預應力混凝土箱梁張拉與壓漿施工淺析

馮志強

（中鐵三局六公司，山西 晉中 030600）

1 前言

在混凝土施工中，使用預應力混凝土可提高構件的抗裂性和耐久性，增大構件的剛度，同時可以節省材料，減輕構件自重，因此，隨著預應力施工技術的不斷完善，預應力混凝土在橋梁結構中被廣泛應用。

后張法預應力箱梁就是在制作梁體構件時，在構件內按設計要求預先留出預應力筋孔道，當梁體構件混凝土強度達到設計要求時，把預應力筋穿入孔道內進行張拉，在預應力筋受拉的同時，梁體構件獲得預壓應力，當張拉至設計控制應力后，利用錨具進行錨固。最后進行孔道壓漿，以防止預應力筋的銹蝕，同時在水泥漿的黏結作用下使預應力筋與梁體構件形成一個整體。

2 工程概況

商州至丹鳳高速公路SDN5標段棣花丹江大橋全長428 m，設計橋跨為17 m×25 m預應力混凝土連續箱梁，共計136片，全部在預制場內采用后張法集中預制。

梁體預應力鋼束由腹板束、頂板束和底板束組成，張拉順序為先腹板束，后底板束，最后頂板束。在施工過程中，為了保證施工質量，預應力張拉要求采用雙控，即應力控制為主，伸長量控制為輔。

3 主要材料及機具設備的選擇

3.1 主要材料

3.1.1 水泥漿

孔道壓漿采用純水泥漿，水灰比控制在0.35左右。水泥漿的配制強度為40 MPa，符合設計要求，泌水率不超過3%，稠度控制在14～18 s之間，并加入適量膨脹劑（發氣鋁粉）和減水劑。水泥采用52.5的高品質硅酸鹽水泥，經檢驗水及減水劑對預應力筋無腐蝕。

3.1.2 預應力鋼絞線

根據設計及相關規定，本橋采用抗拉強度標準值Ryb＝1 860 MPa，公稱直徑φj＝15.2 mm，公稱截面積Ag＝139 mm2，彈性模量Eg＝1.97×105MPa的低松弛高強度鋼絞線，其力學性能指標符合《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224－2003）的規定。

3.2 機具設備

3.2.1 錨具

本橋正彎矩采用OVM15－7型系列錨具及其配件，預應力管道采用圓形金屬波紋管，在墩頂連續端處的負彎矩鋼束采用BM15－5型扁錨及其配件，管道采用扁形金屬波紋管。

3.2.2 千斤頂及油壓表的選用

本橋采用YCW250B型千斤頂，千斤頂與油壓表進行配套校驗，以確定張拉力與油壓表讀數之間的關系。

3.2.3 孔道壓漿設備

采用電動活塞式壓漿機，且配有攪拌機，保證灰漿攪拌均勻，壓漿連續。

4 預應力筋下料與穿束

鋼絞線的下料長度，等于孔道凈長度加構件兩端的預留長度。

鋼絞線切斷時，采用砂輪切割機，以保證切口平整，線頭不散。不允許采用電弧切割下料，以免鋼絞線可能因產生意外打火而造成損傷。

鋼絞線可單根穿入孔道，也可整束同時穿入。采用單根穿入時，按一定的順序進行，以避免鋼絞線在孔道內人為的打叉現象。采用整束穿入時，將一根鋼束中的全部鋼絞線編束后整體裝入管道中，沿長度方向每隔2～3 m用鐵絲捆扎一道。

穿束前應全面檢查錨墊板、孔道、灌漿孔及排氣孔是否滿足施工要求，錨墊板應位置準確，若錨墊板移位，造成墊板平面和孔道中軸線不垂直時，用楔形墊板加以糾正。孔道內應暢通、無水分和雜物，并保證孔道完整無缺。

5 預應力筋的張拉工藝

5.1 計算和確定張拉力

由于鋼絲與錨具的錨圈口之間會產生摩阻力，從而造成應力損失，所以在張拉前應測定所選用的千斤頂、錨具及鋼絲束產生的摩阻力大小，用于修正設計給定的張拉控制應力σk，但經過修正后的張拉控制應力不得超過鋼絲極限抗拉強度Ryb的80%。

預應力筋張拉力按下式計算：

P＝（1＋錨圈口摩阻應力損失）×σk×Ag×n×（1/1000）

式中，P：預應力筋張拉力，kN；

σk：預應力筋的張拉控制應力，取0.75×1 860＝1 395 MPa；

Ag：每根預應力筋的截面面積，取139 mm2；

n：同時張拉預應力筋的根數，取n＝7；

錨圈口摩阻應力損失經測定取2.5%。

經計算P＝1 391.27 kN，該值小于鋼絲極限抗拉強度Ryb的80%，符合要求。

5.2 油壓表讀數的計算與確定

確定油壓表表盤讀數：通過千斤頂與油壓表配套校驗，形成張拉曲線圖，根據最小二乘法原理確定回歸方程。

由試驗得回歸方程為Y＝0.061 34＋0.020 67X

式中，X：壓力，kN；

Y：油壓表讀數，MPa。

當超張拉時，X＝1.05 P＝1 460.83 kN，則Y＝0.061 34＋0.020 67X＝30.26 MPa，此即為與張拉力相對應的油壓表表盤讀數。

5.3 伸長值計算

理論伸長值按以下公式計算：

△L＝σk×L0/Eg

式中，△L：預應力筋理論伸長值，cm；

σk：預應力筋的張拉控制應力，取0.75×1 860＝1 395 MPa；

L0：預應力梁孔道長，取L0＝2 496 cm；

Eg：預應力筋的彈性模量，取1.97×105MPa；

經計算△L＝17.67 cm。

5.4 張拉程序

按照設計要求，采用油壓千斤頂對鋼絞線施加張拉力，各階段的應力控制值為：0→初應力（0.1σk）→超張拉1.05σk（持荷5 min）→σk，然后錨固。張拉時進行張拉力與伸長值雙控。

