓漿管，且在壓漿前確保孔道內(nèi)不積水。

　　4.4豎向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)進(jìn)行復(fù)拉并及時壓漿

　　個別施工單位由于對豎向預(yù)應(yīng)力筋的作用認(rèn)識不到位，對復(fù)拉工作極不重視，或少拉或不拉，致使豎向預(yù)應(yīng)力筋沒有按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行復(fù)拉，這是造成豎向預(yù)應(yīng)力損失的重要原因，因此，一定要按照圖紙要求進(jìn)行復(fù)拉，兩次張拉的時間間隔一般15d左右。

　　5結(jié)語

　　為盡可能避免預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁在施工及運(yùn)營期間因?yàn)樨Q向預(yù)應(yīng)力損失過大而造成腹板出現(xiàn)斜裂縫，應(yīng)不斷完善豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)其施工質(zhì)量控制：

　　a)豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置間距不宜過大，應(yīng)避免出現(xiàn)應(yīng)力“空白區(qū)”;

　　b)應(yīng)處理好豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道波紋管與兩端錨墊板密封的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，避免孔道漏漿;

　　c)應(yīng)要求豎向預(yù)應(yīng)力筋必須進(jìn)行復(fù)拉，明確復(fù)拉時間間隔，并及時壓漿;

　　d)豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道必須設(shè)置有效的壓漿管和出漿管;

　　e)高度重視錨墊板預(yù)埋的位置準(zhǔn)確性，應(yīng)與豎向預(yù)應(yīng)力筋垂直，并保證錨墊板下的混凝土密實(shí);

　　f)豎向預(yù)應(yīng)力筋上端多余長度必須采用砂輪切割，避免由于溫度造成預(yù)應(yīng)力損失過大。

　　通過以上措施的落實(shí)，將有效地發(fā)揮豎向預(yù)應(yīng)力筋的作用，提高大跨徑橋梁設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量和耐久性，為今后同類型橋梁建設(shè)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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