超大跨徑預制箱梁預應力施工技術要點研究

代亞杰

（甘肅省平涼市新世紀建筑工程有限責任公司，甘肅 平涼 744000）

1 項目背景

平涼中心城區(qū)豐收路涇河大橋起點接豐收路與涇河南路（涇河風情大道）交叉處，向北跨越涇河后，終點位于涇河北岸，與涇河北路相接。橋梁全長151.2m。設計時速30km/h，橋梁寬度20m。橋梁采用徑向布孔，墩臺徑向布置。上部結構為50m 跨徑裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁，上部結構體系為先簡支后連續(xù)的結構，采用直線布梁，橋梁分為3 跨，共18 片箱梁。當混凝土強度達到設計強度的90%以后進行張拉。預應力筋采用鋼絞線束制作而成，采用兩端張拉工藝，張拉方式采用雙控方式（即：伸長值控制和應力控制）。

2 張拉準備

2.1 張拉施工的材料以及設備

2.1.1 預應力筋。預應力筋采用高強度低松弛率鋼絞線，公稱直徑Φ=15.24mm，截面積Ap=140mm2，鋼絞線抗拉強度fpk=1860MPa，彈性模量EP=1.95×105MPa。鋼絞線采用切割機冷切，人工編束及穿束，穿束結束后應能使鋼絞線束在預應力孔道內自由滑動，且不刺破金屬管道。鋼絞線下料長度可按下式計算：

式中，L 代表鋼絞線下料長度（m）；L0代表孔道長度（m）；L1代表工作錨長度（m）；L2代表千斤頂長度（m），L3代表工具錨長度（m）；L4代表預留長度（m）。

張拉作業(yè)開始前，首先要確定材料使用計劃，本橋由于用量較小，可按實際用量一次性采購。鋼絞線進場后應按有關規(guī)定進行外觀檢驗和力學性能抽樣檢測[1]，不滿足要求的一律不得使用。鋼絞線應存放于干燥、通風的倉庫，存放時應采取下墊上蓋的措施，防止受潮、受污，并由專人看管。

2.1.2 張拉設備。智能張拉設備及配套的千斤頂、油表等在進場都都應送至具備相關資質的單位標定，標定后方可投入現場施工。當使用次數或使用時間超過規(guī)范要求、長期放置不用、張拉出現異常時應再次標定。

2.1.3 錨、夾具。錨、夾具主要有工作錨、工具錨等。其中工具錨可重復使用。但應根據現場實際情況，分批購買。對購買進場的每一批錨、夾具都應經檢查合格。檢查項目除外觀質量外，還應對其硬度及靜載錨固性能進行檢測。只有當所有項目均合格后方可用于現場施工。錨、夾具應存放于干燥、清潔的倉庫，由專人看管。

2.1.4 預應力孔道。預應力孔道可采用預埋符合要求的塑料波紋管，其壁厚、橫截面積及有關力學性能[2]應滿足設計及規(guī)范要求。進場后應根據規(guī)定的頻率和檢驗項目進行抽檢。對于不符合要求的波紋管，一律不得使用。

2.2 技術準備

在張拉作業(yè)之前必須對千斤頂、油表及油泵等設備進行標定。通過標定以確定設備的線性回歸方程，通過標定機構給出的線性回歸方程可進行理論伸長值等的計算。張拉控制應力可按下式計算：

式中，P 代表單根鋼絞線張拉力（kN）；fpk代表鋼絞線強度標準值，取值1860MPa。經過計算，單根鋼絞線張拉力為195.3kN。

3 預應力施工技術要點

張拉及壓漿施工對于后張法預應力預制箱梁來說尤為重要，預應力施工質量的好壞，往往能決定該片預制箱梁的使用壽命。由此可見，預應力施工對于預制箱梁來說是一道特別重要的工序。在預應力施工時，必須嚴格按照設計及有關規(guī)定的規(guī)定執(zhí)行，后張法預應力施工工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 后張法預應力施工工藝流程圖

3.1 預應力鋼絞線理論伸長值計算

鋼絞線理論伸長值采用有效應力計算，計算原理如下：鋼束按曲線變化段計算特征值，即區(qū)段長度和曲線夾角，分別計算出張拉截面至計算截面的有效應力，然后按兩計算截面的有效應力取平均值，計算伸長值，最后將兩段伸長值累加即為鋼束的總伸長值。鋼絞線理論伸長值可按下式計算：

式中，P 代表單根鋼絞線的平均張拉力（kN）；θ 代表張拉端至孔道切線的夾角和（rad）；x 代表分段鋼絞線長（mm）；k 代表管道偏差系數，取0.0015（1/m）；μ 代表摩擦系數，取0.23。將中跨預制箱梁N1孔的各項數據代入（3）式和（4）式可分別求得預制箱梁腹板縱向預應力筋及豎向預應力筋的理論伸長值[3]。中跨預制箱梁縱向N1孔預應力筋理論伸長值計算如表1 所示。

