现浇连续梁超长预应力穿束及张拉控制

颜士传(湖南省第五工程有限公司，湖南 株洲 412000)

1 前 言

随着预应力技术的发展和施工工艺的日益成熟,长于100m的长钢铰线预应力束已在公路、铁路桥梁中应用。本文介绍的某大桥就是采用长钢铰线，该桥为三联多跨度预应力连续箱梁，桥梁全长为217m,跨径布置为2m×25m（等截面预应力混凝土连续箱梁）+30m+50m+30m(变截面预应力混凝土连续箱梁)+2m×25m（等截面预应力混凝土连续箱梁），钢铰线预应力总束数为48根，其中第二联为两端张拉的钢束长达120 m；第一、三联为一端固定单端张拉，单端张拉的钢束长达51m。现总结如下，供大家在类似工程施工中参考。

2 超长预应力施工遇到的问题

1）预应力穿束常规采用梳编穿束，但由于连续箱梁一般单束股数较多，长度超过100m时，钢束自重大，与管道摩阻力增加，此法对施工机具和场地要求较高；若采用先穿束法容易造成预应力管道破损，定位纠偏困难；采用后穿束法，预应力管道在混凝土浇筑过程中容易变形或堵塞，造成钢束无法顺利穿束，穿束容易卡管。

2.2 受连续箱梁结构特点影响，在某些情况下必须应用一端为预先固定锚具(如P型锚具、H型锚具或联接器等) , 在另一端进行单端张拉的预应力布索形式。但由于固定端空间受限，采用梳编牵引穿束难以实现。

2.3 预应力钢绞线束张拉时，为达到设计的预期有效应力值，都要求采用张拉力控制、伸长值校核的双控措施，当张拉力达到设计张拉力时，实际张拉伸长值的偏差应在±6%范围内，且每束钢绞线断丝或滑丝数控制为1丝、每一截面的断丝率不得大于该截面总钢丝数的1%。但在工程实践中,预应力施加时控张应力与伸长量双控却与规范规定的数据出入较大,在超长预应力施工过程中表现更为突出，仔细分析其原因,主要是实际孔道摩阻损失系数μ与规范给定的数据不相符；孔道越长定位精度难以控制，造成孔道偏差对摩擦的影响系数k偏差。

3 超长预应力穿束及张拉控制

为解决预应力长束穿束和张拉时容易遇到的问题，保证其张拉质量，经过张拉实践的摸索，采取了下面的超长预应力钢束穿束及张拉工艺。

3.1 穿束

1）采用先穿法进行穿束施工，即在钢筋绑扎完成，预应力波纹管道安装定位后，进行预应力钢绞线的穿束。

2）穿束前用球形保护套或“子弹头”套嵌在钢绞线端头，采用电动穿束机钢绞线从一端进线口插入，主动轮与双从动轮压住钢绞线向前移动沿导管穿入孔道，直到从孔道另一端穿出，达到张拉用尺寸截断。

3）在梁端设置临时锚固端梁，将已穿入的钢绞线用YDC240Q型千斤顶张拉至计算控制应力的0.1σk使钢绞线绷紧，以避免后续钢绞线穿入后缠绕或扭转。

4）采用与第一根钢绞线同样的穿束方法进行下一根钢绞线的穿束，直至该束钢绞线完成，解除临时锚固并采取措施保护穿入的钢绞线，避免混凝土浇筑过程中污染和损坏。

5）对波纹管道按要求设置排水孔、透气孔并进行密封，同时向管道内注入清水，一是为了检验管道的密封性，二是增加管道内压力避免混凝土浇筑过程中的管道变形。

6）梁体混凝土浇筑完成后，达到设计张拉要求，采用高压水冲洗预留管道，并通过排水孔排干管道内滞留水。

3.2 张拉

1）在现行桥梁规范中，对于一定的成孔材料其孔道摩阻系数m是一个定值，并不考虑预应力钢绞线的数量、张拉力的吨位、曲率半径的影响。但是实际上，当孔道曲率半径较小时，预应力钢绞线在同样的张拉控制力下，产生的径向作用很大，预应力钢绞线有陷入孔道内壁的趋势，将增大摩阻系数m。此外，随着预应力钢绞线根数的增加，沿小曲率半径布置的钢绞线受力不均匀，预应力钢绞线之间、钢绞线与孔道壁之间的摩阻也将有所不同，这些因素都将引起摩阻系数m的增大。所以张拉前，有必要通过试验测定出实际的预应力筋与孔道壁之间的磨擦系数m和孔道每束局部偏差对摩擦的影响系数K，并根据厂家提供的每卷号的钢绞线实际的弹性模量值和截面积(同时对比进场抽检的相应检测值)，对设计提供的理论计算伸长值进行修正，确定张拉控制应力P。

2）在正式张拉前，对钢束(此时未装工作锚夹片)采用YDC240Q型单根钢绞线张拉千斤顶对钢绞线束进行松动张拉，以验证钢绞线在孔道内是否平顺且可变形状态，保证每根钢绞线的受力均匀，然后采用与钢绞线颜色反差较大的颜料标注出一个断面，以校验量测的伸长值和判别是否出现滑丝现象。

