淺談后張拉法預應力空心板梁預制施工技術

劉 軍， 彭 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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淺談后張拉法預應力空心板梁預制施工技術

劉 軍， 彭 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

通過干汊中橋預應力空心板梁這一比較典型的施工實例，歸納了后張法預應力空心板梁的施工方法，總結出空心板梁施工的注意事項，以期對類似工程的施工具有一定的參考價值。

橋梁；預應力；空心板梁；施工技術；干汊中橋

1 工程概述

干汊中橋位于S210線寶興至磽磧電站庫區，干汊中橋全長74.24m，上部構造采用3～20m后張拉預應力混凝土空心板，下部構造采用重力式U形橋臺配擴大基礎，雙柱式橋墩配明挖擴大基礎。主車道寬度為8m，雙車道布置；防護欄桿尺寸為1.15m×0.3m，設計荷載為汽—20級。

2 空心預制板梁的制做與施工

20m空心預制板全長1 996cm，全橋共21片，底寬124cm，高90cm，分中、邊板梁兩種，每塊空心預制板布置四束鋼絞線，每束鋼絞線由7根φj15鋼絞線組成，每根φj15鋼絞線由7根鋼絲扭繞制成。預制梁斷面見圖1。

圖1 空心預制板梁結構圖

錨束選用ASTMA416—98、直徑為15.24mm高強度低松弛鋼絞線，強度等級為1 860N/mm2，錨具選用XM15—7型，設計控制張拉力為195.3kN。鋼絞線力學性能見表1。

表1 鋼絞線力學性能表

2.1 預制場地的選擇

20m空心板單件最大重量約33t，對預制場地基要求較高。為防止地基不均勻沉降造成預制梁斷裂，必須對場地進行碾壓，對軟弱部位采用砂礫石置換并碾壓，最后澆筑C15混凝土10cm厚地坪。場地四周布置排水溝，以防止雨水淤積。

2.2 模板結構

地模：采用混凝土地模，地模墊層為16cm厚的C25混凝土，表層采用高標號水泥砂漿抹面1cm且經磨石處理，表面光滑、水平，嚴格控制其平面尺寸和平整度,表面平整度采用2m直尺檢查，不得超過允許偏差5mm。地模寬1.24m,長20.8m，兩側鑲4cm厚木條，表面刨光。地模間距120cm；地模兩側布置混凝土樁，以便支側模。

側模：采用木模，木模表面應刨光并達到規范要求的平整度以及光滑度,刨光的木模表面高低差采用2m直尺檢查，不得超過允許偏差3mm。側模應具有一定的整體性，以便于裝拆。

內模：內模為不等邊八邊形，采用裝配式木框和散裝木板分節預組裝，外包塑料薄膜，分節吊裝就位。內模要求結構簡單、便于裝拆且其結構牢固，不得在預制過程中出現模板移位、裂模、爆模現象。

模板結構見圖2。

2.3 后張拉法預制工藝流程

后張拉板梁施工工藝流程見圖3。

2.4 錨孔成型與穿束

圖2 模板結構圖

在已安裝的底板鋼筋上放出波紋管平面和立面控制點，按間距50cm焊接定位架立筋，并將固定波紋管的鋼筋圈準確焊接在架立筋上，然后擺放波紋管并逐段連接，接頭使用直徑70mm的同類波紋管，長度為(5～7)d，即40～50cm，接頭處采用膠帶裹緊密封。波紋管安裝位置要求準確、孔洞順直、曲線平順。為防止澆筑時由于振搗或混凝土拌和物壓力過大而造成預埋的波紋管變形或破裂，在波紋管內穿入膠管，當混凝土終凝后將膠管拔除。錨墊板安裝應與波紋管同心，與孔道軸線垂直。

鋼絞線根據下料長度采用砂輪切割機切割，并用膠帶綁扎牢固。下料長度公式為：

L=L0+n(L1+0.15)

