高墩大跨连续刚构桥施工中若干病害的防治

　　摘要：本文对高墩大跨连续刚构高墩及悬壁施工预应力，张拉中易出现的病害进行探讨，提出了相应的防治措施，已经被施工实践证明是可行的。

　　主题词：薄壁空心墩裂纹防治，悬臂预应力张拉要点

　　Abstract: In this paper, the high piers of long span continuous rigid frame high piers and hang prestressed construction, zhang pulled the disease to occur during discussed, and put forward the corresponding prevention and control measures, has been proved to be feasible construction practice.

　　Keywords: thin hollow pier crack prevention and control, cantilever prestressed tension points

　　中图分类号：X734    文献标识码：A     文章编号：

　　一、引言

　　随着我国公路交通事业的迅速发展，公路刚构桥特别是高墩大跨连续刚构桥已在桥梁工程领域得到推广和应用。福建龙长高速公路A3标段紫云宫大桥〈以下均简称为紫云宫大桥〉即为预应力混凝土变截面连续箱梁高墩刚构桥。

　　本文结合紫云宫大桥施工，对高墩大跨连续刚构桥高墩施工中容易产生裂纹及悬臂施工预应力张拉中易出现的病害及其防治进行探讨。

　　二、薄壁空心高墩施工中混凝土裂缝的防治

　　目前，我国连续刚构常用的桥墩断面型式有两种：一种是双肢薄壁空心断面即双薄壁空心墩；另一种是单薄壁空心断面即单薄壁空心墩，紫云宫大桥主墩即采用这一型式。其特点是抗推钢度大，在相同墩高条件下，由上部结构传递的弯矩大，墩体的稳定性安全系数也比较大。

　　但是，薄壁空心墩施工工艺要求高，如果处理不当，则容易产生一系列病害，其中承台的温度裂缝及上实体段底部的变形裂缝是常见病害之一。

　　2.1.承台大体积混凝土温度裂缝控制

　　连续刚构桥薄壁空心墩柱的承台一般为大体积混凝土施工。大体积混凝土施工遇到的普遍问题是温度裂缝。如果承台产生温度裂缝，必然会影响到墩柱安全。所以，承台大体积混凝土温度裂缝的控制至关重要。紫云宫大桥针对温度裂缝采取了下述措施：

　　2.1.1优化混凝土配合比设计，达到降低水化热的目的。

　　2.1.1.1.采用低水化的普通硅酸盐水泥。经对三组不同厂家水泥制作的试件测试，最终采用了海螺牌42.5普通硅酸盐水泥

　　2.1.1.2.碎石采用地产5~31.5mm连续级配反击破碎石，由于在6月份施工承台，所以在搅拌前采用冲洗方法降低骨料初始温度

　　2.1.1.3.掺加适量粉煤灰，降低水灰比，改善熟料和易性

　　2.1.1.4.混凝土配合比及其性能见下表：

　　2.1.2改进砼浇筑工艺，加快砼散热速度

　　2.1.2.1紫云宫大桥承台砼方量较大，采用泵送砼。一般情况下，泵送砼浇筑速度为每分钟0.4~0.6m3,本工程将速率控制在每分钟0.3~0.4m3,抑制绝热温升小于50℃

　　2.1.2.2.控制砼灌注的分层厚度。在浇筑砼之前，插入4根垂直钢筋，并且在这4根钢筋上每30cm焊上一根10cm长的短筋，以控制布料厚度，不大于30cm

　　2.1.3设置冷却水管，采用强制式水循环方式降低砼内部温度，减少内部和表面温差，控制砼内外温差，应小于25℃

　　2.1.3.1冷却水管有两种型式，一种是排管式，还有一种是蛇形管式，经试验，本工程采用排管式〈见附图〉并控制3~4Kg水压力，其优点是：散热速度快，进出水口温度基本平衡。

　　如图示：

　　2.1.3.2本工程设置双层降温管，上下两层的进出口90°交叉。

　　2.1.3.3.砼浇筑完毕养护7天后采用注浆机压注水泥浆封闭。

　　2.1.4水泥控制在出厂后10~12天才能使用。

　　2.2.空心墩柱上实体段混凝土裂缝的防治

　　2.2.1.紫云宫大桥1＃墩柱高55m，断面尺寸为6×3.5 m，上下实体段高均为6 m

　　2.2.2.为了制订上实体段的施工方案，查阅了许多已竣工和在建项目的相关资料，上实体段底模一般采用钢底模钢柱支撑方案，本工程结合以往的施工经验，并从芜湖长江大桥主塔施工方案受到启发，采用混凝土底模方案〈见附图〉

