市域铁路预应力简支箱梁张拉施工控制

许长建

（温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司，浙江 温州325000）

1 工程概况

某市域铁路工程施工路段，地面线长1.726 km，高架线长16.254 km，桥梁比重90.4%。此工程需新建2 个高架车站，利用混凝土预制箱梁制成车站轨道梁，简支于车站主体盖梁结构上，其中间箱梁的施工需要架桥机的配合，利用吊车对边侧箱梁施工。对此，使用支架现浇的施工方法，可以对车站区间板梁进行施工。因为A、B 轴中间存在某高速下穿匝道，为了让后续顺利行车，需要先搭建现浇门洞支架。

2 箱梁设计

对市域铁路预应力简支箱梁进行设计时，要求跨度、长度分别在32 m、36 m，梁高大约在截面中心线以上3 m 左右，在支点截面中心线处的梁高要维持在3.1 m。梁体截面主要用的是单室单箱简支箱梁，并适当加厚底板、梁段顶板以及腹板部分的内侧。在不考虑自身重量的前提下，张拉完成后，箱梁梁体上拱度大约为14 mm。

3 设备选择

张拉设备有智能和手动2 种可供选择。智能张拉设备使用的千斤顶有内卡和外卡2 种类型。在使用智能张拉设备时，可在智能张拉控制系统内输入相关数据，一边对信号进行联动，一边对千斤顶进行管控[1]。在智能张拉应力没达到90%前，千斤顶两边伸长量的值一致；此后，由于受到应力的控制，因而对伸长量的控制也更加精准，实现了千斤顶两边伸长量的值一直保持相同。

对于千斤顶来说，由于内卡式的千斤顶的顶芯处存在工具锚，并不需要钢绞线。但安装此类千斤顶时比较烦琐，所以应注意把控安装细节。在外卡式千斤顶中，工具锚会被设置在顶端处，此时要对孔则方便很多。但与内卡式千斤顶所需锚线相比，其所需的锚线长度大约多出2 倍。所以，为降低成本和减少不必要的损耗，需要在合理考虑多方面因素后，再对智能张拉设备进行选择。

利用手动张拉设备时，需要利用到老式油泵，在人工操控下较难准确把握张拉应力，所以两边的预应力很难保持相同。本工程使用的是智能型外卡式千斤顶张拉设备。具体施工有以下4 个要点：

1）为保证本工程预应力张拉施工质量，应检验张拉机具并对其校正。

2）取压力环校正千斤顶，确保压力环的读数精度为±0.3%。

3）压力表盘直径≥150 mm，压力表的最大量程为工作压力的2 倍；被量测的压力荷载应控制在压力表总容量的1/4～3/4 内。

4）油压表与千斤顶配套校验、配套使用。

4 预应力混凝土简支梁张拉施工核心要点

在预应力张拉过程中，首先要遵守同步且左右对称的原则，严格按照设计标准张拉。

当对预应力钢束进行张拉时，所用方法为应力和应变同时控制，且应力在张拉施工的作用下进行控制：（1）开始前，先对锚固以及张拉进行测试；（2）为了使张拉达到更好的效果，需要测量喇叭口摩阻和管道摩阻；（3）计算瞬时损失。

4.1 预应力材料选取

用于此工程的钢绞线必须通过检验且达到合格标准，钢绞线表面可存在轻微的浮锈，但不能出现其他油污问题。此外，钢绞线不能有划痕、直径偏差。相关的施工注意以下2 个要点。

1）提前检查夹具、锚具的尺寸、硬度，以满足工程要求。如果第一次检查存在不合格的情况，必须准备第二次检查，且检查数量是原来的2 倍。

2）为避免锚具、预应力钢绞线等出现腐蚀，将其放置在干燥的地方。对于张拉机具需要每个月进行一次检查、校验。

4.2 核对伸长值

对钢绞线进行张拉后，需要将钢绞线自身实际的伸长量以及设计伸长量进行对比，伸长时误差在±6%内才符合要求。在施工中，需要对下列多项内容进行测定：（1）工具锚至工作锚之间钢绞线的弹性回缩值；（2）千斤顶油缸行程以及工具夹片回缩值和夹片回缩时钢绞线的回缩值等。值得注意的是，上述数据的测量不包括在外力作用下伸长量的变化。

在完成张拉施工后，可使用式（1）计算实际伸长值：

式中，L 为实际伸长值；L3-L1为初始伸长值；L1-L3为工具夹片产生的回缩值；L3-L4为钢绞线的弹性回缩值。

4.3 管理张拉过程注意的事项

1）锚板和千斤顶的中心要重叠、紧密接触。

2）对纵向预应力钢筋张拉时，张拉千斤顶运行的同时采用对称张拉方法。

3）在钢束根数和锚具的作用下，将钢绞线穿过千斤顶的中心。

4）在张拉和退锚过程中，人需要在张拉区域后部，防止弹出夹片或锚具伤人。

4.4 测量起拱度

张拉好梁体钢绞线后，为让张拉效果达到最佳，需要进一步检测梁体的起拱度。正式施工前，为精准测量后标高，将监测点设置在梁体的纵向位置。等施工完成后即可检测实际标高，通过标高的差计算出梁体的具体起拱度。通常情况下，起拱度为14 mm 时说明合格。但是，当起拱度远远小于或大于14 mm 时，则说明不符合要求，需要再次测量。

