鋼絞線對拉技術在京滬高鐵大體積混凝土結構物中的應用

鋼絞線對拉技術在XX高鐵大體積砼結構物中的應用[摘要]XX高速鐵路因其國內外重大影響而聞名于世，其在建設中的高標準、高要求催生出了新的施工工藝，比如大體積混凝土施工中的鋼絞線對拉技術，模板對拉固定最常用的工藝便是拉桿配合PVC管對拉工藝，拉桿材料常用的是抗拉較強的高強鋼或者合金鋼，筆者有幸在XX高速鐵路土建工程中參與了下部構造施工，本作業(yè)區(qū)的承臺全部采用鋼絞線對拉施工工藝，達到了很好的效果。鋼絞線對拉施工工藝具有如下優(yōu)點:鋼絞線受拉強度高；通過鋼絞線的預張拉力可以抵消新澆注混凝土的側壓力及施工荷載，確保模板澆注過程中不變形，另外鋼絞線所具有的柔韌性使其重復利用率非常高，極少出現承臺拆模后拔不出的情況，杜絕了常規(guī)對拉桿經常遺留在承臺中的弊病，從而使施工質量和100年的耐久性要求得以保證，成本也會相應降低。1工程概況本項目部為中交股份XX高速鐵路土建工程六標段五工區(qū)三作業(yè)區(qū)，本作業(yè)區(qū)施工范圍為XX至XX特大橋DK1245+829～DK1252+017.79段樁基、承臺、墩柱、上部連續(xù)梁施工。總長6.189km。DK1245+829～DK1246+867.83段處于陽澄湖湖區(qū)，為水上作業(yè)。XX高鐵設計時速為350km/h，初期運營速度300km/h。正線數目為雙線，線間距為5米，采用高架橋形式。設計使用年限100年。三作業(yè)區(qū)位于蘇州市陽澄湖區(qū)，該段在正儀鎮(zhèn)所轄范圍內。經過地區(qū)均為平原地區(qū)，多為農田、村莊、河流，道路眾多，溝渠縱橫，湖泊密布。地質情況復雜，樁基礎施工采用反循環(huán)旋轉鉆孔施工工藝。本專業(yè)區(qū)承臺共有193個，最小尺寸承臺為10.5m×5.6m×2m，最大尺寸承臺為:18.2m×10.4m×3.5m，全部使用大塊組合鋼模板，對拉方式也全部采用鋼絞線對拉工藝。實踐證明，鋼絞線強大的周轉性能彌補了其造價較高的缺點，同時也避免了傳統(tǒng)的鋼筋對拉桿經常遺留在承臺中給承臺耐久性帶來的隱患，極大的滿足了XX高速鐵路設計使用100年的耐久要求。2傳統(tǒng)對拉工藝傳統(tǒng)的對拉工藝采用高強鋼或者合金鋼拉桿，強度和剛度都能滿足施工要求，但其致命缺點是，高強鋼或合金鋼對拉桿不能彎曲，在大體積混凝土構造物或者基坑放坡較小時，經常出現對拉桿拔不出來的現象，這樣會帶來如下缺陷:2.1大體積混凝土施工質量無法保證，遺留對拉桿會在承臺內部形成一條很長的銹蝕通道，極大的損害了混凝土結構物使用的耐久性﹔2.2經常性的對拉桿取不出現象也會增加工程施工的成本，帶來資源的浪費。3鋼絞線對拉工藝為保證大體積混凝土結構物的良好外觀，我作業(yè)區(qū)承臺模板均采用大面積組合鋼模板，單塊面積不小于3m2。采用汽車吊配合安裝。承臺模板安裝時采用對拉桿進行固定，對拉桿采用φ15.24鋼絞線，兩端用錨具夾片固定，用通心螺桿、螺母調整鋼絞線伸長量和預張力。