　　如图示：

　　2.2.3.对该方案进行了模拟试验，结果如下：

　　2.2.3.1.采用方案Ⅰ

　　使用钢材及木材量多，安装量大，而且在空腔中难以取出，占用时间长，影响工期延迟，增大工程成本，同时，根据模拟试验，实体段底部易产生裂缝，这可能是钢底模及钢支撑弹性变形引起的。

　　2.2.3.2.采用方案Ⅱ

　　钢筋混凝土底模可事先预制好，安装时间少，施工工期比第一方案缩短15天，节约了大量钢材，降低工程成本，而且由于钢筋混凝土底模刚度大，从模拟试验结果看，实体段底部没有发生裂缝

　　三、悬臂施工中，预应力张拉的施工要点

　　大跨径箱梁多为三向预应力体系，近年来，纵向预应力已由小吨位多束转向大吨位少束。因此，如何管理好大跨度悬浇施工，使预应力张拉工艺达到设计要求，是大跨径箱梁施工成败的关键。本文仅就张拉工艺中容易产生病害的有关问题进行探讨。

　　3.1.竖向预应力筋张拉及质量控制要点

　　3.1.1.紫云宫大桥竖向预应力筋概况：

　　3.1.1.1.竖向预应力筋采用φ25mm精轧螺纹粗钢筋，E=2×105Mpa,单根张拉力513KN，采用螺纹粗锚具和穿心千斤顶张拉。

　　3.1.1.2.竖向预应力筋采用两级张拉法施工。

　　第一次，初始张拉力按16％控制，张拉至控制张拉力后持荷2分钟，旋紧工具锚，卸去千斤顶及其他附件。

　　第二次，1~2天再次张拉到控制张拉力并旋紧螺帽，量取从粗钢筋头至锚垫板上初始标记点的竖向距离作为实际伸长值△L实，并和理论计算伸长值 △L计比较，若误差小于±6％，则在24h内完成压浆，否则应分析原因并经处理后方可压浆。

　　第二次张拉至σn时，压缩变形值小于1mm，如果伸长量不足时，可采用多次反复张拉，直至误差小于-6％为止。

　　3.1.2.竖向预应力筋张拉质量控制要点。

　　3.1.2.1.竖向预应力筋下料后，两端锚固在张拉台上逐根预拉，预拉力为1~1.05δh左右，其作用有二，第一，主要是检查预应力粗钢筋的质量，根据施工单位的经验，如不进行预拉检查，其拉断率大致为3~5％，第二，可减少悬臂张拉时应力损失。

　　3.1.2.2.除0＃块横隔板处的预应力筋用连接器接长外，全桥其余竖向预应力筋均用通长整根粗钢筋，不得接长。

　　3.1.2.3.张拉时要"三点一线" ，即千斤顶持力点，粗钢筋中心，垫板中心，在一条直线上，如在张拉中发现有预应力筋横移，应立即停止张拉，调整后重新张拉。

　　3.1.2.4.张拉后用加力杆旋紧螺锚，避免锚固力损失。

　　3.1.2.5.每段张拉时，必须横向对称张拉。

　　3.1.2.6悬臂梁每一段悬臂尾端的一组竖向预应力筋留待与下一节段同时张拉，以使其预应力在两段接缝处两侧混凝土都能发挥作用。

　　3.1.2.7在拧螺帽时，油泵应停止开动。

　　3.1.2.8工具锚一定要用双螺帽。

　　3.1.2.9为了保证竖向预应力筋张拉后有效预应力作用在混凝土上，注意两点：

　　第一，在保证套管的基本刚度的前提下，尽量能使用薄壁套管。

　　第二，不能将上下锚垫板贴紧在套管上，而应在锚垫板与铁管之间留出5-10mm间隙

　　3.1.3纵向横向预应力张拉质量控制要点

　　3.1.3.1管道坐标是许多施工操作人员容易忽视的问题,而实际施工经验说明,管道坐标直接影响到张拉伸长量△L,尤其是梁高方向影响更大,梁高方向每增加2度, △L可能减少3％左右,而且张拉时,对砼竖向作用力增加7％左右,容易造成梁体损坏,所以,紫云宫大桥对管道坐标采取措施,进行严格控制,而且在弯起点前后增设限位钢筋,使弯起点形成圆弧过渡,减少张拉时应力损失.管道坐标合格率100％,(允许偏差:梁长方向±30mm,梁高方向±10mm)。

