超大跨径预制箱梁预应力施工技术要点研究

代亚杰

（甘肃省平凉市新世纪建筑工程有限责任公司，甘肃 平凉 744000）

1 项目背景

平凉中心城区丰收路泾河大桥起点接丰收路与泾河南路（泾河风情大道）交叉处，向北跨越泾河后，终点位于泾河北岸，与泾河北路相接。桥梁全长151.2m。设计时速30km/h，桥梁宽度20m。桥梁采用径向布孔，墩台径向布置。上部结构为50m 跨径装配式预应力混凝土连续箱梁，上部结构体系为先简支后连续的结构，采用直线布梁，桥梁分为3 跨，共18 片箱梁。当混凝土强度达到设计强度的90%以后进行张拉。预应力筋采用钢绞线束制作而成，采用两端张拉工艺，张拉方式采用双控方式（即：伸长值控制和应力控制）。

2 张拉准备

2.1 张拉施工的材料以及设备

2.1.1 预应力筋。预应力筋采用高强度低松弛率钢绞线，公称直径Φ=15.24mm，截面积Ap=140mm2，钢绞线抗拉强度fpk=1860MPa，弹性模量EP=1.95×105MPa。钢绞线采用切割机冷切，人工编束及穿束，穿束结束后应能使钢绞线束在预应力孔道内自由滑动，且不刺破金属管道。钢绞线下料长度可按下式计算：

式中，L 代表钢绞线下料长度（m）；L0代表孔道长度（m）；L1代表工作锚长度（m）；L2代表千斤顶长度（m），L3代表工具锚长度（m）；L4代表预留长度（m）。

张拉作业开始前，首先要确定材料使用计划，本桥由于用量较小，可按实际用量一次性采购。钢绞线进场后应按有关规定进行外观检验和力学性能抽样检测[1]，不满足要求的一律不得使用。钢绞线应存放于干燥、通风的仓库，存放时应采取下垫上盖的措施，防止受潮、受污，并由专人看管。

2.1.2 张拉设备。智能张拉设备及配套的千斤顶、油表等在进场都都应送至具备相关资质的单位标定，标定后方可投入现场施工。当使用次数或使用时间超过规范要求、长期放置不用、张拉出现异常时应再次标定。

2.1.3 锚、夹具。锚、夹具主要有工作锚、工具锚等。其中工具锚可重复使用。但应根据现场实际情况，分批购买。对购买进场的每一批锚、夹具都应经检查合格。检查项目除外观质量外，还应对其硬度及静载锚固性能进行检测。只有当所有项目均合格后方可用于现场施工。锚、夹具应存放于干燥、清洁的仓库，由专人看管。

2.1.4 预应力孔道。预应力孔道可采用预埋符合要求的塑料波纹管，其壁厚、横截面积及有关力学性能[2]应满足设计及规范要求。进场后应根据规定的频率和检验项目进行抽检。对于不符合要求的波纹管，一律不得使用。

2.2 技术准备

在张拉作业之前必须对千斤顶、油表及油泵等设备进行标定。通过标定以确定设备的线性回归方程，通过标定机构给出的线性回归方程可进行理论伸长值等的计算。张拉控制应力可按下式计算：

式中，P 代表单根钢绞线张拉力（kN）；fpk代表钢绞线强度标准值，取值1860MPa。经过计算，单根钢绞线张拉力为195.3kN。

3 预应力施工技术要点

张拉及压浆施工对于后张法预应力预制箱梁来说尤为重要，预应力施工质量的好坏，往往能决定该片预制箱梁的使用寿命。由此可见，预应力施工对于预制箱梁来说是一道特别重要的工序。在预应力施工时，必须严格按照设计及有关规定的规定执行，后张法预应力施工工艺流程图如图1 所示。

图1 后张法预应力施工工艺流程图

3.1 预应力钢绞线理论伸长值计算

钢绞线理论伸长值采用有效应力计算，计算原理如下：钢束按曲线变化段计算特征值，即区段长度和曲线夹角，分别计算出张拉截面至计算截面的有效应力，然后按两计算截面的有效应力取平均值，计算伸长值，最后将两段伸长值累加即为钢束的总伸长值。钢绞线理论伸长值可按下式计算：

式中，P 代表单根钢绞线的平均张拉力（kN）；θ 代表张拉端至孔道切线的夹角和（rad）；x 代表分段钢绞线长（mm）；k 代表管道偏差系数，取0.0015（1/m）；μ 代表摩擦系数，取0.23。将中跨预制箱梁N1孔的各项数据代入（3）式和（4）式可分别求得预制箱梁腹板纵向预应力筋及竖向预应力筋的理论伸长值[3]。中跨预制箱梁纵向N1孔预应力筋理论伸长值计算如表1 所示。