鋼絞線對拉工藝的優(yōu)點：3.1對拉鋼絞線具有極強的對拉力；3.2對拉鋼絞線可以任意彎曲，特別適用于大體積混凝土結構物和基坑放坡限制的情況，杜絕了拉桿遺留在結構物中的弊病，保證了承臺的施工質量和耐久性。3.3通過對拉鋼絞線的預張，鋼絞線的張拉力可以抵消混凝土荷載和施工荷載（澆筑前鋼絞線的張拉力可由內撐鋼管等平衡），從而可以保證澆筑時鋼絞線零伸長，模板不變形，保證大體積混凝土的尺寸和外觀；在這里用尺寸為10.5m×7.5m×2m的承臺拉桿設置情況示意如下：10.5×7.5×2m承臺拉桿設置平面圖10.5×7.5×2m承臺拉桿設置立面圖10.5×7.5×2m承臺拉桿設置側面圖鋼絞線對拉承臺的澆注鋼絞線對拉使用的錨具鋼絞線錨固端4鋼絞線對拉工藝受力及伸長量驗算4.1承臺鋼絞線對拉受力驗算（依據《路橋施工計算手冊》）：拉桿采用φ15.24鋼絞線，拉桿橫向間距為3.25m，縱向間距為0.75m,施工溫度取25℃，混凝土澆筑速度保守取0.4m/h（根據實際經驗，該種承臺澆注時間為5小時左右）。對承臺的豎直模板來說，新澆筑的混凝土的側壓力是它的主要荷載，當混凝土澆筑速度在6m/h以下時，作用于側面模板的最大壓力按以下公式計算：故有效壓頭高度為：作用于側面模板的最大壓力：則拉桿承受的拉力為：鋼絞線的容許拉力為：，即混凝土施工荷載遠遠小于鋼絞線極限抗拉力。4.2承臺對拉鋼絞線預張拉伸長量計算（依據《路橋施工計算手冊》）：模板調整完畢后，首先用鋼管撐將模板上口支撐，將錨具及夾片固定打緊后，通過套在通心螺絲螺桿上的螺母的旋轉張拉鋼絞線，使鋼絞線產生50KN的張拉力，張拉力采用變形量控制。50KN的張拉力對應變形量計算如下：長邊10.5m方向即17.39mm短邊7.5m方向即12.42mm采用兩端同時張拉的方法，長邊方向每端張拉長度為8.7mm，短邊方向每端張拉長度為6.2mm；為避免應力損失，在鋼絞線拉緊（無懸垂）狀態(tài)下每端的螺母在通心螺絲螺桿上旋進9mm(長邊方向)/7mm（短邊方向），使鋼絞線產生不小于澆注時混凝土荷載和施工荷載的張拉力。此時，模板頂、中、底部每根鋼絞線的張拉力50KN分別由模板頂內撐鋼管、固定在鋼筋骨架上的混凝土保護塊、模板底限位鋼筋來平衡。4.3內撐鋼管平衡張拉力計算：內撐鋼管長度為承臺設計邊長，內撐鋼管放在骨架頂面，其自重由鋼筋骨架承載，故受壓和穩(wěn)定性計算時不考慮自重。4.3.1鋼管壁受壓強度計算：由[N]1=f*A得取φ127×4.5mm型號的鋼管支撐，截面積為1732mm2。滿足要求。4.3.2鋼管受壓穩(wěn)定性計算：取承臺長邊方向計算，[N]=查《鋼結構設計規(guī)范》（GB500172003）附錄C-1得：0.144則[N]=0.144×1732×215=53622.7N取φ127×4.5mm型號的鋼管1根，支撐在每根對拉鋼絞線對應的模板上口，容許應力為53.6KN，大于50KN，滿足要求。4.4由以上計算可知：4.4.1鋼絞線的對拉力遠遠大于新施工混凝土的側壓力及施工荷載；4.4.2對拉鋼絞線的適量預張拉可以逐步并完全抵消澆注時產生的混凝土及施工荷載，保證澆注過程中模板位置的零變形；4.4.3澆筑前對拉鋼絞線的張拉力利用內撐鋼管、模板底限位鋼筋來平衡，澆注過程中，混凝土側應力及施工荷載逐漸增大，鋼管內撐和模板底限位鋼筋力逐漸減小，而模板始終處于受力平衡狀態(tài)。