先張法預應力軌道梁現場施工技術研究與應用

許海鋒 王寬

摘 要：臺州市北部灣區集團現代建材產業項目碼頭工程為高樁梁板式結構，其中預制梁有90榀為先張法預應力軌道梁。本文結合工程實例，對先張法軌道梁預制工藝進行了研究應用，針對現場預制過程中遇到的問題進行探討、分析及總結，形成了一套先張法預應力軌道梁施工工藝，以期為類似工程提供參考。

關鍵詞：先張法預應力軌道梁；鋼筋連接

0 引 言

先張法預應力軌道梁施工對施工場地和臺座要求較高，組織業主、施工單位經過對工程附近預制場實地考察，僅寧波三航四有水工先張法預制場，距離遠且預制臺座還需要改造，不能滿足施工要求，因此決定自建臺座預制先張法軌道梁。對先張法預應力軌道梁鋼筋冷拉、鋼筋連接、張拉、放張等工藝進行探討、分析及研究，解決了先張法預應力軌道梁的施工技術難題。

1先張法預應力軌道梁工程實例

1.1工程概況

本項目新建5 000噸級碼頭一座及相應配套設施，包括3個5 000噸級通用泊位， 水工結構設計進行合理的預留，泊位總長度434 m；碼頭結構采用高樁梁板式結構，共分5個結構段。碼頭平臺預應力軌道梁90榀，采用先張法工藝進行施工，預應力軌道梁規格為7 840 mm×1 000 mm×

2 150 mm。每榀軌道梁張拉鋼筋采用HRB400（Φ28）冷拉鋼筋，上部8根，底部23根，共計31根，如圖1、圖2所示。

1.2先張法預應力軌道梁方案比選

1.2.1預制場及臺座比選（見表1）

1.2.2鋼筋連接工藝比選（見表2）

2.1預制臺座方案

2.1.1鋼筋冷拉臺座

由于預應力鋼筋為熱軋鋼筋，因此鋼筋進行場后，需在現場完成鋼筋冷拉工作提高鋼筋屈服強度。冷拉臺座位于張拉臺座西側，由U型壓柱組成，臺座下方采用鋪設10 cm厚C15混凝土墊層，臺座尺寸為1.5 m×9 m，采用C40鋼筋砼結構，冷拉臺座兩端為20#槽鋼焊接的鋼梁，鋼筋與精軋螺紋鋼采用夾片式連接器連接，固定端精軋螺紋鋼穿過槽鋼用螺帽擰緊，張拉端精軋螺紋鋼穿過槽鋼后，通過穿心千斤頂進行冷拉，如圖3所示。

鋼筋每次冷拉1根，耗時5 min，1 h可冷拉12根，1天可冷拉96根，每周可冷拉鋼筋672根。每周預制6榀軌道梁，每榀31根，需冷拉鋼筋186根，滿足施工進度要求。

2.1.2預制臺座

預制臺座采用受力條件較好的壓柱式臺座，布置兩條生產線，每條生產線一次可生產3榀軌道梁。臺座原地形為塊石回填場地，不需進行地基處理。臺座設計分為3部分，分別為墊層端部擴大基礎、聯系梁、壓柱，基礎下方鋪設10cm厚C15的混凝土墊層，擴大基礎、壓柱聯系梁、壓柱采用C40鋼筋砼結構。壓柱端頭預埋2 cm鋼板，端部布置擴大基礎，尺寸為9.25 m×5 m ×0.3 m；壓柱聯系梁布置在壓柱之間，共布置4道，斷面尺寸0.5*0.5 m×8.6 m；壓柱共4道，壓柱尺寸31 m×0.7 m×2.45 m，軌道梁臺座結構如圖4、圖5所示）。

壓柱兩端分別安裝一個固定鋼梁，固定鋼梁與預埋鋼板進行焊接加固，張拉端安裝一個活動鋼梁（見圖6），固定鋼梁與活動鋼梁間安裝4個千斤頂，頂部為2個250 t千斤頂，底部為2個500 t千斤頂，見圖7。固定鋼梁兩側安裝支架固定千斤頂，見圖8、圖9。千斤頂及配套油泵均經過標定，根據標定數據曲線圖確定張拉控制應力472.5 MPa（超張 5％）頂部張拉時1#油泵對應油表讀數23.43 Mpa，2#油泵對應油表讀數 23.54 Mpa，見圖10、圖11；底部張拉時3#油泵對應油表讀數為34.45 Mpa，4#油泵對應油表為34.58 Mpa。張拉伸長量用鋼尺測量，計算伸長量為77.5 mm。

每次預制耗時為張拉、鋼筋綁扎1天，模板安裝、混凝土澆筑1天，混凝土養護7天，強度達到95%進行放張、拆模1天，共計10天。每次可預制軌道梁6榀，每個月可預制軌道梁18榀，5個月可預制完成90榀軌道梁，滿足施工需求。

2.2施工工藝及流程

2.2.1施工流程

鋼筋冷拉→鋼筋連接→張拉→模板安裝→驗收→澆筑→放張→吊運及存放

2.2.2操作要點

（1）鋼筋冷拉

首先在冷拉臺座上對軌道梁預應力鋼筋冷拉。冷拉時千斤頂以5 kN/s勻速推進，達到326.18 kN時須稍停 2～3 min，然后再放松，以免彈性回縮值過大。

由于設計要求控制應力σcon=0.9fpyK=450 N/mm2，即預應力鋼筋屈服強度標準值為500 N/mm2，冷拉為間接控制法，試驗統計資料表明，同爐批鋼筋按平均冷拉率冷拉后的抗拉強度的標準離差σ約為15～20 N/mm，為滿足95%的保證率，應按冷拉控制應力增加1.645σ，約30 N/mm。冷拉應力取值為530 Mpa，見圖12。

