摘要：本文探討了預應力混凝土變截面連續箱梁橋中的豎向預應力筋設計、施工關鍵技術及質量控制措施等幾個問題，對提高橋梁的耐久性具有較強的參考價值。
關鍵詞：大跨徑橋梁;豎向預應力筋;設計;施工關鍵技術
Abstract: this paper discusses the prestressed concrete continuous box girder bridge variable cross-section of the vertical prestressed construction design, key technology and quality control measures several problems, to improve the durability of the bridge with strong reference value.
Keywords: long-span bridge; Vertical prestressed; Design; Construction key technology
中圖分類號:[TU997] 文獻標識碼：A 文章編號：
1概述
隨著路網的不斷完善，越來越多的預應力混凝土變截面連續箱梁出現跨中下撓、腹板裂縫等病害，相關研究表明，有些原因是由于豎向預應力筋的設計不合理和施工質量控制不到位造成的。因此，在大跨徑橋梁建設中，應高度重視豎向預應力筋設計的完善與施工質量的有效控制，進一步完善豎向預應力筋的設計與施工，對于預防箱梁腹板開裂，延長橋梁壽命，具有十分重要的意義和工程運用價值。
2引起豎向預應力損失的原因分析
作為預應力混凝土變截面箱梁中的豎向預應力筋，其主要作用是和縱向預應力筋共同控制腹板的主拉應力，從而達到控制箱梁腹板的斜向裂縫，但在實際工程中，箱梁腹板在施加豎向預應力筋后，在施工及其運營過程中，其斜向裂縫仍然不同程度地普遍出現。研究表明：豎向預應力損失是由孔道摩擦、錨具變形、錨墊板回縮、混凝土的彈性壓縮、溫度變形、收縮徐變引起等引起的損失，但上述因素引起的豎向預應力損失所占的比例相差較大。因此，對于造成預應力損失的環節，應高度重視這方面的設計完善和施工質量的有效控制。
2.1孔道摩擦引起的豎向預應力損失
預應力混凝土變截面連續箱梁中的豎向預應力筋與縱向預應力筋是有所區別的，豎向預應力筋長度較短，且為直線布置。因此，它與管道壁之間的摩擦引起的損失較小，以某橋為例，摩擦引起的損失為：
如果孔道沒有砂漿堵塞，該損失值較小，僅占設計張拉值的1%左右，這說明在豎向預應力筋孔道沒有被砂漿堵塞情況下，摩擦引起的損失非常小，但如果孔道被堵塞，情況就不一樣了，預應力損失大小視孔道堵塞情況不同而不同。
2.2錨固時回縮變形引起的豎向預應力損失
豎向預應力筋的拉力通過錨具傳遞到混凝土上，在傳力過程中，將引起其回縮變形，以某橋為例，其豎向預應力筋長度在3.61m～9.66m之間變化現場對3.75m長的豎向預應力筋的預應力損失進行實測，損失為155.4MPa，如果回縮變形值按3mm考慮，其預應力損失為：
這說明理論計算值與實測值比較吻合，預應力損失占設計張拉值約為27.0%，這說明這種回縮變形引起的預應力損失很嚴重。造成豎向預應力筋回縮變形主要原因為錨固前螺母沒有擰緊、錨墊板下的混凝土不是很密實造成被壓碎回縮、錨底板與豎向預應力筋不垂直、端部多余預應力鋼筋采用氧氣焊切割、溫度變化等現象，從上述分析看，這部分預應力損失非常大。
2.3混凝土彈性壓縮引起的豎向預應力損失
