現(xiàn)澆連續(xù)鋼構(gòu)箱梁后張法預(yù)應(yīng)力張拉施工技術(shù)研究

丁小花，侯順奇，趙玉姍

（山東宇通路橋集團(tuán)有限公司，山東廣饒 257000）

0 引言

后張法指在梁片預(yù)應(yīng)力混凝土澆筑時(shí)預(yù)留出預(yù)應(yīng)力孔道，并待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后將預(yù)應(yīng)力筋穿入孔道中，通過(guò)千斤頂張拉預(yù)應(yīng)力筋，并借助錨具將預(yù)應(yīng)力筋錨固于梁片端部，形成預(yù)應(yīng)力混凝土梁片的施工技術(shù)。該技術(shù)當(dāng)前已在橋梁結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對(duì)于大跨徑連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，更多采用的是現(xiàn)澆后張拉的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)澆連續(xù)鋼構(gòu)箱梁后張法預(yù)應(yīng)力張拉施工中，先埋設(shè)預(yù)應(yīng)力筋管道，后穿預(yù)應(yīng)力束并張拉，張拉質(zhì)量控制是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。張拉控制過(guò)程中主要環(huán)節(jié)在于張拉理論伸長(zhǎng)量的計(jì)算、張拉設(shè)備選擇及實(shí)際伸長(zhǎng)量測(cè)量等方面，通過(guò)加強(qiáng)以上方面的控制，以保證現(xiàn)澆連續(xù)鋼構(gòu)箱梁后張法預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量。

1 工程概況

某公路跨互通式立交由一座主線跨線橋和A、G、Ⅰ三座匝道橋組成，且匝道橋均采用現(xiàn)澆箱梁形式，其中A 匝道橋跨越公路主線K16—18主跨，跨徑組合為25m+37m+25m，在匝道橋中跨徑最大；箱梁設(shè)計(jì)高度1 800mm，為雙箱單室斷面形式；箱梁頂?shù)装宸謩e寬7 000mm 和4 200mm，內(nèi)外側(cè)懸臂寬度分別為1 275mm和1 525mm。按照設(shè)計(jì)要求，該匝道橋主要采用后張法預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁。預(yù)應(yīng)力鋼束中頂板束和腹板束各為12 道，底板束7 道，且均采用9-Φj15.20 型鋼束和OVM 型錨具；設(shè)計(jì)張拉次序?yàn)楦拱迨装迨敯迨榧訌?qiáng)施工質(zhì)量控制，必須嚴(yán)格按照應(yīng)力和伸長(zhǎng)量雙指標(biāo)控制，并以應(yīng)力控制為主，以伸長(zhǎng)量控制為輔。預(yù)應(yīng)力鋼束基本參數(shù)取值具體見(jiàn)表1。

表1 預(yù)應(yīng)力鋼束基本參數(shù)取值

2 張拉伸長(zhǎng)量

2.1 張拉理論伸長(zhǎng)量

預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長(zhǎng)量通常由設(shè)計(jì)圖紙給定，而在施工前必須結(jié)合相關(guān)施工規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)圖紙中鋼絞線布置圖和理論伸長(zhǎng)量進(jìn)行復(fù)核，理論伸長(zhǎng)量的計(jì)算結(jié)果通常受到諸多因素影響，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范控制取值，才能得到正確的理論伸長(zhǎng)量值。預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長(zhǎng)量計(jì)算公式見(jiàn)式（1）[1]：

其中Pp計(jì)算公式見(jiàn)式（2）：

式（1）和（2）中：ΔL為預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值（m）；Pp為預(yù)應(yīng)力筋張拉力均值；P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端張拉力（kN），用公式P=nApσcon計(jì)算，n為張拉預(yù)應(yīng)力筋數(shù)，σcon為預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力（kN）；Ap為預(yù)應(yīng)力筋截面積（mm2），根據(jù)鋼絞線材料復(fù)檢結(jié)果直接得出；L為張拉端到計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)（m）；Ep為預(yù)應(yīng)力筋彈性模量（MPa）；K為預(yù)應(yīng)力孔道局部偏差對(duì)摩擦程度的影響系數(shù)；μ為預(yù)應(yīng)力孔道與預(yù)應(yīng)力筋的摩擦系數(shù)；θ為張拉端到跨中曲線孔道切線的夾角和（°）。

