连续梁群锚高强钢绞线预应力施工工法

'连续梁群锚高强钢绞线预应力施工工法编制单位：中建一局集团批准部门：中国建筑工程总公司工法编号：GF／201006－96主要执笔人：朱勤l工法特点22适用范围23QM系列预应力材料及结构件25工艺流程56主要工序施工方法57劳动力组织88质量注意事项99文明、安全施工措施910经济效益分析911工程实例9 近年来公路交通建设飞速发展，由此桥梁施工技术也得到了迅猛发展，各种桥梁结构形式都不断地得到实践与应用。其中群锚预应力高强钢绞线连续梁桥板体系，以其特有的优势占有了一定的比重。该体系在国外已有三十多年的历史，而且目前仍是处于主导地位的预应力体系；在我国则还只是近几年发展起来的，但从其设计构配件制作及机械制造方面，已有较为完善的体系，为其施工创造了必要的条件。本工法便是实现该体系而特定的施工工法。l工法特点该体系是在引进瑞士VSL系列的基础上发展起来的，在此基础上我国又自行研究、设计、生产了QM预应力体系。1．l通过QML连接器将预应力钢绞线随连续梁弯矩图曲线连接起来，形成多跨连续梁（如图1．l所示），施工中按图示分段逐段张拉，逐段连接，从而形成连续梁构造。1．2目前国内该体系施工尚无较为完整的阐述，而本工法基本详尽、系统、全面地介绍了其材料，零件，施工机械及施工方法，对各种规格钢绞线相应系列均有介绍。1．3利用本工法，无需再要其他参考资料，即可进行该体系施工技术准备工作。2适用范围本工法适用于建筑、桥梁等工程中的连续梁预应力施工。3QM系列预应力材料及结构件3．l高强钢绞线QM系列均采用低松驰高强钢绞线；它由六根碳素钢丝围绕一根蕊丝用绞线机扭绞而成。3．2锚具QM体系锚具分为张拉端锚、固定端锚和连接器三种型号；其规格和型号表示方法如下：每束中钢绞线根数锚具按钢绞线直径的编号，见表3．2锚具类型；张拉端锚不作标记，G表示固端锚，L表示连接器群锚体系标记QML13——12研制单位为了使QM锚具能适应我国钢绞线规格的不统一，锚具制造时考虑到了其具有一定的通用性，各型号锚具适用范围见表3．2。其中QM12与QMI3系列、QM15与QM157系列之间，除了夹片齿绞部分的螺纹底孔直径有所区别外，其他几何尺寸完全一致，使用中应注意选择。锚具系列代号表3.2钢绞线直径mm12-12.512.7-12.915-15.215.7对应锚具系列QM12QM13QM15QM15.7 3．2．l张拉端锚具QM型张拉端锚具的结构见图3．2．l所示。它是由锚板、夹片、锚下喇叭型垫板、螺旋筋、钢绞线和金属波纹管几部分组成。垫板上设带有M27×2螺纹的孔，供施工中灌浆或排气用。3．2．2固定端锚具多跨连续梁预应力均采用一端张拉，因此固端锚可有两种类型：一是采用与张拉端完全相同的锚头；二是采用埋入式的固定端H型自锚锚具，H型自锚锚具结构见图3．2．2－l所示，由带梨形自锚头的一段钢绞线、支托用钢筋网、螺旋筋、灌浆孔和金属波纹管等部分组成。其原理是利用一小型千斤顶将每个钢绞线端头顶压成梨形的散花状而形成自锚锚头，并利用裸露部分的钢绞线和自锚头同砼的粘结作用而将钢绞线束的张拉力传给端部砼。每个顶压成型后的钢绞线自锚头标准尺寸见图3．2．2－2。括号内的数字为QM12、QM13系列梨形头的尺寸。3．2．3QML连接器见图3．2．3，它是在QM张拉锚具的基础上由连续板、钢环、带锚头的钢绞线，罩筒及金属波管等几部分组成。它的锚固板中心区域具有和普通锚板排列相同的锚固锥孔，用以张拉和锚固前一段钢绞线束。锚固板周边具有数量与中心锚孔相同的等距离U形槽，将事先作好的带有锚固头的钢绞线按顺序逐根挂入槽内，从而形成下一段钢绞线束，然后罩上罩筒，套入钢环，将波纹管与罩筒连接，并用胶带对连接点进行密封即形成钢绞线连接器，待下跨张拉后，连接器的前后两段便形成整体效果。3．2．4QML连接器中的钢绞线锚固头它分为A型和B型两种：A型是采用夹片式锚固头，见图3．2．4－l所示；而B型则是挤压式锚固头，它通过一专用模具将特制挤压元件与钢绞线一同挤压从而形成锚固头，见图3．