浙江寧波招寶山大橋施工工藝
2010-12-23
浙江寧波招寶山大橋西引橋A、B匝道采用4-5跨一聯(lián)的后張法預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，在滿布支架上現(xiàn)澆，支點(diǎn)附近橋面板的預(yù)應(yīng)力采用7Φ15鋼絞線，使用OVM15-7B 壓花錨固。錨固的橋面板厚20cm，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度為C50。
鋼絞線壓花錨固技術(shù)使用時(shí)間不長，尚未形成一套成熟的經(jīng)驗(yàn)，尤其是七孔壓花錨，施工實(shí)踐相當(dāng)少。根據(jù)一些資料介紹，混凝土的強(qiáng)度，構(gòu)造配筋的多少、混凝土握裹層厚度及鋼絞線長度等因素，對(duì)壓花錨固技術(shù)的成敗都起著非常重要的作用。因此，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)，并為施工提供必要的數(shù)據(jù)，在箱梁施工前進(jìn)行了一次壓花錨固性能試驗(yàn)，由試驗(yàn)積累了不少有價(jià)值的資料與經(jīng)驗(yàn)。
1、試塊的設(shè)計(jì)
1.1試塊尺寸地?cái)M定；
錨固板厚度、混凝土強(qiáng)度、構(gòu)造鋼筋的布置、鋼絞線的錨固長度及錨具質(zhì)量等是影響壓花錨固性能的幾項(xiàng)指標(biāo)。為了盡可能使試塊與實(shí)際箱梁各項(xiàng)參數(shù)相接近，故擬定試塊尺寸長300cm、寬150cm、厚20cm，混凝土的強(qiáng)度為C50，在錨固端設(shè)鋼筋網(wǎng)片和螺旋筋，均與實(shí)橋保持一致。試塊內(nèi)鋼絞線品種與實(shí)橋相同。鋼絞線壓花形狀按實(shí)橋設(shè)計(jì)圖制作，壓花后用鋼筋將鋼絞線固定好，并采用與實(shí)橋相同的扁型波紋管及7孔扁錨具固定。試塊內(nèi)設(shè)一部分構(gòu)造鋼筋，其數(shù)量較實(shí)橋設(shè)計(jì)圖的鋼筋量稍少。鋼絞線錨固長度較大，為增加其穩(wěn)定，在試塊的兩側(cè)增設(shè)20cm高的加勁肋。試塊分兩次灌注，間隔6天，在灌注試驗(yàn)塊的同時(shí)做砼強(qiáng)度試塊5組。
1.2測(cè)點(diǎn)布置及試驗(yàn)?zāi)康模?br />
（1）為弄清混凝土對(duì)鋼絞線粘結(jié)錨固力沿長度的變化，選擇有代表性的鋼絞線沿長度方向設(shè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。每個(gè)試塊選擇4根鋼絞線，每根鋼絞線按等距離設(shè)2～3個(gè)測(cè)點(diǎn)。在測(cè)點(diǎn)處將鋼絞線打磨平整，再按照工藝要求，在每個(gè)測(cè)點(diǎn)粘貼兩片應(yīng)變片。
?。?）為了測(cè)試出壓花錨附近混凝土應(yīng)力分布情況，對(duì)第一號(hào)試塊測(cè)試采用：a.在試塊內(nèi)埋設(shè)鋼筋應(yīng)變計(jì)24根；b. 在試塊的一面粘貼大標(biāo)距（標(biāo)距100cm）應(yīng)變片；c.在試塊的另一面采用手持式應(yīng)變儀，共設(shè)測(cè)點(diǎn)44組。對(duì)第二號(hào)試塊的應(yīng)力測(cè)試采用：a. 在試塊內(nèi)埋設(shè)鋼筋計(jì)16根；b. 在試塊的一面采用手持應(yīng)變儀，共設(shè)測(cè)點(diǎn)44組。
2、實(shí)驗(yàn)裝置及加載方法
實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要有張拉千斤頂YCQ-25，及配套的油泵、油壓表。試驗(yàn)前用YE-5000 壓力機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。測(cè)量混凝土變形用的BYJ-2行應(yīng)變儀和手持式應(yīng)變儀。為了觀測(cè)砼的裂紋還配備了刻度放大鏡。