式中 L為下料長度；L0為梁的管道加兩端錨具長度；n為張拉端數目；L1為千斤頂支承端到夾具外緣距離(包括錨墊圈，厚0.035m)。

施工采用兩端張拉，錨具選用XM15—7型；該預制板采用兩種不同長度的鋼絞線進行張拉，分別為21.282m和21.394m；錨具長度為0.055m；張拉端數目n=2；千斤頂支承端到夾具外緣距離(包括錨墊圈厚0.035m)，L1=0.835m。

故下料長度為：

L1=L01+n(L1+0.15)=21.282+0.055+2×(1.5+0.15)=24.637(m)

L2=L02+n(L1+0.15)= 21.394+0.055+2×(1.5+0.15) =24.749(m)

在預應力張拉前，根據下料長度進行鋼絞線的切割下料，采用人工穿入波紋管并逐根理順，防止其互相纏繞。

2.5 后張法張拉

(1)設計要求。

張拉時，混凝土強度不低于設計強度的75%；張拉控制應力應不超過預應力筋極限張拉應力的75%。該工程張拉控制應力為預應力筋極限張拉應力的75%。

張拉采用兩端張拉方式，對張拉力與伸長值實施雙控，實際伸長值與理論伸長值的差值應控制在±6%以內且不允許斷絲。

(2)預應力筋理論伸長值。

理論伸長值△L(mm)按下式計算：

△L= PPL/(APEP)

△PP= P×[1-e-(kx+μθ)]/(kx+μθ)

式中 PP為預應力筋的平均張拉力(N)；L為預

圖3 后張拉板梁施工流程圖

應 力 筋 的 長 度(mm)；即L1=21 282mm，L2=21 394mm；AP為預應力筋的截面面積(mm2)，即140mm；EP為預應力筋的彈性模量(N/mm2)，取1.95×105MPa；P為預應力筋張拉端的張拉力(N)；k為孔道每延米局部偏差對摩擦的影響系數，取0.001 5；θ為曲線孔道部分切線夾角之和(rad)；μ為預應力筋與孔道壁的摩 擦 系 數，取0.25；x為張拉端至計算截面的孔道長度(m)，x1=2.755 m；x2=4.391m。其中:

P=σcon×Ag×n×b/1 000

式中 σcon為張拉控制應力(N/mm2)；Ag為每根預應力筋截面面積(mm2)；n為同時張拉預應力根數，即7根；b為超張拉系數，不超張拉時為1。

由于設計圖紙未標明預應力張拉控制應力，根據《橋梁設計規范》，預應力張拉控制應力不得超過預應力筋極限張拉應力的75%,故該預應力張拉控制應力取預應力筋極限張拉應力的75%，即1 395N/mm2，則：

P=1 395×20×7×1/1 000=195.3(kN)

該預制板分兩種不同長度的鋼絞線進行張拉，分別為曲筋1=21 282mm和曲筋2=21 394mm。

① 曲筋1(總長21 282mm)。

A、PP1=195 300×[1-e-(0.001 5×2.755+0.043 63×0.25)]/(0.001 5×2.755+0.043 63×0.25)=193.8(kN)；

B、曲筋1理論伸長值△L1=193 800×21 282/(140×195 000)=151(mm)。

② 曲筋2(總長21 394mm)。

A、PP2=195 300×[1-e-(0.001 5×4.391+0.244 3×0.25)]/(0.001 5×4.391+0.244 3×0.25)=188.8(kN)；

