预应力混凝土箱形梁竖向预应力施工质量控制研究

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发布时间：2021-09-04

资料介绍

由精轧螺纹钢筋和螺母构成的螺旋副，在预应力筋放
张锚固的过程中，钢筋阳纹与螺母阴纹存在缝隙弥合、螺
纹变形及滑移的行为，由此造成竖向预应力损失。竖向预
应力筋的长度通常比腹板短30cm左右，与纵向预应力筋
相比，竖向预应力筋很短，张拉时的伸长量很小。锚头变
形、钢筋回缩和接缝压缩引起的竖向预应力损失在总损失
中所占比例要比纵向力筋中该项损失所占比例高。人工进
行螺母施拧操作，拧紧程度随机性较大，如果锚固工艺不
规范，将造成力筋回缩量偏大，加大预应力损失。研究表
明，锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的损失占竖向预
应力第一批总损失的5O 左右。该项损失的大小与钢筋螺
母的加工精度、材料表面锈蚀程度、钢材力学性能、张拉
力、锚固螺母的扭力大小等因素有关。
2．3 2 锚具钢垫板与竖向预应力筋不垂直
实际工程中锚下钢垫板安装时与设计位置存在误差，
钢垫板与竖向预应力筋不垂直，而是存在一定的偏角。另
外，混凝土浇筑过程中的冲击及振捣等都可能导致钢垫板
与力筋中心线不垂直。这种垫板与力筋中心线的偏差会影
响锚固螺母的拧紧程度，在螺母与垫板之间形成空隙，增
大预应力钢筋的回缩量。同时，这种不垂直造成预应力钢
筋的局部受力和局部弯曲，加大预应力筋的损伤。
2 3 3 温差引起的损失
大跨度箱梁的腹板厚度较大，尤其是桥墩附近梁段
腹板厚度通常在0．8m以上，这些梁段的混凝土水化热温
度很高。若在水化热温度未下降至环境温度时，张拉锚
固竖向预应力筋并进行管道压浆和封锚，在管道水泥浆
硬化期间，预应力筋的应力损失还会进一步增大。该项
损失主要是由于预应力筋相对周边混凝土的温升所引起
的。实测表明，这项损失不容忽视。
2．3 4 预应力管道堵塞
在箱梁钢筋绑扎过程中，施工人员、机具堆放等作业造
成进、出浆管与预应力管道之间的连接松动而出现缝隙。现
场钢筋焊接及}昆凝土浇筑时的振捣也可能造成预应力管道的
破损。在浇筑混凝土的过程中，预应力管道的微小破损都可
能使水泥浆流进管道，其硬化后造成管道堵塞。
2．3．5 压浆不饱满
单根竖向预应力筋管道所需水泥浆量很小，压浆时
间很短，螺母上的十字槽和空隙也可排气，没有持压装
置。出浆口的布置受张拉端锚下螺旋筋的影响，多布置
在张拉端锚板以下20cm处，出浆口至锚板间管道注浆容
易存在空隙。竖向钢筋是垂直的，水泥浆的分泌、沉淀也
会造成管道上端总有一段含有空隙。
3 竖向预应力施工质量控制对策建议
针对上述竖向预应力施工中存在的问题，结合笔者
预应力施工的实践经验，提出对应的质量控制对策，简
要介绍如下：
(1)张拉锚固前采用扭矩扳手进行工艺试验，加工自
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制适当的支撑板和紧固扳手，制定锚固拧紧的标准。当
锚固后发现预应力不足或螺母不易拧紧时，可以利用撑
脚将张拉千斤顶支撑在混凝土面上进行重新张拉，在锚
具与垫板之间加上适当厚度的钢垫片。
(2)上锚板应保持水平放置。在锚板周边点焊布置定
位钢筋，防止混凝土浇筑过程中锚板松动，混凝土浇筑
后要及时检查。张拉千斤顶安装就位后，先预张拉一次，
检查预应力钢筋是否顺直。可以通过调整张拉撑腿位置
和平整度，保证张拉时预应力钢筋轴线竖直。
(3)在混凝土浇筑后，及时监测梁段混凝土的温度。
当混凝土水化热温度下降，混凝土温度与周围环境温度
基本一致，内部温度与环境温度变化规律一致时，再进
行竖向预应力施工。
(4)在预应力管道附近进行电焊作业时，要对管道加
以防护，焊完再仔细检查。混凝土浇筑前对波纹管进行
仔细检查，及时处理破损的孔洞。张拉端锚板上的锚槽
盒与锚板要密贴，防止此处进浆导致堵塞。上锚板的凹
口可采用棉絮或布条塞严，或用胶带密封。注浆管采用
硬质塑料管，防止电焊作业时烧熔或浇筑混凝土振捣时
挤瘪。腹板浇筑时可采用小型风泵向管道内送风，即使
有少量漏浆，高压风也可将其及时吹散，防止在管道底
部凝结硬化。整个节段浇筑完成后应再通风一次。
(5)采用合适的水泥浆配合比，减小泌水量。压浆时
螺母上的十字槽可用胶带封闭，出浆口布置尽量向上布
置靠近张拉端锚板。这些措施可有效减少压浆中的空隙，
增大压浆密实度。
4 竖向预应力施工质量控制措施在京沪高
铁箱梁中的应用
4．1 箱梁腹板竖向预应力损失现场测试
竖向预应力筋的类型和锚固方式与纵向预应力筋不
同，国内外关于竖向预应力损失的实验研究比较少。因
此，结合实际桥梁进行现场测试对于合理确定腹板竖向
预应力损失及防止腹板斜裂缝具有十分重要的实际意义。
现场测试预应力混凝土连续梁桥为京沪高速铁路跨
济兖特大桥桥群的跨腊山分洪渠桥，上部结构为40m+
64m+40m三跨变高度连续箱梁(单箱单室)，腹板竖向
预应力体系为PSB785型精轧螺纹钢筋(直径25mm)，
JLM一25锚具，YC60A型千斤顶，直径35mm铁皮管成
孔。张拉控制应力( )为700MPa。该桥的竖向预应
力布置如图1、图2所示。
选该桥一个6号节段的3根竖向预应力筋为研究对
象，在力筋长度中间布置电阻应变片，张拉锚固阶段采
用应变采集系统进行应变测量。
竖向预应力筋张拉前，对应变测量仪器进行初始平
衡，确保测试数据可靠。测试过程中每根力筋的张拉程
序为：0—1O 一20 一6O 一1O0 ，张拉过程中按
照上述的张拉程序分级进行力筋应变数据采集。张拉锚