表1 N1 孔张拉理论伸长值

3.2 预应力管道安装及保护

预应力孔道采用波纹管成孔，波纹管按17.1m 一节加工，连接用大一号波纹管连接。波纹管采用定位钢筋每1m 一道（在直线段）或50cm 一道（在曲线段）按照预应力筋设计坐标严格定位，安装完毕后，对波纹管进行全面检查，对于波纹管接头等处用透明宽胶带对其进行密封。波纹管安装完成后应重点对下列部位检查：a.接头处的密封程度是否可靠；b. 孔道的曲线部分顺滑程度是否合理；c.渐变处等关键部位的位置是否精准、定位筋是否安装牢固。封头模板安装就位后，在浇筑混凝土前应及时穿入比波纹管内径小1cm 的塑料软管。在砼浇筑过程中经常来回抽动塑料软管，以防止波纹管挤压变形。

3.3 千斤顶、钢绞线束及锚夹具等的安装

安装张拉装置时，应确保锚垫板与钢绞线束垂直，螺旋钢筋与锚垫板贴紧，千斤顶、钢绞线束等的中心线应处于同一轴线上，工作锚、工作夹片应安装牢固，张拉系统各部位应连接紧密。张拉装置安装示意图如图2 所示。

图2 张拉系统安装示意图

3.4 预应力张拉施工

3.4.1 张拉准备。根据设计要求，当预制箱梁养护龄期达到7 天，且混凝土强度达到设计强度的90%以上时才能进行张拉施工。正式张拉之前，首先应确保下列工作已经完成：a.张拉作业人员已经接受安全教育、接受安全技术交底，作业人员已经掌握张拉施工需要的全部安全和技术要点；b.工作锚、工具锚等已安装准确且牢固；c.张拉施工现场已经设置相应的操作规程及安全防护设施；d.张拉设备已经标定。

3.4.2 张拉施工。a.安装千斤顶：将工作锚、工作夹片、限位板、千斤顶、工具锚按先后顺序依次穿入钢绞线。应注意应将工作夹片用小锤配合套管敲紧。然后再次调整千斤顶以及锚垫板等位置，确保安装位置准确，保证千斤顶、锚具、孔道处于同一轴线上，轴线与锚垫板保持垂直[4]。b.通过标定证书上的线性回归方程，计算出各张拉阶段油表的理论读数，用以检验是否完整可靠。启动智能张拉机，输入张拉相关参数，开始进行张拉作业。张拉过程中，预制箱梁两端的张拉力必须保持一致，两端的张拉力差值不得超过±5%。张拉程序为：0→初应力→1.03σcon（锚固）。应缓慢增加张拉力，其速率应小于30MPa/min，发现异常时，必须停止张拉，并查找原因，排除故障后方可继续。c.张拉结束后，应立即进行锚固，当发现锚下预应力损失过大时，应进行补张拉。

3.5 管道压浆

根据目前的研究成果，效果较好的压浆方式为真空辅助压浆[5]。压浆作业一般在张拉完成后48h内进行，超过48h 时，必须采取相关措施，防止水蒸气进入孔道，导致钢绞线束加快锈蚀。压浆完成后，应确保浆液充满预应力孔道内，无残留空气，否则还应继续压浆。具体判断方法为：预制箱梁排气孔排出规定稠度的水泥浆液为止。压浆时，应使压力始终保持在5～7kPa 之间，压浆作业时，应保持180～300s 压力不小于500kPa 的稳压期，以确保压浆饱满。水泥浆液的配合比应根据孔道、压浆方法、压浆材料等多种因素综合确定，并应经配合比试验验证，浆液中氯离子含量不得超过0.06%，可根据需要，经试验确定后，掺入少许膨胀剂。真空辅助压浆施工示意图如图3 所示。

图3 真空压浆端工作程序图

4 预应力施工质量检验

预制箱梁张拉、压浆及养护完成后，可按照表2 对预应力施工质量的进行检验。

表2 后张法允许偏差

5 结论

预制箱梁预应力施工是预制过程中的重中之重，其施工质量的好坏，在很大程度上决定了预制箱梁的成败，在这种现象超大跨径预制箱梁的更为明显。只有在各个环节都进行良好的把控，才能真正意义上做好预应力施工。因此，在预应力施工中，预应力筋的理论伸长值计算是作为每一个管理者必备的技能，只有正确计算出预应力筋的理论伸长值才能更好的对预应力张拉进行控制，否则容易出现张拉力不足或者超张拉导致预应力筋出现大面积断丝滑丝。