談市政橋梁預應力后張拉施工

趙振東

(中水電鄭州投資公司，河南鄭州 450001)

0 引言

預應力施工技術作為克服橋梁跨度不斷增大的有效手段已被廣泛使用。但預應力張拉質量對橋梁整體質量的影響較大，有效預應力的大小將直接影響橋梁的受力性能。因此，通過控制預應力后張法施工張拉前、張拉及灌漿等階段的質量來減少預應力損失值，是預應力混凝土結構施工質量控制的一個重要內容。本文將針對鄭州三環路快速化工程施工中預應力后張法施工質量控制問題進行初步探討。

1 工程概況

鄭州三環路快速化工程，是鄭州市重點工程之一，項目位于鄭州的中心城區，是鄭州市主城區快速路系統“一環兩縱三橫”中的關鍵“一環”。

西三環隴海路互通立交是三環路快速化的控制性工程。其中，隴海路主線長度 1114m(K-1+494.30～ K0+599.26)，共11聯。西三環主線長度2470m(K6+157.29～K8+627.61)，共28聯。西三環立交南北向為西三環快速通道，東西向為隴海路快速通道，立交包括 ES，EN，NE，NW，WS，WN，SE，SW，JS九條匝道，共69聯。

2 預應力損失計算

GB 50010-2010混凝土結構設計規范中規定的預應力損失值有張拉端錨具變形和預應力筋內縮σl1、預應力筋的摩擦(與孔道壁之間的摩擦、張拉端錨口摩擦、轉向裝置處的摩擦)σl2、混凝土加熱養護時，受張拉的鋼筋與承受拉力的設備之間的溫差σl3、預應力筋的應力松弛σl4、混凝土的收縮和徐變σl5、混凝土的局部擠壓σl6。同時規范中還建議后張法的預應力損失按照表1進行組合。

表1 各階段預應力損失值的組合

自20世紀50年代以來，各國學者對采用高強鋼絲和鋼絞線的預應力混凝土構件進行了大量試驗與分析，并估算了預應力損失值。1975年，美國公路橋梁規范(AASHTO)對預應力鋼筋總損失值作出了規定，如表2所示。

表2 預應力鋼筋總損失值

1976年，美國后張混凝土協會(PTI)也對后張預應力筋近似總損失值作出了相關規定。

由于預應力總損失值取決于很多因素，如:混凝土和鋼材的性能，養護與濕度條件，預加應力的時間和大小以及預應力工藝等，所以很難制定統一的預應力損失值。針對在常規條件下養護的預應力混凝土結構，林同炎提出了用張拉控制應力σcon表達的總損失及各組成因素損失的平均值，如表3所示。

表3 預應力損失值 %

影響預應力損失的因素很多且相互制約，個別預應力的損失甚至與時間相關，再加上施工環境的復雜多變，因此施工中很難精確計算預應力的損失而只能進行合理的估算。

施工中首先進行預應力的孔道摩擦損失實驗，確定預應力張拉的損失值。將設計的受力值確定為施工中修訂后的控制值。

3 箱梁施工階段的質量控制

3.1 波紋管的鋪設與錨墊板的安裝

1)箱梁施工中要嚴格控制波紋管的鋪設與錨墊板的安裝質量，確保鋼絞線受力方向正確，每50cm用定位筋對波紋管進行加固。波紋管扭曲或者錨墊板位置錯誤都將影響預應力損失值的大小和受力分布。2)錨墊板與孔道嚴格對中并垂直。通過在錨墊板與模板之間加一層橡膠墊對錨墊板上的注漿孔進行封堵，防止澆筑時混凝土漏入孔道將注漿孔堵死，給施工造成困難。

3.2 鋼絞線下料及穿束

1)鋼絞線束下料長度=錨固長度+工作長度，工作長度為兩端錨具之間的預應力筋長度。2)預應力束鋼絞線采用整束穿入，穿入孔道前鋼絞線排列理順，延長度方向每隔2m用鐵絲捆扎一道。波紋管的接口極易破損，所以穿束時要緩慢進行，為了減少鋼束對波紋管接口的沖擊使鋼絞線順利通過孔道，應扎緊鋼束的前端并裹膠布。安裝完成后，應進行全面檢查，以查出可能被損壞的管道。如發現波紋管被損壞，應及時用膠帶纏裹緊密，避免發生漏漿。3)箱梁施工中安排專人拉動鋼絞線，以避免因波紋管破裂堵管影響預應力施工。