按設(shè)計(jì)要求，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后，即可進(jìn)行張拉試驗(yàn)。第一號(hào)試塊灌注后，故于3日后開始試驗(yàn)。試驗(yàn)前對(duì)混凝土強(qiáng)度試塊試驗(yàn)為57.6MkP，稍超出了設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度。第二號(hào)塊試驗(yàn)時(shí)，混凝土的強(qiáng)度控制在設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%之內(nèi)，測(cè)量混凝土應(yīng)力時(shí)不再貼應(yīng)變片，僅采用手持式應(yīng)變儀。從灌注試塊后第二天開始，每天上午對(duì)強(qiáng)度試塊進(jìn)行試驗(yàn)。進(jìn)行第二號(hào)塊試驗(yàn)時(shí)混凝土試塊張拉強(qiáng)度39.7MPa ，盡管較設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度42.5MPa低一點(diǎn)，但這是偏于安全的。
兩次試驗(yàn)的加載程序均按設(shè)計(jì)張拉力的40%、70%、100%三級(jí)加載。具體加載方法及測(cè)試內(nèi)容如下：
?。?）加載至40%（78KN）后保持荷載5分鐘，對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試；
?。?）當(dāng)加載至70%（136.7KN）后保持10分鐘，進(jìn)行各測(cè)點(diǎn)的測(cè)試，并觀測(cè)混凝土表面是否有裂縫；
（3）當(dāng)加載至100%（195.3kN）后保持10分鐘，再次進(jìn)行各測(cè)點(diǎn)的測(cè)試，觀測(cè)混凝土表面是否有裂縫；
原計(jì)劃加載至100%后持荷2小時(shí)，繼續(xù)觀測(cè)各項(xiàng)表面數(shù)據(jù)變化情況，并將試塊表面清掃干凈，仔細(xì)觀測(cè)表面有無裂縫，再持荷一小時(shí)繼續(xù)加載（超張拉）至破壞。但因千斤頂額定最大張拉力為250kN，油泵壓強(qiáng)上不去，最后僅加載至230kN即停止，此時(shí)僅超張拉18%，在此荷載狀態(tài)下進(jìn)行了各項(xiàng)數(shù)據(jù)的觀測(cè)和混凝土表面裂縫的觀測(cè)。鑒于觀測(cè)結(jié)果正常，決定再持荷24小時(shí)繼續(xù)觀測(cè)，第二天再去觀測(cè)時(shí)，試塊表面仍未出現(xiàn)裂縫。
3、結(jié)果及分析
3.1鋼絞線受力測(cè)試結(jié)果：
將兩次試驗(yàn)過程中鋼絞線上應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在各階段中測(cè)試數(shù)據(jù)換算成軸向拉力（鋼絞線彈性模量為1.95*105MPa，斷面積為140mm2 ），從數(shù)據(jù)看出，鋼絞線的測(cè)點(diǎn)距張拉端近的點(diǎn)實(shí)測(cè)拉力最大；第二個(gè)測(cè)點(diǎn)（距離張拉錨固端70cm～80cm）拉力小了很多；第三個(gè)測(cè)點(diǎn)（距離張拉錨固端110cm～ 130cm）基本上沒有拉力存在。這種分布隨著張拉階段不同有規(guī)律的變化。
3.2鋼絞線與混凝土的粘貼錨固性能；
同一根鋼絞線相鄰兩點(diǎn)拉力差即是該段混凝土對(duì)鋼絞線粘結(jié)錨固力。從數(shù)據(jù)看這種錨固力也是從張拉端開始逐漸遞減，而且遞減得很快。到第二個(gè)測(cè)點(diǎn)已經(jīng)變得很小了。由第二個(gè)測(cè)點(diǎn)到第三個(gè)測(cè)點(diǎn)之間基本沒有錨固力。說明有效錨固長度只到第二個(gè)測(cè)點(diǎn)為止，往后基本沒有錨固作用。
