多跨连续张拉预应力箱型桥梁施工技术

　　摘要:孟加拉摩哈卡利立交桥由19跨预应力钢筋混凝土箱形梁结构组成，整桥采取预制拼装和现浇连续桥设计。桥梁施工采用了预制混凝土箱型梁偶配浇筑成型工艺技术、现浇跨横跨双轨铁道线支撑架的搭设及拆除技术、预制箱型梁安装及片梁之间环氧树脂粘接采用临时预压工艺技术、以及三维空间布置钢绞线多跨连续张拉双向预应力工艺控制技术，确保了工程质量和施工工期要求。
　　关键词：预制箱型梁连续拼装，偶配浇筑，预应力多跨连续张拉，锚固体系，桥梁施工技术
　　
　　1工程概况及特点
　　孟加拉摩哈卡利立交桥地处孟加拉达卡市摩哈卡利区，该桥全长1.01km，由19跨预应力钢筋混凝土箱形梁结构组成,该桥设计集多项先进技术于一身,整桥采取预制拼装和现浇连续桥设计,与国内预制拼装简支桥设计有着本质的不同,其主要特点如下：
　　（1）整座桥线形变化较为复杂。从北向西，桥的水平曲线（由桥的中轴线水平投影形成）存在直线段、圆弧段、缓圆段等多种线形变化；桥的竖向曲线（由桥的中轴线的竖直投影形成）存在斜直线、抛物线、平直线等多种线形变化,其桥梁跨度种类多达7种。
　　（2）预制现浇共有，且预制混凝土箱形梁重量较大。全桥共分三段，其中两段预制，一段现浇；现浇段共4跨(P9～P13）,其中最长跨63米,横跨双轨铁道线；预制段共15跨由181片预制混凝土箱形梁组成，混凝土强度等级相当于国内的C50,每片箱形梁体积为38m3、重100吨左右、预制和运输难度大,构件运输安装难度也大。
　　（3）钢绞线布设空间位置处于三维控制状态，布管、穿线、张拉等工作异常复杂。桥梁预应力采取后张法施工，其预应力传力系统为19束直径为15.7mm、应力为1860MPa的预应力钢绞线，最长的单根钢绞线长达80余米（穿越两跨）。
　　（4）在桥梁上设置了较为先进的STU传震装置。此类桥梁设计不仅在国内罕见,在国际上也极为稀少。
　　2研究课题
　　根据摩哈卡利立交桥工程特点，展开了相关施工技术的研究和探索，有针对性地确定了下列研究课题：
　　（1)预制混凝土箱型梁偶配浇筑成型工艺技术研究；
　　（2)预制箱型梁片梁之间环氧树脂粘接采用临时预压工艺技术研究；
　　（3）三维空间布置钢绞线多跨连续张拉双向预应力工艺控制技术(同跨采用交叉分段张拉工艺)研究。
　　3具体实施方案
　　3.1预制混凝土箱型梁偶配浇筑成型工艺技术
　　3.1.1箱形梁设计特点
　　该桥是预制拼装连续桥,这与我国预制拼张简支桥不同,其主要特点如下：
　　(1)水平曲线、竖曲线线形复杂有：直线、圆弧、缓圆、斜直线、抛物线，箱形梁在圆弧、缓圆处特征尺寸是有变化。特别是在缓圆处，随着转弯半径逐渐变小，箱形梁随着道路超高和加宽的设计，箱形梁的建筑尺寸在不断的变化
　　(2)此桥梁板垂直于桥梁中轴线分块，桥梁安装时以一个预应力筋张拉段为施工段进行安装。
　　(3)箱形梁钢铰线布置呈波形和多波形，这就决定了箱形梁断面的定位在不断的变化。
　　3.1.2箱梁偶配浇筑的工艺原理
　　为了提高桥梁安装时的精度，分片预制箱梁板时，应采用偶配浇筑成型工艺技术。即运用平卧长线台座预制的方法对每个施工段的箱梁板按安装顺序进行编号，以跳跃的方式先生产编号为奇数的箱梁板，然后以填充的方式生产编号为偶数的箱梁板。
