市政橋梁工程中預應力張拉施工技術研究

李彥榮

（中鐵十七局集團第二工程有限公司， 陜西 西安 710000）

隨著城市建設進程的推進， 配套市政橋梁的規模隨之擴大， 同時各界對市政橋梁的建設質量提出更高的要求。 預應力施工技術對提升橋梁結構的承載性能有突出的作用， 為充分發揮出技術應用優勢，需梳理施工原則和要點， 制定適宜的施工方案， 加強施工質量控制， 確保預應力施工的有效性。

1 工程概況

萬寶路新建工程位于永修縣湖東新區， 起訖樁號 K0 ＋000 ～K1 ＋640， 設計全長 1640m， 起點交于永昌大道， 終點與學堂三路相交。 設計速度50km/h， 道路紅線寬度 36m， 主橋寬 34.5m， 引橋寬32.5m， 本橋梁體采用三向預應力體系， 分多次張拉， 預應力張拉控制難度大， 斜拉索張拉采用單根等值張拉法。

2 預應力張拉施工的原則

2.1 確保橋梁的安全性

橋梁預應力施工期間潛在安全隱患， 必須以保障安全為前提進行各環節的施工。 例如， 預應力施工前清理現場不利于施工的雜物； 做好安全交底和技術交底， 強化員工的安全意識。 千斤頂是預應力施工期間的重要設施， 作業人員嚴格控制張拉應力和升降速度， 以規范的方式保障施工安全。 此外，制定安全制度也是相應安全性原則的重要途徑， 以安全制度為引導， 規范各項活動[1]。

2.2 選用合理的預應力鋼束和錨具

根據設計圖紙選擇合適型號的鋼絞線， 進場時安排質量檢驗， 表觀形態、 數量各方面均要達到要求。 鋼絞線需帶有合格證， 否則不具備使用的條件。預應力鋼束施工所需的錨具類型豐富， 需嚴格依據規范和設計要求進行選擇， 挑選錨具后安排檢驗，確保無誤。

2.3 及時養護管理

預應力橋梁施工后進入養護階段， 以科學的控制措施使混凝土在溫度、 濕度均適宜的條件下有效成型。 局部鋼筋銹蝕時， 盡快處理， 對鋼筋采取防護措施。 養護管理期間由專員定期檢查橋梁的狀況，清理橋面的雜物， 最大限度減小外部因素對橋梁成型質量的影響。

3 斜拉索預應力張拉施工技術

3.1 單根張拉

單根張拉原理是等值張拉， 通過等值張拉實現掛索索力的均勻性控制。 等張法原理見圖1。

圖1 等張法原理圖

1） 安裝單根張拉支座。 底板、 頂板、 立柱共同組成單根張拉支座， 先將底板固定在錨具上， 再將立柱和頂板安裝到位。 單根張拉支座安裝時， 要求頂板和錨具各自的孔位保持一致。

2） 傳感器安裝。 本橋所采用的的傳感器主要有兩種， 分別是張拉時測整索索力的索力計和斜拉索單根等值張拉時測單根拉索索力變化值的單根壓力傳感器。 索力計在拉索體系中選取不同長度的3 根拉索安裝索力計， 用于監測索力。 在進行單根穿索時將索力計安裝在錨具和錨墊板之間， 索力計安裝如圖2 所示。 掛索張拉期間分別測量各孔位的索力，根據索力計讀取的讀數校正頻譜法測得索力， 進而測得其他束索力值。

圖2 索力計安裝位置圖

單根壓力傳感器安裝在第三根 （第3 個孔）， 提高傳感器的測量精度。 安裝順序為 “支座-傳感體-工具錨-工具夾片”， 用導線將安裝到位的傳感體連接至顯示儀。 安裝后， 對傳感器歸零。 如圖3 所示。

圖3 單根壓力傳感器安裝位置圖

3） 臨時夾片錨固后， 安裝張拉所需設施 （工具夾片、 YDCS160 -150 千斤頂、 單孔工具錨）， 于鋼絞線上設測量基點。

4） 根據設計張拉力安排張拉作業， 分階段有序進行。 張拉至5MPa時， 測量鋼絞線的初始伸長量，復核顯示儀讀數。 后續每根索張拉力達到5MPa時均隨即測量初始伸長量， 根據傳感器的變化值確定該根索控制力， 以便精準張拉。 經過預應力張拉后，測量最終的鋼絞線伸長量， 做好記錄。 配套工作夾片， 卸壓至3MPa時測量回縮值， 采取錨固措施。