3）张拉采用张拉力控制、伸长值校核的双控措施，根据张拉设备配套校验标定得出张拉力与油泵压力表读数之间的关系，通过油泵压力表读数控制钢绞线的张拉应力值。

4）采用二次张拉程序。由于超长预应力大量节段的存在，孔道在节段的分段处连接不平顺，加上孔道定位钢筋之间可能存在的蛇形变化与上浮，长钢束的张拉应力传递慢，稳压时间长达20 min乃至2h或更长时间，这一点很容易通过在梁体相应截面埋设的用于施工监控的应力应变计观测到。通过实际张拉摸索，我们改进了长钢束的张拉程序，即对长束采取二次张拉的程序。实际张拉按照如下步骤进行：

（1）第一次张拉程序：O→初应力σo(取0．3σk，下同)→持荷3～5 min→量测伸长值A0→张拉至设计张拉应力σk→持荷5～10 min→量测伸长值Al→回油卸荷锚固→量测伸长值A2。持荷时油泵要一直开机持荷，保持压力表读数稳定于张拉控制应力处。

（2）第二次张拉是在第一次张拉锚固一天后再进行。第二次张拉的程序为：(锚固一天后)0→初应力σo→持荷3～5 min→量测伸长值B0→张拉至设计张拉应力σk →持荷5～10 min→量测伸长值B1→回油卸荷锚固→量测伸长值B2。

钢束的实际伸长值为两次张拉的实测伸长值之和，一般第二次张拉的伸长值约为第一次张拉伸长值的4%～8%。通过二次张拉程序提高了长束张拉的预应力效果。

5）伸长值的量测与校核。钢束张拉时实际伸长值的量测以量测千斤顶张拉缸的外伸量来计算钢束的实际伸长值，量测及计算方法如下：第一次张拉程序，当千斤顶加油至初应力σo时，量测千斤顶张拉缸的外伸量A0及工具锚夹片的外露量CO，张拉到σk持荷5～10min后量测千斤顶张拉缸的外伸量A1及工具锚夹片的外露量C1，回油至0后量测千斤顶张拉缸的外伸量A2及工具锚夹片的外露量C2；第二次张拉程序，当千斤顶加油至初应力σo时，量测千斤顶张拉缸的外伸量以及工具锚夹片的外露量C0，张拉到σk持荷5～10 min后量测千斤顶张拉缸的外伸量B1及工具锚夹片的外露量C1，回油至0后量测千斤顶张拉缸的外伸量B2及工具锚夹片的外露量C2，则钢束第一次张拉的实际伸长值为ΔL1=(A1-A0-a-c)/0.7(式中a为工作锚至工具锚间钢绞线由ao=0.3σk加载到σk时的弹性伸长值，c为工具锚夹片从0.3σk至σk之问锲紧钢绞线而引起的回缩值，c=C1-CO，约2～3 mm，c值可从工具锚挡板外钢绞线的前后外露量得到校核)，钢束第二次张拉的实际伸长值为ΔL2=(B1-B0-a-c-d)/0.7(式中a与c的意义同上，d=(Al-A2-(C1-C2)-a)/0.7为第一次张拉锚固时钢绞线的回缩量)，将ΔLl与ΔL2相加δ=ΔLl+ΔL2，即为该长钢束张拉的实际伸长值。比较(δ-ΔL)/ΔL是否在±6%之间(式中ΔL为修正后的理论伸长值)，即可判断长钢束的实际伸长值是否满足质量要求，同时将ΔL与在钢绞线上作刻痕的标记相对于千斤顶的伸长值进行比较，判断伸长值的量测是否得当，从实践情况看，这两种读数方法能较好地吻合。

6）钢束滑丝的判断与处理。由上述可知，钢绞线束锚固时的回缩量 d=(Al-A2-(C1-C2)-a)/0.7，回缩量d值可由下式进行复核：限位板深度-工作锚夹片的外露量。查看测得的回缩量是否大于6mm，如大于6mm则说明钢绞线束出现了整体滑丝，应更换工具锚夹片或限位板，再对铡绞线束进行补张拉，如果回缩量比较大，很可能工作锚夹片的性能不合要求或受到了损伤，需对钢束作退锚处理，查明原因后装上新的工作锚夹片再重新张拉。而钢绞线束尾端标记的颜料断面是否仍为一个断面则是判断有无个别滑丝的标准，如断面出现了变化，则说明有个别钢绞线出现了滑丝现象，必须采用YDC240Q小型千斤项进行补张拉，或退锚处理后装上新的工作锚夹片重新张拉到位。

4 结 语

预应力施工特别是长钢束的预应力施工是一个系统工程，施工工艺是否合理，施工组织与管理水平是否先进，是有效预应力能否实现的关键，因此，必须树立起全过程控制、主动控制的观念，在整个预应力施工过程中，严格控制每一道工序的质量，以确保最终建立的有效预应力符合设计要求。

随着现代连续梁桥日益向大跨度化发展，预应力长束的设计和施工是其一大特色，也是一大难点。笔者认为在以后类似长钢束的预应力工程中，为了减少预应力的损失，使梁体最终有效预应力增大，以下几点可供参考和借鉴：

1)施工时长束的孔道摩阻损失通常大于采用规范推荐摩阻系数计算所得的值，最好选择有代表性的孔道进行K、m值实测，对钢束的设计张拉力、伸长值作适当的修正。

2)使用可能大一些直径的钢束孔道，或应用刚度大的制孔器，如高密度聚乙烯塑料波纹管。

3)整编穿束在直线或曲线较少的预应力中具有良好的效果，但是对于超长曲线预应力适用性较差，采用穿束机单根进行穿束，同时进行钢绞线松弛张拉并临时锚固。

[1] 《公路桥涵施工技术规范》（JTG_TF50-2011）北京 人民交通出版社 [S]