　　3.1.3.2为了确保纵向群锚各束钢绞线受力均匀,在张拉之前先采用小吨位千斤顶将钢绞线逐根预张拉,紫云宫大桥的预张拉力控制在张拉力的30％。

　　3.1.3.3紫云宫大桥所有纵向预应力筋张拉按照左右对称,先下后上,先纵后横的原则进行,为减少混凝土的收缩徐变对预应力的不利影响,避免由于混凝土的收缩徐变过大造成永存预应力不满足设计要求,需要采用混凝土强度,龄期双控指标,在混凝土施工后3天且强度达到90％以上时方能张拉.张拉步骤为:

　　初始张拉力张拉检查油路的可靠性,安装正确后,开动油泵向张拉油缸缓慢进油,使钢绞线略为拉紧后调整千斤顶位置,使其中心与与预应力管道轴线一致,以保证钢绞线的自由伸长,减少摩阻,同时调整夹片使其夹紧钢绞线,以保证各根钢绞线受力均匀.然后,两端千斤顶以正常速度对称加载到初始张拉力后停止加油,测量并记录钢绞线初始伸长量,完成上述操作后继续加载到控制张拉力,量测实际伸长量并与计算伸长量相比较.由于张拉力设计值较大,因此,初始张拉力取值为25％σK。

　　按照规范规定的先腹板后顶板先下后上，先中间后两边的顺序，先张拉纵向预应力束，在张拉横向预应力束及竖向预应力筋。张拉应准确，准确预估预应力管道的摩阻力，使预应力筋的永存应力达到设计要求。

　　张拉作业，按照两端张拉并锚固结的方法进行。所有纵向预应应力束张拉均按"左右对称，两端同时"的原则进行。

　　3.1.3.4尤其必须引起注意的是，在卸载时，操作手卸载过快，往往一次回零，从而造成断丝，夹片和垫板损坏。千斤顶加载和卸载时要做到平稳，均匀，缓慢，无冲击。千斤顶在加载过程中如混入气体，在空载下将千斤顶油缸往返二至三次即可排除空气，保证千斤顶运行平稳。

　　3.1.3.5张拉作业中，要对钢绞线束的两端同时施加预应力，因此两端伸长量应基本相等。若两端的伸长量相差较大时，应查找原因，纠正后再进行作业。如果伸长总量和设计伸长量误差过大，一般情况是，某处管道因水泥浆漏入而影响其中一段钢绞线的伸长，为此，张拉时两端采用对讲机，指定某一端操作手发令张拉，或发生异常现象时及时联系和停机。张拉过程中，要有专人填写张拉记录，同时张拉作业需安排专人负责指挥。

　　3.1.3.6当气温下降到+5摄氏度时，禁止进行张拉作业。以免因低温而使钢绞线在夹片处发生脆断。但紫云宫大桥张拉期为8月-12月，福建的气温当在5摄氏度以上，所以对此不需采用相应措施。

　　3.1.3.7悬灌梁纵向预应力筋管道压浆

　　关于预应力筋管道压浆问题在工程界历来有截然相反的不同观点，紫云宫大桥开工之前，福建省高指曾邀请华东和中南地区桥梁界专家指导工作，在座谈会上，就有相当一部分专家认为预应力管道可以不压浆，压浆对结构强度，刚度和安全不起什么作用。如果         采用抽真空的处治措施后，预应力基本不产生锈蚀问题。但是，在实际施工中，我们还是按常规进行压浆处理。针对以往传统压浆工艺出现的压浆不饱满，预应力筋容易锈蚀导致桥梁使用的耐久性出现问题，我们对紫云宫大桥的预应力孔道压浆采取真空辅助压浆方案和普通压浆方案。

　　A：真空辅助压浆施工要点

　　①．准备所有的进浆口，出气孔安置阀门，组装真空设备和压浆设备，清理孔道内的水及杂物；

　　②．打开孔道内的抽真空阀门，关闭其他阀门，开启真空阀门抽取孔道内的空气。使孔道内处于80％的真空状态，使孔道的水蒸发为水气。

　　③．在负压力下，压浆泵将浆体压入孔道。

　　④．按次序关闭抽气端的阀门，分别打开盖帽的排气孔，在正压力下分别进行压浆，然后关闭其他排气孔；

　　⑤．孔道加压至0.4Mpa,关闭进浆口阀门之前稳压一段时间

　　B：普通压浆方案

　　①．孔道压浆前的准备工作

　　水泥浆配合比：水泥浆配合比要根据孔道形式，压浆方法，压浆设备等因素通过试验，根据经验，本桥孔道压浆用水泥浆的配合比拟采用如下指标：

　　水灰比0.35-0.4，并掺适量减水剂和不含氯盐的膨胀剂（UEA）。

　　水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥标号为P.C42.5普硅水泥。

　　水泥浆的28天强度不低于C40级。

　　泌水率最大不超过3％，拌和后3小时的泌水率不超过2％,24小时后泌水全部被浆体吸收；流动度为16s左右，具体值需根据季节和温度作适当调整膨胀率。膨胀剂的掺量经试验确定，掺入膨胀剞后水泥浆的自由膨胀率控制在2％左右。

