关于后张法预应力箱梁施工技术的探析

董勇

摘 要：本文基于笔者专业知识的应用与实践经验的总结，以实际工程案例为依托，就桥梁工程后张法预应力箱梁施工技术进行简要分析，旨在规范施工工艺，提升施工质量，具有一定的参考性，以期在本行业间形成技术交流。

关键词：箱梁施工；预应力施工；后张法

1 预应力箱梁的结构特点

1.1 抗裂性好、刚度大

施加预应力后，可对梁体裂缝的出现实现有效抑制。由于预应力可对部分外载的作用力起到抵消作用，因此对梁体裂缝的出现可实现推迟甚至消除，进而使梁体的刚度与抗裂性因结构整体性的良好保障而得到提升。

1.2 稳定性、耐久性好

梁体在施加预应力后，可对构件在使用过程中因外载作用而产生的挠度实现有效降低，特别是在梁体长细比较大，易因外载作用产生弯曲的情况下，预应力的存在可使构件事先形成一定的预拱，进而使其在使用过程中减小荷载作用产生的挠度，以此防止梁体因变形过大发生失稳而造成破坏现象。

1.3 省材料、自重轻

一般情况下，预应力箱梁采用高强度混凝土与钢材，以此可因构件截面尺寸的减小与材料的节省而减轻自重。实践证明，与普通钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件可节省钢材30～50%，自重减小约30%，特别是对大跨度重荷载结构而言，其经济性表现更为明显。

2 后张法预应力箱梁施工技术

2.1 工程简介

某在建桥梁位于河南省某市，图纸设计为6跨连续结构，单跨径30m，橋梁总长与总宽分别为187.4m与42.0m，梁体设计混凝土为C50，采用30m预应力箱梁，梁高1.6m，预应力施加采用后张法对称施工。本工程采用ΦS15.2低松弛钢绞线（fptk=1860N/mm2）作为预应力张拉钢筋，其他普通钢筋等级主要为HRB400E，预应力管道成孔采用塑料波纹管方式。

2.2 工艺流程

底模清理、涂油→普通钢筋安装→塑料波纹管预埋→钢绞线穿束→模板安装→混凝土浇筑、养护→预应力张拉→孔道压浆→移梁存放→封锚。

2.3 施工要点

2.3.1 波纹管预埋

本工程所用塑料波纹管经竖向承压与水密性试验后无变形与渗漏现象，各项指标均满足规范要求，其安装过程以以下6点为重点控制：①技术人员应事先根据设计图纸准确确定出管道平面、竖向位置及曲线变化点，并经检查无误后方可安装波纹管；②波纹管采用φ10“井”字型圆钢定位准确并固定牢固，定位筋间距直线段以100cm控制，曲线段以50cm控制；③对于波纹管的连接，其接头应采用同材质大一型号的短波纹管（具体长度为3.5D），并用胶带缠裹密封管道接口，以防浇筑混凝土过程中因管道漏浆而出现堵管现象；④波纹管安装应严格杜绝管道弯折与移位现象，按设计图纸准确定位并确保管道顺畅；⑤普通钢筋焊接过程中，应注意避免触碰波纹管，以防造成管道损伤，并在普通钢筋安装完成后仔细检查管道，如有管壁破损现象，应立即采用胶带缠裹密封，以防进浆堵管；⑥安装过程中如遇波纹管与普通钢筋发生位置冲突现象，应在确保管道位置准确的情况下对普通钢筋位置进行适当调整。

2.3.2 钢绞线穿束

钢绞线穿束前，其下料长度L应按下式控制，同时以设计图纸为依据对其进行编号，完成后方可进行穿束作业。

L=1+2（[l1]+[l2]+[+l3]+[l4]+[l5]）

式中：[l]为孔道净长；[l1]为锚具高度；[l2]为张拉限位板高度；[l3为张拉千斤顶高度；l4]为工具锚板高度；[l5]为长度富余量，一般取值10cm。

为防止钢绞线穿束过程中发生扭曲，应每隔1.5m采用铁丝对其进行绑扎，并在穿束时采用透明胶带对其穿束端顶部进行缠绕覆盖，以防来回反复拉扯过程中对波纹管造成损害，进而影响其通畅性，同时还可达到操作过程中降低阻力的目的，使穿束作业更加顺畅。波纹管应保持内部清洁干净，以此加强其与水泥浆液的粘合性，同时降低孔道壁对钢绞线的摩擦力，使预应力发挥作用最大化。除此之外，钢绞线搬运与存放过程中需注意避免对其造成污染、损坏以及锈蚀现象。

