先张法预应力轨道梁现场施工技术研究与应用

许海锋 王宽

摘 要：台州市北部湾区集团现代建材产业项目码头工程为高桩梁板式结构，其中预制梁有90榀为先张法预应力轨道梁。本文结合工程实例，对先张法轨道梁预制工艺进行了研究应用，针对现场预制过程中遇到的问题进行探讨、分析及总结，形成了一套先张法预应力轨道梁施工工艺，以期为类似工程提供参考。

关键词：先张法预应力轨道梁；钢筋连接

0 引 言

先张法预应力轨道梁施工对施工场地和台座要求较高，组织业主、施工单位经过对工程附近预制场实地考察，仅宁波三航四有水工先张法预制场，距离远且预制台座还需要改造，不能满足施工要求，因此决定自建台座预制先张法轨道梁。对先张法预应力轨道梁钢筋冷拉、钢筋连接、张拉、放张等工艺进行探讨、分析及研究，解决了先张法预应力轨道梁的施工技术难题。

1先张法预应力轨道梁工程实例

1.1工程概况

本项目新建5 000吨级码头一座及相应配套设施，包括3个5 000吨级通用泊位， 水工结构设计进行合理的预留，泊位总长度434 m；码头结构采用高桩梁板式结构，共分5个结构段。码头平台预应力轨道梁90榀，采用先张法工艺进行施工，预应力轨道梁规格为7 840 mm×1 000 mm×

2 150 mm。每榀轨道梁张拉钢筋采用HRB400（Φ28）冷拉钢筋，上部8根，底部23根，共计31根，如图1、图2所示。

1.2先张法预应力轨道梁方案比选

1.2.1预制场及台座比选（见表1）

1.2.2钢筋连接工艺比选（见表2）

2.1预制台座方案

2.1.1钢筋冷拉台座

由于预应力钢筋为热轧钢筋，因此钢筋进行场后，需在现场完成钢筋冷拉工作提高钢筋屈服强度。冷拉台座位于张拉台座西侧，由U型压柱组成，台座下方采用铺设10 cm厚C15混凝土垫层，台座尺寸为1.5 m×9 m，采用C40钢筋砼结构，冷拉台座两端为20#槽钢焊接的钢梁，钢筋与精轧螺纹钢采用夹片式连接器连接，固定端精轧螺纹钢穿过槽钢用螺帽拧紧，张拉端精轧螺纹钢穿过槽钢后，通过穿心千斤顶进行冷拉，如图3所示。

钢筋每次冷拉1根，耗时5 min，1 h可冷拉12根，1天可冷拉96根，每周可冷拉钢筋672根。每周预制6榀轨道梁，每榀31根，需冷拉钢筋186根，满足施工进度要求。

2.1.2预制台座

预制台座采用受力条件较好的压柱式台座，布置两条生产线，每条生产线一次可生产3榀轨道梁。台座原地形为块石回填场地，不需进行地基处理。台座设计分为3部分，分别为垫层端部扩大基础、联系梁、压柱，基础下方铺设10cm厚C15的混凝土垫层，扩大基础、压柱联系梁、压柱采用C40钢筋砼结构。压柱端头预埋2 cm钢板，端部布置扩大基础，尺寸为9.25 m×5 m ×0.3 m；压柱联系梁布置在压柱之间，共布置4道，断面尺寸0.5*0.5 m×8.6 m；压柱共4道，压柱尺寸31 m×0.7 m×2.45 m，轨道梁台座结构如图4、图5所示）。

压柱两端分别安装一个固定钢梁，固定钢梁与预埋钢板进行焊接加固，张拉端安装一个活动钢梁（见图6），固定钢梁与活动钢梁间安装4个千斤顶，顶部为2个250 t千斤顶，底部为2个500 t千斤顶，见图7。固定钢梁两侧安装支架固定千斤顶，见图8、图9。千斤顶及配套油泵均经过标定，根据标定数据曲线图确定张拉控制应力472.5 MPa（超张 5％）顶部张拉时1#油泵对应油表读数23.43 Mpa，2#油泵对应油表读数 23.54 Mpa，见图10、图11；底部张拉时3#油泵对应油表读数为34.45 Mpa，4#油泵对应油表为34.58 Mpa。张拉伸长量用钢尺测量，计算伸长量为77.5 mm。

每次预制耗时为张拉、钢筋绑扎1天，模板安装、混凝土浇筑1天，混凝土养护7天，强度达到95%进行放张、拆模1天，共计10天。每次可预制轨道梁6榀，每个月可预制轨道梁18榀，5个月可预制完成90榀轨道梁，满足施工需求。

2.2施工工艺及流程

2.2.1施工流程

钢筋冷拉→钢筋连接→张拉→模板安装→验收→浇筑→放张→吊运及存放

2.2.2操作要点

（1）钢筋冷拉

首先在冷拉台座上对轨道梁预应力钢筋冷拉。冷拉时千斤顶以5 kN/s匀速推进，达到326.18 kN时须稍停 2～3 min，然后再放松，以免弹性回缩值过大。

由于设计要求控制应力σcon=0.9fpyK=450 N/mm2，即预应力钢筋屈服强度标准值为500 N/mm2，冷拉为间接控制法，试验统计资料表明，同炉批钢筋按平均冷拉率冷拉后的抗拉强度的标准离差σ约为15～20 N/mm，为满足95%的保证率，应按冷拉控制应力增加1.645σ，约30 N/mm。冷拉应力取值为530 Mpa，见图12。

