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      先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁現(xiàn)場施工技術(shù)研究與應(yīng)用

      2024-06-05 10:06:07許海鋒王寬
      航海 2024年3期
      關(guān)鍵詞:臺座鋼梁張拉

      許海鋒 王寬

      摘 要:臺州市北部灣區(qū)集團(tuán)現(xiàn)代建材產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目碼頭工程為高樁梁板式結(jié)構(gòu),其中預(yù)制梁有90榀為先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁。本文結(jié)合工程實(shí)例,對先張法軌道梁預(yù)制工藝進(jìn)行了研究應(yīng)用,針對現(xiàn)場預(yù)制過程中遇到的問題進(jìn)行探討、分析及總結(jié),形成了一套先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁施工工藝,以期為類似工程提供參考。

      關(guān)鍵詞:先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁;鋼筋連接

      0 引 言

      先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁施工對施工場地和臺座要求較高,組織業(yè)主、施工單位經(jīng)過對工程附近預(yù)制場實(shí)地考察,僅寧波三航四有水工先張法預(yù)制場,距離遠(yuǎn)且預(yù)制臺座還需要改造,不能滿足施工要求,因此決定自建臺座預(yù)制先張法軌道梁。對先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁鋼筋冷拉、鋼筋連接、張拉、放張等工藝進(jìn)行探討、分析及研究,解決了先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁的施工技術(shù)難題。

      1先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁工程實(shí)例

      1.1工程概況

      本項(xiàng)目新建5 000噸級碼頭一座及相應(yīng)配套設(shè)施,包括3個(gè)5 000噸級通用泊位, 水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的預(yù)留,泊位總長度434 m;碼頭結(jié)構(gòu)采用高樁梁板式結(jié)構(gòu),共分5個(gè)結(jié)構(gòu)段。碼頭平臺預(yù)應(yīng)力軌道梁90榀,采用先張法工藝進(jìn)行施工,預(yù)應(yīng)力軌道梁規(guī)格為7 840 mm×1 000 mm×

      2 150 mm。每榀軌道梁張拉鋼筋采用HRB400(Φ28)冷拉鋼筋,上部8根,底部23根,共計(jì)31根,如圖1、圖2所示。

      1.2先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁方案比選

      1.2.1預(yù)制場及臺座比選(見表1)

      1.2.2鋼筋連接工藝比選(見表2)

      2.1預(yù)制臺座方案

      2.1.1鋼筋冷拉臺座

      由于預(yù)應(yīng)力鋼筋為熱軋鋼筋,因此鋼筋進(jìn)行場后,需在現(xiàn)場完成鋼筋冷拉工作提高鋼筋屈服強(qiáng)度。冷拉臺座位于張拉臺座西側(cè),由U型壓柱組成,臺座下方采用鋪設(shè)10 cm厚C15混凝土墊層,臺座尺寸為1.5 m×9 m,采用C40鋼筋砼結(jié)構(gòu),冷拉臺座兩端為20#槽鋼焊接的鋼梁,鋼筋與精軋螺紋鋼采用夾片式連接器連接,固定端精軋螺紋鋼穿過槽鋼用螺帽擰緊,張拉端精軋螺紋鋼穿過槽鋼后,通過穿心千斤頂進(jìn)行冷拉,如圖3所示。

      鋼筋每次冷拉1根,耗時(shí)5 min,1 h可冷拉12根,1天可冷拉96根,每周可冷拉鋼筋672根。每周預(yù)制6榀軌道梁,每榀31根,需冷拉鋼筋186根,滿足施工進(jìn)度要求。

      2.1.2預(yù)制臺座

      預(yù)制臺座采用受力條件較好的壓柱式臺座,布置兩條生產(chǎn)線,每條生產(chǎn)線一次可生產(chǎn)3榀軌道梁。臺座原地形為塊石回填場地,不需進(jìn)行地基處理。臺座設(shè)計(jì)分為3部分,分別為墊層端部擴(kuò)大基礎(chǔ)、聯(lián)系梁、壓柱,基礎(chǔ)下方鋪設(shè)10cm厚C15的混凝土墊層,擴(kuò)大基礎(chǔ)、壓柱聯(lián)系梁、壓柱采用C40鋼筋砼結(jié)構(gòu)。壓柱端頭預(yù)埋2 cm鋼板,端部布置擴(kuò)大基礎(chǔ),尺寸為9.25 m×5 m ×0.3 m;壓柱聯(lián)系梁布置在壓柱之間,共布置4道,斷面尺寸0.5*0.5 m×8.6 m;壓柱共4道,壓柱尺寸31 m×0.7 m×2.45 m,軌道梁臺座結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示)。

