后張法預應力技術在孟河頭橋工程中的應用

郭 亞 吳玖蘭 趙正陽 蘇 利 趙壯壯

（1.徐州市水利工程建設監理中心，江蘇 徐州 221000；2.盱眙縣水利水電建筑安裝工程公司，江蘇 盱眙 211700；3.宿遷水務設計院，江蘇 宿遷 223800；4.淮陰工學院 建筑工程學院，江蘇 淮安 223001）

0 引言

后張法預應力混凝土橋梁施工質量涉及的因素很多，每一個施工環節對使用壽命和安全都是至關重要的。工程技術人員必須掌握施工工藝及方法，使預應力混凝土在各種建筑物上廣泛應用和不斷發展，從而促進工程項目管理水平不斷地發展與提高。

孟河頭橋工程位于徐洪河與西沙河交匯處，系南水北調東線一期徐洪河影響處理工程中拆除重建的一座公路橋。設計橋長150m，橋跨為6×25m，橋面連續采用2跨1聯（共2聯），主通航孔下部結構采用實體橋墩，其余采用鋼筋混凝土雙柱排架式橋墩及橋臺，基礎為鉆孔灌注樁樁基。采用后張法預應力鋼筋砼空心板梁，預制板長24.96米，板高1.05m，共有24片。空心板梁采用C40砼。鋼絞線采用高強度低松弛Φ5-15.2鋼絞線，抗拉強度標準值fpk=1860MPa。錨具采用MY15-7型、雙向張拉，波紋管孔道及配套錨墊板、螺旋筋采用定型產品，根據圖紙板梁鋼筋采用Ⅰ級和Ⅱ級鋼，鋼板采用A3鋼板。

1 施工準備

熟讀設計圖紙，做好砼的施工配合比設計，同時做好原材料的進場取樣試驗，嚴格控制質量。施工前，對所用施工機具進行施工前的調試和維修，確保施工期間機具完好。同時對鋼模進行試拼，檢查模板幾何尺寸是否符合設計要求，接縫是否密實、平整，確保構筑物外形美觀。根據工期安排在預制場內設置板梁混凝土臺座24個，對預制場地進行平整壓實，按規劃設置臨時排水溝，并在預制場搭設鋼筋加工場和鋼絞線堆放場。

2 板梁預制施工工藝

2.1 模板的制作安裝

板梁模板采用鋼模，模板支撐為[10槽鋼組成鋼桁架支架，桁架上下用φ20拉桿銷緊。支模前清除模板表面污物，均勻涂刷脫模劑。安裝側模時，要防止模板移位和凸出，側模設拉桿固定。模板安裝完畢后，對其平面位置、頂面標高縱橫向穩定性進行檢查，模板拼縫處采用橡膠墊防止漏漿。模板在安裝過程中，設置防傾覆措施,底模設預拱度。氣囊在混凝土強度能保證其表面不發生塌陷和裂縫現象時，方可拔出。

2.2 鋼筋工程

鋼筋按不同鋼種、等級、規格分別堆放，且設識別標志。鋼筋底部墊方木并用彩條布遮蓋以防銹蝕和污染。鋼筋的彎制和末端的彎鉤符合設計要求。用一級鋼筋制作的箍筋，其末端做彎鉤。受拉、壓鋼筋綁扎接頭的搭接長度符合規范要求。鋼筋骨架具有足夠的剛度和穩定性。施工時，應注意預埋伸縮縫鋼筋和護欄鋼筋。

2.3 波紋管安裝

預應力管道采用內徑為70mm的金屬波紋管成孔方法進行成孔。波紋管進場時，檢查其合格證及質量證明書。縱向波紋管安裝時，事先按設計圖紙中預應力筋的坐標值在鋼筋骨架上定出位置，縱向波紋管的固定采用鋼筋支架，支架的間距直線段間距100cm，曲線段間距50cm。錨墊板使用螺栓緊固在封頭模板上，在錨墊板與封頭模板間加墊海綿，確保墊板與管道垂直。所有管道均設壓漿孔，還在最高點設排氣孔及需要時在最低點設排水孔，壓漿管、排水管和排氣管是最小內徑為20mm的塑性管。為了防止出現波紋管進漿的現象，在波紋管中先塞入一根橡膠管，待梁的混凝土澆注完后，再把橡膠管抽出來，在澆筑混凝土過程中不定時抽動橡膠管。