2．4－2所示。4施工机具（见表4） 4．l预应力张拉机YCQ系列千斤顶是为QM型锚具配套研制的专用设备。它采用穿心式双作用的结构形式，其构造原理见图4．l所示：该系列千斤顶的特点是：（1）油泵额定工作压力63MPa，与国外同类产品压力等级一致；（2）采用短行程（15－200mm）构造；（3）不顶压结构，根据QM锚具自锚性能可靠的特点，千斤顶的前部采用限位板代替了以往的顶压器，其作用是张拉过程中，限制锚具夹片后退，保证夹片有均匀一致和所要求的回缩值；（4）千斤顶后部采用工具锚，锚板通过螺栓与专用组合工具夹片套相连接，这样夹片退出时仍为整体，操作简便、灵活；（5）自重较原来的千斤顶减少了15％～20％。施工机具一览表表4机具名称及型号数量说明YCQ系列千斤顶1若施工紧张，应备用一台高压油泵1根据千斤顶匹配设备压花机YH-31配套有专用小油泵锚固头积压机TY-451配套有专用小油泵砂轮切割机1台式、手持式各一台波纹管卷扬机1专用设备砂浆泵1压力大于4MPa千斤顶使用过程中，应注意其准确性；凡出现下列情况之一者，需对千斤顶进行维修后，重新标定（标定见第五部分）。l）新使用的千斤顶2)千斤顶经过拆卸修理3）千斤顶久置后重新使用4）更换压力表5）压力表受到碰撞或出现失灵现象6）张拉伸长值与计算伸长值之差不符合规范要求7）千斤顶连续使用超过半年8）液压油管更换后4．2QML联接器挤压式锚固头挤压机TY—45型挤压机是QML型联接器的施工配套设备，能用于挤压φ12、φ12．9、φ15及φ15．7等各种规格钢绞线的锚固头，其结构见图4．2所示。其特点如下：（1）额定油压为63MPa，工作压力高，性能可靠，操作方便。（2）挤压不同直径的钢绞线时，只需更换挤压模具即可，同时更换端板后，还可用于顶压A型夹片式锚固头，通用性强。4．3压花机 YH3压花机是为钢绞线压花所特制的专用工具（包括千斤顶也是特制的），工作原理是：将钢绞线按设计长度放入压花模具，采用手柄式杠杆夹具夹住钢绞线，然后用特制千斤顶顶压其端头即可形成梨花状。施工平面原理见图4．3所示。压花机的保养程序：（1）每压50个“花头”后，必须用夹具油少许，抹在夹具齿纹处；用汽油或柴油清洗柱塞底板；上紧夹具手柄螺栓。（2）每压500个“花头”后，须拆下全部零件，检查夹具有无裂痕和齿纹磨损情况，如有损坏，应予以更换。张拉及锚固（砼达到强度要求时）支模绑扎下部钢筋安放波纹管穿钢绞线锚具安装及波纹管定位绑扎上部钢筋浇注砼及养护灌浆养护切割钢绞线余量、封锚拆除模板波纹管制作钢绞线制作（下料、压花、制作积压头）5工艺流程工艺流程见图5．l。6主要工序施工方法6．l钢绞线下料6．1．1钢绞线下料前，首先要检查其质量。在外观方面：应逐盘检查，不应有折断、横裂和相互交叉的钢丝；其表面不得有润滑剂、油渍、裂缝、小刺、劈裂及机械损伤；表面允许有轻微浮锈，但不得锈蚀成肉眼可见的麻坑；还应检查其直径和捻距是否符合设计要求。在力学性能方面：应从每批中取5％盘（但不少于3盘），在每盘中端部正常部位取样检查其屈服强度、破断强度及延伸率。6．1．2计算下料长度LL＝L。＋L1＋L2L。：预留孔道曲线上度； LI：张拉端预留长度：包括锚板厚度，限位板厚度，千斤顶长度，夹片式工作板厚度，外留长度（一般取值10cm）；L。：固定端预留长度：当为QM锚具时，L2为锚板厚度；当为QML锚具时，L。＝0；当为H型锚时，L2为H锚距砼面的距离取负值。6．l．3下料用砂轮切割机切断。然后去掉切割面的毛刺；如果切割后出现“散丝”现象，则应在切割前距切割点两端5cm处用细铁丝绑扎后切割。6．2H锚压花对于自锚锚头，下料后应进行压花制作。首先应试制压花头，检查其长度及直径是否符合标准，并准确地确定应顶压的钢绞线长度（具体作法参见材料、机具部分），然后进行批量生产。6．3QML联接器锚固头的制作6．3．1挤压前应检查钢绞线端部是否齐整，不得歪斜；按钢绞线直径查对挤压原件，钢丝衬套是否配套；尺寸是否符合规格（见表6．3．