后張法預(yù)應(yīng)力筋為直線和曲線線形的組合，在實(shí)施張拉時(shí)，管道彎曲會(huì)使鋼絞線和預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)壁的摩擦阻力增大，進(jìn)而引起錨下控制應(yīng)力沿著管道內(nèi)壁向跨中遞減，各段張拉力均值Pp在計(jì)算時(shí)，張拉端控制力無(wú)法都采用預(yù)應(yīng)力筋張拉端張拉力P，轉(zhuǎn)而采用克服摩阻力后的余力，故各張拉端張拉應(yīng)力將隨之發(fā)生變化。在計(jì)算出各段預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量后，結(jié)合設(shè)計(jì)線型將整段預(yù)應(yīng)力鋼絞線劃分為直線段和曲線連接段，并計(jì)算各段張拉力均值，在此基礎(chǔ)上計(jì)算各段預(yù)應(yīng)力筋理論伸長(zhǎng)量，求和后即為整根鋼絞線理論伸長(zhǎng)量值。

根據(jù)鋼絞線復(fù)檢結(jié)果，預(yù)應(yīng)力筋截面積Ap取140mm2，預(yù)應(yīng)力筋彈性模量Ep取196MPa，查表得到預(yù)應(yīng)力孔道局部偏差對(duì)摩擦程度的影響系數(shù)K取0.0015，預(yù)應(yīng)力孔道與預(yù)應(yīng)力筋的摩擦系數(shù)μ取0.55，將相關(guān)取值代入相應(yīng)公式可以得到鋼絞線理論伸長(zhǎng)量為440.8mm，與其實(shí)際伸長(zhǎng)量448mm十分接近。

2.2 張拉實(shí)際伸長(zhǎng)量

在張拉預(yù)應(yīng)力筋前，應(yīng)先將其調(diào)整至初始預(yù)應(yīng)力σ初，該值為預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力的10%，此后開(kāi)始預(yù)應(yīng)力筋張拉施工及伸長(zhǎng)值量測(cè)。實(shí)際伸長(zhǎng)量為張拉時(shí)所量測(cè)的伸長(zhǎng)量與初應(yīng)力推算伸長(zhǎng)量之和。實(shí)際伸長(zhǎng)量主要根據(jù)千斤頂行程進(jìn)行推測(cè)，即先調(diào)整至初始應(yīng)力σ初，再加載至20%張拉力，兩端同步加載至103%后持荷5min錨固。按照公式（2）計(jì)算實(shí)際伸長(zhǎng)量。

式中：ΔL實(shí)為預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際伸長(zhǎng)量（mm）；ΔL3為103%張拉力時(shí)預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量（mm）；ΔL2為20%張拉力時(shí)預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量（mm）；ΔL1為10%張拉力時(shí)預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量（mm）。

施工期間，預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)采取應(yīng)力控制為主、伸長(zhǎng)量控制為輔的雙指標(biāo)控制原則。通過(guò)比較并校核理論伸長(zhǎng)量和實(shí)際伸長(zhǎng)量，以加強(qiáng)張拉預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力控制，并將實(shí)際伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)量差控制在±6%范圍內(nèi)[2]。腹板束N1張拉數(shù)據(jù)具體見(jiàn)表2。

表2 腹板束N1張拉數(shù)據(jù)

腹板束N1 張拉過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際伸長(zhǎng)量為：224+220mm=444mm，與理論值440.8mm 較為接近，誤差在6%以內(nèi)，表明該互通主線橋現(xiàn)澆連續(xù)鋼構(gòu)箱梁后張法預(yù)應(yīng)力筋張拉符合設(shè)計(jì)要求。

3 預(yù)應(yīng)力張拉施工

3.1 張拉準(zhǔn)備

結(jié)合工地試驗(yàn)室對(duì)相同條件養(yǎng)護(hù)試塊所進(jìn)行的試驗(yàn)，預(yù)制場(chǎng)梁片養(yǎng)護(hù)混凝土試塊中所標(biāo)注的澆筑時(shí)間相同的試塊，按要求養(yǎng)護(hù)8d 后的實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到50MPa，比試驗(yàn)強(qiáng)度46MPa 高，且試塊實(shí)際強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值的91%，可展開(kāi)張拉施工。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力束穿拉操作前必須全面清理并檢查預(yù)應(yīng)力孔道，對(duì)于既有雜物，應(yīng)通過(guò)高壓水槍沖洗，同時(shí)應(yīng)確保無(wú)串孔等現(xiàn)象；清洗后再通過(guò)高壓風(fēng)將孔道內(nèi)徹底吹干。