4 張拉前的準備工作

混凝土強度達到設計強度90%以上可施加預應力，張拉施工可分為三階段(預張拉、初張拉、終張拉)或兩階段(初張拉、終張拉)施工，隴海路互通立交橋梁預應力張拉根據設計采用兩階段施工。

施工前首先對鋼絞線理論伸長值進行計算，并制成表格，用以指導預應力張拉，千斤頂、油表標定完畢，根據油表標定的結果繪制油表讀數與張拉力的曲線，并根據曲線確定相應張拉力對應的油表讀數。張拉施工工人進行現場質量控制。

4.1 原材、張拉設備檢驗

鋼絞線、錨具進場時，必須具有合格證，施工現場進行質量驗收并按批次、數量進行原材料檢驗，不合格產品不得使用。

1)預應力材料為φs15.2高強低松弛預應力鋼絞線(GB/T 5224-2003技術標準)，標準強度fpk=1860MPa，鋼絞線試驗不合格不得使用。鋼絞線的表面不得有潤滑劑、銹蝕的現象，更不得有肉眼可見的麻坑。

2)波紋管采用塑料波紋管，要求滿足JTJ 529-2004預應力混凝土橋梁用塑料波紋管的要求，波紋管表面要清潔、無裂紋現象。接口必須牢固，用塑料膠帶進行纏裹，保證混凝土澆筑期間波紋管內不發生漏漿現象。

3)錨具夾片的表面應無砂眼、裂縫和小坑等現象。對錨環或錨板應進行幾何尺寸和錐度檢驗，并應仔細查看錐孔面是否光滑，有無毛刺及小坑等不平的現象，并做硬度檢驗。對錨具按5%頻率進行抽檢。

4)張拉設備千斤頂(穿心式雙作用千斤頂)、電動油泵、壓力表、油管全套設備進行統一檢測，配套千斤頂、壓力表。

5)擠壓式錨具所配套擠壓設備經檢驗合格后才可使用。凡屬下列情況之一者應重新進行配套標定:a.啟用新千斤頂或新壓力表;b.張拉預應力筋時連續發生斷絲現象;c.實測預應力筋的伸長值與計算值超標;d.千斤頂嚴重漏油，重新更換油封者;e.壓力表指針不回零。

4.2 預應力張拉設備及儀表要求

預應力張拉設備及儀表要求如下:

1)張拉千斤頂額定噸位宜為張拉力的1.5倍，且不得不小于其1.2倍。使用前應校正張拉千斤頂，校正系數不大于1.05。張拉千斤頂校正有效期為一個月且不超過200次張拉作業，其行程也應滿足相關工藝的要求。2)千斤頂標定可采用水銀壓力計或壓力傳感器等測力計進行標定。3)壓力表首次使用前必須經計量部門檢定。使用時必須定期檢定，檢定有效期為一周。當使用0.4級時，檢定有效期可為一個月。壓力表應為防振型，最大讀數應為張拉力對應壓力值的1.5倍～2.0倍，精度不應低于1.0級。4)油泵的額定壓力應為張拉力對應值的1.5倍。油箱容量宜為張拉千斤頂總輸油量的1.5倍。張拉千斤頂、壓力表、油泵等應配套校正、配套使用。當使用過程中出現異常情況時，應重新校正。

5 預應力張拉施工

5.1 錨具及千斤頂安裝

錨具及千斤頂安裝順序為:

1)完成張拉機具的檢驗工作;2)安裝工作錨板;3)安裝工作錨夾具;4)安裝限位板;5)安裝千斤頂;6)安裝工具錨;7)安裝工具錨夾片，如圖1所示。

圖1 錨具及千斤頂安裝

5.2 預應力張拉

預應力張拉分為初張拉和終張拉兩個階段，初張拉開始前先松動內模和側模，初張拉在梁體強度達到設計值的90%后進行，初張拉后方可拆除底模及支撐。當混凝土的強度和彈性模量達到設計值且混凝土齡期不少于7d時，開始初張拉。預應力張拉應兩端同步、左右對稱進行，最大不平衡束不超過1束。預施應力采用張拉應力值控制為主，采用雙控措施復核、控制伸長值，保持張拉過程中兩端的伸長值一致。

