预应力钢构箱梁竖向预应力

预应力钢构箱梁竖向预应力

摘要：随着科技及施工水平的提高，我国桥梁施工日新月异，高墩、大跨、长联层出不穷，桥梁建设方兴未艾、如火如荼、犹如雨后春笋。

关键词：竖向预应力；精轧螺纹钢筋；施工及设计弊病

其中现浇连续钢构箱梁占了很大的比例，而连续钢构箱梁中的竖向预应力系统是连续钢构箱梁质量保证的重要部分，对梁的刚度、腹板裂缝影响甚大，设计中竖向预应力数量众多（一般每延米设计安装8根）。

而施工中数量众多的竖向预应力施工质量也参差不齐、甚至难以保证。张拉时预应力损失较大，压浆质量不可靠等成了现浇连续钢构箱梁竖向预应力施工质量的瓶颈。

张拉预应力损失较大可通过使用扭力扳手、二次张拉等施工管理措施有效控制，而压浆质量不可靠就有方方面面的原因，本文就从施工、设计方面进行探讨，力求从根本上提高竖向预应力管道压浆质量。

一、现行设计、施工方法

1：现行设计及施工方法

国内目前的连续钢构箱梁中，竖向预应力精轧螺纹钢筋，一般均设计为竖向安装于箱梁0#块隔墙及箱梁腹板内，结构形式如下图：

设计中管道一般采用内径为Φ50mm镀锌金属波纹管（或无缝钢管），考虑经济效果波纹管通常用0.3～0.5 mm厚钢带卷制而成，无缝钢管壁厚也小于1.0毫米。

设计往往均明确要求管道下端安装压浆管、上端安装排气管，而实际施工中由于管道管壁太薄，管道是无法直接与压浆管连接的。传统的施工方法是在锚垫板与管道之间增加一个连接接头，连接接头通常是用一根外径略小于管道内径，壁厚3 ～ 4 毫米的钢管直接焊接在锚垫板上，并在钢管适当位置焊接压浆（排气）管，再将连接接头与管道套接，即通过连接接头给管道下端安装压浆管、上端安装排气管，如下图所示：

2：传统方法的弊端

在管道压浆端（梁体下部B点）、排气端（梁体上部A点）施工时，需将上图中波纹管与连接接头套接部分的缝隙用胶带缠裹严实，以阻止混凝土浇筑过程中水泥浆通过接头缝隙流入管道，而造成管道压浆堵塞，影响压浆质量。

在压浆端（B点）施工时，竖向预应力管道可与腹板普通钢筋同时施工，受普通钢筋干扰较小，基本能满足施工质量要求。

而上部排气管（A点）施工时就有如下缺点：

①、施工难度大，质量难保证

在排气孔端（A点）施工时，为保证竖向预应力管道安装高度、平面位置准确，安装后不受普通钢筋扰动及破坏，通常需在箱梁顶板普通钢筋安装完毕后，再开始安装竖向预应力连接接头及锚盒，从而导致竖向预应力管道安装受普通钢筋影响很大。

考虑锚固螺帽保护层等因素，锚盒伸入钢筋层深度一般设计为8 ～12厘米之间，连接接头压浆管到锚盒下部高度一般为10～20厘米，从而导致波纹管与连接接头的接头位置位于钢筋下18～32厘米，而桥面钢筋绑扎后一般形成间距为10×10厘米的网格，伸手下去很困难，这种情况就造成连接接头与波纹管接头之间的缝隙用胶带缠裹极不方便。

缠裹不严密的接头将导致混凝土浇筑过程中水泥浆流入管道而造成管道不通，影响压浆质量。

②、预应力管道易被施工中小颗粒垃圾堵塞

由于垫板的安装导致波纹管不能伸出桥面（垫板孔直径小于波纹管直径），而现阶段设计一般均要求竖向预应力滞后三个梁段施工（更有个别设计将竖向预应力二次张拉及压浆推后至全桥施工完成后进行），这就将竖向预应力张拉及压浆工作推迟至混凝土浇筑完成后约30天甚至更长时间施工。

混凝土浇筑完成后，竖向预应力锚盒均需周转使用而拆出，从拆出锚盒到张拉、压浆，这期间混凝土浇筑后养护水极易将桥面洒落的混凝土等施工垃圾颗粒带入管道，这从很大程度上引起管道堵塞，从而对管道压浆通畅造成很大影响。