冷拉力控制值為：單根Φ28鋼筋（L=9 m）冷拉所需拉力

FA=σ×Ap=530×3.14×14×14=326.18 kN。

油表度數為P=326.18×0.020059+0.086757=13.1 Mpa。

（2）鋼筋連接

將冷拉好的鋼筋放在臺座上，冷拉鋼筋之間采用夾片式連接器連接，壓柱兩端冷拉鋼筋與精軋螺紋鋼連接器連接，把精軋螺紋鋼穿過鋼梁孔用螺帽擰緊。頂部鋼筋放置在臨時支撐架上進行連接，見圖13、圖14。

在主筋連接前將加工完畢的箍筋穿入主筋中，放置在臨時支撐架上。

連接器為自錨圓套筒兩片式夾具：圓套筒兩片式夾具是用于錨固預應力鋼筋的，由中間開有圓錐形孔的套筒和２片夾片組成。套筒的孔成圓錐形，鋼筋夾持在兩片夾片中心，夾片槽上有齒紋，以保證鋼筋的錨固。

（3）張拉

張拉順序為：先張拉下部鋼筋，再張拉頂部鋼筋。張拉采用整體張拉，張拉時千斤頂以20 kN每秒勻速推進，達到應力時須稍停 2～3 min。

張拉時先預張拉至設計控制應力30%調整鋼筋放松→再張拉至設計控制應力105%→放松至設計控制應力70%綁扎其他鋼筋支模→最后張拉至100%設計控制應力。張拉時應以應力控制為主，伸長量控制為輔，當儀表達到張拉應力時，觀察伸長量是否達標，如果不達標將進行超張拉至103%。張拉完成后，用螺栓將精軋螺紋鋼固定在張拉端固定鋼梁上。

先采用反復整體張拉至設計控制應力30%，通過整體反復拉、松預應力鋼筋，消除鋼筋與連接器、鋼橫梁之間接觸不緊而產生的間隙量，以達到“等長”目的。張拉至設計控制應力105%再放張至70%是為了綁扎鋼筋、安裝模板安全。

預應力鋼筋張拉力計算：張拉鋼筋直徑為28 mm，每根鋼筋最大張拉力為1.05倍設計控制拉力，即1.05×450 Mpa=472.5 Mpa，每根鋼筋張拉力為290.7 kN，每榀軌道梁共計31根張拉鋼筋，總張拉力為9011.71 kN。張拉分頂部與底部2次張拉，頂部8根張拉鋼筋總拉力為2 327.5 kN，底部23根鋼筋總拉力為6 691.7 kN。根據張拉應力分析，頂部采用2臺2 500 kN的千斤頂，底部采用2臺5 000 kN的千斤頂。

頂部２臺2 500 kN千斤頂油表計算：

編號01：P=2 327.5/2×0.020059+0.086757=23.43 Mpa。

編號02：P=2 327.5/2：0.019980+0.285093=23.54 Mpa。

底部2臺 5000 kN千斤頂油表計算：

編號03：P=6 691.7/2×0.010327-0.102205=34.45 Mpa。

編號04：P=6 691.7/2×0.010325+0.033190=34.58 Mpa。

鋼筋伸長量：

冷拉鋼筋伸長量為：

=290*27/0.615*200=63.78 mm

精軋螺紋伸長量為：

=290*5.8/0.615*200=13.7 mm

總伸長量：63.78+13.7=77.49 mm

（4）鋼筋綁扎

鋼筋在加工場下料，彎曲成型，運至現場進行綁扎。在鋼筋綁扎時，先將底層主筋和鋼筋安放到位，特別注意彎起的位置，然后進行箍筋綁扎，扎絲頭彎向構件內。

（5）模板安裝，端頭模板和側模。

軌道梁的側模采用鋼模，在直楞位置上部用φ20 mm的對拉螺栓，間距1.0 cm，下部使用頂托，支撐在壓柱上，具體模板構造與縱梁模板結構基本相同。

（6）驗收

鋼筋連接完成，模板安裝完成。自檢合格后報監理驗收。

（7）報驗并澆筑混凝土

側模板安裝完成，并經監理工程師檢查合格后，即可進行混凝土澆筑。

（8）放張

在混凝土達到95%設計強度時進行放張，原工藝計劃采用整體放張，但由于澆筑了混凝土，增加了軌道梁與底部臺座摩擦力，整體放張工藝不可行，需采用單根切斷預應力鋼筋方式進行放張。切割順序為2#連接點→3#連接點→1#連接點→4#連接點。每個連接點采取從上到下分層切割的方式，由兩側向中間依次對稱切割，如圖15所示。

（9）吊運及存放

放張完成后將軌道梁吊出臺座，堆放時應設置好墊木，并排堆放整齊。

3 結 語

本項目共有90榀先張法預應力軌道梁，通過對軌道梁的施工技術要點進行分析對比，研究了臺座布置，鋼筋連接，張拉等工藝，通過鋼筋連接對比，閃光對焊質量要求高，需要整體吊運，實施成本高。連接器操作簡單，結構牢靠，可以重復利用，節約人工和材料成本。本項目掌握了先張法預應力生產的基本工藝，為今后相關類似項目施工總結了經驗。

參考文獻

[1] 《預應力張拉施工藝標準》zj12-01-2003.

[2]《碼頭結構施工規范》（JTS 215-2018）.

[3] 《水運工程質量檢驗標準》（JTS257-2008）.

作者簡介：許海鋒，受聘交通運輸部、省庫及地方等組織的專家，從事施工、監理、設計以及相關港航的報告評估等課題研究，（E-mile）：451388080@163.com，18958299038

王寬，女，（E-mile）52551669@qq.com，13634007656，研究方向：水運工程質量安全監督管理