　　施工后要冲洗管道后再用空压机吹去孔内积水，其中压缩空气不能含有油污。水泥浆在拌浆机内按照先放水和减水剂后再放水泥，最后放膨胀剂的顺序。拌和时间不能低于2min，拌好的灰浆过筛后存放于储浆桶内。储浆桶要不停地低速搅拌并保持足够的数量以保证每根管道的压浆能一次连续完成。水泥浆自压浆到完成压入管道的时间不得超过40分钟。

　　②切割锚外多余钢绞线。使用砂轮机切割，切割后的余留长度不低于30mm.

　　③封锚。锚具外面的预应力筋间隙和压浆管用无收缩快硬性水泥封堵。

　　④冲洗孔道。孔道在压浆前用压力水冲洗，以排除孔内无杂物，保证孔道畅通。

　　⑤孔道压浆施工程序：在作好上述准备工作后，即可进行压浆作业。其作业程序为：

　　搅拌水泥浆，使其流动度等性能达到技术要求。启动压力泵，当压力泵输出的浆体无自由水并达到要求稠度时，将浆泵上的输送管连接到喇叭口的进浆管上，开始压浆。

　　压浆过程中，压浆泵保持连续工作。当水泥浆从排浆（气）管顺畅流出，且稠度与灌入的浆体相当时，关闭排浆（气）管。关闭排浆（气）管的时候，压浆泵继续工作，直至压力达到0.7 Mpa,压浆泵停机，持压2分钟。

　　在持压2分钟的过程中，若浆体压力无明显下降，则关闭进浆管。在持压2分钟的过程中，若浆体压力有明显下降，则在查找后决定是继续持压或是冲洗管道，处理问题后重新压浆。

　　压浆泵回压至零。

　　拆卸外接管路，阀门及附件。

　　清洗干净所有沾上水泥的设备。

　　压浆后根据气温情况，在浆体初凝时卸下进泵管和排浆（气）管，冲洗干净。

　　压浆注意事项

　　在波纹管每个波峰的最高点设一排气管兼出浆管。压浆泵输浆管应选用抗压能力10 Mpa以上的抗高压橡胶管，输浆管连接件之间的连接要牢固，可靠。水泥浆进入灌浆泵之前应通过1-15 mm的筛网过滤。

　　搅拌后的水泥浆要要做流动度试验，并根据试验结果作必要的调整，以保证压浆的顺利。

　　灌浆要在灰浆流动性下降前（约40 min左右）进行。同一根管道的要一次连续进行，出现意外情况中断时，应立即用高压水冲洗干净处理好后，再重新压浆。

　　在现场做好灌浆孔数和位置及水泥浆配合比的记录，以防漏压。压浆时必须采取压浆过后再稳压3-5分钟的办法以增加浆体的密实度，保证预应力筋的永存应力达到设计要求，减少应力损失。

　　封锚

　　对悬灌过程中的腹板束和顶板束，在张拉压浆后将其直接浇注在下一混凝土内作为封端，因而对腹板束和顶板束不再另外封端。而对合龙顶板束和底板束，由于锚头外露，因此必须另做封端。封端的施工和要求如下：

　　孔道压浆后立即将梁端水泥浆冲洗干净，并将端面混凝土凿毛。

　　绑轧端部钢筋网，并将钢筋网焊在端面预留钢筋上，（禁止和钢绞线焊接）。

　　四．结束语

　　随着交通事业的发展，高墩大跨径预应力连续刚构桥由于自身得天独后的优点而得到了广泛的应用。目前，我国大跨预应力连续刚构桥中，墩高超过55米的空心高墩还为数不多。本文通过对福建紫云宫大桥薄壁空心高墩的防裂缝施工措施及对悬浇梁预应力张拉，压浆等施工要点探索。从施工这个侧面总结高墩大跨径预应力连续刚构桥容易引起质量问题的薄弱环节及相应的处治办法。本文所论述的这些相关措施，对提高桥梁的施工质量，延长桥梁的使用寿命，降低桥梁的造价都不无益处。