l）；挤压元件上涂有防锈油，挤压时起润滑作用，如果表面粘上了泥土、灰砂，则必须用柴油清洗干净，否则容易损坏模具。6．3．2挤压前应将钢丝衬套套入钢绞线端部并旋紧，使其裹紧钢绞线，然后套上元件。钢丝衬套长度见图6．3．2。挤压元件尺寸13系列12系列d14.9+0.07-0.0314.2+0.07-0.03D29-0.129-0.1A42+1.542+1.5B556．3．3挤压完毕后应检查其质量。外观方面：挤压后的元件端面应基本平整，不得倾斜过大；表面不得有裂痕或缺口。力学性能方面：每批操作（或每500件）应对试件进行力学试验，用试验机试拉，应力达80％时不滑脱，不破坏为合格。6．3．4若为夹片式锚固头，可按前叙装配即可。6．4波纹管埋设6．4．l根据设计的断面位置，先将制作好的波纹管排放到位，然后用短头连接管段将其连接成为整体。6．4．2为了方便施工，先将钢绞线穿好后，按照设计的曲线及固定点对波纹管进行固定。一般可用钢筋卡子，按间距1米进行绑扎固定即可。6．4．3预留灌浆排气孔。波纹管安装完毕之后，应在固定端锚具处及跨中各高点设置排气孔，排气管一般用内径16mm，外径20mm的塑料管，其与波纹管之间采用塑料瓦的连接，见图6．4．3。6．5穿钢绞线6．5．1待波纹管连接成型后，先将张拉端锚具喇叭口垫板安装固定并与波纹管连接固定。6．5．2穿钢绞线。为了穿束方便，先不固定波纹管，将固定端波纹管口抬起与工作面基本等高，并将该端起头一段按一定坡度临时固定，然后即可穿束。6．5．3根据实践经验，一般跨距小于30米时，可用人工整体穿束，若遇个别穿束困 难，可采取先4—5根，再3－4根，最后23根的办法穿束；若跨大于30米，则需采用穿束机单根穿束，而且时常需用穿束牵引弹（见图6．5．3）。6．5．4钢绞线束编号，为了钢绞线不至打绞，必须逐根对钢绞线进行编号，然后按号对位与锚具连接或固定。若是单根穿束；则可逐根编号；若整体穿束，则可在固定端锚具制作时，按事先编排好的顺序进行编号并作好编号记录便于张拉时按号锚固。6．6锚具安装及制作钢绞线穿束完毕后，即可分别对锚具进行安装，制作及安装顺序前面已有介绍；锚具的安装及波纹管接点都必须牢固可靠，以保证砼施工中不致锚具脱落、松动及接口裂缝。6．7钢绞线张拉6．7．l准备工作6．7．1．l千斤顶的标定：为保证张拉控制应力的准确，在出现第四节第1条中所叙八种情况之一时，应对张拉机系统--包括千斤顶，压力表及油路胶管进行“油压值—张拉力”的标定。压力表的精度不得低于1．5级，标定可使用SC30OkN压力传感器作为测力设备，测力设备的精度不得低于2％。标定时以千斤顶的主动工作动态为准，分级记录，连续作三次试验，取其平均值，制定标定曲线或计算其一次回归直线方程，从而确定“压力—油压表读数”关系，再根据张拉力计算相应的油压表读数。6．7．1．2张拉力及伸长值计算根据设计的张拉要求（一般后张法为极限强度的80％）及钢绞线的极限强度σ进行计算σk＝σ×80％，σ为锚固应力。考虑张拉损失，一般采用超张拉3％进行调整，因此张拉力P＝n×（l＋3％）×σ×A＝0.824×n×A×σ（n为每束钢绞线根数，A为每根钢绞线断面积），张拉要求张拉力及伸长值双控指标，因此尚需计算钢绞线张拉伸长值上L＝（l＋3％）σk×L／E（E＝2.1×10N／mm2，L为置于张拉范围内的钢绞线长度）。6．7．2安装锚具：构件端部安装锚板前，应将锚具垫板喇叭口中的杂物清除干净；锚板上的锥孔内不得有泥土、砂粒等杂物；钢绞线表面不得带有灰浆痕迹、粘有泥砂等；如有要用钢丝刷清除干净。然后按先排列好的顺序，将钢绞线逐根结入锚板的孔内，并将锚板推至垫板处。6．7．3安装夹片：用钢丝圈将夹片夹在一起，其表面的机油不必清除，但应保持清洁；将夹片逐套套在钢绞线上，推入锚板锥孔中并压紧即可。6．7．4安装千斤顶：将与锚具规格相对应的限位板（其孔数和排列顺序与锚板相同），套在钢绞线上，并推至锚板处；将千斤顶套到钢绞线束上；在工具锚上套牵引帽，然后将钢绞线尾部逐根穿入帽内即可将工具锚套入钢绞线上，然后用力将工具锚夹片、工具锚板、千斤顶及限位板顶紧即可张拉。