表1 N1 孔張拉理論伸長值

3.2 預應力管道安裝及保護

預應力孔道采用波紋管成孔，波紋管按17.1m 一節(jié)加工，連接用大一號波紋管連接。波紋管采用定位鋼筋每1m 一道（在直線段）或50cm 一道（在曲線段）按照預應力筋設計坐標嚴格定位，安裝完畢后，對波紋管進行全面檢查，對于波紋管接頭等處用透明寬膠帶對其進行密封。波紋管安裝完成后應重點對下列部位檢查：a.接頭處的密封程度是否可靠；b. 孔道的曲線部分順滑程度是否合理；c.漸變處等關鍵部位的位置是否精準、定位筋是否安裝牢固。封頭模板安裝就位后，在澆筑混凝土前應及時穿入比波紋管內徑小1cm 的塑料軟管。在砼澆筑過程中經常來回抽動塑料軟管，以防止波紋管擠壓變形。

3.3 千斤頂、鋼絞線束及錨夾具等的安裝

安裝張拉裝置時，應確保錨墊板與鋼絞線束垂直，螺旋鋼筋與錨墊板貼緊，千斤頂、鋼絞線束等的中心線應處于同一軸線上，工作錨、工作夾片應安裝牢固，張拉系統各部位應連接緊密。張拉裝置安裝示意圖如圖2 所示。

圖2 張拉系統安裝示意圖

3.4 預應力張拉施工

3.4.1 張拉準備。根據設計要求，當預制箱梁養(yǎng)護齡期達到7 天，且混凝土強度達到設計強度的90%以上時才能進行張拉施工。正式張拉之前，首先應確保下列工作已經完成：a.張拉作業(yè)人員已經接受安全教育、接受安全技術交底，作業(yè)人員已經掌握張拉施工需要的全部安全和技術要點；b.工作錨、工具錨等已安裝準確且牢固；c.張拉施工現場已經設置相應的操作規(guī)程及安全防護設施；d.張拉設備已經標定。

3.4.2 張拉施工。a.安裝千斤頂：將工作錨、工作夾片、限位板、千斤頂、工具錨按先后順序依次穿入鋼絞線。應注意應將工作夾片用小錘配合套管敲緊。然后再次調整千斤頂以及錨墊板等位置，確保安裝位置準確，保證千斤頂、錨具、孔道處于同一軸線上，軸線與錨墊板保持垂直[4]。b.通過標定證書上的線性回歸方程，計算出各張拉階段油表的理論讀數，用以檢驗是否完整可靠。啟動智能張拉機，輸入張拉相關參數，開始進行張拉作業(yè)。張拉過程中，預制箱梁兩端的張拉力必須保持一致，兩端的張拉力差值不得超過±5%。張拉程序為：0→初應力→1.03σcon（錨固）。應緩慢增加張拉力，其速率應小于30MPa/min，發(fā)現異常時，必須停止張拉，并查找原因，排除故障后方可繼續(xù)。c.張拉結束后，應立即進行錨固，當發(fā)現錨下預應力損失過大時，應進行補張拉。

3.5 管道壓漿

根據目前的研究成果，效果較好的壓漿方式為真空輔助壓漿[5]。壓漿作業(yè)一般在張拉完成后48h內進行，超過48h 時，必須采取相關措施，防止水蒸氣進入孔道，導致鋼絞線束加快銹蝕。壓漿完成后，應確保漿液充滿預應力孔道內，無殘留空氣，否則還應繼續(xù)壓漿。具體判斷方法為：預制箱梁排氣孔排出規(guī)定稠度的水泥漿液為止。壓漿時，應使壓力始終保持在5～7kPa 之間，壓漿作業(yè)時，應保持180～300s 壓力不小于500kPa 的穩(wěn)壓期，以確保壓漿飽滿。水泥漿液的配合比應根據孔道、壓漿方法、壓漿材料等多種因素綜合確定，并應經配合比試驗驗證，漿液中氯離子含量不得超過0.06%，可根據需要，經試驗確定后，摻入少許膨脹劑。真空輔助壓漿施工示意圖如圖3 所示。

圖3 真空壓漿端工作程序圖

4 預應力施工質量檢驗

預制箱梁張拉、壓漿及養(yǎng)護完成后，可按照表2 對預應力施工質量的進行檢驗。

表2 后張法允許偏差

5 結論

預制箱梁預應力施工是預制過程中的重中之重，其施工質量的好壞，在很大程度上決定了預制箱梁的成敗，在這種現象超大跨徑預制箱梁的更為明顯。只有在各個環(huán)節(jié)都進行良好的把控，才能真正意義上做好預應力施工。因此，在預應力施工中，預應力筋的理論伸長值計算是作為每一個管理者必備的技能，只有正確計算出預應力筋的理論伸長值才能更好的對預應力張拉進行控制，否則容易出現張拉力不足或者超張拉導致預應力筋出現大面積斷絲滑絲。