2.3.3 混凝土浇筑

本工程采用自拌自密实混凝土，选用中砂与粒径为0.5cm～3cm的碎石作为集料，同时掺入10%U型膨胀剂与适量泵送剂，具体施工配合比由搅拌站实验室通过多次试配确定，且混合料搅拌时间不宜小于2min，以此确保混凝土强度满足设计要求。每立方混凝土（配合比）中各材料用量为：水泥340kg；水185kg；砂830kg；石870Kg；AE减水剂14.1kg；粉煤灰160kg；UEA膨胀剂34kg。

混凝土浇筑采用泵送方式，其过程应连续无间断，每层下料厚度不大于50cm，并按底板→腹板→顶板控制浇筑顺序。浇筑过程派专人值守，做到振捣密实无空鼓现象，同时保护好张拉盒、管道与排气孔等预埋件，特别注意避免振捣帮直接碰触波纹管，以免其发生变形、移位甚至破损，同时为防止出现蜂窝麻面现象，对于钢筋密集部位应采用小直径振捣帮进行振捣。在梁体混凝土终凝前，应每隔0.5h对已浇筑部位利用手动葫芦对钢绞线来回抽动一次，以防漏浆凝固影响张拉。

2.3.4 预应力张拉

依据设计要求，预应力张拉需待混凝土强度达到85%且龄期不小于7d时方可实施。

（1）采用两台YCW型150T千斤顶及ZB4—500型高压油泵实施预应力张拉，张拉设备在经标定后方可使用，同时结合标定报告将张拉力所对应的油表读数利用内插法计算而出，以此作为张拉过程的控制指标之一；

（2）张拉控制应力取值σcon=1395N/mm2（即75%σcon）；

（3）张拉方程：0→0.1σcon→1.0σcon（持荷2min）→锚固；

注：基于后期预应力损失的考虑，通常会进行不超过1.03δcon的超张拉。

（4）张拉次序：按设计次序两边同时对称张拉。当设计未指定张拉次序时，可按均匀对称、偏心荷载小的原则确定，具体可按下列方式实施：①为了避免混凝土产生应力过大，应对靠近截面形心轴的钢束先张拉，同时以作业效率为依据而定；②由上至下对锚固在梁端的钢束进行张拉，并从梁端顺次张拉锚固在顶板的钢束；③当梁端为双排预应力钢束时，在一侧张拉完成后应立即张拉另一侧，以防梁体产生较大的偏心荷载；④当梁端为三排预应力钢束时，最好完全张拉中间一排的钢束后再左右交替张拉；⑤箱型截面也可同理确定张拉次序，但应注意横向偏心荷载不能过大，因此张拉次序需根据千斤顶数量确定。

张拉完成后检查梁体有无裂缝发生（尤其以梁端为重点控制），同时在锚固完成后控制预应力筋外露长度宜于15mm～30mm内。如若锚具长期处于外露状态，为防止其发生腐蚀，应采用防锈漆涂刷或混凝土封裹。

2.3.5 孔道压浆

为防止钢绞线因锈蚀影响其耐久性，孔道压浆应在张拉完成后48h内进行。压浆液要求具有较小的泌水性、干缩性和较好的流动性，根据设计要求，本工程灰浆强度等级为M20，水泥采用42.5（R）普通硅酸盐水泥，掺加0.3%减水剂，同时控制灰浆水胶比于0.40～0.45，并且搅拌3h后不宜超过2%的泌水率（最大不得超过3%）。压浆过程应均匀、缓慢、连续，采用活塞式压浆泵实施压浆，为保证压浆饱满，应控制最大岩浆压力宜于0.5～0.7MP对较长孔道，最大压力宜控制位1.0MP。每一工作班压浆过程应制取不少于3组的立方体（规格70.7×70.7×70.7mm）试块，并于标养条件下养护28d后对其抗压强度进行检测，以此作为水泥浆液质量的评定依据

