預應力先張法板梁裂縫防控

毛安靜

(江蘇森淼工程質量檢測有限公司,江蘇 鎮江 212028)

1 前 言

為保證工程質量,江蘇省交通工程建設局系統地總結了高速公路施工經驗,編輯出版了《江蘇省高速公路施工標準化指南(工地建設、橋梁工程)》,并以蘇交建[2011]40號文發布,列入招標文件,在高速公路施工中全面實施。其中,對先張法預應力板梁從預制梁場、混凝土拌和站、鋼筋加工場的設計建設到板梁預制施工工藝都做了較為詳細的規定?！豆窐蚝┕ぜ夹g規范》(JTG/T 3650—2020)發布后,對先張法工藝要求更加明確。2018年5月發布的《關于進一步加強預制梁板施工質量控制的通知》(錫通指工[2018]31號文),對預制梁尺寸、同養試塊、養生時間、起拱度檢測、存梁、出廠、安裝、異常梁板的處理等作了補充規定。但是,根據2014年以后橋梁交竣工驗收檢測報告的統計分析,在部分工程項目中,先張法預應力板梁的底板縱向裂縫仍然是較為突出的工程質量通病。2017年開工的溧陽至高淳高速公路溧陽段LYG-LY2標段共有6座先張法預應力空心板梁橋,其中主線橋3座、支線上跨分離式立交橋2座、改路中橋1座,共有20 m先張法預應力空心板梁372片。2018年6月施工單位調取了高速公路已通車的10座空心板梁橋的交竣工驗收報告,其中有4座空心板梁橋底板縱向裂縫問題比較突出。根據現場實際察看和底板裂縫位置統計分析,其中一座16 m板梁橋130片梁有26道縱向裂縫,裂縫率高達20%。一般一片梁只有1道裂縫,端部2～4 m處出現的概率最大,占47.5%,大多裂縫在底板橫向中部,貫通縫占10%?？v向裂縫線形不很規則,不是沿縱向鋼筋或鋼絞線分布,也不是沿加失效保護管的鋼絞線分布。以非荷載裂縫居多,初步判斷裂縫與施工工藝和施工控制不利關系較大。

因此,開展先張法預應力板梁底板縱向裂縫防治施工技術研究,對提高板梁品質、降低修補成本、延長梁板壽命具有重要意義。

《高速公路先張法預應力板梁底板縱向裂縫防治施工技術規程》是依托溧陽至高淳高速公路常州段LYG-LY2標板梁預制,認真總結了江蘇省公路板梁預制的施工經驗,重點對施工過程中的工藝、方法、控制措施做出了規定,突出了先張法的預應力預制板梁底板縱向裂縫的防治技術特點,從而為高速公路板梁預制施工質量提供了有力的保障。防裂縫技術的推廣將進一步提升高速公路建設品質、加快交通強省建設。

溧高高速公路南京段二標段橋梁上部結構形式均為先張法預應力空心板結構,本標段共有先張法板梁900片,在施工初期,空心板梁在底板、腹板和頂板不同位置均出現過不同程度的非結構性裂縫,這類裂縫在以往的工程中也是經常出現的。項目組對裂縫產生的原因進行了認真分析,最終得出結論,裂縫的產生是由于在施工準備、模板安裝、混凝土澆筑、張拉及鋼筋綁扎等工序上存在問題。為避免裂縫,在工藝控制過程中應嚴格按施工要求進行,應通過質量提升活動,對先張法板梁的施工工藝進行操作研究,找出引起裂縫的關鍵工序,并予以規范,從而抑制裂縫的產生。

2 施工準備工作

2.1 技術和機具準備

在施工前對設計文件及現場情況進行研究,制訂好施工技術方案和施工組織設計,根據板梁預應力施加噸位設計張拉臺座[1]。按圖紙要求,計算單片梁的重量情況,設計和租用起重設備進行起吊計算。同時,根據混凝土方量來設計和確定拌和樓混凝土拌和的能力。

