站房候車廳后張法預(yù)應(yīng)力梁施工研究

李社平

【摘要】本文針對云桂鐵路百色站的站房預(yù)應(yīng)力梁施工，從原材料準(zhǔn)備、預(yù)應(yīng)力伸長值計算、施工工藝流程、張拉常見問題和處理措施等方面進(jìn)行介紹，可為以后類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力屋面梁；鋼絞線伸長值計算；張拉施工；錨具

1工程概況

云桂鐵路（廣西段）百色站站房預(yù)應(yīng)力工程由32條預(yù)應(yīng)力屋面梁組成，采用φs15.2、fptk=1860Mpa2、預(yù)應(yīng)力筋截面積AS=140mm2的鋼絞線，張拉端采用YM15-10錨具，張拉采用一端張拉或兩端張拉的方式（分級加荷），控制應(yīng)力為σcon=0.75fptk=1395N/mm2。

2 施工過程

2.1 原材料準(zhǔn)備

2.1.1 鋼絞線：①預(yù)應(yīng)力鋼絞線及錨具應(yīng)從具有專業(yè)資質(zhì)的企業(yè)購買，對光面鋼絞線進(jìn)場的表面質(zhì)量要求應(yīng)逐盤檢查，鋼絞線捻距應(yīng)均勻，切散后不松散，其表面不得帶有油污，銹斑或機(jī)械損傷，但允許有浮銹和回火色。②力學(xué)性能試驗。光面鋼絞線采用組批驗收規(guī)則，由于本工程量小，采用一次進(jìn)場，一次驗收抽檢，從鋼絞線中任取3盤鋼絞線。（不足3盤按實取樣）每盤在任意一端截取一根試件進(jìn)行拉伸試驗，如有某一項試驗結(jié)果不符合要求，則不合格盤報廢，再從未試驗過的鋼絞線中取雙倍數(shù)量為試件進(jìn)行復(fù)驗，如仍有一項不合格，則該批鋼絞線判為不合格品。

2.1.2錨具：錨具進(jìn)場時應(yīng)有合格證，進(jìn)場時應(yīng)按下列驗收：①外觀檢查。從每批中抽5%～10%的錨具且不少于10套，檢查其外觀、質(zhì)量和外形尺寸，其表面應(yīng)無污物、銹蝕、機(jī)械損傷和裂紋，如有一套表面有裂紋，則該批應(yīng)逐套檢查，合格者方可進(jìn)入后續(xù)檢驗批。②硬度檢驗。對硬度有嚴(yán)格要求的錨具零件，應(yīng)進(jìn)行硬度檢驗，從每批中抽取3%～5%，且不少于3套，本工程抽取3套；按廠家產(chǎn)品設(shè)計規(guī)定的表面位置和硬度范圍作硬度檢驗。如有一個零件不合格，則應(yīng)另取雙倍數(shù)量為零件重做試驗，如仍有一件不合格，則判該批產(chǎn)品為不合格品。

2.1.3波紋管：本工程采用普通金屬波紋管，搬運時輕拿輕放，不得拋甩或地上拖拉，吊裝時不得使用一根繩索在當(dāng)中攔腰捆扎起吊，不得長時間裸露在空氣中，應(yīng)采用彩布覆蓋保存，接頭管采用大一型號的同類波紋管，接頭管的長度250～350mm，接頭管兩端用密封膠帶密封。

2.2 預(yù)應(yīng)力梁的伸長值計算

σcon=0.75fptk=1395N/㎜2 ；鋼絞線為8根時張拉力Ncon=1395×8×140=1562.4KN ；鋼絞線為10根時張拉力Ncon=1395×10×140=1953.0KN ；本工程采用普通金屬波紋管K=0.0015，μ=0.25 ；鋼絞線彈性模量：Es=1.95×105N/㎜2 。本工程預(yù)應(yīng)力筋采用一端張拉或兩端張拉，伸長值計算如下：