5） 預應力張拉期間安排補張拉， 操作時間以最后一根張拉完成后為宜。 將布設在第1 根鋼絞線上的傳感器拆除， 適時補張拉錨固。

6） 若張拉期間某行程不達標， 做反復張拉處理， 直至達到動態控制應力值為止[2]。

3.2 技術要求

1） 預應力張拉時， 遵循兩側均衡、 分級的加載原則， 除了對張拉應力的控制外， 鋼絞線的伸長量偏差也需在許可范圍內； 2） 兩夾片間的高差控制分兩種情況考慮， 同一付夾片內的高差在1mm以內，不同付在0.5mm以內， 超出許可范圍時隨即采取控制措施。 盡可能減小夾片間的高差， 提高平整度；3） 張拉時， 單根索間、 不同索間的索力差分別在控制索力的1%以內、 2%以內； 4） 張拉時， 油壓差值在0.5MPa較為合適； 5） 張拉采取 “雙控” 的質量控制方法， 在保證張拉力達標的同時， 鋼絞線實際張拉力與理論值的誤差需在±6%以內。

3.3 單根張拉的作業細節

1） 張拉兩端的工作人員保持聯系， 確認各方均具備張拉的條件后， 方可聽從指揮， 正式張拉， 且先張拉預緊不帶抗滑鍵一側， 保證抗滑鍵與分絲管錨墊板緊密接觸再同時張拉， 確保抗滑鍵有效抗滑；2） 各掛索點的掛索速度需得到控制， 兩束索的總索力差不超過30T； 3） 張拉時， 作業人員適時敲緊夾片， 以防松脫； 4） 鋼絞線的張拉應力完全達到設計值時， 安裝工作夾片并緊固， 并及時記錄傳感器的顯示值， 根據實測數據合理開展下一根鋼絞線的張拉作業； 5） 夾片的外露量保持一致， 夾片安裝后的平整性、 高度均要達標； 6） 張拉期間緩慢進油， 油壓達到設計值后維持1min。

3.4 單根張拉力

為保證單根張拉的有效性， 對每根鋼絞線采取針對性的張拉作業方式: 1） 第1、 2 根: 套管對單根張拉力可能產生顯著的非線性影響， 導致張拉效果無法達到預期。 為此， 第1、 2 根鋼絞線用于承受外套管的自重， 根據管的垂度對張拉力做針對性的控制； 2） 第3 根: 由主梁及索塔的變形量進行修正， 目的在于確保單根索力的累計值盡可能接近設計值， 以防后續對索力做大幅度調整； 3） 第i根:Ti=Ti-1-Δi，Δi—第i根安裝時傳感器變化值； 4）第一、 二根補拉時按Ti=Ti-1-Δi確定。

按照前述提及的方法張拉時， 張拉活動的可控性較好， 鋼絞線索力均勻性穩定在2%以內。

3.5 單根鋼絞線張拉及錨固

單根張拉工藝要點: 1） 安裝上YLSDl60 -150千斤頂； 2） 單根鋼絞線的張拉力達到設計值的15%時測量鋼絞線伸長量， 作為初始值。 若經過一個行程后張拉效果未符合預期， 在連續張拉部件內臨時錨固； 3） 測定最后一級張拉力， 對比分析前期傳感器的變化值， 兩者保持一致時測定伸長量 （終止值）， 配套工作夾片， 卸壓至3MPa后測回縮值并錨固； 4） 傳感器在掛索完成后方可拆除， 必要時安排補張拉； 5） 經過一根鋼絞線的張拉后， 檢測工作夾片的平整度并予以控制； 6） 張拉錨固時， 輕敲夾片以便及時跟進[3]。

3.6 低應力錨固技術措施

若單根掛索索力偏低， 需考慮此時低應力狀態下的錨固措施， 具體方法如下: 1） 加強源頭質量控制， 檢驗拉索錨具產品的質量， 以防由于張拉設施存在異常而導致張拉效果變差； 3） 夾片的安裝必須具有規范性， 夾片的位置、 穩定性均要達到要求；4） 對于低應力錨固的作業場景， 現場工作人員需與設計、 監理及監控單位取得聯系， 視實際情況對拉索初始控制應力進行調整， 例如適當增加該值， 通常在0.15δb 以上較為合理； 5） 單根張拉期間采取臨時錨固措施時， 必須完全在連續張拉裝置內進行，同時必須確保全過程中工作夾片無頻繁的高應力錨固現象； 6） 為維持工作夾片的穩定性， 配套夾片防松裝置， 旋緊各空心螺栓。