5.5 張拉過程與方法

（1）清除錨墊板上的水泥漿等污物，在錨墊板上準確描繪錨圈輪廓，把鋼絲束穿入錨圈孔內后緊貼錨墊板。

（2）把錨塞插入錨圈，并使鋼絲均勻分布在錨塞周圍。為避免錨固時發生斷絲現象，鋼絲束不得扭轉，且兩根鋼絲不得交錯排列。用手錘輕敲錨塞，避免錨塞脫出。

（3）千斤頂就位后，把鋼絲按順序嵌入千斤頂內，調整其位置，使孔道、錨圈與千斤頂處在同一軸線上。

（4）梁體兩端同時張拉，待鋼絲繃緊后將其固定，以保證鋼絲在以后的張拉中能均勻受力。繼續張拉至初應力（0.1σk），在千斤頂的分絲盤槽溝處的鋼絲上刻劃鋼絲伸長量的基點標記，并辨認是否有滑絲現象。

（5）兩端同時分級加載，每級加載值為油壓表讀數50 kg/m2的倍數，每級加載后都要測量鋼絲伸長量，張拉兩端作業人員要互報油壓表讀數和鋼絲伸長量，盡量使兩端平衡。

（6）當兩端同時張拉至1.05σk時，持荷5 min，使預應力筋在錨固前完成部分徐舒，以減少鋼絲錨固后的應力損失。測量鋼絲伸長量，并做好記錄。

（7）計算出鋼絲的總伸長量，與理論值核對，其誤差應在±6%范圍之內。

5.6 預應力筋錨固及切割要求

當預應力筋在張拉控制應力穩定后即可錨固。預應力筋錨固后的外露長度不宜小于30 mm，錨具用封端混凝土保護。當需長期外露時，應采取相應措施防止銹蝕。錨固完畢并經檢驗合格后即可切割端頭多余的預應力筋，嚴禁用電弧焊切割，應采用砂輪機切割。

6 孔道壓漿

孔道壓漿就是將水泥漿用壓漿機壓入孔內，使之填滿預應力筋與孔道間的空隙，以防止預應力筋的銹蝕，同時在水泥漿的黏結作用下使預應力筋與梁體構件形成一個整體。按照設計要求，預應力筋張拉完畢后，應盡早對孔道進行壓漿，同時對邊跨伸縮端部實施封端，其他部位在體系轉換過程中封端。

孔道壓漿前應用高壓水沖洗孔道，以排除孔內粉渣等雜物，保證孔道暢通。

6.1 水灰比的確定

壓漿所用水泥全部采用強度等級為52.5的高品質硅酸鹽水泥。經過配合比的比選后確定水灰比為 0.35，按此水灰比配制的水泥漿的稠度在14～18 s，符合規范要求。

6.2 水泥漿的拌制及壓漿工藝

水泥漿用小型灰漿攪拌機拌制，每次拌制量視使用量而定，不宜過多，隨用隨拌。水泥漿拌好后存放在備好的儲漿桶內，在壓漿過程中，桶內水泥漿要不斷低速攪動，防止水泥漿沉淀、結塊，影響壓漿質量。

由于梁體孔道布置為兩端高中間低，所以孔道壓漿順序應先下層孔道后上層孔道，集中在一處的孔道應一次壓完。壓漿的壓力以保證壓入孔內的水泥漿密實為準，開始壓力要小，逐步增加，一般為0.5～0.7 MPa。當壓漿的另一端出漿口由最初的清水變至稀漿，最后溢出濃漿時，關閉出漿口閥門，此時繼續施壓至0.7 MPa，維持此壓力1～2 min后關閉注漿口閥門，使水泥漿在有壓狀態下凝結，以保證壓漿密實。

壓漿過程要緩慢、均勻連續進行，中途不得停歇。若因故障出現壓漿中斷且中斷時間較長時，要及時將孔道內存留的水泥漿沖洗干凈，以保證重新壓漿時，孔道暢通無阻。

每一工作班制作三組70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方體標準水泥漿試件，其中一組試件用標準養護28 d后的強度評定水泥漿強度，另外兩組隨梁體進行同條件養護，經評定強度均滿足設計要求。

孔道壓漿結束后立即沖洗梁端及錨墊板上粘附的水泥漿和其他污物，梁端混凝土鑿毛后，即可進行封端混凝土作業，并做好混凝土養護工作。

7 結束語

本橋預應力混凝土箱梁在制作前，對施工人員、技術人員、質檢人員等進行了相關培訓，制作過程中對各道工序包括配合比選定，張拉壓漿設備的檢定檢測，張拉壓漿的現場施工記錄、梁體的養護工作等進行了嚴格監控，確保了施工質量。