2.2.1 YKL2、YKL3預(yù)應(yīng)力筋伸長值計算

線段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 終點應(yīng)力

（N/mm2） 張拉伸長值（mm）

AB 7.8 0 0.0117 0.9884 1378.8 55.5

BC 3.51 0.1795 0.05014 0.9511 1311.4 24.2

CD 8.19 0.1795 0.05716 0.9444 1238.5 53.5

DE 8.19 0.1795 0.05716 0.9444 1169.6 50.6

EF 3.51 0.1795 0.05014 0.9511 1112.4 20.5

合計 204.3㎜

規(guī)范規(guī)定允許±6%的偏差，即施工中伸長值范圍在192～217mm。

2.2.2 YL1、YL2、YKL4預(yù)應(yīng)力筋伸長值計算

線段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 終點應(yīng)力

（N/mm2） 張拉伸長值（mm）

AB 3.51 0.1795 0.05014 0.9511 1326.8 24.5

BC 8.19 0.1795 0.05716 0.9444 1253 54.2

CD 8.19 0.1795 0.05716 0.9444 1183.3 51.2

DE 3.51 0.1795 0.05014 0.9511 1125.5 20.8

合計 150.7㎜

規(guī)范規(guī)定允許±6%的偏差，即施工中伸長值范圍在142～160mm。

2.2.3 A、D軸/4-6軸預(yù)應(yīng)力筋伸長值計算

線段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 終點應(yīng)力

（N/mm2） 張拉伸長值（mm）

AB 1.0 0 0.0015 0.9985 1392.9 7.1

BC 2.7 0.2556 0.068 0.9343 1301.4 18.7

CD 6.3 0.2556 0.0734 0.9292 1209.2 40.6

DE 6.3 0.2556 0.0734 0.9292 1123.6 37.7

EF 2.7 0.2556 0.068 0.9343 1049.8 15.0

合計 119.1㎜

規(guī)范規(guī)定允許±6%的偏差，即施工中伸長值范圍在112～126mm。

2.2.4 A、D軸/6-7軸；A、D軸/10-11軸預(yù)應(yīng)力筋伸長值計算

線段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 終點應(yīng)力

（N/mm2） 張拉伸長值（mm）

AB 1.35 0.5111 0.1298 0.8783 1225.2 9.1

BC 3.15 0.5111 0.1325 0.8759 1073.2 18.6

CD 3.15 0.5111 0.1325 0.8759 940 16.3

DE 1.35 0.5111 0.1298 0.8783 825.5 6.1

合計 50.1㎜

規(guī)范規(guī)定允許±6%的偏差，即施工中伸長值范圍在47～53mm。

2.2.5 A、D軸/7-10軸預(yù)應(yīng)力筋伸長值計算

線段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 終點應(yīng)力

（N/mm2） 張拉伸長值（mm）

AB 1.0 0 0.0015 0.9985 1392.9 7.1

BC 4.95 0.1394 0.04228 0.9586 1335.2 34.6

CD 11.55 0.1394 0.05218 0.9492 1267.4 77.1

合計 兩端張拉且曲線對稱，故計算一半即可：2×118.8=237.6㎜

規(guī)范規(guī)定允許±6%的偏差，即施工中伸長值范圍在223～252mm。

2.3 施工工藝流程（見圖1）

本工程預(yù)應(yīng)力屋面梁施工順序為：模板安裝、鋼絞線錨具檢驗、鋼筋綁扎、波紋管預(yù)埋、混凝土澆筑、鋼絞線穿束、張拉壓漿、封錨，具體流程見圖1。

綁扎非預(yù)應(yīng)力筋 穿鋼絞線 張拉設(shè)備標(biāo)定

鋼絞線錨具及組裝件試驗 預(yù)埋波紋管、錨墊板 澆筑砼 張拉、壓漿 切筋封錨或后澆

制作定位支架 安裝定位支架 制作張拉順序表及計算書

圖1 施工工藝流程圖

2.4 預(yù)應(yīng)力施工時常見問題分析及預(yù)防和處理措施

2.4.1 鋼絞線伸長率超出規(guī)范允許偏差范圍。規(guī)范要求張拉時鋼絞線理論伸長量與實際伸長量偏差不超過±6%，但實際施工時，往往會出現(xiàn)實際測量伸長值與理論伸長值偏差超過規(guī)范允許的范圍情況。出現(xiàn)這種情況的原因有：