張拉材料主要包括波紋管和鋼絞線，在材料入場(chǎng)環(huán)節(jié)必須進(jìn)行性能檢驗(yàn)，確保材料各項(xiàng)性能均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。對(duì)于已經(jīng)損壞或性能不達(dá)標(biāo)的材料必須立即更換。張拉施工前還必須將梁片側(cè)模板及內(nèi)模、約束支座活動(dòng)的模板及支架等結(jié)構(gòu)全部拆除，防止張拉過(guò)程中造成支座變形、梁片裂縫。

由于預(yù)留管道呈彎曲狀，在張拉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生摩擦力，造成錨下控制應(yīng)力沿管壁向跨中逐漸遞減，故各段預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量并不相同，應(yīng)進(jìn)行張拉應(yīng)力分段計(jì)算。張拉應(yīng)力控制直接關(guān)系到預(yù)應(yīng)力質(zhì)量，張拉應(yīng)力過(guò)大會(huì)使抗裂度提高，并使預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)時(shí)間處于高應(yīng)力狀態(tài)，荷載程度接近構(gòu)件發(fā)生裂縫時(shí)荷載水平，發(fā)生破壞前將無(wú)任何征兆[3]；相反，張拉應(yīng)力過(guò)小則會(huì)使預(yù)應(yīng)力張拉施工效果大幅降低。為此，必須將張拉應(yīng)力控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，并在張拉過(guò)程中進(jìn)行伸長(zhǎng)值校核。

3.2 張拉設(shè)備及標(biāo)定

橋梁工程所用張拉設(shè)備主要有液壓千斤頂、高壓油泵、水循環(huán)真空泵、活塞式壓漿泵等，真空泵構(gòu)造簡(jiǎn)圖具體見(jiàn)圖1。當(dāng)前OVM系列錨具配合YCD型千斤頂、2B系列油泵在橋梁工程施工中較為常用，千斤頂?shù)男吞?hào)一般根據(jù)錨固形式、設(shè)計(jì)張拉力、張拉伸長(zhǎng)量等進(jìn)行確定。

千斤頂?shù)膹埨ψ畲笾低ǔ閺埨刂浦档?.5倍，行程通常為張拉伸長(zhǎng)量3～5cm。張拉設(shè)備在投入使用前必須全面標(biāo)定，并在連續(xù)使用滿6 個(gè)月或200 次后重新標(biāo)定。在校驗(yàn)過(guò)程中，按照設(shè)計(jì)級(jí)次逐步向千斤頂內(nèi)充油升壓，并記錄壓力表讀數(shù)，通過(guò)電腦軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析，并得出張拉力和壓力表的關(guān)系曲線；依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和標(biāo)定過(guò)程進(jìn)行千斤頂、油泵、油壓表等設(shè)備的一一編號(hào)。

該橋腹板束N1 張拉控制力最大值為1 757.7kN，考慮到千斤頂張拉力最大值一般為張拉力控制值的1.5倍，故選擇2臺(tái)YCD250型千斤頂編號(hào)為01和02，在兩端實(shí)施張拉，最大荷載值達(dá)到2 500kN。通過(guò)千斤頂所配套的2 個(gè)油壓表（分別編號(hào)10110 和10250）進(jìn)行張拉過(guò)程及結(jié)果檢驗(yàn)，所得到的回歸方程見(jiàn)式（2）和式（3）：

式（2）和式（3）中：x為千斤頂負(fù)荷值；y為油壓表讀數(shù)；γ為相關(guān)系數(shù)，其值越接近1，表明回歸方程的可行性越大。

根據(jù)設(shè)計(jì)張拉程序以及回歸方程，中腹板束N1 千斤頂張拉油壓表數(shù)據(jù)具體見(jiàn)表3。

表3 千斤頂張拉油壓表數(shù)據(jù)

