新建赣深客运专线为京九高铁最南端, 罗屋大桥位于广东省河源市境内, 在赣深客专义合隧道出口与横岭隧道进口的长大隧道之间, 桥梁全长166.69m。根据赣深客专线总体工期需要, 罗屋大桥施工图设计为现浇简支箱梁, 全桥梁孔跨布置为 (4-32+1-24) m的现浇简支箱梁。

预应力施工工艺流程具体如下:预应力管道安装→锚垫板安装→钢绞线下料编束、穿束→箱梁混凝土浇筑→预应力管道及锚口摩阻试验→理论伸长量计算→预应力张拉施工→预应力管道压浆→封锚。

罗屋大桥现浇箱梁预应力管道采用内径为90mm的金属波纹管, 涉及的预应力筋共有23束, 其中有16束平均分布于两侧腹板, 底板有7束。设计图纸给出了预应力管道位置、管道大样和管道定位坐标网。施工人员在管道安装时, 需严格按预应力管道大样和定位坐标网进行定位, 管道采用U形钢筋固定, 为保证预应力管道定位准确, 在混凝土施工时不发生移位, 每道U形钢筋的固定间隔为0.5m, 定位钢筋与梁体钢筋焊接。

梁两端应分别按设计要求进行锚垫板和螺旋筋施工, 要注意材料的质量和规格。当锚垫板喇叭口底端连接波纹管时, 需将锚垫板牢固安装于模板上, 使垫板与孔道对准。锚垫板上的压浆孔不能随便封堵, 防止浇筑混凝土时出现漏浆堵孔现象。当锚垫板安装时, 要注意压浆端进浆孔朝下, 出气孔向上, 保证压浆的密实性。此外, 锚垫板的安装位置非常重要, 角度定位和螺旋补强筋是保证梁体预应力施工的关键。在锚垫板安装完毕后, 要详细检查并进行质量控制。

钢绞线下料需在硬化后的混凝土地面上进行, 下料长度=预应力孔道长度+2×千斤顶工作长度+0.5m (束头焊接影响区) +下料富余量。需注意的是:下料勿使用电气焊切割, 要用传统的砂轮锯切割。砂轮片切换为增强型号, 防止锯片飞出导致的意外伤害。切口两侧5cm处要用细铁丝绑扎, 避免出现切割后散股的现象, 延误工程进度。下料时一般先长后短, 既节约原材料又方便施工。下料时必须经2人确认无误后方可进行切割, 以提高施工精确度。

下料后, 钢绞线的端头必须形成圆锥形, 然后拧紧铁丝, 具体步骤是:将穿束端用2～3道粗铁丝捆绑后调整各端头之间的相对位置;为了更快穿束, 各钢绞线之间应互相焊连、结成一体。整个焊接过程中, 电焊机地线应捆在束头0.5m内, 即在张拉范围以外, 以防止电焊机损伤钢绞线而影响后续施工质量。要使束头在管道内顺利通行, 就要尽量缩短焊头长度。此外, 钢铰线束也应按挂牌编号顺序放置, 才能更好防止误穿。

编束完毕, 应对预应力孔道进行检查, 排除孔道内的杂物, 接着利用人工配合钢绞线穿束机进行穿束, 须确认钢束编号是否与设计一致。整个预应力钢绞线穿束完成后, 用砂轮锯切掉束头, 尽可能降低焊接对钢绞线的影响, 然后用PVC管套上, 防止外露钢绞线被污染和生锈, 延长其使用寿命。

为保证预应力的张拉精度符合设计要求, 在预应力张拉前需对预应力孔道摩阻和偏差系数、锚口及喇叭口摩阻进行实地试验。试验需委托具有资质的检测单位开展, 经现场试验所得数据为:孔道摩阻系数为0.259, 管道偏差系数在0.003～0.005。由于设计孔道摩阻系数为0.260, 管道偏差系数为0.003, 试验值与设计值偏差在5%以为, 所以现场检测数据满足设计要求。