熟悉施工技術規程和相關規范,制訂符合本項目技術特點的施工操作規程,并向作業班組、施工人員分級、分期作技術交底和安全交底[2]。

根據板梁的情況和場地建設情況,選擇合適的提升設備,如慢速卷揚機、電動葫蘆、導鏈、龍門吊、汽車吊等[3]。對張拉設備進行選擇和核對,以確保適合本工程。千斤頂應該采用穿心式的,張拉采用的油泵需要進行校對。張拉所用的工具錨、切割鋼絞線的砂輪機以及用于臨時錨固的鋼梁等亦應檢核。板梁的張拉應根據實際情況,必須是同型號兩個千斤頂同時張拉,張拉的具體要求是張拉能力必須符合規范要求,并大于最大張拉力值150%[4]。所采用的工具錨(預應力鋼鉸線用)和錨具內的夾片在特殊情況下采用的連接器等,應確保適應性良好,還必須滿足國家、省、行業或業主的規定。在使用前,各種型號的千斤頂、張拉配套使用的油表或者壓力表以及在智能設備上使用的應力傳感器等所有的影響力值的工具,都必須由具備相應資質的試驗檢測機構予以檢定和校準。施工前,還必須檢查進場的錨具、夾片的型號是不是符合規范要求和出廠合格證,數量是不是滿足本期工程的用量要求,并進行外觀檢查、洛氏硬度檢查以及靜載錨具性能檢查[5]。

2.2 材料準備

工程上所用的各種型號的鋼絞線以及普通的鋼筋應滿足規范、圖紙和國家標準的最新規定。

按照混凝土設計強度要求,進行混凝土試驗室配合比試驗,混凝土配合比除應滿足先張預應力板梁設計及施工要求外,還應符合以下要求。

(1)宜采用高效聚羧酸減水劑,水膠比宜不大于0.4,設計坍落度宜控制在140～180 mm[6]。

(2)應對碎石進行堅固性、堿活性等檢測,不應使用對混凝土有堿活性反應的集料。

(3)對新拌混凝土進行外觀檢查,如混凝土是否均勻,顏色是否有較大偏差,是否泌水,是否存在離析等。

(4)開拌前,測試材料含水量,確定施工配合比。

2.3 張拉臺座

應根據預制臺座底模地基承載力計算結果,采取合適的工程措施,以使地基承載能力達到原狀土承載力的1.5倍,并避免不均勻沉降。在制作張拉臺座時,應保證臺座有一定的強度、剛度和穩定性,確保堅固,不得出現不均勻沉陷。臺座的底?？刹捎盟ナ虿讳P鋼板,鋼板的厚度應在6 mm以上,平整度應控制在3 mm以內。臺座應進行抗傾覆計算,必要時進行荷載試驗,其安全系數應≥1.5,抗滑移系數應大于≥1.3。

3 施工工藝控制

首先清理預制臺座底模,涂刷脫模劑,然后在預制臺座上,準確放出板梁端線,同時預布底板橫筋和梁底鋼板。

3.1 鋼絞線及鋼筋施工

富余長度問題經常被技術人員忽視,有人認為,富余長度保持在一定條件下就行了,事實上,如果小于30 cm則會可能造成安全隱患。鋼絞線布設時,應避免鋼絞線與脫模劑接觸,否則會產生黏結性問題。在布設鋼絞線時,應采用梳齒板固定措施,以保證鋼筋間距和鋼筋保護層厚度準確。

鋼絞線預應力失效部分應用PVC管包裹,PVC管應滿足剛度要求,確保其不出現變形和損壞,PVC管的直徑不宜過大,能穿進鋼絞線即可,其兩端應封閉密實,確保不進入水和水泥漿。

張拉鋼絞線時,應符合設計圖紙和行業標準的規定,張拉完成后在自然溫度濕度條件下放置8 h以上,并滿足以下要求:

(1)用經過標定的穿心式千斤頂進行張拉,從兩端的鋼絞線開始,對稱地調整單根鋼絞線的初應力。初應力應為總張拉力的0.1～0.15倍。

(2)張拉采用雙控,即用控制應力整體張拉施工,并在張拉結束后,用鋼絞線的總伸長量進行校核,鋼絞線的實際伸長值與計算的理論伸長值之差值必須符合相應要求,且差值應在6%以內,否則應停止張拉施工,查清原因后,再采取相應的措施,方可繼續張拉。

(3)鋼絞線張拉時,應分級張拉并考慮千斤頂的行程,保持荷載的時間應在5 min以上,然后才能進行鋼絞線的錨固。

3.2 模板及與模板有關的鋼筋安裝

模板安裝時,模板底部的外側與側面端部粘貼6 mm厚的細孔多孔海綿條用于防止接縫處漏漿。側模宜用拉桿和橫撐固定于臺座支撐梁上,確保模板不上浮。

模板采用定位卡具,確保定位準確、間距均勻。

鋼筋骨架的保護層控制應采用梅花形高強砂漿墊塊,其強度應不低于混凝土強度,綁扎牢固,墊塊布置的數量≥4個/m2,底板橫向鋼筋與縱向預應力鋼絞線應綁扎,確保底板橫向箍筋不下沉,預制板梁底板保護層厚度須滿足設計要求。

