预应力先张法板梁裂缝防控

毛安静

(江苏森淼工程质量检测有限公司,江苏 镇江 212028)

1 前 言

为保证工程质量,江苏省交通工程建设局系统地总结了高速公路施工经验,编辑出版了《江苏省高速公路施工标准化指南(工地建设、桥梁工程)》,并以苏交建[2011]40号文发布,列入招标文件,在高速公路施工中全面实施。其中,对先张法预应力板梁从预制梁场、混凝土拌和站、钢筋加工场的设计建设到板梁预制施工工艺都做了较为详细的规定。《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650—2020)发布后,对先张法工艺要求更加明确。2018年5月发布的《关于进一步加强预制梁板施工质量控制的通知》(锡通指工[2018]31号文),对预制梁尺寸、同养试块、养生时间、起拱度检测、存梁、出厂、安装、异常梁板的处理等作了补充规定。但是,根据2014年以后桥梁交竣工验收检测报告的统计分析,在部分工程项目中,先张法预应力板梁的底板纵向裂缝仍然是较为突出的工程质量通病。2017年开工的溧阳至高淳高速公路溧阳段LYG-LY2标段共有6座先张法预应力空心板梁桥,其中主线桥3座、支线上跨分离式立交桥2座、改路中桥1座,共有20 m先张法预应力空心板梁372片。2018年6月施工单位调取了高速公路已通车的10座空心板梁桥的交竣工验收报告,其中有4座空心板梁桥底板纵向裂缝问题比较突出。根据现场实际察看和底板裂缝位置统计分析,其中一座16 m板梁桥130片梁有26道纵向裂缝,裂缝率高达20%。一般一片梁只有1道裂缝,端部2～4 m处出现的概率最大,占47.5%,大多裂缝在底板横向中部,贯通缝占10%。纵向裂缝线形不很规则,不是沿纵向钢筋或钢绞线分布,也不是沿加失效保护管的钢绞线分布。以非荷载裂缝居多,初步判断裂缝与施工工艺和施工控制不利关系较大。

因此,开展先张法预应力板梁底板纵向裂缝防治施工技术研究,对提高板梁品质、降低修补成本、延长梁板寿命具有重要意义。

《高速公路先张法预应力板梁底板纵向裂缝防治施工技术规程》是依托溧阳至高淳高速公路常州段LYG-LY2标板梁预制,认真总结了江苏省公路板梁预制的施工经验,重点对施工过程中的工艺、方法、控制措施做出了规定,突出了先张法的预应力预制板梁底板纵向裂缝的防治技术特点,从而为高速公路板梁预制施工质量提供了有力的保障。防裂缝技术的推广将进一步提升高速公路建设品质、加快交通强省建设。

溧高高速公路南京段二标段桥梁上部结构形式均为先张法预应力空心板结构,本标段共有先张法板梁900片,在施工初期,空心板梁在底板、腹板和顶板不同位置均出现过不同程度的非结构性裂缝,这类裂缝在以往的工程中也是经常出现的。项目组对裂缝产生的原因进行了认真分析,最终得出结论,裂缝的产生是由于在施工准备、模板安装、混凝土浇筑、张拉及钢筋绑扎等工序上存在问题。为避免裂缝,在工艺控制过程中应严格按施工要求进行,应通过质量提升活动,对先张法板梁的施工工艺进行操作研究,找出引起裂缝的关键工序,并予以规范,从而抑制裂缝的产生。

2 施工准备工作

2.1 技术和机具准备

在施工前对设计文件及现场情况进行研究,制订好施工技术方案和施工组织设计,根据板梁预应力施加吨位设计张拉台座[1]。按图纸要求,计算单片梁的重量情况,设计和租用起重设备进行起吊计算。同时,根据混凝土方量来设计和确定拌和楼混凝土拌和的能力。