2.4 混凝土澆筑

混凝土板梁為C40混凝土，自下而上斜面分層澆筑。避免振動棒碰撞模板、鋼筋及其他預埋件，對每一振動部位，振動到該部位混凝土停止下沉不再冒出氣泡，表面呈現平坦、泛漿。澆筑過程做好砼坍落度及砼試塊。混凝土澆筑完成后，對混凝土裸露面及時進行修整、摸平，待定漿后再抹第二遍并壓光或拉毛，并在收漿后盡快予以覆蓋和撒水養護。混凝土強度達到2.5MPa前，不得使其承受行人、運輸工具、模板、支架及腳手架等荷載。針對充氣膠囊在澆筑混凝土時可能上浮的問題，在綁扎鋼筋時根據設計空心孔位置、尺寸預先綁扎圓形抗上浮鋼筋，并綁扎牢固，抗上浮鋼筋間距為50cm。其次在澆注混凝土過程中，在鋼筋頂部兩側布設木方條壓頂，用于防止芯模在澆注混凝土時上浮。木方條在混凝土澆筑完后逐一拆除。

3 預應力工程施工

3.1 預應力材料進場檢驗

預應力鋼筋采用低松弛有粘結預應力鋼絞線，其公稱直徑為15.20mm，公稱面積為140mm2，標準強度為1860MPa。錨具采用MY15-7夾片式錨具，滿足分級張拉、補張拉以及放松預應力的要求，錨具和其附件上設置壓漿孔或排氣孔；夾具具有良好的自錨性能、松錨性能和重復使用性能；用于后張結構的連接器，符合錨具的性能要求。錨具、夾具和連接器進場時，除按出廠合格證和質量證明書核查其錨固性能、型號、規格及數量外，還須檢查其外觀、硬度以及作靜載錨固性能試驗。

3.2 預應力筋加工下料

由設計圖紙計算，N1、N2鋼絞線的下料長度為 2599.36cm、2604.78cm（鋼絞線工作長度按70cm計算）。預應力筋的切斷采用砂輪機切割。鋼絞線進場后進行力學性能的檢驗，合格后才能使用，鋼絞線按大于設計長度10cm進行下料。

3.3 預應力筋張拉

施加預應力前應對張拉設備進行核查。施加預應力所用的機具設備以及儀表應由專人使用和管理，千斤頂及其配套的油缸、油壓表一起進行校驗，與每臺油泵配套的壓力表配備兩塊，在操作時，一塊作為備用。張拉力與壓力表之間的關系曲線通過校驗得出。張拉時梁體混凝土達到設計強度的90%。張拉時，采取應力和伸長值雙重控制，實際伸長值與理論伸長值之差應控制在±6%以內，張拉前，應對錨圈口和管道摩阻進行測定，張拉時予以調整。張拉時，應使千斤頂的張拉力作用線與鋼絞線的軸線重合一致。張拉過程認真填寫施工記錄。

3.3.1 預應力筋張拉順序為2N2→2N1

Φ5-15.2鋼絞線單根設計錨下控制應力為1395MPa，張拉力：7*1395*0.14=1367.1kN。采用兩端張拉工藝進行施工，張拉選用2臺套YDC150型穿心式千斤頂和ZB2×2-500油泵，根據配套標定的張拉力與壓力表讀數的關系曲線，確定張拉力達到設計要求的壓力表讀數。

3.3.2 預應力張拉工藝及原則

預應力鋼絞線的張拉工藝流程：0→（初始應力）15%δcon→100%δcon（持荷2分鐘錨固）。δcon—為張拉控制應力，采用張拉應力和伸長值雙控張拉，以張拉應力控制為主。預應力張拉筋的張拉順序：遵循同步，對稱張拉的原則，不使構件產生過大的附加內力及變形等。張拉時，按三級加載過程依次上升油壓,分級方式為15%、30%、100%，每級加載均應量測千斤頂油缸外露長度，并隨時檢查伸長值。

3.3.3 預應力筋的設計伸長值和實際伸長值

在預應力筋張拉前，須先計算出預應力筋的理論伸長值，并通知張拉施工人員，如實測的實際伸長值與設計伸長值之差大于±6%，應暫停張拉,查明原因并采取措施調整后方可繼續張拉，伸長值的校核應在張拉過程中同時進行。