　　3.1.3箱梁偶配浇筑的结构形式
　　在片梁两端面设有剪力键和剪力键槽，相邻片梁上的剪力键槽和剪力键必须一一对应，完全吻合。在预制过程中，采用硬木或硬橡胶制成“剪力键”贴在钢模板上，然后用平头螺栓与钢模连接固定。预制偶数片梁时，分别以奇数片梁端部作为偶数片梁的端模，形成偶数片梁上相对应的剪力键，以此实现相邻片梁键与槽之间的完全吻合。
　　3.1.4箱梁偶配浇筑的施工工艺流程
　　将台座及底模板按线形要求铺设固定好→将偶数底模下降100~150mm→浇筑奇数片梁→浇筑偶数片梁。
　　3.1.5箱梁偶配浇筑主要施工操作方法
　　(1)箱型梁预制:由于此桥跨度大，在同一施工段内片梁高度不同，所以采用长线台座奇偶浇筑法。采用此法，要求台座长度以及底模数量满足施工段内所有片梁的预制需要。将施工段内的片梁按拼装的顺序进行1、2、3、4、5……编号，先浇筑奇数号，再浇偶数号，或反之。具体工艺步骤如下：第一步：将台座及底模板按线形要求铺设固定好；第二步：将偶数底模下降100-150mm；第三步：浇筑奇数片梁；第四步：再浇筑偶数片梁。
　　(2)模板施工：
　　1）模板设计，根据箱形梁的特征，模板宜采用大型钢模板，模架系统由支撑、底模板、端模板、侧模板和芯模板等组成。
　　2）模板支设，采用侧模板包底模板，端模板包底模板、侧模板的装配方式。模板之间连接采用螺栓紧固，端模板上口采用专用卡具固定，在端模板外侧用斜撑支撑。对于长线平卧法施工而言，底模板与钢筋混凝土地梁连系选用可调节钢支墩及支撑杆，要求固定牢固，并便于调节（采用螺旋式千斤顶调节）。
　　(3)波纹管的固定：
　　传统的做法是在端模板上（一般是大型钢模板）割孔，在标准跨内，每片箱梁的每一个断面的波纹管的位置都不相同。这种施工方法，会导致端的损坏较大，修补的工作量大，甚至模板的套数增加。此桥施工改用长50mmФ95的（波纹管的直径Ф100）黑铁管，点焊在端模板上。对不同的断面只需按波纹管的中心坐标不同将黑铁管点焊上。这样操作起来方便，端模板几近没有损伤。
　　(4)片梁的起吊：相邻两构件的端面上分布有比较多的剪力键和剪力槽，互相咬合。在起吊时，不能直接垂直起吊分离片梁，这样既不安全，又容易将片梁拉裂，这里通常采用两种方法：
　　1）在底模上加一层聚四氟乙烯和不锈钢板，这两种材料的摩擦系数为0.1～0.2，这时只用两个较小的千斤顶，便可将偶配浇筑的片梁推开。
　　2）在门形吊上增加一台电子测量器，先用95％的力吊起片梁，使片梁处在要脱离底模又不能脱离的临界状态，再用千斤顶或可调撑杆将其推开，然后吊离模板堆放。
　　3.2预制箱型梁片梁之间环氧树脂粘接采用临时预压工艺技术
　　3.2.1环氧树脂的拌制和涂刷
　　本工程预制片梁设计上采用环氧树脂进行粘结，环氧树脂粘结剂的力学性能应满足抗拉强度大于等于12.5N/mm2，抗压强度大于等于70N/mm2，粘结强度大于等于6N/mm2的要求。在使用环氧树脂时，从涂刷到粘合在一起为止，一定要在规定的时间内完成（小于等于2小时），而且砼表面要保持干燥状态。使用温度为5℃-30℃。涂刷环氧树脂时，一般使用橡胶刷，人工戴胶手套涂抹，涂料厚度在3mm以内（用量1.5Kg/m2）。
　　3.2.2临时预应力的施工