鉸縫鋼筋安裝時應確保其與模板密貼,并采取有效的固定措施,確?；炷敛鹉Ｍ戤吅竽軌蛄⒓从萌斯よ彸?。

3.3 底板混凝土澆筑

澆筑混凝土前,應將模板里面的垃圾雜物、由于模板不平造成的積水以及鋼筋與鋼絞線表面附著的油污等清理干凈。同時,技術人員要對模板、各種支撐件、鋼筋和預埋件等進行全面檢查,同時進行記錄,符合要求后可開始澆筑。從一端向另一端連續澆筑?；炷翍剂暇鶆?澆筑厚度符合設計要求。振搗時宜分兩排振點,振搗時間宜≥20 s,應加強馬蹄部位、鋼筋密集部位的混凝土振搗。在混凝土振搗過程中,振動棒始終不能觸碰到鋼絞線,視情況適當傾斜插入,增大振搗棒與混凝土的接觸面積。

3.4 氣囊芯模安設

芯模使用前應充氣檢查有無破損,確認無破損后涂刷水溶性脫模劑。底板內的混凝土澆筑工作完畢后,布設氣囊狀內芯模,且控制好芯模布設時間,一般應在15～20 min內完成,芯模充氣壓力宜控制在0.015～0.017 MPa。隨時檢查氣囊芯模氣壓,確保氣壓穩定。

固定氣囊芯模的U形定位鋼筋應與底板鋼筋綁扎牢固,間距符合設計要求且不大于40 cm;氣囊芯模頂部的水平定位筋與U形定位鋼筋交叉點應逐一綁扎,不應跳扎。

所有鋼筋、扎絲端頭不得靠近氣囊芯模,U形定位鋼筋宜采用平鉤,確保不刮破氣囊。

3.5 腹板、頂板混凝土澆筑

澆筑用混凝土宜采用高效聚羧酸減水劑,水膠比宜不大于0.4,設計坍落度宜控制在140～160 mm。對碎石等粗集料進行堿活性檢驗,不可采用有堿活性反應的粗集料。檢查混凝土拌合物的均勻性,混凝土應顏色一致,無離析和泌水現象。

在底板混凝土尚未終凝前,開始澆筑腹板的混凝土。兩側腹板應均勻布料,腹板混凝土振搗時采用兩臺振搗泵從兩側同時、對稱振搗,確保氣囊芯模不偏位。在頂板的混凝土進行振搗的時候,注意加強倒角部位混凝土的振搗,且注意不能接觸碰到芯模氣囊和鋼模。

3.6 養生及脫模

混凝土在振搗澆筑完畢后即進入混凝土養生環節,一般采用土工布覆蓋保濕;在板梁的內箱應進行蓄水養護,水的有效深度宜在10 cm左右。連續養生時間應≥7 d。當氣溫在5 ℃以下時,應按規范進行冬期施工操作。

混凝土達到一定的強度時(一般為0.5 MPa),對芯模進行放氣拆除。

混凝土的同條件試件強度達到2.5 MPa以上時,可以對中梁側面模板進行拆除;當混凝土強度達到設計混凝土強度的70%時,可以拆除邊梁側模。

3.7 放張

在同一槽澆筑的最后一片梁混凝土強度以及彈性模量達到設計要求時,可以進行放張施工。如果設計圖紙沒有規定時,混凝土的強度應不低于設計混凝土強度等級值的80%,彈性模量應不低于混凝土28 d彈性模量的80%。由兩臺千斤頂分階段、緩慢、均勻、對稱進行,卸荷總時間宜≥30 min。放張后預制板梁宜靜置24 h,鋼絞線切割應由放張端開始,依次向另一端切斷,應采用砂輪鋸等機械切割,不應采用電弧焊、乙炔火焰等切割。

封端前應清理梁板內箱雜物。頂板澆筑時應預留封端混凝土澆注孔。放張后,用預制堵頭板立模,采用與梁體強度等級相同的混凝土,從工作孔澆注封端。

4 結 論

溧高高速公路使用本工藝進行裂縫控制,得到以下結論。

(1)施工工藝得到了規范,解決了傳統施工中腹板裂縫、底板縱向裂縫的問題。

(2)工藝改進后,混凝土的強度均勻性得以提高,超聲回彈強度檢測結果顯示標準差僅為0.23 MPa左右,保證了構件各部分強度均勻。

(3)改進工藝后,構件的外觀質量得以提高,氣孔、漏漿、蜂窩麻面、氣囊上浮引起的保護層不均勻等現象得到有效控制。

(4)溧高高速公路南京段二標采用本方法進行質量控制后,經兩年持續觀測板梁裂縫開展情況,未發現板梁明顯裂縫,證明措施有效。