预应力张拉需配备与预应力束最大张拉控制力相配套的穿心千斤顶和油泵, 千斤顶吨位大于设计张拉控制力。建议采用智能预应力张拉设备, 因其可以自动控制张拉力和钢绞线实际伸长量, 最大程度减少人为影响, 可保证施工精确度。若使用普通张拉设备, 需严格按照图纸施工, 满足设计要求。智能设备和普通设备在张拉前都需到有资质的计量检测单位进行标定, 智能张拉设备需对千斤顶和油泵上的传感器进行标定校准;普通张拉设备的要求较高, 需对千斤顶和油表再一次进行标定, 每个千斤顶对应一个油表, 油表精度必须达到0.4。

根据规范要求, 千斤顶在第一次使用前、使用大于1个月、张拉次数大于200次、出现异常、维修等情况下需要进行标定。

预应力张拉一般分3阶段进行, 即预张拉、初张拉和终张拉, 缺一不可。拆模前应确保混凝土强度能达到设计规范值的60%, 然后松开内模, 拆除端模后方可进行预张拉。初张拉要求梁体混凝土强度及弹性模量达到设计规范值的90%, 不宜过早进行。初张拉完毕后拆除底模和支承, 最后再进行终张拉, 终张拉前应使梁体混凝土强度和弹性模量达到设计规范值, 而且梁体混凝土龄期要不少于10d。

预应力张拉程序为:0→初始应力 (终张拉控制应力的10%, 测量钢绞线伸长值并做好标记, 测量工具应锚夹片外露量) →终张拉控制应力的20% (测量钢绞线伸长值并做好标记, 测量工具应锚夹片外露量) →张拉控制应力 (各期规定值, 测量钢绞线伸长值并做标记, 测量工具应锚夹片外露量) →静止5min, 校核张拉控制应力→副油缸供油卸千斤顶。

24h后进行复查, 检测合格后采用砂轮锯切割多余钢绞线, 钢绞线外露长度应不小于30mm。

张拉前根据千斤顶和油表标定证书给出的回归方程计算各张拉控制力下的油表读数, 根据读数控制张拉力。

张拉过程中, 要及时测量并记录好各阶段钢绞线的实际伸长量。在预应力筋张拉前, 要将初应力N₀调整好, 通常可取控制应力的10%～25%, 本工程现场选取10%。需注意的是, 伸长量应从初应力开始时量测, 否则容易达不到精度要求。张拉力到初应力N₀时, 测量一次千斤顶伸出量设为A;张拉力到20%张拉控制力时, 测量一次千斤顶伸出量设为B;张拉至张拉控制力N时, 测量千斤顶伸出量设为C。应注意的是, 实际伸长值不仅要算张拉时测量的长度, 还要加上初应力时的推算长度。因此, 实际伸长值△L的计算如式 (1) 所示。

式中, A为0～10%应力下千斤顶的实际引伸量;B为10%～20%应力下千斤顶的实际引伸量;C为20%～100%应力下千斤顶的实际引伸量。

每束钢绞线张拉完成后, 应及时计算伸长量, 并与理论伸长量对比, 实际伸长量与理论伸长量的误差应控制在±5%。如果误差不符合设计要求, 必须暂停张拉, 应迅速排查原因, 确认无意外状况后方可继续张拉施工。

预应力张拉完成后, 需经过24h才能测量梁体起拱量, 然后查看钢绞线上的红色油漆标志, 确认钢绞线是否出现滑丝现象。如果梁体起拱量合格且钢绞线无滑丝, 则可进行预应力管道压浆。压浆前需用砂轮锯切除多余钢绞线, 钢绞线的外露量应不小于30mm。用水泥或压浆料封住锚具和预应力钢绞线, 可有效防止压浆时漏浆, 加快施工进度。压浆采用无收缩的桥梁预应力专用压浆料, 压浆水胶比不大于规范规定的0.33, 现场做好试件, 以便检测压浆是否合格。

压浆完毕后, 按设计图纸要求进行全面封锚, 封锚材料要选用优质无收缩的C50混凝土。

经监理人员全程旁站, 作业人员严格按照技术交底和张拉方案施工, 罗屋大桥第一孔现浇梁预应力张拉施工完成后, 梁体上拱11mm, 钢绞线未发现滑丝现象。所有钢绞线束张拉实际伸长量和理论伸长量均在设计和规范要求的范围内, 预应力张拉过程和钢绞线理论伸长量也满足相关要求, 整个工程顺利竣工。工程验收完成后, 确认该桥简支箱梁预应力施工技术可行, 能够保证预应力现浇梁的施工质量和使用性能。