4.5 标定油表

在张拉梁箱的过程中，所用到的相关设备（如油表仪器）的精密性都会比较高。因此，为了提升施工效果，需要提前检查仪表的有关数据和质量。在该过程中，油表必须具备及时反映张拉力大小的能力，如果张拉中油表不能正常工作，那么就无法明确钢绞线自身承受的千斤顶的应力值，最终会导致无法准确掌握钢绞线的伸长量。

在钢绞线张拉施工过程中，油表的读数能精确反映张拉力的大小。但需注意在核对时要以预应力钢绞线的伸长值为依托。因为如果油表失去效力，应力也会随之下降，而这种情况下只能通过钢绞线的伸长值来反映应力。所以，为避免油表不发挥效用，需提前安排技术人员进行监督，从而使梁体预应力更加准确。

4.6 管控钢绞线回缩

完成钢绞线的张拉后，可随即针对孔道注浆。关于此，可利用标记的方式计算注浆之前钢绞线的回缩值。一般来说，24 h 以内钢绞线会回缩7 mm、48 h 以内钢绞线会回缩11 mm。

在完成钢绞线施工后，要切除掉封堵锚头和剩余钢绞线。另外，在注浆过程中，为了控制钢绞线回缩超标，整个时间约持续48 h。

5 控制箱梁后期徐变上拱的施工措施

5.1 影响徐变的主要因素

由于预应力偏心受压会长时间影响铁路预应力混凝土支箱梁截面，且该过程中下缘的预应力较大，而上缘预应力一般为零。此时，由于上缘拉应力很小，因此，不久后就难免会发生塑性变形。当下缘混凝土逐渐被压缩时，上缘预应力便会减小，此时上缘混凝土会不断伸长，而下缘预应力随之缩小，最终形成徐变上拱。出现上拱之后，轨面自身便会变得不再平整，进而导致行车安全性的降低。

在实际操作过程中，相较于平均徐变高度，梁体徐变高了大约6 cm，易导致部分营运路线的火车行驶缓慢。所以，当徐变上拱严重时，会对铁路的安全运行产生消极影响。经过相关试验，影响徐变上拱的因素具体包括以下3 项内容：

1）水灰比和水泥用量。在水灰比不变的情况下增大水泥量，徐变增加；而水泥量不变，提升水灰比时徐变也会增加。

2）骨料的力学性能。骨料可以限制徐变，石灰岩、石英岩、砾石、花岗岩及砂岩对徐变的影响逐渐增大。

3）施加预应力时梁体的弹性模量。施加预应力时梁体的弹性上拱量直接影响徐变上拱的大小。对此，需先检验混凝土弹性模量，再施加预应力。

5.2 控制箱梁后期徐变上拱的具体措施

1）当符合高性能混凝土强度和易性条件时，为了让混凝土发挥耐久性，降低水泥量、水灰比，水泥采用0.6%的低碱水泥。

2）混凝土骨料所选的岩石需符合弹性模量高的特征，且母岩的抗压强度为混凝土C50 的2 倍。先检验骨料的碱活性，该过程不能使用会产生碱-碳酸盐反应，或膨胀率大于0.2%的碱-硅酸盐反应的这2 种活性骨料。

3）利用自动化温控系统控制蒸汽养护，且遵守“静停、升温、恒温、降温”的要求，采用温差裂纹控制措施，具体内容包括：（1）为全面且准确地测温，将6 个测温点布在内外侧、3 个测温点设置在内箱、2 个测温点设置在通风孔，以期如实反映梁体各部温度；（2）为科学进行养生，利用电磁阀、计算机控制并记录养护温度；（3）利用鼓风机、引风机加快梁体内部的降温，让梁内箱、孔道的温度下降，降低梁体各部温差。

4）当施加预应力于梁体前，对预张拉、初张拉、终张拉进行2 个操作：（1）检查混凝土的强度、弹性模量，符合要求后才能张拉；（2）施工中不能发生超张拉，且需要对伸长量及油表读数进行双控。

5）为了减少管道摩阻以及管道偏差系数需要采取2 个措施：（1）在早期，测量锚口及喇叭口损失、管道摩阻系数、管道偏差系数后，得到其值分别为4.8%、0.6239、0.0018，其均高于标准值；（2）要改进预应力定位网片工艺，并改造钢筋笼的吊装，以及避免在振捣混凝土时碰撞管道橡胶棒，并让底腹板钢筋骨架避免发生变形，从而保证预应力定位网不会出现偏移，并等吊装底腹板钢筋之后再调整定位网，以更好地确保线形平顺，符合设计的预应力管道坐标的偏差限值。

6）在满足工期及设计规范的前提下，尽量推迟终张拉时间，若30 d 上拱度超限时采取吊装或者加载预压措施进行控制，同时适当延长施加二期恒载的时间间隔。

6 结语

箱梁张拉施工是铁路工程简支箱梁施工的核心环节，箱梁张拉施工的质量会在很大程度上影响整个工程的施工质量。论文对箱梁张拉施工的控制进行分析，张拉过程无滑丝断丝现象，混凝土质量良好，锚垫板无破碎现象，箱梁的预拱度控制良好，不仅对今后制定技术规范、施工指南有较大借鉴意义，而且对今后市域铁路预制箱梁施工提供了重要参考。