后張法預應力箱梁反預拱度設置偏差原因分析及修正措施

鄭玉峰 中交第三航務工程局有限公司寧波分公司

1.工程簡介

某橫跨杭甬運河大橋，主橋采用（55+90+55）m 三跨預應力混凝土變截面單箱雙室連續(xù)箱梁，引橋采用裝配式5跨30m預應力混凝土連續(xù)箱梁，全橋配跨為5×30+（55+90+55）+5×30 m。本工程引橋采用后張法預制預應力混凝土箱梁，梁長為30m，底寬2.0m，頂板寬2.4m，共120榀，砼設計強度為C 50，彈性模量的理論值為3.45×104MPa。箱梁由現(xiàn)場預制場預制，根據安裝進度，及時預制和供應。箱梁頂板、底板厚均為0.18m，腹板跨中厚0.18m，支點厚0.25m，斜腹板斜率1：4。邊支點及跨中橫梁通過橫向濕接縫連接，為了便于預制施工，預制箱梁頂面按2%設置橫坡，底面按平坡進行設置，箱梁典型橫斷面如圖1所示。

設計要求，制梁臺座需預設反拱，按二次拋物線過渡，反預拱度設置為17mm。制梁臺座基礎進行全斷面加固及硬化處理，保證其整體穩(wěn)定性及均一性。在處理后的基礎上澆筑厚15cm的C20混凝土臺座。根據工程進度要求，共設置11個臺座，為驗證設計反預拱度，先設置5個可調預拱度的臺座，根據驗證及修正結果，再調整已設臺座和施工其余6 個。臺座頂面鋪設10 mm鋼板，邊緣倒角處預埋∠50 的角鋼。試驗臺座設置成可調節(jié)的形式：在鋼板和角鋼中間適當布設調節(jié)鋼板墊塊，用于調節(jié)梁板的反拱度，調節(jié)好反拱后其它空隙采用細砂填滿。當臺座需要改變反拱時，將鋼板與調節(jié)墊塊及預埋角鋼上的固定點解除，調節(jié)鋼板使臺座反拱符合要求后固定。

2.實際施工差異及原因分析

根據施工規(guī)范及設計要求，養(yǎng)護7天，砼強度達到90%后張拉，對已完成張拉的5榀梁中心起拱度進行了測量，具體數據如表1所示。

圖1 預制箱梁典型橫斷面圖

表1數據與設計值17mm有一定的偏差，最大達到了5mm，經施工過程分析，主要原因如下：

（1）預應孔道位置不精確。設計預應力孔道采用金屬波紋管，流線型布置，孔道定位不準確，孔道曲線段定位鋼筋間距較大，布置不夠合理，且定位筋與波紋管接觸不夠緊密，砼澆筑振搗過程中容易引起管道移位。

表1 箱梁起拱度實測值

表2 修正后箱梁起拱度實測值

（2）預應力孔道摩阻取值不準確。設計驗算時孔道摩阻取經驗值μ=0.25，但實測值μ=0.22，實際預應力損失與設計時有一定偏差。

（3）張拉未對砼彈性模量值進行明確。設計僅以強度為可否進行張拉的控制標準，未對張拉時的砼彈性模量做具體要求，砼養(yǎng)護7天后強度已可達到設計張拉標準，但實測彈性模量值為4×104MPa，而C50混凝土，其彈性模量的理論值為3.45×104MPa。

（4）錨具變形。施工所用錨具雖均檢測合格，但施加應力后仍會產生壓縮變形，甚至整體縮進，使得預應力筋回縮，造成應力損失。

（5）支座不均勻沉降。支座地基處理不規(guī)范，承載力整體性和均一性差，承重后產生不均勻沉降。

（6）混凝土收縮徐變影響。受臺座數量、場地大小和現(xiàn)場架設進度需要，砼達到設計張拉強度（設計強度的90%）要求后即進行張拉作業(yè)，而砼收縮徐變一般需要60d甚至更長時間才可結束。

3.修正措施

（1）預應力管道結構施工定位盡量精確，線形結構應保持順滑，定位筋設置間距在曲線段進行加密，砼澆筑振搗時振搗棒不得觸碰管道，從而減少由于預應力筋位置不準確而導致的摩擦阻力損失。

（2）正式施工前應對孔道摩阻系數進行實測，以實測值進行反拱度計算。

（3）明確張拉時砼彈性模量，并做彈性模量同養(yǎng)試塊，與強度同養(yǎng)試塊一同檢測。

（4）嚴格按設計要求設置錨下鋼筋，對此部位砼加強振搗質量控制。

（5）支座基礎處理方法應經過設計和驗算，提高其整體穩(wěn)定性和均一性。

（6）在場地和施工進度允許的情況下盡量延長養(yǎng)護周期，盡可能的將砼收縮徐變對起拱度的影響降至最低。

（7）根據現(xiàn)場實測數據，考慮各種施工因素影響，由設計對預拱度進行調整，調整后的值為15mm，并明確砼強度和彈性模量均達到設計要求后方可張拉。

4.修正后的結果驗證

對試驗臺座反預拱度調整為15mm，施工中加強各工序的控制，張拉后實測梁中心起拱值，具體數據見表2。

從表2數據可以看出，實際反拱度值已與設計值基本吻合。

5.提高預拱度設計精度的建議

①預應力管道結構施工定位應精確，線形結構應保持順滑，從而減少由于預應力間的摩擦導致的摩擦阻力的損失；②嚴控原材料的施工質量，確保施工用材的性能穩(wěn)定，使得混凝土級配達到一定的均勻性，同時還要確保混凝土材料級配均勻性，加強對混凝土結構的彈模的及時修正和處理。③加強施工環(huán)節(jié)中，對各結構的精度的控制，針對箱梁結構來說，要對模板的對應尺寸進行定時定量的校核和控制，確保模板設計過程中，預拱度設計的精度化、規(guī)范化。④預應力的施加應更加精確，如定時對千斤頂進行有效的修訂、標定等。

6.結束語

作為梁式橋來說，主體外形簡練、美觀，荷載均勻合理，是一種經濟性、使用功能性強的橋梁結構形式。在實際的設計和施工環(huán)節(jié)中，為了保證結構線形更加順暢、優(yōu)美，對于預應力箱梁來說，預拱度的設計要通過模型建立的方式進行計算，同時還要注重與預拱度設計相關的影響因素，如施工環(huán)境、施工工藝、施工人員的操作、施工誤差及環(huán)境溫度的變化等，存在很多隨機性的變動因素。因此，在預拱度的設置中，應充分考慮橋梁施工時的各種因素，并利用實測數據不斷地修正處理。