3.7 張拉質量控制措施

預應力張拉細節多， 采取質量控制措施是保證張拉效果的關鍵所在: 1） 張拉千斤頂、 傳感器、 二次儀表等均是橋梁工程預應力施工中的重要設施，各自的精度、 運行穩定性均會對張拉質量帶來影響。因此， 一方面需合理選購， 保證設施型號的合理性；另一方面加強進場時的校驗和使用期間的定期檢查，確認無誤后方可投入使用； 2） 油表和二次儀表的讀數由專員采集并記錄， 保證讀數的準確性； 3） 鋼絞線多行程張拉， 伸長量的確定不可采用反復測量千斤頂活塞進行累計的方法， 原因在于該方法易產生測量和回縮累計誤差。 事實上， 該值宜以測量鋼絞線實際拔出量為準； 4） 僅在最后錨固時才可將工作夾片打緊， 此外嚴格控制兩夾片間的環縫分布， 要求具有均勻性和一致性； 5） 張拉力和伸長量是影響張拉效果的關鍵指標， 為有效控制， 需采取同步雙控核準的方法， 某項或多項指標存在異常時， 及時探明原因， 制定應對策略并落實到位， 待張拉力和伸長量均達標后方可按照施工計劃組織下一道工序的施工； 6） 傳感器和二次儀表的測量數據需具有全面性和準確性， 為此應由專員規范操作。 例如， 使用前對二次儀表做歸零處理， 以免由于儀表自身誤差的存在而導致數據有失真實性。

4 箱梁預應力施工中出現的問題及處理措施

4.1 穿束困難

孔道成型后， 進行穿束， 如果孔道偏離了設計位置， 會造成孔道不圓順， 甚至出現彎折； 波紋管受外力作用發生擠壓， 孔徑改變； 穿束時孔道遭到混凝土塊或其它工程材料的堵塞， 穿束受阻； 穿束方法缺乏可行性， 穿束時防護不當， 波紋管的內壁被戳傷， 諸如此類現象均是穿束困難的重要表現。

為順利穿束， 提出如下應對措施: 穿束前， 用橄欖球在孔道內做多次拉動， 清理孔道的雜物； 穿束期間， 若人為穿束的作業效果差， 可采取機械牽引穿束的方法， 但不可導致孔道大幅度變形； 孔道堵塞且孔道的直徑較小時， 先確定堵塞的部位， 適度開鑿小孔， 采取處理措施， 穿束完成后安排修補。

4.2 預應力筋實測伸長量超出許可范圍

根據要求， 預應力筋的實際伸長量與理論值的偏差不大于±6%時方可滿足要求， 但實際張拉期間可能由于預埋管道局部凸起而導致預應力筋與管壁發生劇烈的摩擦， 出現預應力筋伸長量超出許可范圍的情況。

為實現對預應力筋伸長量的有效控制， 采取如下應對措施: 嚴格按照坐標位置進行預應力筋管道的預埋作業， 保證預埋位置準確且管道穩定可靠，定位間距不超過40cm， 必要時適度加密定位間距；根據施工方法加強質量控制， 按照先向管道穿入預應力筋、 再澆筑混凝土的思路進行施工時， 混凝土澆搗期間加強對管道的防護， 避免由于施工擾動而導致管道受損； 每隔10 ～20min 適度推拉活動預應力筋， 直至混凝土初凝為止。

5 預應力張拉施工注意事項

5.1 預應力施工

1） 張拉作業對混凝土構件的強度提出特定的要求， 以不低于施工要求的75%為宜； 2） 鋼絞線兩端附著的雜物需得到有效的清理； 3） 張拉前， 詳細檢查錨具、 夾片及各類張拉配套設施， 任何形態、硬度等方面不達標的材料均不可投入使用； 4） 夾片的安裝應與錨環口相吻合， 夾片安裝后需做到位置合理、 穩定可靠； 5） 嚴格按照施工規定進行張拉，逐步完成預應力鋼絞線的張拉作業， 對于工程項目無明確要求的， 采取分段對稱張拉的作業方法； 6）張拉期間精準控制鋼絞線的張拉應力， 必須穩定在合理的范圍內， 若鋼絞線的伸長量也滿足要求， 采取錨固措施， 裸露至外部的鋼絞線需在3cm以上。

5.2 孔道灌漿

1） 為現場配備水泥稠度儀， 用于檢測孔道灌漿所用漿液的性能； 2） 水泥漿液拌和時的水需達到飲用水標準， 有機物含量應達標， 且不可摻雜有損漿液性能的雜物； 3） 禁止隨意增加外加劑， 各類材料的質量和用量均要達到設計要求， 投入使用的材料不可侵蝕鋼絞線； 4） 預應力管道選用塑料波紋管，使用前檢查是否存在銹跡、 油污等雜物， 做好清理工作； 5） 漿液拌制完成后隨即用于孔道灌漿， 保證灌漿量的合理性。

6 結語

綜上所述， 市政橋梁預應力張拉屬于工程施工全流程中的重點環節， 預應力張拉效果對橋梁建設質量有顯著的影響， 工程人員需妥善應用預應力張拉技術， 將前期準備、 中期張拉及后期養護工作有效落實到位。 同時， 施工單位需秉承安全第一的原則， 根據工程狀況制定安全管理制度， 在專員的推動下落實安全管理工作， 從材料質量管控、 機械設備性能優化、 員工操作規范性等多方面著手， 營造安全的施工環境。 對于預應力張拉期間存在的張拉力不合理、 鋼絞線伸長量超標等問題， 需分析原因，妥善處理。 在全面的管控下， 保證市政橋梁的預應力張拉效果。