后张法预应力混凝土桥梁施工技术应用研究

文芳

（广东省基础工程集团有限公司，广州 510620）

1 引言

随着城镇化推进，公路和城市道路的建设里程不断增加。而桥梁作为公路和城市道路上的重要结构物，必须严格控制施工质量。预应力混凝土因具有良好的抗压强度和抗拉强度，在桥梁结构中得到了广泛应用。尤其是在大跨度桥梁中，混凝土施加预应力后能明显改善主梁受力性能，提高其整体稳定性。同时，后张法施工桥梁时所需的设备简单、工期短、经济效益好等[1]。因此，进一步研究后张法预应力混凝土桥梁的施工技术意义重大。

2 预应力混凝土基本理论

2.1 预应力混凝土应用必要性

普通混凝土的极限抗拉强度远小于钢筋，这就使得桥梁钢筋混凝土构件可能存在两个问题：一是在带裂缝工作状态下，受拉区混凝土材料强度会迅速下降；二是从保证桥梁结构耐久性的角度考虑，应严格限制裂缝宽度，此时钢筋难以充分发挥作用。尤其是在桥梁跨度或承担的荷载较大时，只能靠增大构件截面尺寸或增加钢筋用量来控制构件变形，经济性和美观性差[2]。

2.2 预应力混凝土作用原理

按预应力大小不同，国际预应力协会（FTP）将预应力混凝土划分成4 个等级，即Ⅰ级全预应力、Ⅱ级有限预应力、Ⅲ级部分预应力、Ⅳ级普通钢筋混凝土。工程师可根据桥梁结构的功能和所处环境，选择合理的预应力等级。桥梁结构在预压力作用下、荷载作用下、预压力与荷载共同作用下的受力模型如图1 所示。

图1 预应力混凝土桥梁构件受力

如果梁体没有施加预应力，仅在梁两端施加偏心压力N，会在梁下缘产生压应力；仅在梁上部施加外荷载，梁下缘会产生拉应力。如果梁体同时受到预应力和荷载的作用，则压应力和拉应力会叠加在一起。此时，梁下缘可能产生拉应力，也可能产生压应力[3]。

3 后张法预应力张拉前的准备工作

3.1 检查工作

3.1.1 构件检查

施加预应力之前，施工人员要检测混凝土构件的外观和尺寸，并确保张拉时构件的混凝土强度大于设计规定。如果设计文件没有明确混凝土张拉强度，应不小于设计强度的75%。设计未规定时，不应低于设计强度等级的75%。同时，在预应力筋穿束前要检查孔道，确保孔道位置与设计一直，孔道内无水分和杂物，并清除掉锚垫板上的焊渣、混凝土残渣。

3.1.2 模板和支架检查

桥梁混凝土构件施加预应力后一定会出现弹性变形，并引起挠曲，这要求模板和支架满足以下条件：（1）对轴向弹性收缩有约束作用的梁侧模板要拆除；（2）预应力达到设计值后，才能拆除支架和模板；（3）详细检查模板和支架在顺桥方向是否存在移动、旋转等变形。

3.1.3 张拉机具检查

预应力混凝土构件张拉前，要检查张拉装置的油量是否充足，且不应存在漏油现象。如果千斤顶与油泵两端连接器有灰尘，应及时清理干净。由于预应力筋和锚具间有模型，压力表所显示的张拉力与实际可能不符，技术人员要在施工前进行标定。

3.2 张拉方式和张拉顺序的确定

3.2.1 张拉方式

桥梁构件施加预应力的方式还有分批张拉、分段张拉、分阶段张拉、补偿张拉等，具体阐述如下[4]：（1）分批张拉是指多根预应力筋分批次来张拉，后批次张拉的预应力筋所引起的混凝土弹性压缩会使前批次张拉的预应力筋造成预应力损失；（2）分段张拉是对通长预应力筋逐步张拉，前段预应力筋张拉后，后段预应力筋利用锚头连接器接长后再张拉；（3）分阶段张拉是为了平衡各阶段的荷载，所加荷载同时包括外荷载及结构内部体积变化所产生的内力等。

3.2.2 张拉顺序

桥梁预应力钢筋的张拉顺序要遵循设计图纸的要求，如未指定张拉顺序，应坚持“均匀、对称、偏心小”的原则，具体方法阐述如下：先张拉靠近梁体截面形心轴的钢束，从上往下张拉锚固在梁端部的钢束。当梁端布置了2 排预应力钢束时，张拉完一侧立即张拉另一侧，以免产生较大偏心荷载。