熟悉施工技术规程和相关规范,制订符合本项目技术特点的施工操作规程,并向作业班组、施工人员分级、分期作技术交底和安全交底[2]。

根据板梁的情况和场地建设情况,选择合适的提升设备,如慢速卷扬机、电动葫芦、导链、龙门吊、汽车吊等[3]。对张拉设备进行选择和核对,以确保适合本工程。千斤顶应该采用穿心式的,张拉采用的油泵需要进行校对。张拉所用的工具锚、切割钢绞线的砂轮机以及用于临时锚固的钢梁等亦应检核。板梁的张拉应根据实际情况,必须是同型号两个千斤顶同时张拉,张拉的具体要求是张拉能力必须符合规范要求,并大于最大张拉力值150%[4]。所采用的工具锚(预应力钢铰线用)和锚具内的夹片在特殊情况下采用的连接器等,应确保适应性良好,还必须满足国家、省、行业或业主的规定。在使用前,各种型号的千斤顶、张拉配套使用的油表或者压力表以及在智能设备上使用的应力传感器等所有的影响力值的工具,都必须由具备相应资质的试验检测机构予以检定和校准。施工前,还必须检查进场的锚具、夹片的型号是不是符合规范要求和出厂合格证,数量是不是满足本期工程的用量要求,并进行外观检查、洛氏硬度检查以及静载锚具性能检查[5]。

2.2 材料准备

工程上所用的各种型号的钢绞线以及普通的钢筋应满足规范、图纸和国家标准的最新规定。

按照混凝土设计强度要求,进行混凝土试验室配合比试验,混凝土配合比除应满足先张预应力板梁设计及施工要求外,还应符合以下要求。

(1)宜采用高效聚羧酸减水剂,水胶比宜不大于0.4,设计坍落度宜控制在140～180 mm[6]。

(2)应对碎石进行坚固性、碱活性等检测,不应使用对混凝土有碱活性反应的集料。

(3)对新拌混凝土进行外观检查,如混凝土是否均匀,颜色是否有较大偏差,是否泌水,是否存在离析等。

(4)开拌前,测试材料含水量,确定施工配合比。

2.3 张拉台座

应根据预制台座底模地基承载力计算结果,采取合适的工程措施,以使地基承载能力达到原状土承载力的1.5倍,并避免不均匀沉降。在制作张拉台座时,应保证台座有一定的强度、刚度和稳定性,确保坚固,不得出现不均匀沉陷。台座的底模可采用水磨石或不锈钢板,钢板的厚度应在6 mm以上,平整度应控制在3 mm以内。台座应进行抗倾覆计算,必要时进行荷载试验,其安全系数应≥1.5,抗滑移系数应大于≥1.3。

3 施工工艺控制

首先清理预制台座底模,涂刷脱模剂,然后在预制台座上,准确放出板梁端线,同时预布底板横筋和梁底钢板。

3.1 钢绞线及钢筋施工

富余长度问题经常被技术人员忽视,有人认为,富余长度保持在一定条件下就行了,事实上,如果小于30 cm则会可能造成安全隐患。钢绞线布设时,应避免钢绞线与脱模剂接触,否则会产生黏结性问题。在布设钢绞线时,应采用梳齿板固定措施,以保证钢筋间距和钢筋保护层厚度准确。

钢绞线预应力失效部分应用PVC管包裹,PVC管应满足刚度要求,确保其不出现变形和损坏,PVC管的直径不宜过大,能穿进钢绞线即可,其两端应封闭密实,确保不进入水和水泥浆。

张拉钢绞线时,应符合设计图纸和行业标准的规定,张拉完成后在自然温度湿度条件下放置8 h以上,并满足以下要求:

(1)用经过标定的穿心式千斤顶进行张拉,从两端的钢绞线开始,对称地调整单根钢绞线的初应力。初应力应为总张拉力的0.1～0.15倍。

(2)张拉采用双控,即用控制应力整体张拉施工,并在张拉结束后,用钢绞线的总伸长量进行校核,钢绞线的实际伸长值与计算的理论伸长值之差值必须符合相应要求,且差值应在6%以内,否则应停止张拉施工,查清原因后,再采取相应的措施,方可继续张拉。

(3)钢绞线张拉时,应分级张拉并考虑千斤顶的行程,保持荷载的时间应在5 min以上,然后才能进行钢绞线的锚固。

3.2 模板及与模板有关的钢筋安装

模板安装时,模板底部的外侧与侧面端部粘贴6 mm厚的细孔多孔海绵条用于防止接缝处漏浆。侧模宜用拉杆和横撑固定于台座支撑梁上,确保模板不上浮。

模板采用定位卡具,确保定位准确、间距均匀。

钢筋骨架的保护层控制应采用梅花形高强砂浆垫块,其强度应不低于混凝土强度,绑扎牢固,垫块布置的数量≥4个/m2,底板横向钢筋与纵向预应力钢绞线应绑扎,确保底板横向箍筋不下沉,预制板梁底板保护层厚度须满足设计要求。