箱梁腹板上的豎向預應力筋較多，一般均采用分批張拉，將造成預應力筋產生彈性壓縮。文獻[3]研究表明：能夠引起混凝土彈性壓縮損失的預應力筋，其范圍僅限于相鄰1排、前后共1.4m以內的預應力筋張拉，該損失很小，僅占設計張拉應力的1%左右。如果采用ANSYS建立模型進行分析，其計算過于復雜，為簡化計算，給出了彈性壓縮損失簡化計算公式：，這說明豎向預應力筋因混凝土彈性壓縮引起的損失很小。
2.4應力松弛引起的豎向預應力損失
按照文獻[1]中的相關規定：對預應力鋼筋，僅在傳力錨固時鋼筋應力σp≥0.5fpk的情況下，才考慮由于鋼施松弛而引起的應力損失。以某橋為例，按照文獻[1]的要求考慮由鋼筋松弛引起的預應力損失為，這說明豎向預應力松弛引起的損失雖然不大，但不容忽視。
根據上述分析，豎向預應力損失主要是由錨固時回縮變形、孔道堵塞、應力松弛、采用氧氣高溫切割引起變形等因素產生，因此，在工程實踐中，要高度重視張拉錨固時應將螺母擰緊，錨墊板預埋位置應準確，不得傾斜，錨墊板下的混凝土一定要密實。而對豎向預應力筋進行二次張拉即在預應力筋灌漿前進行補償張拉是減小這一損失的最有效措施之一，同時應及時進行孔道壓漿。
3豎向預應力筋設計關鍵技術
3.1目前箱梁豎向預應力筋的設計
目前絕大部分預應力筋設計是在墩頂附近的箱梁腹板布置雙排，遠離此區域布置成單排，間距一般為50cm～100cm，采用金屬波紋管成孔。如圖1所示。
圖1豎向預應力筋常規設計圖
這種設計明顯存在缺陷，例如：豎向預應力筋間距偏大、金屬波紋管與錨墊板之間必然存在漏漿等，同時對豎向預應力筋復拉要求、端部多余鋼筋割除的要求也不明確。因此，按照這樣的設計進行施工，必然造成豎向預應力損失過大的現象發生。
3.2豎向預應力筋設計的關鍵環節
根據大量的工程設計與實踐，目前豎向預應力筋設計主要存在以下不足之處。
3.2.1箱梁豎向預應力筋間距過大，致使豎向預應力筋之間存在間隔性的應力“空白區”豎向預應力是通過錨墊板把應力傳給混凝土，其有效作用范圍是有限的，也就說每根豎向預應力筋的應力不可能傳遞到無限遠處的混凝土上，研究表明：豎向預應力筋間距不宜超過50cm，否則，將出現豎向預應力筋之間存在應力“空白區”，規范規定豎向預應力筋間距為50cm～100cm，間距偏大，
在設計時建議采用規范規定的低限值。
3.2.2豎向預應力筋張拉順序沒有明確規定，致使腹板壓應力分布可能出現不均勻現象
規范[2]對于豎向預應力筋的張拉順序沒有明確的規定，大部分箱梁設計文件也沒有涉及到豎向預應力筋的張拉順序，造成施工單位對豎向預應力張拉帶有明顯的隨意性。但文獻[3]以太原至澳門高速公路順德—中山段的某特大橋為例進行研究，研究表明：豎向預應力筋滯后張拉能較好地克服分段張拉造成腹板豎向壓應力分布不均的缺點。因此，圖紙中應明確豎向預應力筋滯后張拉的合理時間，對指導豎向預應力施工，減少箱梁腹板開裂具有十分重要的工程實用價值。
3.2.3豎向預應力筋孔道采用金屬波紋管，孔道漏漿在所難免
由于豎向預應力筋成孔是采用金屬波紋管，其兩端與錨墊板直接接觸，兩者之間也不可能焊接，因此，在混凝土下料與振搗過程中，混凝土中的漿體將從金屬波紋管兩端漏入孔道中。完善圖紙設計的措施是在錨墊板上焊接5cm～10cm長的鋼管，波紋管套在焊接的鋼管上，再用膠帶紙進行密封，這樣可從根本上解決孔道漏漿問題。
3.2.4豎向預應力筋孔道壓漿管或出漿管設計不合理