澆注過程中受力變化詳見下圖：澆注過程中模板受力變化示意圖底部限位鋼筋采用16圓鋼，打進墊層10cm，露出5cm，間距1.5m。限位鋼筋與模板間用高強度混凝土墊塊支墊，避免漏筋。限位鋼筋受力在此不再計算，一般均能滿足固定模板的作用，可根據經驗設置。鋼絞線對拉工藝施工工藝流程5.1鋼筋骨架驗收后模板吊裝鋼筋骨架綁扎完畢，骨架周圍按設計要求均勻設置高強預制墊塊，密度保證大于每平方米4個。然后用吊車吊裝承臺模板。模板整體初步穩(wěn)固時采用繃線法將模板邊口調直，消除錯臺，并采用吊垂球法控制其垂直度。5.2模板加固模板加固方式：5.2.1模板底部采用限位鋼筋支撐和鋼絞線對拉的平衡體系來固定；5.2.2模板頂部采用鋼管支撐和鋼絞線對拉的平衡體系來固定；5.2.3為防止夾片、錨具系統(tǒng)損壞，外部采用方木支頂，以防模板向外變形。5.2.4模板中部，鋼筋骨架上均布的高強混凝土墊塊可以抵抗模板中間對拉鋼絞線的對拉力。5.2.5鋼絞線穿束、固定鋼絞線分上、中、下3層布置，橫向間距為3.25m，豎向間距0.75m。穿拉鋼絞線前首先將PVC管準確接通對應的對拉孔并固定，PVC管保持水平順直，接口處包纏多層塑料膠帶以保證接口牢固和密封，如果PVC管太長，可加設多道鐵絲將其懸掛固定于承臺骨架頂面上。PVC管道固定完畢后，將鋼絞線緩速的穿入PVC管，鋼絞線穿束過程中需要工人在行進端部進行方向引導并分擔PVC管的壓力，鋼絞線穿入完畢后，兩端等長外露，然后依次將墊塊、通心螺絲螺桿和螺母、錨具和夾片安裝到鋼絞線兩端，并將夾片打進固定。5.2.6鋼絞線預張拉首先將內撐鋼管合理就位，然后調節(jié)通心螺桿和螺母，采用伸長量控制對鋼絞線提供不小于混凝土側應力和施工應力的張拉力，頂層鋼絞線張拉力由內撐鋼管的支撐力來平衡，中層鋼絞線張拉力由鋼筋骨架上的高強混凝土的支撐力來平衡，底層鋼絞線張拉力由限位鋼筋的支撐力來平衡。5.2.7模板上外部支護方木模板按承臺尺寸固定好后，承臺模板外側加設方木支頂模板，給模板的穩(wěn)固再上一道保險，確保拆模后承臺尺寸。5.3墩身預埋鋼筋、預埋件的施工墩身預埋鋼筋的綁扎在模板立設并固定完畢后進行，根據測量放樣精確控制平面位置，并反過來校驗模板位置，墩身鋼筋底部設置一層鋼筋網，采用與承臺鋼筋焊接，與樁頭鋼筋固定，形成一個整體骨架以防施工時移位。承臺中其他預埋件，測溫線、沉降觀測標準確放入并固定后，報驗監(jiān)理工程師檢查。鋼絞線對拉工藝施工方法小結本作業(yè)區(qū)的193個承臺全部采用這種工藝施工。實踐證明，鋼絞線對拉施工工藝不僅具有抗拉強度高的優(yōu)點；而且通過對鋼絞線預張拉可以避免承臺模板在澆筑時受混凝土側應力和施工荷載作用下產生變形，確保承臺尺寸；特別是在大體積混凝土構造物施工中和受地形限制基坑不能正常放坡時，鋼絞線具有的柔韌優(yōu)勢凸現，杜絕了高強對拉桿經常遺留在構造物中的弊病。我作業(yè)區(qū)所施工的承臺由