　　制拼装段每一垮中有8-12块箱梁用环氧树脂粘接通过临时预压应力挤压使箱梁紧密拼装在一起,然后张拉钢铰线，形成连续跨。为保证箱梁连接断面达到无缝状态，使后灌浆时不漏浆，在连接断面均匀涂刷一层3mm厚的环氧树脂挤压拼接，在一片一片的拼接时需按28t/m2的要求施加压力，每块片梁安装时用千斤顶和精轧螺纹钢给其施加临时应力400t，在预应力筋张拉完后，将其卸载。施加压力的方式需施工单位自己设计。
　　3.3三维空间布置钢绞线多跨连续张拉双向预应力工艺控制技术
　　3.3.1箱梁预应力的特点及难点
　　(1)整座桥线形变化较为复杂直线段、圆弧段、缓圆段等多种线形变化。
　　(2)钢绞线布设空间位置处于三维控制状态，布管、穿线、张拉等工作异常复杂。桥梁预应力采取后张法施工，其预应力传力系统为19束直径为15.7mm、应力为1860MPa的预应力钢绞线，最长的单根钢绞线长达80余米（穿越两跨）。
　　3.3.2箱梁预应力的工艺原理
　　多跨连续双向预应力张拉的实质就是通过钢绞线或高强碳素钢丝等作为施力工具，对桥梁上部结构施加预应力，以预应力产生的弯矩抵消部分外荷载产生的内力，从而达到桥梁的使用性能并提高极限承载能力之目的。
　　多跨连续双向预应力体系主要由钢绞线、锯齿块、锚固板、锚固板垫板、波纹管、锚具等组成。采用钢绞线为载体，预应力钢束布置于箱梁孔内，其形状与梁体的弯矩图形相近，为三维空间线型。三维空间线型主要是通过预制箱形梁板沿桥跨度纵方向按3m一段分为若干单体构件，用几十组预应力钢绞线“穿挂”起来形成整体进行张拉成型。
　　3.3.3箱梁预应力施工工艺流程
　　预应力筋放线、下料→钢筋骨架及井字托架制→预应力定位筋安装→埋设波纹管→埋件及灌浆排气管制作→预埋端头铁件及排气管安装→浇灌混凝土→预应力筋穿束→混凝土达需要设计强度时，第一张拉段第一次张拉→孔道灌浆→切割端头及外露灌浆→混凝土封端→整理张拉记录→钢绞线穿索→第一张拉段第二次张拉→第二张拉段第一次张拉→孔道灌浆→（循环进行）
　　3.3.4箱梁预应力主要工序施工操作方法
　　(1)预应力钢筋张拉前的技术准备：
　　1）为精确计算张拉力作用下预应力钢筋的理论伸长量，应对不同批号的预应力钢绞线、钢筋进行弹性模量试验。试验结果报专业工程师认可，作为预应力钢筋理论伸长量的计算依据。
　　2）预应力管道的摩擦力实验的目的是用于确定孔道摩擦特性，以确定设计假定是否与实际情况相一致。
　　3）纵向预应力钢绞线应力损失及理论伸长计算、横向预应力钢绞线应力损失及理论伸长计算（预应力损失包括:收缩、徐变、松驰、管道摩擦、夹片回缩以及系统中张拉顺序产生弹性压缩的影响等。设计图中的张拉力未考虑千斤顶和锚具摩擦损失，实际的张拉力应根据实验结果进行修正，并报专业工程师认可，计算过程省略）、锯齿块上的锚固板垫板加工、张拉设备的标定工作等。
　　(2)预应力钢筋的张拉(预应力筋布置见如下图)
　　1)预应力筋铺设:依据设计图纸，做好预应力钢绞线编束，并挂好标识牌，检查预埋波纹管位置准确度，孔道内是否有杂物，考虑预应力筋的张拉作业空间和张拉顺序来固定张拉端的锚垫板。由于预应力筋跨越两跨，最长达80余米以上，且曲率大，呈弦曲线型布置，因此，牵铺钢绞线时应注意慢速牵引，循序渐进。预应力钢筋应在安装后30天内完成张拉和灌浆作业可防止预应力钢筋锈蚀的影响，在此期间管道内不放置防腐剂。张拉设备在使用前应进行标定并满足精度要求,张拉前应修复混凝土所有缺陷，并使其达到足够的强度。