1）張拉伸長值的量測

張拉伸長值用測量精度不大于±1mm的標尺測量。采用量測千斤頂油缸行程數值的方法，在初始應力下測油缸外露長度，在相應分級荷載下量測相應油缸外露長度，實際伸長值為：

ΔL=Δl1+Δl2

式中：Δl1—從初應力至最大張拉力之間的實測值。

Δl2—初應力以下的推算伸長值，初始力以下的伸長值Δl2（0～15%δcon）可采用相鄰級的伸長量（15%δcon～30%δcon）替代。

2）鋼絞線理論伸長量的計算：

根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）預應力筋伸長量（ΔL）的計算公式：

PP——分段預應力筋的平均張拉受力（N）

L——預應力筋的張拉長度（mm）

AP——預應力筋的截面面積（mm2）

EP——預應力筋的彈性模量（N/mm2）

P——預應力筋張拉端張拉力（N）

X——從張拉端至計算截面的孔道長度（m）

θ——從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）

K——孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數

μ——預應力筋與孔道壁的摩擦系數

根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）計算中，K取0.0015，μ 取 0.2

Pz=Pq×e-（KX+μθ）

Pq——分段起點力；

Pz——分段終點力。

圖1 預應力鋼絞線立面圖

對于N1鋼絞線理論伸長值計算列表如下：

表1

一半鋼絞線伸長量△L 半=0.0036+0.0039+0.0247+0.0575=0.0897m；

整根鋼絞線伸長量△L=2△L 半＝2×0.0897m＝0.1794m＝179mm；

對于N2鋼絞線理論伸長值計算列表如下：

表2

一半鋼絞線伸長量△L 半=0.0036+0.0116+0.0428+0.0316=0.0896m；

整根鋼絞線伸長量△L=2△L 半＝2×0.0896m＝0.1792m＝179mm；

3）張拉時油表讀數的控制：根據設計文件和施工技術規范的要求，張拉順序為：

0→15%δcon→100%δcon對應各個時段的張拉力分別為：

0→205.1kN→1367.1kN

為了計算鋼絞線的實際伸長量，需記錄15%δcon→30%δcon時的實際伸長量，用來當作0→15%δcon時的伸長量，所以也應知道30%δcon時的張拉力為410.5kN。根據千斤頂標定報告中所給的回歸方程，用內插法計算張拉過程中各個控制點的油表讀數。

0516 千斤頂回歸方程為：y=28.988x+2.3214

0517 千斤頂回歸方程為：y=30.546x+3.3929

而千斤頂0516與油表3120配套使用，0517千斤頂與油表0126配套使用。

經計算各個控制點的油表讀數如下表所示：

表3

其中，張拉時采用兩頭張拉千斤頂與表搭配使用，不得交錯搭配使用。

4 孔道灌漿及封錨

孔道壓漿工作在預應力筋張拉完畢24小時內及時壓漿。錨具外部多余的預應力筋束使用手提砂輪機進行切斷，預應力筋束割切后的余留長度不宜小于3cm。錨具外面的預應力筋束間隙應用水泥砂漿填塞，以免冒漿而損失灌漿壓力。壓漿的工藝：孔道壓漿順序是先下后上，壓漿的壓力以保證壓入孔內的水泥漿密實為準，加壓控制在0.5MPa～0.6MPa。在孔道壓漿后立即將梁端水泥漿沖洗干凈，同時清除錨墊板、錨具、端面混凝土上的污垢。焊接封錨鋼筋前，對梁端混凝土表面鑿毛，清除錨具墊板的油污雜物，然后按圖紙要求布置鋼筋網片，澆筑封錨混凝土。

5 結論

孟河頭橋工程工程后張法措施中，加強質量管理，科學合理地進行施工布署，改進施工工藝，確保混凝土質量。由于優化方案，精細化管理，至今未發現異常情況，保證了施工技術質量和安全，取得了預期成效，其方法對同類橋梁工程的實施，有很重要的借鑒作用。

［1］JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術規范[S].北京：人民交通出版社,2011.

［2］劉澤俊,李延安,張占,丁鑰,張志好,陳龍,高以寧.新建睢寧二站泵站深基坑施工方案優化[J].水電能源科學,2011(10)：68-157.