而管道压浆一旦不通，预应力钢筋随之将很快锈蚀而失效，从而严重影响桥梁整体结构质量及使用寿命。

③、施工不便

连接接头与波纹管之间的缝隙用胶带缠裹，需伸手至钢筋网下20～30厘米，并将桥面部分钢筋挪开，而桥面钢筋相互交织，挪开很费力。

挪开钢筋，伸手缠胶带，缠完后再将钢筋恢复，这些工序使得每根管道缠胶带的时间约10～15分钟，即使如此，缠裹效果仍然难尽如人意。

连续钢构箱梁竖向预应力精轧螺纹钢筋一般每延米设计安装8根，而随着科技水平的发展，在建的连续钢构箱梁越来越趋于大跨长联，以桥长500延米计算，缠胶带时间：

8×500×12.5 = 833小时，约合104个工日，以现阶段人工费计算成本约12480元，桥越长成本越大。

④、体系本身的缺陷

连接接头上端是一块垫板，在管道安装过程中与锚盒之间无法密闭连接，有缝隙存在（如右图），施工中常常是在缝隙处垫一个橡胶垫，但是受波纹管刚度小的影响，即使将螺纹钢筋锚固螺帽拧紧后压紧锚盒，施工扰动后锚盒与垫板之间的缝隙，仍就无法完全密闭，这将导致混凝土浇筑时水泥浆很容易漏到预应力管道内，从而引起预应力管道堵塞，预应力管道堵塞压浆就无法保证质量。

二、方法改进及优点：

为保证预应力管道在锚盒拆除到预应力张拉期间不被水及施工垃圾堵塞，可采取如下措施改进：

1：预应力管道安装时上垫板后装

预应力管道安装时上垫板后装，即混浇筑时上垫板先不安装，等张拉时再将波纹管剥除，安装垫板，从而可将波纹管伸出桥面至少10～20厘米，如下图：

这将从根本上避免了排气孔端（A点）连接接头与波纹管之间缝隙的胶带缠裹，也从根本上杜绝了锚盒与连接接头的缝隙，从而保证混凝土浇筑过程中这些原施工方法的薄弱点不漏浆。

而波纹管伸出桥面也将有效阻止混凝土浇筑后养护水、桥面施工垃圾流入预应力管道，从而有效保护竖向预应力管道，而有效降低管道堵塞、管道压浆不畅通的风险。

而有效的阻止管道进水，即使有一部分管道由于各种原因造成压浆不通，对该管道进行灌浆，也可在一定程度上保证该管道预应力继续有效、至少不至于完全失效，从而对桥梁的整体施工质量起到不可估量的作用。

2：上部不装排气孔进行压浆的处理

垫板后装导致上部排气孔不便安装，而经过现场多次试验，上端不装排气孔，仅依靠垫板与精轧螺纹钢筋的间隙及上螺帽本身4个锁紧缺口，浆体也能顺利通过，确保压浆质量可靠。

施工中可在锚盒底部焊一根钢筋，使混凝土浇筑后在锚盒底形成一个凹槽，压浆时凹槽及螺帽本身4个缺口能保证压浆浆体的顺利通过，完全替代排气孔。

而由垫板与混凝土面之间间隙引起的竖向预应力张拉预应力损失可由二次张拉操作有效解决，压降完成后垫板与混凝土面之间的缝隙都将被浆体灌实。

3：垫板后装施工优点

垫板后装后省去连接接头与波纹管之间缝隙的胶带缠裹。

按前述缠裹方法及计算结果可知：仅500米连续钢构箱梁，竖向预应力连接接头与波纹管之间的接缝，用胶带缠裹时间就约合104个工日，全国来看每年省多少人工？

三、设计中竖向预应力滞后施工的弊病

现在连续梁设计中一般均要求竖向预应力滞后悬臂浇筑梁段施工，而从梁体结构计算及挂篮施工的要求，纵向预应力张拉、压浆是与梁段施工同步的。

现就滞后的弊病总结如下:

1:导致梁体开裂

连续钢构箱梁一般均依靠挂篮施工，施工中挂篮底部总是依托已浇筑前一梁段梁端锚固，从而浇筑下一梁段，挂篮锚固一般结构形似如下图所示：

从图可知：挂篮需要通过已浇筑前一梁段底板锚固，已浇筑的前一梁段底板承受后续梁段混凝土浇筑的施工荷载，使得已浇筑前一梁段腹板承受较大的竖向拉力，而纵向预应力张拉后又在腹板形成很大的径向张力。