①管道位置引起的偏差，波紋管安裝時，管道定位不準(zhǔn)確，或定位卡子數(shù)量不足，混凝土振搗時碰觸波紋管導(dǎo)致其偏位。波紋管位置與設(shè)計位置偏差時，理論伸長量發(fā)生變化，若位置偏差較大，則會引起鋼絞線伸長率超標(biāo)。

②鋼絞線材質(zhì)不合規(guī)格。鋼絞線原材料進(jìn)場時，必須按批次進(jìn)行抽樣試驗，確定其材質(zhì)是否合格，彈性模量Ep及橫截面積與標(biāo)準(zhǔn)值偏差是否符合規(guī)范要求。

③張拉設(shè)備故障或未及時標(biāo)定。千斤頂?shù)木葢?yīng)在使用前校準(zhǔn)。使用超過6個月或200次，以及在使用過程中出現(xiàn)不正常現(xiàn)象時，應(yīng)重新校準(zhǔn)。任何時候在工地測出的預(yù)應(yīng)力鋼絞線伸長值有偏差時，千斤頂應(yīng)進(jìn)行再校準(zhǔn)。

④初應(yīng)力取值過小。傳統(tǒng)張拉程序中，初應(yīng)力取值為10%的控制應(yīng)力，即認(rèn)為在張拉至10%控制應(yīng)力的時候已經(jīng)將鋼絞線拉緊。但是在實際施工中，當(dāng)鋼束較長，彎曲部位較多的時候，10%控制應(yīng)力的張拉力往往不足以將鋼絞線拉緊，此時在計算實際伸長量的時候會包含部分松弛長度，從而引起實際伸長量計算值偏大。因此在張拉時可以選取20%控制應(yīng)力作為初始張拉力，進(jìn)行實際伸長量計算

⑤錨墊板安裝傾斜。錨墊板安裝傾斜時，錨墊板與鋼絞線延伸方向不垂直，在張拉時錨墊板偏心手里，引起應(yīng)力集中，不但容易導(dǎo)致錨墊板周圍砼開裂，而且會加大鋼絞線與波紋管的摩阻力，使鋼束受力不均勻，實測伸長量翩躚

⑥鋼絞線扭曲、纏繞。鋼絞線在管道內(nèi)扭曲，張拉時管道內(nèi)鋼絞線受力不均勻，部分鋼絞線松弛未受力或受力達(dá)到控制應(yīng)力要求伸長量不足。

⑦波紋管道破裂、漏漿。在先穿鋼絞線后澆筑混凝土施工時，若波紋管道破裂、漏漿，造成鋼束與混凝土握裹，都會導(dǎo)致實際摩阻力大于計算的摩阻力，使實測值變小。

⑧錨墊板喇叭口內(nèi)被混凝土充塞。錨墊板喇叭口內(nèi)有混凝土?xí)r，會使鋼絞線在喇叭口內(nèi)無法擴(kuò)張導(dǎo)致錨具安裝困難，同時會使鋼束伸長方向與錨墊板不同心，張拉時會增大鋼絞線與管道間的摩阻力，影響鋼絞線的順利伸長。

2.4.2 滑絲。

①夾片絲口磨損或未清理干凈。當(dāng)夾片絲口出現(xiàn)磨損或絲口上粘有雜物時，夾片與鋼絞線無法緊密咬合，易出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象。若工具夾片出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象，在張拉過程中則會出現(xiàn)夾片崩出現(xiàn)象；若工作夾片出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象，在張拉完畢回油時，會造成鋼絞線回縮，預(yù)應(yīng)力損失。