3.3 預(yù)應(yīng)力張拉

該橋梁現(xiàn)澆連續(xù)鋼構(gòu)箱梁后張法預(yù)應(yīng)力張拉主要采用φ15.2mm、截面積140mm2、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860MPa、彈性模量1.95×105MPa 的高強(qiáng)低松弛鋼絞線；摩擦系數(shù)及局部偏差系數(shù)均根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041—2000）的相關(guān)規(guī)定取值，分別在0.16～0.19及0.000 6～0.001范圍內(nèi)取值。本工程摩擦系數(shù)取0.19，預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨下腹板束和頂?shù)装迨刂茟?yīng)力分別為1 395MPa 和1 339MPa，在鋼絞線錨下增設(shè)4層鋼筋網(wǎng)，并按10cm 間距設(shè)置網(wǎng)片。張拉過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)順序進(jìn)行，整體過(guò)程應(yīng)遵循分批次、分階段對(duì)稱張拉原則，本橋梁現(xiàn)澆連續(xù)鋼構(gòu)箱梁后張法預(yù)應(yīng)力張拉按照自上至下的次序張拉腹板束，再?gòu)闹虚g向兩端逐次張拉頂?shù)装迨?/p>

考慮到該橋梁預(yù)應(yīng)力張拉所用鋼絞線長(zhǎng)度并不長(zhǎng)，故僅進(jìn)行一端張拉，并采取伸長(zhǎng)量和張拉力雙指標(biāo)控制，以張拉力為主控指標(biāo)，以鋼絞線伸長(zhǎng)量為校核標(biāo)準(zhǔn)。將實(shí)際伸長(zhǎng)量控制在設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量的±6%范圍內(nèi)，如超出，則應(yīng)及時(shí)查明問(wèn)題所在，問(wèn)題解決后再恢復(fù)張拉過(guò)程。張拉過(guò)程中如遇錨具滑絲、鋼絞線束和孔道內(nèi)壁摩阻力過(guò)大、鋼絞線斷絲等問(wèn)題，必須及時(shí)更換滑絲、錨具及預(yù)應(yīng)力筋，并使用潤(rùn)滑劑降低摩阻力。

3.4 孔道壓漿及封端

在壓漿開(kāi)始前再次檢查預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)是否清潔、暢通，并在預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后24h內(nèi)進(jìn)行壓漿施工。本橋梁工程采用一端壓漿、另一端出漿的壓漿工藝，待出漿閥流出濃漿后關(guān)閉出漿閥，進(jìn)漿閥升壓至0.6～0.7MPa并持壓2min且未出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象后關(guān)閉。將預(yù)應(yīng)力管道開(kāi)始?jí)簼{的時(shí)間控制在水泥漿制備結(jié)束后的30min 以內(nèi)，這一過(guò)程中必須不停攪拌水泥漿，避免影響漿液性能。如果壓漿過(guò)程順利，應(yīng)適當(dāng)增加漿液濃度，并待漿液達(dá)到終凝狀態(tài)后拔除壓漿閥，各預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿施工必須連續(xù)進(jìn)行，如遇不可抗力等特殊原因造成壓漿過(guò)程中斷，在恢復(fù)壓漿后必須用清水沖洗預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)水泥漿液，再重新壓漿。預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)壓入的漿液必須密實(shí)飽滿，待壓漿過(guò)程結(jié)束，通過(guò)砂輪機(jī)將多余的鋼絞線切除，將其外露長(zhǎng)度控制在30mm左右。

將張拉端清理干凈后鑿毛梁端混凝土、鑿除表面浮漿，使粗骨料結(jié)合面外露，通過(guò)C50膨脹混凝土將張拉端搗實(shí)封堵，避免發(fā)生麻面、蜂窩等情況，結(jié)束張拉端封堵后應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行混凝土養(yǎng)生。

4 結(jié)語(yǔ)

由本文分析可知，預(yù)應(yīng)力筋是現(xiàn)澆連續(xù)鋼構(gòu)箱梁的主要受力構(gòu)件，為確保箱梁預(yù)制施工質(zhì)量，除應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求選擇預(yù)應(yīng)力材料外，還應(yīng)加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力張拉施工過(guò)程控制。預(yù)應(yīng)力筋一般采取張拉應(yīng)力和伸長(zhǎng)值雙指標(biāo)控制，實(shí)際工程，需先結(jié)合工程實(shí)際計(jì)算出張拉應(yīng)力下預(yù)應(yīng)力筋理論伸長(zhǎng)量，再比較其與實(shí)際伸長(zhǎng)量值后進(jìn)行施工過(guò)程指導(dǎo)和控制。本互通主線橋現(xiàn)澆連續(xù)鋼構(gòu)箱梁后張法預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)形式與根數(shù)不同，其預(yù)應(yīng)力筋張拉計(jì)算存在較大難度，通過(guò)本文的分析，可有效簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力筋張拉施工計(jì)算過(guò)程，值得推廣應(yīng)用。