3 后张法预应力张拉质量控制措施

3.1 预应力损失控制

基于施工因素、材料性能以及环境条件影响的分析，预应力钢绞线中的初始预应力在制作、运输、安装以及使用过程中处于不断降低状态。实际损失值大于或小于计算值，对结构的承载能力影响较小，但会影响到使用荷载下的性能（如变形、反拱、开裂荷载）和构件之间的连接。对于预应力损失的控制，在使用荷载下过高或过低估计均是不利的。

（1）减少摩擦损失的措施：①两端同时张拉；②适当超张拉。

（2）减少锚具损失的措施：采用合格锚具的同时尽量减少所用垫板的数量。因为在锚具处每增加一块垫板，锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值就得增加约1mm。

（3）减少温度损失的措施：采用两次升温蒸养。混凝土常温养护至C7.5～C10强度等级时将养护温度逐渐升高，此时可将梁体内混凝土与钢筋认为已结硬成整体并可同时涨缩，该项损失则可不予以考虑。对于在钢模上采用先张法施加预应力的箱梁而言，由于其养护过程采用蒸汽法将梁体混凝土与钢模一起养护，因此可不予以考虑预应力温差损失。

（4）减少松弛损失的措施：以施工规范为依据适当超张拉。

（5）减少收缩和徐变损失的主要措施：①通过高等级水泥的运用降低水泥用量，减小混凝土水胶比，降低其徐变量与收缩量；②混凝土振捣密实，加强养护。需要注意的是，应严格控制混凝土预压应力不大于预应力施加时混凝土立方强度的50%。

3.2 张拉伸长值计算与校核

一般情况下，预应力箱梁在张拉预应力筋过程中采用张拉应力为主、伸长值校核为辅的双控原则。

（1）预应力筋张拉伸长值计算 。如下式所示，预应力筋张拉过程中理论伸长值ΔL计算依据为：

[ΔL=Pp·LAp·Ep]

式中：L为预应力筋长度，mm；Ap为预应力筋截面面积，mm2；Ep为预应力筋弹性模量，N/mm2；PP为预应力筋平均张拉力（N），其中直线筋取张拉断张拉力，曲线筋按式Pp=P（1-e-kx-μθ）/（kx+μθ）计算，P为预应力筋张拉端的张拉力，N；X为从张拉端至计算截面的孔道长度，m；θ为从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）；K为孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；μ为预应力筋与孔道壁的摩擦系数。

（2）为充分了解所建预应力值的可靠性，便于张拉过程中及时调整并补足预应力值，则需检验和测定所张拉预应力筋的应力大小及其损失。对于预应力损失的检验与测定，最为简便的方法是在张拉完成24h后（适用于后张法）重复张拉一此，此时所测前后两次的应力值之差即为预应力损失。

根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）规定：当采用应力控制方法张拉时，如果实际伸长值超出设计计算理论伸长值的±6%，则应暂停张拉，在采取措施后方可继续张拉。伸长值校核應在张拉过程中同步校核，构件张拉完毕后，应检查端部和其他部位有无裂缝发生。

为保证施工安全与施工质量，本工程张拉中采用双指标控制，即张拉时除控制张拉力外，同时按分级方法分别在应力达到10%σcon、30%σcon、50%σcon、90%σcon、100%σcon分别测量其伸长值（即为张拉质量双指标控制）并作好现场记录，及时核对实际伸长值，当误差超过±6%的范围应停止张拉，找出原因并采取措施后方可继续张拉，并绘制好张拉控制管理图。

4 结语

基于以上论述，后张法预应力箱梁施工技术的研究为一项精细而复杂的任务，该技术施工质量的保证属于全过程动态控制，只有做好每道工序的控制，方能实现预应力梁体整体质量的提升。

参考文献：

[1] JTGTF 50-2011.公路桥涵施工技术规范[S].

[2] 孙金更.预应力混凝土后张梁张拉施工质量问题及控制措施[J].铁道建筑，2015（6）.