B、曲筋2理論伸長值△L2= 188 800×21 394/(140×195 000)=148(mm)。

根據理論伸長值確定的預應力筋實際伸長值控制范圍見表2。

表2 實際伸長值控制范圍表

(3)錨索張拉。

預應力預制板梁采用XM15-7型夾片式錨具、后張拉法張拉，鋼絞線為高強度低松弛力筋。張拉程序為：

0→0.1張拉力(初應力)/(伸長值量測基點)→σcon(控制應力)/測伸長值→持續2min錨固/卸荷、測夾片回縮值。

施工采用兩端同時張拉。張拉施工時，兩端油泵啟動基本一致，進油升壓應緩慢、均勻、平衡。先在一端先行錨固，再在另一端補足張拉力持續3～5min后進行錨固。

3 預制板梁的吊裝

預制板梁采用小門架配合鋼導梁吊裝，配卷揚機、滑車牽引移動，千斤頂落梁就位。導梁采用在橋臺一次拼裝而成。預制板梁吊裝情況見圖4。

(1)先在墩、臺之間架設20m導梁，并在導梁前端架設小門架，小門架配合卷揚機牽引。

(2)用千斤頂分別將預制板的兩端頂起，安上走板、滾筒，再將千斤頂松開，將預制板落在走板上。

(3)用卷揚機牽引，將預制板梁縱向移動通過導梁過孔移動到預定位置。

(4)用預先安裝好的小門架將預制板梁提離導梁，再橫向移動導梁。

(5)導梁移開后，安裝橫向移動走板，將預制板梁放在橫向移動走板上，用卷揚機將預制板梁橫向移動到位，再用千斤頂落位。

圖4 預制板梁吊裝示意圖

4 結 語

干汊橋為空心預制板梁施工比較典型的實例，其空心橋梁本身的抗彎能力和承載能力不高，主要依靠4束鋼絞線對板梁施加預應力，使其達到設計承載能力。因此，板梁的鋼絞線施工質量以及兩張拉錨固端混凝土結構質量至關重要。

(1)空心板梁具有長、重等特點，對地基承載力要求較高，地基沉降易造成板梁部分懸空。由于其自身重量，未張拉板梁很難承受懸臂板梁產生的彎矩，往往會攔腰折斷。

(2)對于空心板梁，一般要求其混凝土設計強度較高(C40以上)。因此，如何控制水灰比、降低水化熱是提高混凝土質量的重要途徑。根據該工程骨料特點：針片狀含量高、長寬比大，導致每m3混凝土中的水泥含量達550kg，大大增加了水化熱。因此，采取了提前拆模和空心內部盛水降溫養護的措施，必要時采用通風降溫。

(3)由于空心板梁通過預應力張拉達到設計承載力，鋼絞線為曲徑布置，張拉必將造成梁起拱(一般起拱高度為2 cm左右)，因此，鋼絞線張拉不宜在混凝土強度較高后實施，同時，應減少水泥用量，以減少水化熱、提高混凝土塑性。

(4)根據規范要求，預應力張拉應采取雙控，將鋼絞線的伸長值必須控制在±6%的理論伸長值。伸長值計算必須根據公式的邊界條件、對照實際鋼絞線布置情況分段進行計算，否則實際伸長值將不會在理論伸長值允許范圍內。鋼絞線曲徑一般由曲線段、直線段等組成，由于張拉受力，部分段已脫開波紋管壁，故鋼絞線理論伸長值應根據實際受力和布置情況進行計算。

(5)干汊橋張拉遇到的設計問題。目前，部分設計單位對一些橋梁的設計直接照搬原國家頒布的設計圖集(或廢棄的圖集)。但因技術進步、材料更新，原設計圖集已無法適用。如該工程遇到的鋼絞線強度值問題，根據設計圖集應為1 500 MPa極限張拉強度，而設計圖紙上未明確鋼絞線的極限強度為1 500 MPa，也未明確張拉力為鋼絞線強度的百分比。從目前市場情況看，已無1 500 MPa極限張拉強度的鋼絞線，普遍為1 860 MPa極限強度的鋼絞線。因此，按照規范要求，預應力張拉力應為75%的鋼絞線強度，張拉力應為195.3 kN，而原設計許可的張拉力最大為157.5 kN。最終，設計提出張拉力為預應力筋極限張拉應力的60.5%。

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV547;TV

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1001-2184(2016)06-0041-04

劉 軍(1968-)，男，四川射洪人，高級工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

彭 明(1977-)，男，四川南部人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.