預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的分析及施工注意事項

白曉紅

（山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，晉中 030600）

以預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為大跨度橋梁工程和路基高邊坡加固工程中施加預(yù)應(yīng)力的媒介，是我國公路工程和鐵路工程建設(shè)中普遍使用的材料和工藝。預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)應(yīng)力的施加、錨固方法及張拉應(yīng)力、伸長量的理論計算方法在相應(yīng)工程建設(shè)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中均有涉及。在工程實踐中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線在預(yù)應(yīng)力作用下伸長值的測量、預(yù)應(yīng)力鋼絞線在錨具中回縮量的測量均十分困難，且各個施工單位的試驗測量方法均不一致，這就對預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量控制指標(biāo)的分析判斷產(chǎn)生了一定影響?；谏鲜霈F(xiàn)狀，該文從理論角度討論了預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長值的計算方法，著重闡述了預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工關(guān)鍵技術(shù)及其注意事項，為廣大預(yù)應(yīng)力工作人員提供了參考。

1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值計算分析

預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉質(zhì)量控制提出了應(yīng)力、應(yīng)變的雙控要求。在施工過程中，應(yīng)以預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力控制為主，以鋼絞線伸長值為檢校標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)應(yīng)力鋼絞線的時間伸長值與理論伸長值之差應(yīng)控制在6%之內(nèi)，否則需要暫停施工，待查明造成差值的原因并予以適當(dāng)調(diào)整后方可繼續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉工作。由上述分析可知，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的理論伸長值計算的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到預(yù)應(yīng)力張拉施工的工程質(zhì)量，這也是施工過程是否滿足設(shè)計要求的重要參數(shù)之一。因此，在預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉施工前必須準(zhǔn)確計算預(yù)應(yīng)力鋼絞線的理論伸長值。

1.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值計算公式

《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041—2000）中關(guān)于預(yù)應(yīng)筋伸長值計算，采用公式（1）：

式中，ΔL為預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值，cm；P為預(yù)應(yīng)力鋼絞線平均張力，N；L為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的計算長度（孔道長度＋張拉工作長度），cm；As為預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面面積，mm2；Es為預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量，MPa。

預(yù)應(yīng)力鋼絞線的平均張力計算，采用公式（2）

式中，P為預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉端的張拉力，N；θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，rad；k為孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)；μ為預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道壁之間的摩擦系數(shù)；X為孔道長度，m。

1.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值計算過程中的注意事項

1）預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量的取值對其理論伸長量的計算具有較大影響。在實際施工過程中，施工單位應(yīng)按照規(guī)范相應(yīng)要求對預(yù)應(yīng)力鋼絞線進行進場檢測，以進一步確定此批預(yù)應(yīng)力鋼絞線的力學(xué)性能。每批次鋼絞線檢測重量不宜大于60t，根據(jù)鋼絞線的力學(xué)性能試驗確定使用本工程的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實際彈性模量。一般情況下，Es取值通常為2.0×105MPa。

2）由于工程的多樣性與復(fù)雜性，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的布置形式往往不一而足。在特殊情況下，由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線為曲線且其空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的摩阻損失較大，因此孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)k和預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道壁之間的摩擦系數(shù)μ的取值對預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值的計算具有重大影響。在工程實踐中，必須通過相關(guān)試驗檢測手段在規(guī)范允許的范圍內(nèi)選取k、μ的數(shù)值，并將其及時反饋至設(shè)計單位以進一步的指導(dǎo)現(xiàn)場的施工工作。k、μ一般情況下的取值分別為0.001和0.19。

3）預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉平衡點的計算應(yīng)區(qū)分對稱張拉和不對稱張拉。在預(yù)應(yīng)力鋼絞線對稱張拉的情況下只需計算單邊的預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉伸長量，總的張拉伸長量即為單邊張拉伸長量的兩倍。在預(yù)應(yīng)力鋼絞線非對稱張拉的情況下必須首先尋找張拉平衡點，然后計算張拉平衡點左右兩側(cè)的單邊張拉伸長量，兩者之和即為預(yù)應(yīng)力鋼絞線總張拉伸長量。在實際工程計算中，往往需要試算鋼絞線兩端某點的張拉力，經(jīng)若干次推算后得到左右兩端張拉里平衡點即為預(yù)應(yīng)力鋼絞線平衡點。當(dāng)然，由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線空間布置的復(fù)雜性及其在孔道內(nèi)受力情況的復(fù)雜性，預(yù)應(yīng)力鋼絞線兩端的實際伸長量與計算結(jié)果可能有較大差異，但預(yù)應(yīng)力鋼絞線的總張拉伸長量應(yīng)與理論計算結(jié)果大體上保持一致。

2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工關(guān)鍵技術(shù)及其注意事項

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)常常是按照全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和計算的，在施工過程中準(zhǔn)確的張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線十分重要。但在施工過程中常因預(yù)應(yīng)力張拉控制不足、施工設(shè)備等原因造成工程質(zhì)量缺陷，極易造成預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力不足、開裂、承載力不足等病害，因此在施工中必須嚴(yán)格把控預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉工序。

2.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉施工關(guān)鍵技術(shù)

張拉控制應(yīng)力能否達到預(yù)應(yīng)力設(shè)計值直接關(guān)系到與預(yù)應(yīng)力的張拉效果，預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉質(zhì)量控制的重中之重。預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力必須達到規(guī)定的設(shè)計值，當(dāng)考慮到材料自身特性，又往往不能超過設(shè)計規(guī)定的最大張拉控制應(yīng)力。在實際施工中，為準(zhǔn)確掌握預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉情況，采用以張拉應(yīng)力控制為主、張拉伸長值進行校核的原則。