冷拉力控制值为：单根Φ28钢筋（L=9 m）冷拉所需拉力

FA=σ×Ap=530×3.14×14×14=326.18 kN。

油表度数为P=326.18×0.020059+0.086757=13.1 Mpa。

（2）钢筋连接

将冷拉好的钢筋放在台座上，冷拉钢筋之间采用夹片式连接器连接，压柱两端冷拉钢筋与精轧螺纹钢连接器连接，把精轧螺纹钢穿过钢梁孔用螺帽拧紧。顶部钢筋放置在临时支撑架上进行连接，见图13、图14。

在主筋连接前将加工完毕的箍筋穿入主筋中，放置在临时支撑架上。

连接器为自锚圆套筒两片式夹具：圆套筒两片式夹具是用于錨固预应力钢筋的，由中间开有圆锥形孔的套筒和２片夹片组成。套筒的孔成圆锥形，钢筋夹持在两片夹片中心，夹片槽上有齿纹，以保证钢筋的锚固。

（3）张拉

张拉顺序为：先张拉下部钢筋，再张拉顶部钢筋。张拉采用整体张拉，张拉时千斤顶以20 kN每秒匀速推进，达到应力时须稍停 2～3 min。

张拉时先预张拉至设计控制应力30%调整钢筋放松→再张拉至设计控制应力105%→放松至设计控制应力70%绑扎其他钢筋支模→最后张拉至100%设计控制应力。张拉时应以应力控制为主，伸长量控制为辅，当仪表达到张拉应力时，观察伸长量是否达标，如果不达标将进行超张拉至103%。张拉完成后，用螺栓将精轧螺纹钢固定在张拉端固定钢梁上。

先采用反复整体张拉至设计控制应力30%，通过整体反复拉、松预应力钢筋，消除钢筋与连接器、钢横梁之间接触不紧而产生的间隙量，以达到“等长”目的。张拉至设计控制应力105%再放张至70%是为了绑扎钢筋、安装模板安全。

预应力钢筋张拉力计算：张拉钢筋直径为28 mm，每根钢筋最大张拉力为1.05倍设计控制拉力，即1.05×450 Mpa=472.5 Mpa，每根钢筋张拉力为290.7 kN，每榀轨道梁共计31根张拉钢筋，总张拉力为9011.71 kN。张拉分顶部与底部2次张拉，顶部8根张拉钢筋总拉力为2 327.5 kN，底部23根钢筋总拉力为6 691.7 kN。根据张拉应力分析，顶部采用2台2 500 kN的千斤顶，底部采用2台5 000 kN的千斤顶。

顶部２台2 500 kN千斤顶油表计算：

编号01：P=2 327.5/2×0.020059+0.086757=23.43 Mpa。

编号02：P=2 327.5/2：0.019980+0.285093=23.54 Mpa。

底部2台 5000 kN千斤顶油表计算：

编号03：P=6 691.7/2×0.010327-0.102205=34.45 Mpa。

编号04：P=6 691.7/2×0.010325+0.033190=34.58 Mpa。

钢筋伸长量：

冷拉钢筋伸长量为：

=290*27/0.615*200=63.78 mm

精轧螺纹伸长量为：

=290*5.8/0.615*200=13.7 mm

总伸长量：63.78+13.7=77.49 mm

（4）钢筋绑扎

钢筋在加工场下料，弯曲成型，运至现场进行绑扎。在钢筋绑扎时，先将底层主筋和钢筋安放到位，特别注意弯起的位置，然后进行箍筋绑扎，扎丝头弯向构件内。

（5）模板安装，端头模板和侧模。

轨道梁的侧模采用钢模，在直楞位置上部用φ20 mm的对拉螺栓，间距1.0 cm，下部使用顶托，支撑在压柱上，具体模板构造与纵梁模板结构基本相同。

（6）验收

钢筋连接完成，模板安装完成。自检合格后报监理验收。

（7）报验并浇筑混凝土

侧模板安装完成，并经监理工程师检查合格后，即可进行混凝土浇筑。

（8）放张

在混凝土达到95%设计强度时进行放张，原工艺计划采用整体放张，但由于浇筑了混凝土，增加了轨道梁与底部台座摩擦力，整体放张工艺不可行，需采用单根切断预应力钢筋方式进行放张。切割顺序为2#连接点→3#连接点→1#连接点→4#连接点。每个连接点采取从上到下分层切割的方式，由两侧向中间依次对称切割，如图15所示。

（9）吊运及存放

放张完成后将轨道梁吊出台座，堆放时应设置好垫木，并排堆放整齐。

3 结 语

本项目共有90榀先张法预应力轨道梁，通过对轨道梁的施工技术要点进行分析对比，研究了台座布置，钢筋连接，张拉等工艺，通过钢筋连接对比，闪光对焊质量要求高，需要整体吊运，实施成本高。连接器操作简单，结构牢靠，可以重复利用，节约人工和材料成本。本项目掌握了先张法预应力生产的基本工艺，为今后相关类似项目施工总结了经验。

参考文献

[1] 《预应力张拉施工艺标准》zj12-01-2003.

[2]《码头结构施工规范》（JTS 215-2018）.

[3] 《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）.

作者简介：许海锋，受聘交通运输部、省库及地方等组织的专家，从事施工、监理、设计以及相关港航的报告评估等课题研究，（E-mile）：451388080@163.com，18958299038

王寬，女，（E-mile）52551669@qq.com，13634007656，研究方向：水运工程质量安全监督管理