張拉控制:用油壓表讀數控制張拉應力值并通過以預應力筋伸長值校核，如圖2所示。

圖2 預應力張拉控制

5.3 預應力張拉順序

按照設計圖的規定及張拉順序張拉鋼絞線。張拉時左右對稱張拉，最大不平衡束不超過1束，錨外控制應力為0.66fpk～0.76fpk。

預應力筋張拉程序為:

0→0.1 σk(作伸長值標記)→σk(停止5min)→補拉 σk(測伸長值)→錨固(張拉頂油壓回零，測量總回縮量及夾片外露量)。

預應力鋼束張拉時采用雙控，即以控制拉力為主，控制鋼束實際伸長值為輔，且實測伸長值與理論伸長值的相對誤差不得超過±6%。

張拉時鋼束理論伸長值ΔL計算如式(1)所示:

其中，ΔL為預應力鋼束理論伸長值;P為預應力筋張拉力;Lt為預應力筋的實際長度;Ap為預應力筋的截面積;Es為應力鋼束的彈性模量。

實測伸長值:預應力鋼絞線張拉時，應將張拉力調整到初應力值0.1σcon，伸長值應從初應力時開始量測。鋼絞線的實際伸長值除量測的伸長值外，必須加上初應力以下的推算伸長值。

當計算的實際伸長值不在規范誤差范圍內應停止張拉，查找原因。

5.4 灌漿、封錨

預應力筋張拉完畢后，應及時壓漿(可有效減少預應力筋的松弛)。水泥漿水灰比宜采用0.40～0.45，最大泌水率不超過3%，水泥漿自調制到灌入孔道延續時間不宜超過30min～45min。壓漿應從排氣孔壓出與規定稠度相同水泥漿為止，以保證管道中充滿灰漿，關閉出漿口時，應保持0.6MPa的一個穩定期，穩壓期不宜少于2min。

錨固完畢，在灌漿完成，強度達到要求后，經檢驗合格不急于切斷多余鋼絞線，報監理驗收合格后，錨固后的外露長度不小于30mm。

6 張拉注意事項

1)在施加預應力前應做好鋼絞線進場后的報驗、千斤頂和油表以及配套油泵的校驗工作。張拉設備設專人保管使用，并定期檢驗、標定、維護。張拉前仔細檢查錨具下面混凝土是否密實，如不密實，應用環氧樹脂進行補強，再進行張拉作業。2)預應力施工時采用單端張拉和兩端張拉兩種方式，以張拉應力和張拉伸長值進行“雙控”控制，并以張拉應力控制為主。3)張拉應緩慢進行，逐級加荷，穩步上升，防止發生事故;專人記錄張拉力和伸長值，對張拉力進行校核，防止壓力表故障造成張拉不足;張拉至設計油壓值后，持荷5min并測量伸長值，然后將張拉油壓緩慢降至零，活塞回程夾片自動跟進錨固;張拉完畢后，卸下千斤頂及工具錨，檢查工具錨處每根鋼絞線的刻痕(若刻痕不平齊說明有滑束現象，要對滑束進行補拉，使其達到控制應力，每束鋼束中斷絲滑絲數不得超過1根鋼絲)。

通過對預應力后張法施工的各個環節(張拉前、張拉階段和灌漿)的質量控制，在隴海路互通立交現澆梁施工中取得了優良的效果，橋梁一次合格率達到100%，圓滿的完成了施工任務。

［1］杜拱辰.現代預應力混凝土結構［M］.北京:中國建筑工業出版社，1988.

［2］呂志濤.現代預應力設計［M］.北京:中國建筑工業出版社，1988.

［3］林同炎.Design of Prestressed Concrete Structure［M］.北京:中國鐵道出版社，1981.

［4］周 氐.混凝土結構設計規范理解與應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［5］鄭文忠.預應力混凝土結構中預應力損失的近似估算和簡化計算［J］.工業建筑，1999(3):121-123.

［6］GB 50010-2010，混凝土結構設計規范［S］.