②鋼絞線粘有油污，夾片與鋼絞線無法精密咬合，容易出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象。

③夾片質(zhì)量不合格。夾片進(jìn)場的時候未經(jīng)過檢驗，夾片強(qiáng)度達(dá)不到要求，張拉時夾片破裂，會出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象。

④切割錨頭鋼絞線時留的長度太短，或未采取降溫措施。封錨時切割鋼絞線要保證鋼絞線外露長度不小于3cm，及時采取降溫措施。

2.4.3 斷絲。當(dāng)張拉到一定噸位后，發(fā)現(xiàn)油壓突然回落，加壓后又回落，那說明可能發(fā)生了斷絲現(xiàn)象。引起斷絲的原因有：

①鋼絞線材質(zhì)不合格。鋼絞線原材料進(jìn)場時未進(jìn)行檢驗，不合格的鋼絞線抗拉強(qiáng)度達(dá)不到要求時，張拉時容易出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。因此，在鋼絞線進(jìn)場后必須及時進(jìn)行原材料檢驗，不合格材料不允許用于施工。

②千斤頂未標(biāo)定或使用時間或使用次數(shù)超過標(biāo)定要求。未標(biāo)定或標(biāo)定過期的千斤頂在張拉時無法控制張拉應(yīng)力，會出現(xiàn)張拉應(yīng)力超過鋼絞線極限抗拉強(qiáng)度，出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。在千斤頂進(jìn)場后，進(jìn)行第一次張拉前必須委托有關(guān)相應(yīng)資質(zhì)的計量單位進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定過的張拉設(shè)備才可以用于張拉施工。千斤頂和油表在標(biāo)定一次后，使用時間超過六個月或使用次數(shù)超過200次，以及在使用過程中出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時，則必須重新進(jìn)行標(biāo)定。

③下料、穿束時造成鋼絞線損傷。在鋼絞線運輸、下料和穿束過程中，有事會造成鋼絞線出現(xiàn)豁口、刮傷或燒傷等損傷，影響了鋼絞線的受力性能，在張拉過程中就極易出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。鋼絞線在施工現(xiàn)場存放或下料時，必須專門有干凈清潔的場地。鋼絞線穿束時，在與梁體混凝土有摩擦的地方可以采用滑輪吊著，防止鋼絞線與混凝土摩擦造成鋼絞線刮傷。

④管道內(nèi)鋼絞線絞結(jié)。鋼絞線在管道內(nèi)絞結(jié)，張拉時管道內(nèi)鋼絞線受力不均勻，絞結(jié)處受力大于鋼絞線極限抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致鋼絞線被拉斷。防止措施為：在鋼絞線穿束時，對鋼絞線進(jìn)行標(biāo)號，對鋼束每隔1m-5m綁扎一道鐵絲，鐵絲扣應(yīng)向里，未防止鋼絞線扎破波紋管，穿束前在鋼絞線前端套上一個帶圓頭的塑料管，穿束時要順著勁穿，穿好后每根鋼絞線在一個方向上。

⑤張拉數(shù)據(jù)計算出錯。在進(jìn)行鋼絞線張拉控制應(yīng)力、張拉力和對應(yīng)的油表讀數(shù)計算時，必須小心核對，特別注意鋼絞線根數(shù)，防止出現(xiàn)錯誤。

2.4.4 張拉槽口處混凝土開裂。

①錨墊板安裝傾斜或喇叭口內(nèi)被混凝土充塞，偏心張拉。錨墊板偏心受力時，會引起錨墊板與錨具接觸位置局部受力過大，超過混凝土極限抗壓強(qiáng)度，引起混凝土開裂。在錨墊板安裝時，應(yīng)采取可靠措施保證錨墊板與模板緊密貼合，同時要保證模板加固到位，防止其在混凝土振搗過程中發(fā)生偏移或變形。在錨墊板喇叭口末端穿波紋管位置處采用膠帶裹住密封，防止混凝土進(jìn)入喇叭口內(nèi)部。