部分設計單位對豎向預應力筋孔道壓漿管或出漿管認識不到位，有的認為不需要預留出漿管，僅靠張拉端的螺母與豎向預應力筋之間空隙作為出漿孔或排氣孔，這種設計不可能保證壓漿的壓力，致使孔道壓漿不密實;豎向預應力筋孔道壓漿管采用普通塑料管常常因堵塞而影響壓漿，甚至不壓漿，這必然影響豎向預應力筋發揮其有效作用，以至于嚴重影響橋梁壽命。因此，豎向預應力筋上端應設置出漿管、下端應設置防止被堵塞的壓漿管，并保證壓漿質量。
3.2.5豎向預應力筋孔缺少復拉及兩次張拉的時間間隔要求
要確定豎向預應力筋第一次與第二次復拉之間的時間間隔，就必須研究的豎向預應力隨時間的變化規律，以主跨165m某橋為例，其研究成果表明：預應力損失隨時間總的變化趨勢是前期預應力損失較多，兩周后曲線趨于平緩，后期的預應力損失較小，曲線更加平緩，同時研究成果還表明：豎向預應力筋第一次張拉后，應力損失非常大。因此，設計圖紙應要求豎向預應力筋必須復拉，并明確兩次張拉的時間間隔。
4豎向預應力筋在施工中的關鍵技術
4.1豎向預應力筋位置應準確且與錨墊板垂直當錨墊板不平整時，豎向預應力筋上端的螺帽無法緊固到位，錨固后將會產生較大的預應力損失，如果錨墊板在平面上預埋位置不準確還將可能增加孔道摩擦損失，因此，在工程實施時必須采取有效措施使錨墊板預埋位置準確。
4.2應采取措施將豎向預應力筋上端的螺帽擰緊錨固到位
由于豎向預應力筋的長度一般較短，張拉時的伸長量也很小，因此，如果豎向預應力筋上端的螺帽擰緊錨固不到位，錨固每回縮1mm，預應力損失約5%，因此，應采用專用扳手將其上端的螺帽擰緊錨固到位。
4.3應避免豎向預應力筋孔道被堵塞或積水
豎向預應力筋孔道在施工中極容易被砂漿堵塞，一方面是由于其金屬波紋管與錨墊板之間不密封而致使砂漿進入孔道，另一方面在施工過程中，其上部張拉端沒有采取封堵措施而致使砂漿從上部進入孔道。在墩頂附近，由于箱梁高度較大，腹板較厚等原因，使得混凝土在施工過程中水化熱較大，致使豎向預應力筋孔道下端的壓漿管因水化熱溫度較高，使壓漿管軟化，導致壓漿管被堵塞。
豎向預應力筋孔道的壓漿管如果被堵塞后，雨水以及混凝土養生灑的水將通過孔道上端凹槽滲入孔道，造成孔道內基本上是長期積水，這種情況一方面影響壓漿，另一方面還可能造成孔道波紋管及豎向預應力筋的銹蝕，對保證豎向預應力筋施工質量極為不利，針對這種情況，應采用材質較好的壓漿管，必要時采用金屬材質壓漿管，且在壓漿前確保孔道內不積水。
4.4豎向預應力筋應進行復拉并及時壓漿
個別施工單位由于對豎向預應力筋的作用認識不到位，對復拉工作極不重視，或少拉或不拉，致使豎向預應力筋沒有按照設計圖紙要求進行復拉，這是造成豎向預應力損失的重要原因，因此，一定要按照圖紙要求進行復拉，兩次張拉的時間間隔一般15d左右。
5結語
為盡可能避免預應力混凝土變截面連續箱梁在施工及運營期間因為豎向預應力損失過大而造成腹板出現斜裂縫，應不斷完善豎向預應力筋設計，并加強其施工質量控制：
a)豎向預應力筋設置間距不宜過大，應避免出現應力“空白區”;
b)應處理好豎向預應力筋孔道波紋管與兩端錨墊板密封的細節設計，避免孔道漏漿;
c)應要求豎向預應力筋必須進行復拉，明確復拉時間間隔，并及時壓漿;
d)豎向預應力筋孔道必須設置有效的壓漿管和出漿管;
e)高度重視錨墊板預埋的位置準確性，應與豎向預應力筋垂直，并保證錨墊板下的混凝土密實;
f)豎向預應力筋上端多余長度必須采用砂輪切割，避免由于溫度造成預應力損失過大。
通過以上措施的落實，將有效地發揮豎向預應力筋的作用，提高大跨徑橋梁設計及施工質量和耐久性，為今后同類型橋梁建設提供寶貴經驗。
參考文獻
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