　　2）预应力钢筋张拉:当胶贴的环氧树脂达到30MPa，现浇块混凝土强度达到40MPa后，方可以进行预应力筋的张拉。预应力钢筋最大张拉力为4051.28KN(19束钢绞线),其最大张拉力应不超过指定最小极限抗拉强度的80%，钢束不能超过规定的张拉值，以达到期望的伸长量。预应力钢筋张拉至设计张拉值后锚固,锚固后的张拉控制应力应满足设计要求。张拉的原则都应遵循同步，对称张拉，还应考虑到尽量减少张拉设备的移动次数,钢绞线束夹片锚固体系：安装锚具时应注意工作锚环或锚板对中，夹片均匀打紧并外露一致，千斤顶上的工具锚孔与构件端部工作锚的孔位排列要一致以防钢绞线在千斤顶穿心孔内打叉。
　　3）张拉程序：预应力钢筋根据设计图要求采用一端或两端张拉的方法进行。张拉顺序按设计图要求进行。预制构件的预应力筋为一端张拉；对现浇部分，以每一跨作为一个独立施工段，且预应力筋为两端同时张拉，分组时以每一施工段中布置形式相同的预应力筋为一组，分三次张拉完，第一次张拉需待砼强度达C25时即可按图纸规定的编号张拉，第二次张需待砼强度达到100%时即可张拉剩余的编号，第三次张拉待砼强度达100%时即可进行跨与跨之间的预应力钢筋张拉。
　　4）预应力钢筋的加载顺序：0→10%控制应力σk（记录千斤顶行程）→30%、60%、80%、100%控制应力σk（分级加载，分级记录千斤顶行程）→103%控制应力σk→关闭油门持荷5分钟→补足油压至103%控制应力σk→缓慢回油锚固。
　　(3)孔道灌浆
　　1）预应力钢筋安装后30天内、预应力钢材张拉后14天内应进行灌浆，以减少预应力钢筋的锈蚀。预应力钢筋张拉后静置2小时，无滑丝现象即可进行压浆。
　　2）泥浆的水灰比宜控制在0.45范围内，3小时泌水量不大于2%，流动度为12～14秒，强度为节段混凝土强度的80%，其成分为水、波特兰水泥和外加剂，必要时可以掺入万分之一的水泥重量的铝粉做膨胀剂，禁止使用氯盐外加剂。每次压浆作业应采用相同批号的水泥。
　　4结束语
　　经孟加拉国科学技术大学对此预应力大桥进行如下检测：静载锚固性能试验、夹片位移量和钢绞线内缩值测量、预应力梁中点反拱值及最后扰度值测量、预应力梁裂缝观察测量，其检测结果符合设计和AASHTO桥梁规范要求。
　　摩哈卡利立交桥工程是一项技术含量较高的桥梁建筑工程，经过项目部全体员工共同努力，，于2004年11月4号正式竣工通车，得到业主、监理的充分肯定,并取得了较好的经济效益,扩大了一冶在孟加拉国的影响力，也为我公司在桥梁施工技术方面积累了丰富经验。
　　
　　参考文献
　　1、美国施工标准AASHTOBS5400.
　　2、《预应力混凝土用钢绞线》GB5224-95.
　　3、《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/J14370-93.
　　4、《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-93.