②錨具安裝不到位，未放入錨墊板凹槽內(nèi)。錨具未放入錨墊板凹槽內(nèi)時，錨具與錨墊板平面無法緊密貼合，張拉時錨具處于傾斜狀態(tài)，錨具與錨墊板接觸位置會產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致錨墊板破裂，混凝土開裂。在安裝錨具時，若人工無法將錨具安裝入錨墊板凹槽內(nèi)，可采用端頭頂稍微加壓配合安裝錨具，端頭頂施加的壓力不得超過初始張拉應(yīng)力。

③張拉槽口處混凝土未振搗密實，存在空洞。因錨墊板處鋼筋非常密集，并且往往處于振搗棒難以達(dá)到的位置，若不采取措施，經(jīng)常會出現(xiàn)空洞現(xiàn)象。錨墊板后部混凝土有空洞時，張拉過程中混凝土無法有效分擔(dān)壓力，極易出現(xiàn)混凝土開裂，錨墊板破裂現(xiàn)象。在混凝土澆筑過程中，可在張拉槽口位置處增開振搗口，對錨墊板那后部的混凝土進(jìn)行專門的振搗，防止出現(xiàn)空洞。在張拉前，可用小錘敲擊錨墊板附近的混凝土，通過敲擊的聲音判斷混凝土內(nèi)部是否有空洞，若有空洞，則必須提前處理，處理完畢后再進(jìn)行張拉。

④錨下螺旋鋼筋未安裝，錨下網(wǎng)片筋未安裝。錨下螺旋筋和網(wǎng)片鋼筋可以有效的分擔(dān)錨墊板上的壓力，并加強(qiáng)錨墊板周圍混凝土抗壓強(qiáng)度，防止混凝土開裂，施工時必須按圖紙要求進(jìn)行安裝。

⑤混凝土強(qiáng)度未達(dá)到張拉強(qiáng)度要求，張拉過早。梁體混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的95%以上，彈性模量必須達(dá)到設(shè)計值的100%以上，方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的張拉施工。張拉前，實驗室必須對混凝土同養(yǎng)試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和彈性模量實驗，實驗合格方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工。

2.4.5 張拉時引起的梁體其他部位混凝土開裂。

①跨中底板砼開裂。張拉時跨中底板混凝土開裂的常見原因是底板預(yù)應(yīng)力管道未設(shè)或少設(shè)U形防崩鋼筋。因底板預(yù)應(yīng)力管道密集，彎度較大，且波紋管道非?？拷装宓酌?。施工時必須加設(shè)足夠數(shù)量的U形防崩鋼筋，是鋼絞線法向應(yīng)力有底板上下層鋼筋網(wǎng)片和防崩鋼筋共同分擔(dān)，以防止底板混凝土開裂，波紋管道彈出。

②橫隔墻混凝土開裂。梁端和跨中橫隔墻在邊跨和中跨底板預(yù)應(yīng)力張拉過程中經(jīng)常容易出現(xiàn)裂縫，裂縫位置往往都是在橫隔墻橫斷面豎向中心線位置。這主要是由于邊跨和中跨底板預(yù)應(yīng)力束較多，張拉時應(yīng)力集中在橫隔墻中心線處，容易造成該處出現(xiàn)裂縫，這也是預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的通病。若裂縫寬度小于規(guī)范要求的寬度值，對橋梁整體質(zhì)量并無影響；若裂縫寬度較大，則需要采取措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。在橫隔墻內(nèi)設(shè)2-3根橫向預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行張拉，對此種裂縫的產(chǎn)生有一定效果。

3 結(jié)語

本工程的站房和站臺雨棚屋面梁施工采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)，很好解決了大跨度混凝土梁的撓度和抗裂問題，提高了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，降低了工程造價。以后的施工中，我們還需進(jìn)一步摸索總結(jié)，掌握先進(jìn)工藝技術(shù)，為相關(guān)施工提供理論基礎(chǔ)。

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