預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉順序應(yīng)該按設(shè)計文件進行，當(dāng)設(shè)計文件沒有規(guī)定時，應(yīng)避免混凝土構(gòu)件截面出現(xiàn)不利的受力狀態(tài)（大偏心受力狀態(tài)），保證混凝土構(gòu)件在張拉過程中不宜出現(xiàn)過大的拉應(yīng)力。對預(yù)應(yīng)力鋼絞線曲線布筋的情況，尤其需要注意混凝土構(gòu)件邊緣的拉應(yīng)力，務(wù)必保證混凝土構(gòu)件不出現(xiàn)開裂狀態(tài)。基于上述分析，預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉時應(yīng)首先張拉靠近混凝土構(gòu)件截面形心的鋼絞線，在預(yù)應(yīng)力鋼絞線對稱布置的情況下應(yīng)采用對稱張拉的張拉順序。

當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線長度較大時提倡兩端同時進行張拉施工。若設(shè)備張拉能力不足，應(yīng)先固定一端、張拉另一端，然后再張拉上述固定端，即采用交錯分級張拉的方法彌補設(shè)備能力不足的問題。對曲線布置的預(yù)應(yīng)力鋼絞線也應(yīng)采用交錯分級張拉的方法。當(dāng)采用單邊張拉施工時，雖然在張拉端達到了設(shè)計控制應(yīng)力，但由于孔道長度大、鋼絞線轉(zhuǎn)角大、管道摩阻等原因，使得預(yù)應(yīng)力在張拉過程中逐步損失，最終導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力不足，故單邊張拉的施工方法是不可取的。此外，單邊張拉的施工方法還極易出現(xiàn)斷絲等張拉事故，危害施工的安全性。

2.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉孔道壓漿關(guān)鍵技術(shù)

預(yù)應(yīng)力管道壓漿工作對后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的重要性不言而喻。預(yù)應(yīng)力管道壓漿工作能有效防止預(yù)應(yīng)力鋼絞線的銹蝕，并保證預(yù)應(yīng)力鋼絞線同混凝土結(jié)構(gòu)的有效粘結(jié)，以達到預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件整體受力的效果，進一步增強預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的承載力。同時為減輕錨固端的荷載，在施工過程中也應(yīng)重視預(yù)應(yīng)力管道壓漿工作?；谏鲜龇治?，在施工過程中，要求壓入孔道內(nèi)的漿液應(yīng)具有可靠地密實度，對其粘結(jié)強度和剪切強度也有相應(yīng)要求，以保證預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的整體工作性能。預(yù)應(yīng)力管道壓漿工作效果不理想往往會造成預(yù)應(yīng)力鋼絞線生銹，從而降低預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的耐久性。在施工過程中，為有效保證預(yù)應(yīng)力管道壓漿工作，務(wù)必做到下述幾點：

1）水泥、水、外加劑和壓漿設(shè)備均應(yīng)符合設(shè)計文件及相應(yīng)規(guī)范要求。

2）水泥漿的水灰比、和易性、膨脹率和稠度等指標(biāo)在現(xiàn)場檢測后也應(yīng)符合設(shè)計文件及相應(yīng)規(guī)范要求。

3）壓漿前應(yīng)檢查壓漿孔道的通暢性。

4）壓漿順序正確。

5）嚴(yán)格控制壓漿壓力和速度。

6）如有條件可采用真空壓漿技術(shù)。

預(yù)應(yīng)力管道壓漿工作完成后應(yīng)將端部的水泥漿液清洗干凈，并對端部混凝土進行鑿毛處理。

2.3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工注意事項

1）為減少因鋼絞線定位不準(zhǔn)或鋼絞線線形偏差造成的預(yù)應(yīng)力鋼絞線管道摩阻損失增加的現(xiàn)象，在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力線形控制節(jié)點的空間位置。在直線段每隔1m，曲線段每隔0.5m應(yīng)采用儀器進行測量并糾偏。定位鋼筋宜采用井字形鋼筋，要求定位鋼筋定位準(zhǔn)確牢固。

2）混凝土模板的支撐宜采用對拉螺栓固定外加斜撐加固，以有效保證混凝土澆筑過程中模板工程的穩(wěn)定性，進一步避免預(yù)應(yīng)力鋼絞線線形的變化。

3）若施工該過程中采用了波紋管，務(wù)必保證波紋管的密封箱良好。波紋管一旦出現(xiàn)破損、壓扁等損壞時應(yīng)及時采取修復(fù)或更換等措施。在混凝土的振搗過程中嚴(yán)禁敲打波紋管或在波紋管附近進行振搗作用，以免造成波紋管的起折、穿孔、變形等損壞。

4）預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉宜采用分級多行程張拉方法，并將單拉與群拉的方式有效結(jié)合。

5）當(dāng)張拉控制應(yīng)力達到80%以上時，應(yīng)適當(dāng)延長荷載的持續(xù)時間，以使預(yù)應(yīng)力鋼絞線充分伸長，有效保證預(yù)應(yīng)力的張拉效果。

6）如1.2所述，在預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長值的計算過程中，鋼絞線進場時必須經(jīng)過有關(guān)試驗檢測以確定其適用于本工程的實際彈性模量。

3 結(jié) 語

經(jīng)過半個世紀(jì)的工程實踐與探索發(fā)展。預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)已不斷完善并趨于成熟。隨著土木建設(shè)行業(yè)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力技術(shù)必將會被更為廣泛的采用。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)常常是按照全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和計算的，在施工過程中準(zhǔn)確的張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線十分重要，因此在施工中必須嚴(yán)格把控預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉工作。預(yù)應(yīng)力張拉工作是一個復(fù)雜的工程，在施工中必須把握工程施工技術(shù)及控制要點，并不斷進行總結(jié)，才能提高施工水平，保證施工質(zhì)量。

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