小半径曲线现浇连续箱梁预应力施工体会

【摘 要】 本文主要叙述了公路立交桥梁工程中小半径曲线现浇箱梁预应力施工的情况，提出了小半径箱梁后张法预应力施工的控制要点和注意事项。

【关键词】 小半径曲线 现浇箱梁 预应力施工

1 引言

公路互通立交工程中，多采用曲线桥梁和匝道桥。这些桥梁线型变化多端，结构受力比较复杂，特别是小半径曲线梁桥，除承受弯矩、剪力外，还有较大扭矩和翘曲双力矩的作用。

小半径曲线梁桥的纵向预应力钢束沿箱梁腹板平面曲线线型变化而布置成水平曲线，预应力钢束对混凝土产生较大的径向力，它除对相邻两预应力束之间的混凝土产生局部承压作用外，还对预力束与箱梁内弧侧之间的混凝土产生崩弹作用，故这种径向力对箱梁腹板的受力是很不利的。本文结合南方某市公路立交桥的施工实践，浅谈小半径曲线梁桥预应力施工的体会。

2 小半径曲线桥梁的设计情况

本工程为一公路互通立交工程，按Ⅰ级公路标准设计。整个互通立交工程共两条主线，其中东西向主线设计为路基工程，长度为1440m，南北主线为跨线桥，长941.0m。另包含8条匝道，其中C匝道设计为小半径曲线现浇预应力混凝土连续箱梁，详细介绍如下：

⑴、C匝道桥上部结构为两跨一联预应力混凝土连续曲线箱梁，位于圆曲线和缓和曲线上，曲线半径最小为60米，分跨布置为：7×（2×20）＝280m。该桥标准断面桥面净空为7.5m+2×0.5m防撞护栏，全宽8.5m。现浇箱梁均采用单箱单

室箱型截面，梁高1.4m，标准箱室全宽8.5m两侧悬挑翼缘板宽各为2.25m，悬臂端部15cm，根部45cm；箱梁顶板厚20cm，底板厚20cm，直腹板厚40cm，支点处设横隔梁，中横隔梁宽3.0m,端横隔梁宽1.5m。（箱梁跨中横断面见图一）

⑵、箱梁采用单向预应力体系，后张法施工。纵向预应力筋采用高强度低松弛钢绞线(φs15.2–7，fpk=1860MPa)，钢束均为一端张拉。（箱梁跨中预应力钢束布置见图一）

⑶、由于本桥曲线半径较小，在施加预应力时，预应力束对腹板混凝土产生的径向力必然造成内弧侧混凝土的崩弹作用，为了解决这个问题，在钢束布置时，相邻两预应力钢束之间留有15cm的混凝土厚度，箱梁腹板留有18cm的混凝土厚度保护层来抵抗这种侧向崩弹力，同时在腹板内设置防崩钢筋。（防崩钢筋示意见图二）

图一 箱梁跨中预应力束布置

图 图二 防崩钢筋示意图

图三 C匝道桥连续箱梁平面布置图

3箱梁预应力施工及体会

预应力筋按技术规范和设计图纸进行张拉,张拉程序为0→初应力

→80%δk→δk (持荷2min 锚固)。张拉时，边张拉边测量伸长值，采用应力、应变双控制，实际伸长值与理论伸长值相比误差控制在±6%以内，如发现伸长值异常则暂停张拉并通知监理工程师，张拉现场记录及时整理，并报监理工程师，并按监理工程师批示的措施进行处理。各批钢束张拉时为对称张拉。

张拉过程中统一指挥，两端张拉速度尽可一致。出现的响动或异常现象立即停止施工，进行检查，查明原因后再行张拉。

3.1 张拉计算

(1)张拉力的计算

①标准强度：R =1860 MPa

②控制应力：

K = 0.75R =1395 MPa；

③控制张拉力(7束钢绞线)： PK = 1367 KN

(2)伸长值的计算

伸长值的计算采用精确的计算方法，计算张拉力取控制张拉力PK ，钢绞线计算长度取曲线孔道长度与张拉设备所占长度 (70cm)之和，钢绞线弹性模量取实测值。

预应力钢束伸长值计算公式：△L = PL/Ay·Eg

式中：

△L—— 预应力钢束计算伸长值；

P—— 预应力钢束平均张拉力；

L—— 预应力钢束在孔道中的长度；

Ay—— 预应力钢束的截面面积；

Eg—— 预应力钢束弹性模量；

其中：P =P0[1–

]／( kx+μθ )

式中： P——预应力钢材张拉端的张拉力；

X——从张拉端至计算截面积的孔道长度在构件纵轴上的投影长度；

L——从张拉至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和(rad ) ；

k——孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取0.0015；

μ——预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数。

材料进场后，经实验测得钢绞线弹性模量Eg= 201GPa，采用金属波纹管，按规范取管道摩阻系数μ为0.25，管道偏差系数K为0.0015，分别用上式计算得各钢绞线的伸长值，如下表： 钢束编号 N1 N2 N3 N4 规格 ΦS15.2-7 ΦS15.2-7 ΦS15.2-7 ΦS15.2-7 长度（cm 内侧） 3879.5 3884.5 3855.5 3855.5 计算引伸量(mm) 244 245 262 259 3.2 预应力的施工情况