      壓柱兩端分別安裝一個(gè)固定鋼梁,固定鋼梁與預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接加固,張拉端安裝一個(gè)活動(dòng)鋼梁(見圖6),固定鋼梁與活動(dòng)鋼梁間安裝4個(gè)千斤頂,頂部為2個(gè)250 t千斤頂,底部為2個(gè)500 t千斤頂,見圖7。固定鋼梁兩側(cè)安裝支架固定千斤頂,見圖8、圖9。千斤頂及配套油泵均經(jīng)過標(biāo)定,根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)曲線圖確定張拉控制應(yīng)力472.5 MPa(超張 5%)頂部張拉時(shí)1#油泵對應(yīng)油表讀數(shù)23.43 Mpa,2#油泵對應(yīng)油表讀數(shù) 23.54 Mpa,見圖10、圖11;底部張拉時(shí)3#油泵對應(yīng)油表讀數(shù)為34.45 Mpa,4#油泵對應(yīng)油表為34.58 Mpa。張拉伸長量用鋼尺測量,計(jì)算伸長量為77.5 mm。

      每次預(yù)制耗時(shí)為張拉、鋼筋綁扎1天,模板安裝、混凝土澆筑1天,混凝土養(yǎng)護(hù)7天,強(qiáng)度達(dá)到95%進(jìn)行放張、拆模1天,共計(jì)10天。每次可預(yù)制軌道梁6榀,每個(gè)月可預(yù)制軌道梁18榀,5個(gè)月可預(yù)制完成90榀軌道梁,滿足施工需求。

      2.2施工工藝及流程

      2.2.1施工流程

      鋼筋冷拉→鋼筋連接→張拉→模板安裝→驗(yàn)收→澆筑→放張→吊運(yùn)及存放

      2.2.2操作要點(diǎn)

      (1)鋼筋冷拉

      首先在冷拉臺座上對軌道梁預(yù)應(yīng)力鋼筋冷拉。冷拉時(shí)千斤頂以5 kN/s勻速推進(jìn),達(dá)到326.18 kN時(shí)須稍停 2~3 min,然后再放松,以免彈性回縮值過大。

      由于設(shè)計(jì)要求控制應(yīng)力σcon=0.9fpyK=450 N/mm2,即預(yù)應(yīng)力鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為500 N/mm2,冷拉為間接控制法,試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料表明,同爐批鋼筋按平均冷拉率冷拉后的抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差σ約為15~20 N/mm,為滿足95%的保證率,應(yīng)按冷拉控制應(yīng)力增加1.645σ,約30 N/mm。冷拉應(yīng)力取值為530 Mpa,見圖12。

      冷拉力控制值為:單根Φ28鋼筋(L=9 m)冷拉所需拉力

      FA=σ×Ap=530×3.14×14×14=326.18 kN。

      油表度數(shù)為P=326.18×0.020059+0.086757=13.1 Mpa。

      (2)鋼筋連接

      將冷拉好的鋼筋放在臺座上,冷拉鋼筋之間采用夾片式連接器連接,壓柱兩端冷拉鋼筋與精軋螺紋鋼連接器連接,把精軋螺紋鋼穿過鋼梁孔用螺帽擰緊。頂部鋼筋放置在臨時(shí)支撐架上進(jìn)行連接,見圖13、圖14。

      在主筋連接前將加工完畢的箍筋穿入主筋中,放置在臨時(shí)支撐架上。

      連接器為自錨圓套筒兩片式夾具:圓套筒兩片式夾具是用于錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋的,由中間開有圓錐形孔的套筒和2片夾片組成。套筒的孔成圓錐形,鋼筋?yuàn)A持在兩片夾片中心,夾片槽上有齒紋,以保證鋼筋的錨固。

      (3)張拉

      張拉順序?yàn)椋合葟埨虏夸摻?,再張拉頂部鋼筋。張拉采用整體張拉,張拉時(shí)千斤頂以20 kN每秒勻速推進(jìn),達(dá)到應(yīng)力時(shí)須稍停 2~3 min。

      張拉時(shí)先預(yù)張拉至設(shè)計(jì)控制應(yīng)力30%調(diào)整鋼筋放松→再張拉至設(shè)計(jì)控制應(yīng)力105%→放松至設(shè)計(jì)控制應(yīng)力70%綁扎其他鋼筋支?!詈髲埨?00%設(shè)計(jì)控制應(yīng)力。張拉時(shí)應(yīng)以應(yīng)力控制為主,伸長量控制為輔,當(dāng)儀表達(dá)到張拉應(yīng)力時(shí),觀察伸長量是否達(dá)標(biāo),如果不達(dá)標(biāo)將進(jìn)行超張拉至103%。張拉完成后,用螺栓將精軋螺紋鋼固定在張拉端固定鋼梁上。