6．7．5张拉与锚固6．7．5．l由于锚板与垫板，限位板与锚板，千斤顶与限位板之间均有一定间隙，因此第一次只张拉到控制张拉力的10％，此时不计实际伸长值，伸长值按计算值计ΔL1＝0．lΔL（ΔL为达到控制张拉力的计算伸长值）。6．7．5．2第一次张拉完毕后，回油，此时锚具夹片会自动锚固，向前推动千斤顶及工具锚，重新张拉到10％P时记下千斤顶内筒伸出值，然后继续张拉到设计值，再记下千斤顶内筒伸出值；两值之差为ΔL2。6．7．5．3若千斤顶行程不足，可重新回油，并记下伸长值；再次张拉到设计值，再记下伸长值，两次伸长值之和记为ΔL2。 6．7．5．4根据双控原则应将计算值ΔL与实际伸长值ΔL1＋ΔL2相比较二者差值不得超过计算伸长值的6％，即［ΔL－（ΔLl+ΔL2）］／ΔL≤6％。若不符此要求，则应暂停施工查找原因，并使其符合要求。6．7．5．5张拉完毕后，即用水泥砂浆封堵夹片处缝隙准备灌浆。6．7．5．6灌浆：张拉完毕后，应立即进行灌浆。灌浆时应按设计标号配制水泥净浆，可适当添加些微膨胀剂；灌浆时，将带有闸阀的、有螺纹丝扣的钢管旋入锚具垫板的螺纹孔，然后与灌浆管相接，进行灌浆；灌浆过程中，应有专人封堵排气孔，待浆液将要溢出孔口时，立即用事前作好的软木塞堵住孔口，并敲打紧实，同时关闭闸阀，以保持其压力。且每灌浆台班均需作3组试块，以考察灌浆强度及强度增长情况。6．7．5．7将钢绞线余量用切割机切除。全张拉施工过程见图6．7．5．7。7劳动力组织劳动力使用情况一览表表7.1工种工序小组作业人数工序名称电工油泵操作工钢筋工砼工记录员其他备注钢绞线下料122压花112挤压锚固头1112其中卷管机操作工人1名波纹管制作13波纹管安装4穿钢绞线4张拉11212灌浆11214以上工序流水作业116216 注：除油泵操作工、电工、卷管机操作工、灌浆操作工外，其余各工种只需稍微培训即可。8质量注意事项8．l该预应力体系为后张法，且孔道连续成曲线型，一旦孔道堵塞，将造成极为严重的问题，因此波纹管间的连接，波纹管与锚孔或罩筒的连接都必须牢固可靠；浇注砼时，必须看清波纹管的位置，不得让振动棒碰坏了波纹管，以避免砼浆漏入孔道造成堵塞。8．2张拉时给油速度应缓慢均匀，可适当先快后慢，快达到设计张拉力时，更应小心谨慎，避免过多超张拉或由于突然加油造成钢绞线断裂。否则，由于锚具是自锚体系，无法卸去张拉力，从而造成严重后果。8．3波纹管制作完备用于预留管道前，钢绞线下料前，“花头”锚固头等使用前，都应逐一检查，不合质量标准者一律不得用于工程中去。8．4张拉完毕后，应尽快灌浆，使钢绞线与波纹管形成整体。灌浆一定要饱满。8．5钢绞线张拉前不得挠动模板支撑体系。质量验收应符合相应的规范和质量标准。9文明、安全施工措施9．l施工中所使用的机械种类较多，加之与其他工种协同作业。必须统一调度、规划好施工现场。9．2张拉过程中使用的小型工具、零件较多，应设专用工具箱，避免遗失。9．3施工现场用电较多，且多为露天作业，电闸箱必须做到设施齐全。9．4钢绞线开始张拉到灌浆完毕，为防止钢绞线断裂，钢绞线端头不得站人，所有操作人员应站于千斤顶两侧。操作油泵人员必须用心专一，避免过度张拉。10经济效益分析10．l该体系的特点是结构受力合理、充分利用了钢材、砼的力学性能，减轻了自重，节省了大量的钢材及砼材料。10．2施工机具设备简单，操作容易，为桥梁施工提供了一条良好的途径。10．3技术装备程度高，实际现场施工简单，施工进度快，缩短了施工周期。10．4目前桥梁设计中，该种结构体系正逐步占据相当地位，具有良好经济效益和社会效益。利用本工法则可使该体系在施工范围内也具相应优势。11工程实例11．1青岛环胶洲湾公路肖家1号桥全长425m，桥板施工仅用7．5个月，全桥总产值2400万元，该工程为公司创利460万元。大桥已施工完毕，质量工期均得到青岛市有关方面好评。11．2现正在施工中的青岛市“西元庄—流亭”高架桥也是采用该体系。桥长1．57km，计划工期12个月。'