钢绞线对拉技术在京沪高铁大体积混凝土结构物中的应用

钢绞线对拉技术在XX高铁大体积砼结构物中的应用[摘要]XX高速铁路因其国内外重大影响而闻名于世，其在建设中的高标准、高要求催生出了新的施工工艺，比如大体积混凝土施工中的钢绞线对拉技术，模板对拉固定最常用的工艺便是拉杆配合PVC管对拉工艺，拉杆材料常用的是抗拉较强的高强钢或者合金钢，笔者有幸在XX高速铁路土建工程中参与了下部构造施工，本作业区的承台全部采用钢绞线对拉施工工艺，达到了很好的效果。钢绞线对拉施工工艺具有如下优点:钢绞线受拉强度高；通过钢绞线的预张拉力可以抵消新浇注混凝土的侧压力及施工荷载，确保模板浇注过程中不变形，另外钢绞线所具有的柔韧性使其重复利用率非常高，极少出现承台拆模后拔不出的情况，杜绝了常规对拉杆经常遗留在承台中的弊病，从而使施工质量和100年的耐久性要求得以保证，成本也会相应降低。1工程概况本项目部为中交股份XX高速铁路土建工程六标段五工区三作业区，本作业区施工范围为XX至XX特大桥DK1245+829～DK1252+017.79段桩基、承台、墩柱、上部连续梁施工。总长6.189km。DK1245+829～DK1246+867.83段处于阳澄湖湖区，为水上作业。XX高铁设计时速为350km/h，初期运营速度300km/h。正线数目为双线，线间距为5米，采用高架桥形式。设计使用年限100年。三作业区位于苏州市阳澄湖区，该段在正仪镇所辖范围内。经过地区均为平原地区，多为农田、村庄、河流，道路众多，沟渠纵横，湖泊密布。地质情况复杂，桩基础施工采用反循环旋转钻孔施工工艺。本专业区承台共有193个，最小尺寸承台为10.5m×5.6m×2m，最大尺寸承台为:18.2m×10.4m×3.5m，全部使用大块组合钢模板，对拉方式也全部采用钢绞线对拉工艺。实践证明，钢绞线强大的周转性能弥补了其造价较高的缺点，同时也避免了传统的钢筋对拉杆经常遗留在承台中给承台耐久性带来的隐患，极大的满足了XX高速铁路设计使用100年的耐久要求。2传统对拉工艺传统的对拉工艺采用高强钢或者合金钢拉杆，强度和刚度都能满足施工要求，但其致命缺点是，高强钢或合金钢对拉杆不能弯曲，在大体积混凝土构造物或者基坑放坡较小时，经常出现对拉杆拔不出来的现象，这样会带来如下缺陷:2.1大体积混凝土施工质量无法保证，遗留对拉杆会在承台内部形成一条很长的锈蚀通道，极大的损害了混凝土结构物使用的耐久性﹔2.2经常性的对拉杆取不出现象也会增加工程施工的成本，带来资源的浪费。3钢绞线对拉工艺为保证大体积混凝土结构物的良好外观，我作业区承台模板均采用大面积组合钢模板，单块面积不小于3m2。采用汽车吊配合安装。承台模板安装时采用对拉杆进行固定，对拉杆采用φ15.24钢绞线，两端用锚具夹片固定，用通心螺杆、螺母调整钢绞线伸长量和预张力。钢绞线对拉工艺的优点：3.1对拉钢绞线具有极强的对拉力；3.2对拉钢绞线可以任意弯曲，特别适用于大体积混凝土结构物和基坑放坡限制的情况，杜绝了拉杆遗留在结构物中的弊病，保证了承台的施工质量和耐久性。3.3通过对拉钢绞线的预张，钢绞线的张拉力可以抵消混凝土荷载和施工荷载（浇筑前钢绞线的张拉力可由内撑钢管等平衡），从而可以保证浇筑时钢绞线零伸长，模板不变形，保证大体积混凝土的尺寸和外观；在这里用尺寸为10.5m×7.5m×2m的承台拉杆设置情况示意如下：10.5×7.5×2m承台拉杆设置平面图10.5×7.5×2m承台拉杆设置立面图10.5×7.5×2m承台拉杆设置侧面图钢绞线对拉承台的浇注钢绞线对拉使用的锚具钢绞线锚固端4钢绞线对拉工艺受力及伸长量验算4.1承台钢绞线对拉受力验算（依据《路桥施工计算手册》）：拉杆采用φ15.24钢绞线，拉杆横向间距为3.25m，纵向间距为0.75m,施工温度取25℃，混凝土浇筑速度保守取0.4m/h（根据实际经验，该种承台浇注时间为5小时左右）。对承台的竖直模板来说，新浇筑的混凝土的侧压力是它的主要荷载，当混凝土浇筑速度在6m/h以下时，作用于侧面模板的最大压力按以下公式计算：故有效压头高度为：作用于侧面模板的最大压力：则拉杆承受的拉力为：钢绞线的容许拉力为：，即混凝土施工荷载远远小于钢绞线极限抗拉力。4.2承台对拉钢绞线预张拉伸长量计算（依据《路桥施工计算手册》）：模板调整完毕后，首先用钢管撑将模板上口支撑，将锚具及夹片固定打紧后，通过套在通心螺丝螺杆上的螺母的旋转张拉钢绞线，使钢绞线产生50KN的张拉力，张拉力采用变形量控制。