张拉所使用的千斤顶型号为YDC400B-200，其标定方程为：

P = 13.105F + 0.41。

式中： F ---- 标准力值（MN）

P ---- 压力指示器示值（MPa）

据此方程推算出压力表与张拉力关系及施工时实测引伸量情况如下表： 钢束编号 压力表读数（MPa） 对应张拉力(KN) 实测引伸量（mm） N1 N2 N3 N4 18.4 18.4 18.4 18.4 1367 1367 1367 1367 229 226 243 241 比理论计算 偏差% 6.1% 7.9% 7.3% 6.9% 伸长值的测量预应力钢绞线张拉时应先调整到10％·PK后再开始测量伸长值，再将应力加到20％·Pk ，测伸长值。再将应力加到100％·PK ，再测伸长值。实际伸长值等于测量的伸长值外再加上初应力时推算伸长值，即

△L = △L1 + △L2–△L3

式中： △L1 —— 从初应力到控制应力之间的实测伸长值；

△L2 —— 初应力时推算的伸长值可采用相邻的伸长值；

△L3 —— 预应力筋的内缩值，可忽略。

3.3 产生较大偏差的原因分析

由上表与理论计算伸长量对照,发现钢绞线的施工伸长量与理论计算结果存在较大的偏差，N1～N4均超过了±6%的规范要求，其中存在较大竖曲线的N2、N3束偏差更大，分析原因如下：

(1)、小半径的连续弯梁桥，因其同时具有平弯与竖弯，其预应力钢束线型为空间三维曲线，具有双向曲率，因而在张拉过程中，预应力孔道对钢束具有较大的摩阻作用。

(2)、在进行理论计算的过程中，管道偏差系数K值是由施工中管道定位偏差和管道壁不光滑程度决定的，管道摩阻系数μ值则随着钢束弯曲角度的增加而增加。这两个系数按规范取值与实测值存在着较大偏差。

(3)、在计算伸长量的θ取值方面，必须按竖面与平面角度的矢量和进行取值，才能真实地反映施工现场特点。现行施工规范（JTJ041-2000）中，对于三维曲线梁的钢绞线伸长量θ值的计算中，未按空间曲线考虑，仅仅考虑竖面的切线夹角，未计入平弯因素，实际计算中，应参考《公路桥涵设计手册》的有关规定，通过矢量法则将总竖直角变化和总水平角变化相加后获得。

鉴于以上的分析，我们按照《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）对张拉摩阻损失进行了测定，通过对测试数据分析，求得K=0.0135，μ=0.280,可以推算出其损失值同实测值吻合较好。在此基础上，实际施工中对张拉控制数据进行了适当调整：

① 计算伸长量时钢绞线的K、μ参数值按实测的摩阻系数取值，即：K=0.0135，μ=0.280；

② 在计算伸长量的θ取值方面，按竖面与平面角度的矢量和进行取值。

经过调整后，在该桥的张拉中，张拉控制应力、实测伸长量均与设计的要求相吻合。

3.4预应力施工控制要点

（1） 在预应力作业中,必须特别注意安全。因为预应力筋持有很大的能量,万一预应力筋被拉断或锚具与张拉千斤顶失效果。巨大能量急剧释放,有可能造成很大危害。因此必须有安全防护措施。

（2）操作千斤顶和量测伸长值的人员,应站在千斤顶侧面操作,严格遵守操作规程。

（3）连接器、夹具、锚具进场分批进行外观检查，不得有裂纹，伤痕，锈蚀，尺寸不得超过允许偏差，对其力学性能应根据供货情况确定是否复验，对连接器应做连接能力试验。同时应注意保持清洁和良好的润滑状态。

（4） 多根钢绞束夹片锚固体系如遇到个别钢绞线滑移,可更换夹片,用小型千斤顶单根张拉。

（5）管道要准确按照设计标高放置，并用定位钢筋固定，安放后的管道必须平顺，无折角。管道要密封，施工过程人员，机械，振动棒等不得碰撞管道。

（6）箱梁混凝土强度达90%设计强度，且混凝土龄期大于10天后可对梁体进行初张拉，初张拉时，内模应松开，不应对梁体压缩造成障碍。梁体初张拉后可拆除底模及支承。

（7）为确保预应力张拉力的准确应定期对张拉设备进行检查校正，检验的周期为6个月，或200次为一周期。张拉要求认真作好记录，并应当场计算，如双控伸长值超过规定值（±6％）则应暂停，待查明原因采取措施后方可继续张拉。

4 结语

小半径曲线梁桥的预应力施工，由于结构受力较为复杂，在实际施工过程中可能会发生很多问题，以上简单叙述了小半径曲线梁桥预应力施工的一点体会，希望起到抛砖引玉的作用，望各位同行在施工过程中不断总结，使施工质量趋于完善，请大家多多指正，提出宝贵的意见。