4 后张法张拉预应力混凝土桥梁施工工艺及效果评价

4.1 后张法主要施工工艺

预应力混凝土板梁的长宽高尺寸为20 m×1.24 m×0.9 m。该空心板梁拟采用后张法进行张拉。

4.1.1 模板制作

预应力混凝土空心板梁的模板有底模、侧模、端模、芯模等，其中，底模要保证线条直顺、表面光滑、易于脱模，并对支座加固，以保证预制梁在张拉起拱后支座承载力满足要求。部分预制梁在底模支座位置还要预留楔块，以满足桥梁调坡需要；侧模、端模可采用4 mm 厚的定型钢模板，且将内部抛光，以改善浇筑混凝土的平整性；芯模有橡胶胶囊、木芯模、钢芯模等，模板位置要按设计要求固定好，以保证梁体构造尺寸准确。

4.1.2 钢筋制作

钢筋原材料在进场后，要进行抽检，确保钢筋性能满足施工需求，不得以钢筋厂家提供的生产合格证明作为验收依据。预应力钢筋在下料时，不仅要考虑孔道长度，还要考虑锚夹具类型、张拉机具、张拉方法等，以尽量节约钢材消耗量。钢较线的具体下料长度L可按式（1）计算。

式中，l为孔道长度；l1、l2、l3、l4、l5分别为锚具高度、限位板高度、千斤顶高度、锚板高度、长度富余量；N为与张拉方式有关的系数，两端张拉取2，单侧张拉取1。

此外，为了避免钢绞线穿波纹管期间出现错乱，下料后要对钢绞线进行编束，具体编束流程如下：将钢绞线按设计根数平整放在地面上，将每根钢绞线梳理顺直（松紧程度尽量保持相同），并用镀锌铁丝将钢绞线绑成束状。

4.1.3 波纹管安装

波纹管要尽量采用整体性波纹管，以减小接头数量，降低钢绞线的穿束难度。同时，建议波纹管穿入孔道后，用胶布缠绑，防止滑脱，并保证波纹管安装期间中心线与端头锚垫板垂直。

4.1.4 混凝土浇筑

桥梁结构混凝土等级为C40，具体配合比见表1。由混凝土拌和站供应，通过“门吊+料斗”的方法在现场浇筑。混凝土按先底板后梁体的顺序进行浇筑，且一次性浇筑完成。

表1 混凝土施工配合比

4.1.5 钢筋张拉、孔道压浆、封锚

预应力筋张拉：桥梁构件张拉前混凝土强度要至少达到设计值的75%，并对千斤顶和油压表进行标定，绘制出张拉力与压力表之间的曲线关系。预应力混凝土板梁的具体张拉程序为：0→初应力→1.05 倍控制应力，并持荷5 min→控制应力。

孔道压浆：钢筋张拉结束4 h 后开展孔道压浆，以将预应力传递至混凝土结构中，并防止钢筋锈蚀、松弛。压浆材料宜采用强度等级≥42.5、水灰比控制在0.35～0.45、泌水率≤2%的水泥浆。压浆采用活塞式压浆泵，从两侧向中间压浆，保证灌浆饱满。压浆应缓慢、均匀、不中断地进行，压浆压力取0.5～0.8 MPa，孔道较长时也不宜超过1.0 MPa。

封锚：封锚前要在梁板两端进行凿毛、绑扎端部钢筋网、浇筑封锚混凝土，并确保封锚混凝土的强度不宜小于梁体混凝土设计强度。对于长期外露的锚具，要防锈处理。

4.2 后张法施工效果评价

桥梁预应力筋张拉后，要对张拉质量进行检测，确保钢筋理论伸长量与实际伸长率的差值不超过6%。根据JTG/T 3650—2020《公路桥涵施工技术规范》，预应力钢筋理论伸长量ΔL的计算可按式（2）[5]：

式中，Ap为预应力筋截面面积，mm2；Ep为预应力筋弹性模量，MPa；Pp为预应力筋平均张拉力，N，受孔道局部偏差和预应力筋与孔道摩擦系数影响较大。

预应力钢筋的实测伸长量要包括从0 张拉至初应力时的伸长量，但是开始张拉时各根预应力筋的松弛、弯直程度不同，初始伸长量宜采用推算法。

表2 计算了板梁多组预应力钢筋的伸长量偏差。

表2 预应力钢筋张拉误差

由表2 可知：预应力钢筋的实际伸长率均大于理论伸长量，且两者偏差最大值为5.2%，最小值为1.5%，均小于现行施工规范要求，说明后张法预应力混凝土施工质量控制效果较好。

5 结语

本文研究了预应力混凝土的基本理论、后张法的准备工作和主要施工工艺，得到了以下几个研究成果。

1）混凝土中施加预应力后，能明显改善桥梁结构的受力状态，并根据预应力大小划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级。

2）后张法施工前要先检查构件、模板和支架、张拉机具等，并明确张拉方式和张拉顺序。

3）后张法预应力混凝土桥梁施工顺序为：模板制作→钢筋制作→波纹管安装→混凝土浇筑→钢筋张拉→孔道压浆、封锚等。

4）施工完成后，要检验预应力钢筋理论伸长量与实际伸长率，并将两者差值控制在6%以内。