橋梁工程項目的后張法預應力施工技術(shù)探討

曾祥杰

摘要 后張法作為預應力箱梁施工中常用技術(shù)手段，具有適用性強、預應力筋布設(shè)靈活、質(zhì)量可靠等優(yōu)點，在橋梁工程建設(shè)中應用廣泛。為有效提升后張法預應力施工技術(shù)水平，保證橋梁工程建設(shè)質(zhì)量，文章以某預應力橋梁施工為背景，根據(jù)工程實際情況，確定了施工材料、設(shè)備，并分析總結(jié)了后張法施工技術(shù)要點，主要內(nèi)容包括鋼筋制安、預應力管道及錨墊板安裝、模板安裝、混凝土澆筑、預應力筋穿束及張拉等。經(jīng)比較實測值與理論值，預應力張拉效果完全符合標準要求，取得了顯著成效，相關(guān)研究成果可為后續(xù)同類工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞 公路橋梁項目；后張法；預應力箱梁；施工技術(shù)要點

中圖分類號 U445.57文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0062-03

0 引言

預應力箱梁結(jié)構(gòu)具有承載力強、結(jié)構(gòu)靈活、跨度大等優(yōu)點，是大跨徑橋梁建設(shè)的首選。目前，預應力箱梁施工，主要采用先張法和后張法兩種形式，其中后張法是先澆筑混凝土構(gòu)件，通過在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部預埋預應力管道，待結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計值后，再進行預應力穿束和張拉。在張拉力作用下預應力筋處于拉伸狀態(tài)，待拉力達到設(shè)計標準后，利用錨具進行錨固，使張拉力經(jīng)由錨具逐漸傳至構(gòu)件內(nèi)部，從而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應力作用[1-3]。最后通過向預應力孔道內(nèi)注漿，使鋼束與構(gòu)件形成整體結(jié)構(gòu)，以有效消除外界壓力作用產(chǎn)生的應力集中現(xiàn)象，增強結(jié)構(gòu)整體承載性能。為有效提升后張法施工技術(shù)水平[4]，該文結(jié)合實際工程案例，分析總結(jié)了后張法施工工藝要點，具有十分重要的意義。

1 工程概況

某橋梁工程總長度620 m，上部為4×20 m預應力箱梁結(jié)構(gòu)，全橋箱梁數(shù)量為32片，每片梁均單獨設(shè)置臺座。梁體高度及底板寬度均為1.2 m，采用后張法進行施工，拉應力值控制在σk=1 300 MPa。為確保預應力張拉質(zhì)量，應根據(jù)現(xiàn)行《預應力混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，科學選用預應力筋及張拉機具，并嚴格控制預應力箱梁預制及張拉施工過程[5]。

2 施工材料、設(shè)備

預應力箱梁設(shè)計強度為C50，鋼束為5φs15.20低松弛鋼絞線，fptk=1 860.0 N/mm2；普通鋼筋采用型號HRB400E鋼筋；錨具規(guī)格為BM15-5、BM15P-5型；預應力孔道通過預埋鋼質(zhì)波紋管成孔，孔徑5 cm。該項目所用施工材料數(shù)量，見表1。

箱梁施工及張拉機具：穿心式千斤頂及組合設(shè)備4臺、焊機8臺、注漿設(shè)備1臺、彎曲機1臺、切斷機1臺、拌和站、混凝土運輸車3臺、吊車1臺、振搗棒、砂輪切割機若干等[6]。

3 后張法施工技術(shù)要點

與先張法相比，后張法無須設(shè)置臺座，具有適用性強、靈活高效等特點，能夠按照實際需求自由布設(shè)鋼絞線，針對體積龐大及結(jié)構(gòu)復雜的構(gòu)件較為適用，尤其對于跨徑較大構(gòu)件，張拉效果更加顯著[7]。后張法施工工藝要點如下：

3.1 鋼筋制作與安裝

鋼筋制作、安裝時，應科學控制以下幾個方面：

（1）預應力項目鋼筋制作，應根據(jù)設(shè)計圖紙要求進行下料，制作成型后進行標號，按照使用先后順序合理進行存放。

（2）箱梁底板、腹板鋼筋綁扎時，應嚴格按照設(shè)計圖紙要求的鋼筋型號、間距等指標，在臺座表面準確定位出鋼筋位置，采用記號筆標注清晰，并通過鋼筋對底、腹板實施固定，同步進行鋼筋、芯模安裝，待芯模加固牢固后，完成頂板鋼筋安裝。

3.2 預應力管道及錨墊板安裝

箱梁底、腹板鋼筋安裝完畢，隨即實施預應力管道及錨墊板安裝。具體要求如下：

（1）該項目預應力管道為孔徑φ50 mm鋼質(zhì)波紋管。根據(jù)設(shè)計圖紙要求進行管道及錨墊板定位、安裝，并實施固定處理，確保牢固、可靠。

（2）波紋管經(jīng)錨墊板孔道穿過，應確保二者互相垂直。在進行管道定位時，按照曲線段長度及高度實施精準安裝。對波紋管實施固定式，直線區(qū)段每間隔1 m加固一道；曲線段部位應合理縮小間距，保持在0.5 m，以有效保證波紋管牢固、穩(wěn)定[8]。