铰缝钢筋安装时应确保其与模板密贴,并采取有效的固定措施,确保混凝土拆模完毕后能够立即用人工凿出。

3.3 底板混凝土浇筑

浇筑混凝土前,应将模板里面的垃圾杂物、由于模板不平造成的积水以及钢筋与钢绞线表面附着的油污等清理干净。同时,技术人员要对模板、各种支撑件、钢筋和预埋件等进行全面检查,同时进行记录,符合要求后可开始浇筑。从一端向另一端连续浇筑。混凝土应布料均匀,浇筑厚度符合设计要求。振捣时宜分两排振点,振捣时间宜≥20 s,应加强马蹄部位、钢筋密集部位的混凝土振捣。在混凝土振捣过程中,振动棒始终不能触碰到钢绞线,视情况适当倾斜插入,增大振捣棒与混凝土的接触面积。

3.4 气囊芯模安设

芯模使用前应充气检查有无破损,确认无破损后涂刷水溶性脱模剂。底板内的混凝土浇筑工作完毕后,布设气囊状内芯模,且控制好芯模布设时间,一般应在15～20 min内完成,芯模充气压力宜控制在0.015～0.017 MPa。随时检查气囊芯模气压,确保气压稳定。

固定气囊芯模的U形定位钢筋应与底板钢筋绑扎牢固,间距符合设计要求且不大于40 cm;气囊芯模顶部的水平定位筋与U形定位钢筋交叉点应逐一绑扎,不应跳扎。

所有钢筋、扎丝端头不得靠近气囊芯模,U形定位钢筋宜采用平钩,确保不刮破气囊。

3.5 腹板、顶板混凝土浇筑

浇筑用混凝土宜采用高效聚羧酸减水剂,水胶比宜不大于0.4,设计坍落度宜控制在140～160 mm。对碎石等粗集料进行碱活性检验,不可采用有碱活性反应的粗集料。检查混凝土拌合物的均匀性,混凝土应颜色一致,无离析和泌水现象。

在底板混凝土尚未终凝前,开始浇筑腹板的混凝土。两侧腹板应均匀布料,腹板混凝土振捣时采用两台振捣泵从两侧同时、对称振捣,确保气囊芯模不偏位。在顶板的混凝土进行振捣的时候,注意加强倒角部位混凝土的振捣,且注意不能接触碰到芯模气囊和钢模。

3.6 养生及脱模

混凝土在振捣浇筑完毕后即进入混凝土养生环节,一般采用土工布覆盖保湿;在板梁的内箱应进行蓄水养护,水的有效深度宜在10 cm左右。连续养生时间应≥7 d。当气温在5 ℃以下时,应按规范进行冬期施工操作。

混凝土达到一定的强度时(一般为0.5 MPa),对芯模进行放气拆除。

混凝土的同条件试件强度达到2.5 MPa以上时,可以对中梁侧面模板进行拆除;当混凝土强度达到设计混凝土强度的70%时,可以拆除边梁侧模。

3.7 放张

在同一槽浇筑的最后一片梁混凝土强度以及弹性模量达到设计要求时,可以进行放张施工。如果设计图纸没有规定时,混凝土的强度应不低于设计混凝土强度等级值的80%,弹性模量应不低于混凝土28 d弹性模量的80%。由两台千斤顶分阶段、缓慢、均匀、对称进行,卸荷总时间宜≥30 min。放张后预制板梁宜静置24 h,钢绞线切割应由放张端开始,依次向另一端切断,应采用砂轮锯等机械切割,不应采用电弧焊、乙炔火焰等切割。

封端前应清理梁板内箱杂物。顶板浇筑时应预留封端混凝土浇注孔。放张后,用预制堵头板立模,采用与梁体强度等级相同的混凝土,从工作孔浇注封端。

4 结 论

溧高高速公路使用本工艺进行裂缝控制,得到以下结论。

(1)施工工艺得到了规范,解决了传统施工中腹板裂缝、底板纵向裂缝的问题。

(2)工艺改进后,混凝土的强度均匀性得以提高,超声回弹强度检测结果显示标准差仅为0.23 MPa左右,保证了构件各部分强度均匀。

(3)改进工艺后,构件的外观质量得以提高,气孔、漏浆、蜂窝麻面、气囊上浮引起的保护层不均匀等现象得到有效控制。

(4)溧高高速公路南京段二标采用本方法进行质量控制后,经两年持续观测板梁裂缝开展情况,未发现板梁明显裂缝,证明措施有效。