50KN的张拉力对应变形量计算如下：长边10.5m方向即17.39mm短边7.5m方向即12.42mm采用两端同时张拉的方法，长边方向每端张拉长度为8.7mm，短边方向每端张拉长度为6.2mm；为避免应力损失，在钢绞线拉紧（无悬垂）状态下每端的螺母在通心螺丝螺杆上旋进9mm(长边方向)/7mm（短边方向），使钢绞线产生不小于浇注时混凝土荷载和施工荷载的张拉力。此时，模板顶、中、底部每根钢绞线的张拉力50KN分别由模板顶内撑钢管、固定在钢筋骨架上的混凝土保护块、模板底限位钢筋来平衡。4.3内撑钢管平衡张拉力计算：内撑钢管长度为承台设计边长，内撑钢管放在骨架顶面，其自重由钢筋骨架承载，故受压和稳定性计算时不考虑自重。4.3.1钢管壁受压强度计算：由[N]1=f*A得取φ127×4.5mm型号的钢管支撑，截面积为1732mm²。满足要求。4.3.2钢管受压稳定性计算：取承台长边方向计算，[N]=查《钢结构设计规范》（GB500172003）附录C-1得：0.144则[N]=0.144×1732×215=53622.7N取φ127×4.5mm型号的钢管1根，支撑在每根对拉钢绞线对应的模板上口，容许应力为53.6KN，大于50KN，满足要求。4.4由以上计算可知：4.4.1钢绞线的对拉力远远大于新施工混凝土的侧压力及施工荷载；4.4.2对拉钢绞线的适量预张拉可以逐步并完全抵消浇注时产生的混凝土及施工荷载，保证浇注过程中模板位置的零变形；4.4.3浇筑前对拉钢绞线的张拉力利用内撑钢管、模板底限位钢筋来平衡，浇注过程中，混凝土侧应力及施工荷载逐渐增大，钢管内撑和模板底限位钢筋力逐渐减小，而模板始终处于受力平衡状态。浇注过程中受力变化详见下图：浇注过程中模板受力变化示意图底部限位钢筋采用16圆钢，打进垫层10cm，露出5cm，间距1.5m。限位钢筋与模板间用高强度混凝土垫块支垫，避免漏筋。限位钢筋受力在此不再计算，一般均能满足固定模板的作用，可根据经验设置。钢绞线对拉工艺施工工艺流程5.1钢筋骨架验收后模板吊装钢筋骨架绑扎完毕，骨架周围按设计要求均匀设置高强预制垫块，密度保证大于每平方米4个。然后用吊车吊装承台模板。模板整体初步稳固时采用绷线法将模板边口调直，消除错台，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模板底部采用限位钢筋支撑和钢绞线对拉的平衡体系来固定；5.2.2模板顶部采用钢管支撑和钢绞线对拉的平衡体系来固定；5.2.3为防止夹片、锚具系统损坏，外部采用方木支顶，以防模板向外变形。5.2.4模板中部，钢筋骨架上均布的高强混凝土垫块可以抵抗模板中间对拉钢绞线的对拉力。5.2.5钢绞线穿束、固定钢绞线分上、中、下3层布置，横向间距为3.25m，竖向间距0.75m。穿拉钢绞线前首先将PVC管准确接通对应的对拉孔并固定，PVC管保持水平顺直，接口处包缠多层塑料胶带以保证接口牢固和密封，如果PVC管太长，可加设多道铁丝将其悬挂固定于承台骨架顶面上。PVC管道固定完毕后，将钢绞线缓速的穿入PVC管，钢绞线穿束过程中需要工人在行进端部进行方向引导并分担PVC管的压力，钢绞线穿入完毕后，两端等长外露，然后依次将垫块、通心螺丝螺杆和螺母、锚具和夹片安装到钢绞线两端，并将夹片打进固定。5.2.6钢绞线预张拉首先将内撑钢管合理就位，然后调节通心螺杆和螺母，采用伸长量控制对钢绞线提供不小于混凝土侧应力和施工应力的张拉力，顶层钢绞线张拉力由内撑钢管的支撑力来平衡，中层钢绞线张拉力由钢筋骨架上的高强混凝土的支撑力来平衡，底层钢绞线张拉力由限位钢筋的支撑力来平衡。5.2.7模板上外部支护方木模板按承台尺寸固定好后，承台模板外侧加设方木支顶模板，给模板的稳固再上一道保险，确保拆模后承台尺寸。5.3墩身预埋钢筋、预埋件的施工墩身预埋钢筋的绑扎在模板立设并固定完毕后进行，根据测量放样精确控制平面位置，并反过来校验模板位置，墩身钢筋底部设置一层钢筋网，采用与承台钢筋焊接，与桩头钢筋固定，形成一个整体骨架以防施工时移位。承台中其他预埋件，测温线、沉降观测标准确放入并固定后，报验监理工程师检查。钢绞线对拉工艺施工方法小结本作业区的193个承台全部采用这种工艺施工。实践证明，钢绞线对拉施工工艺不仅具有抗拉强度高的优点；而且通过对钢绞线预张拉可以避免承台模板在浇筑时受混凝土侧应力和施工荷载作用下产生变形，确保承台尺寸；特别是在大体积混凝土构造物施工中和受地形限制基坑不能正常放坡时，钢绞线具有的柔韧优势凸现，杜绝了高强对拉杆经常遗留在构造物中的弊病。我作业区所施工的承台由