      先采用反復(fù)整體張拉至設(shè)計(jì)控制應(yīng)力30%,通過整體反復(fù)拉、松預(yù)應(yīng)力鋼筋,消除鋼筋與連接器、鋼橫梁之間接觸不緊而產(chǎn)生的間隙量,以達(dá)到“等長”目的。張拉至設(shè)計(jì)控制應(yīng)力105%再放張至70%是為了綁扎鋼筋、安裝模板安全。

      預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力計(jì)算:張拉鋼筋直徑為28 mm,每根鋼筋最大張拉力為1.05倍設(shè)計(jì)控制拉力,即1.05×450 Mpa=472.5 Mpa,每根鋼筋張拉力為290.7 kN,每榀軌道梁共計(jì)31根張拉鋼筋,總張拉力為9011.71 kN。張拉分頂部與底部2次張拉,頂部8根張拉鋼筋總拉力為2 327.5 kN,底部23根鋼筋總拉力為6 691.7 kN。根據(jù)張拉應(yīng)力分析,頂部采用2臺2 500 kN的千斤頂,底部采用2臺5 000 kN的千斤頂。

      頂部2臺2 500 kN千斤頂油表計(jì)算:

      編號01:P=2 327.5/2×0.020059+0.086757=23.43 Mpa。

      編號02:P=2 327.5/2:0.019980+0.285093=23.54 Mpa。

      底部2臺 5000 kN千斤頂油表計(jì)算:

      編號03:P=6 691.7/2×0.010327-0.102205=34.45 Mpa。

      編號04:P=6 691.7/2×0.010325+0.033190=34.58 Mpa。

      鋼筋伸長量:

      冷拉鋼筋伸長量為:

      =290*27/0.615*200=63.78 mm

      精軋螺紋伸長量為:

      =290*5.8/0.615*200=13.7 mm

      總伸長量:63.78+13.7=77.49 mm

      (4)鋼筋綁扎

      鋼筋在加工場下料,彎曲成型,運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行綁扎。在鋼筋綁扎時(shí),先將底層主筋和鋼筋安放到位,特別注意彎起的位置,然后進(jìn)行箍筋綁扎,扎絲頭彎向構(gòu)件內(nèi)。

      (5)模板安裝,端頭模板和側(cè)模。

      軌道梁的側(cè)模采用鋼模,在直楞位置上部用φ20 mm的對拉螺栓,間距1.0 cm,下部使用頂托,支撐在壓柱上,具體模板構(gòu)造與縱梁模板結(jié)構(gòu)基本相同。

      (6)驗(yàn)收

      鋼筋連接完成,模板安裝完成。自檢合格后報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收。

      (7)報(bào)驗(yàn)并澆筑混凝土

      側(cè)模板安裝完成,并經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后,即可進(jìn)行混凝土澆筑。

      (8)放張

      在混凝土達(dá)到95%設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行放張,原工藝計(jì)劃采用整體放張,但由于澆筑了混凝土,增加了軌道梁與底部臺座摩擦力,整體放張工藝不可行,需采用單根切斷預(yù)應(yīng)力鋼筋方式進(jìn)行放張。切割順序?yàn)?#連接點(diǎn)→3#連接點(diǎn)→1#連接點(diǎn)→4#連接點(diǎn)。每個(gè)連接點(diǎn)采取從上到下分層切割的方式,由兩側(cè)向中間依次對稱切割,如圖15所示。

      (9)吊運(yùn)及存放

      放張完成后將軌道梁吊出臺座,堆放時(shí)應(yīng)設(shè)置好墊木,并排堆放整齊。

      3 結(jié) 語

      本項(xiàng)目共有90榀先張法預(yù)應(yīng)力軌道梁,通過對軌道梁的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析對比,研究了臺座布置,鋼筋連接,張拉等工藝,通過鋼筋連接對比,閃光對焊質(zhì)量要求高,需要整體吊運(yùn),實(shí)施成本高。連接器操作簡單,結(jié)構(gòu)牢靠,可以重復(fù)利用,節(jié)約人工和材料成本。本項(xiàng)目掌握了先張法預(yù)應(yīng)力生產(chǎn)的基本工藝,為今后相關(guān)類似項(xiàng)目施工總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 《預(yù)應(yīng)力張拉施工藝標(biāo)準(zhǔn)》zj12-01-2003.

      [2]《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》(JTS 215-2018).

      [3] 《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》(JTS257-2008).

      作者簡介:許海鋒,受聘交通運(yùn)輸部、省庫及地方等組織的專家,從事施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)以及相關(guān)港航的報(bào)告評估等課題研究,(E-mile):451388080@163.com,18958299038

      王寬,女,(E-mile)52551669@qq.com,13634007656,研究方向:水運(yùn)工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理

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