3.3試塊混凝土應(yīng)力測(cè)試結(jié)果；
本次試驗(yàn)在兩個(gè)試塊內(nèi)都埋設(shè)了應(yīng)變式鋼筋計(jì)，但由于灌注過程中失效一部分，加上測(cè)試結(jié)果也不十分理想，比較離散。此外在1號(hào)試塊表面貼了不少大標(biāo)距應(yīng)變片，但由于粘貼時(shí)混凝土齡期僅3天，混凝土內(nèi)部的自由水尚未完全散失，因此不少測(cè)點(diǎn)因絕緣度差使測(cè)試數(shù)據(jù)規(guī)律性差。三種測(cè)試手段中以手持式應(yīng)變儀測(cè)試結(jié)果相對(duì)最穩(wěn)定、規(guī)律性也好。
3.3.1豎向應(yīng)力；
將兩個(gè)試塊的手持式應(yīng)變儀測(cè)試值換算成應(yīng)力值，可以看出，張拉過程中在壓花錨頂端出現(xiàn)了拉應(yīng)力。拉應(yīng)力最大為1.44MPa.其他各斷面均為壓應(yīng)力。張拉錨頭附近斷面的壓應(yīng)力最大，可達(dá)6.12MPa（2號(hào)試塊中）。
3.3.2橫向應(yīng)力；
兩個(gè)試塊的實(shí)測(cè)應(yīng)變值除在張拉端錨頭的兩側(cè)有很小的拉應(yīng)力出現(xiàn)外，其他均為壓應(yīng)力。最大壓應(yīng)力大約在試塊長度1/2斷面處，最大值為2.84MPa（1號(hào)試塊中）。
從兩個(gè)試塊的測(cè)試結(jié)果看，第二次試驗(yàn)的應(yīng)力值普遍偏大，兩次試驗(yàn)，混凝土的齡期不同，兩個(gè)試塊的混凝土強(qiáng)度有一定的差別，第一號(hào)試塊張拉時(shí)，混凝土強(qiáng)度為 57.6MPa，第二號(hào)試塊張拉時(shí)強(qiáng)度為39.7MPa.雖然張拉力一樣，由于強(qiáng)度不同產(chǎn)生的應(yīng)變不同。而換算時(shí)采用同樣彈性模量值，結(jié)果使計(jì)算出的應(yīng)力值有一個(gè)差別。
3.3.3試塊混凝土表面裂紋情況兩次試驗(yàn)每次張拉后都檢查試塊混凝土表面，特別進(jìn)行第三級(jí)張拉和超張拉后，經(jīng)過仔細(xì)的檢查，均未發(fā)現(xiàn)混凝土表面有裂紋。
從混凝土應(yīng)力測(cè)試結(jié)果看，拉壓應(yīng)力值都很小，也不足以造成混凝土開裂。
4、結(jié)論
4.1本次壓花錨固性能試驗(yàn)不論試塊尺寸，混凝土強(qiáng)度還是壓花錨固長度均與實(shí)梁設(shè)計(jì)保持一致，其中試塊的構(gòu)造配筋比實(shí)梁偏少；另外第二個(gè)試塊張拉時(shí)混凝土的強(qiáng)度只有39.7MPa，比設(shè)計(jì)要求的42.5MPa還小，而且對(duì)兩個(gè)試塊都按設(shè)計(jì)張拉力的15%～18%進(jìn)行超張拉，既沒有發(fā)生鋼絞線拔出，也沒有發(fā)生表面有裂紋。說明采用壓花錨的設(shè)計(jì)是合理的，所設(shè)計(jì)梁的斷面尺寸（橋面板厚度20cm）是滿足要求的，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工是安全的。
4.2從混凝土對(duì)鋼絞線錨固力的實(shí)測(cè)結(jié)果看，靠近張拉端粘結(jié)錨固力大，往后很快地遞減，有效錨固長度為80cm左右。但這并不是說壓花錨頂端燈泡狀沒有錨固作用，相反，而是由于燈泡狀壓花錨地作用使錨固能力加強(qiáng)了。還應(yīng)考慮在做試驗(yàn)時(shí)總是比在實(shí)橋上的操作精心得多，因此，把壓花錨的錨固作用作為施工操作誤差的一種安全儲(chǔ)備也是很有必要的。
4.3從試塊混凝土應(yīng)力測(cè)試結(jié)果看，壓花錨張拉后，只在壓花錨頂部出現(xiàn)拉應(yīng)力，另外在張拉錨固端兩側(cè)也會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力值都很小，對(duì)混凝土不會(huì)產(chǎn)生危害，其余均為壓應(yīng)力。