（3）波紋管接長部位通過大一管徑的套管進行連接，并采用透明膠帶包裹嚴密，避免混凝土澆筑時漿液進入。同時，在波紋管道內(nèi)部設(shè)置管徑低一規(guī)格的PVC管道，防止混凝土澆筑時產(chǎn)生堵管問題。

3.3 模板體系安裝

（1）預應力箱梁模板工程主要包括底模、側(cè)模、端模與芯模。實際施工前需對模板實施全面清理，清除表面鐵銹、油污、混凝土殘渣等，并按照要求涂抹脫模機，確保脫模方便。

（2）模板通過吊車輔助施工，實際施工時應由中間向兩側(cè)逐步展開，為避免側(cè)模產(chǎn)生偏位問題，對拉螺桿應松開一定量，等到側(cè)模完全安裝及校驗合格后，再徹底加固牢固[9]。

（3）端模安裝時，需嚴格控制其與底、側(cè)模之間的拼縫，保證嚴密性，并與鋼絞線保持垂直。所有模板安裝成型后，需對模板系統(tǒng)實施全方位檢查，保證高程、位置、牢固性滿足要求。為防止出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，拼縫處應采用透明膠帶粘貼嚴密。

3.4 混凝土施工

該項目混凝土為自拌型，水泥材料選用42.5級普通水泥，水選用直飲水，拌和用砂選用優(yōu)質(zhì)中砂，碎石則為花崗巖破碎石料，級配等級滿足要求，生產(chǎn)配合比為水泥∶水∶砂∶碎石=1∶0.42∶1.15∶2.50，拌制成型后，通過專用混凝土運輸車運至施工現(xiàn)場。

箱梁混凝土澆筑應分層開展，各層厚度控制在30 cm，按照底板—腹板—頂板的順序進行。實際施工時，應根據(jù)施工規(guī)范要求實施振搗，采用插入式振動棒振搗密實，待液面出現(xiàn)浮漿，并且基本不再冒出氣泡時，表示已振搗合格。

梁體混凝土施工完成后，應及時進行收面及拉毛，以防止混凝土產(chǎn)生裂縫，并為后續(xù)鋪裝層施工提供有利條件。當混凝土施工成型24 h后，應對混凝土實施養(yǎng)護，并對翼緣板及封錨部位實施鑿毛。養(yǎng)護時間控制在7～14 d左右，以確保結(jié)構(gòu)強度滿足要求。

3.5 預應力筋穿束

鋼絞線穿束要點如下：

（1）預應力鋼絞線運至現(xiàn)場后，將盤圓放置于放線器內(nèi)并勻速、緩慢展開。

（2）根據(jù)設(shè)計圖紙尺寸進行鋼絞線下料，并防止其出現(xiàn)彎折。鋼絞線下料完成后，按照1.0 m間距將其綁扎成束，并按照要求實施標號，然后進行穿束。

（3）預應力筋穿束時，需先進行之前工序的質(zhì)量檢測，具體檢測內(nèi)容包括錨墊板質(zhì)量、預應力孔道位置精準度、孔道通暢性等。

（4）穿束過程施工階段，其一端需利用膠帶包裹嚴密并利用扎絲綁扎結(jié)實，避免出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、纏繞線形，防止出現(xiàn)損壞。

3.6 預應力張拉

預應力張拉為箱梁施工最重要的環(huán)節(jié)。張拉作業(yè)前，應合理選擇張拉設(shè)備，并委托具有專業(yè)資質(zhì)的部門對設(shè)備實施標定，經(jīng)標定合格后方能進行張拉施工[10]。

張拉施工前，對結(jié)構(gòu)混凝土強度實施檢測。該項目共有32片20 m預應力箱梁，各梁體中布設(shè)4束預應力鋼束，全部采用后張法進行施工。混凝土強度等級為C50，待箱梁結(jié)構(gòu)強度超過設(shè)計值90%時，方能開展張拉作業(yè)。嚴格按照預先標注編號實施預應力張拉，并采取兩端對稱方法實施張拉，張拉過程中對預應力及伸長量進行雙重控制。基本張拉流程：0—10%σk—20%σk—100%σk—持荷5 min—測伸長值—封錨。初張拉工程中，應嚴密監(jiān)視油泵、油表讀數(shù)，并進行準確記錄，當產(chǎn)生異常狀況時，應立即暫停張拉。

為保證箱梁預應力張拉質(zhì)量，預應力筋伸長量實際值與理論值之間的偏差不得超過±6%，當大于該區(qū)間時，應全面查找原因，并采取必要的處置措施。而如果偏差符合標準要求，需回油歸零實施后續(xù)預應力束張拉。現(xiàn)以該項目20 m長箱梁為例進行張拉計算。

（1）張拉應力σk=1 300 MPa，BM15-5錨具中的“5”代表每根預應力筋由5根鋼絞線組成。張拉力Ny表達式為：

Ny=n×Ay×0.70×fpk （1）

式中，n——單束預應力束鋼絞線數(shù)量，此處n=5；Ay——每根鋼絞線截面積，此處為140 mm2；fpk——抗拉強度設(shè)計值，為1 860 MPa。由式（1）求得Ny=

911 kN。

（2）理論伸長量：伸長量校驗能有效了解預應力筋性能。預應力筋理論伸長量ΔL表達式為：

（2）

式中，PP——張拉力均值，此處為張拉端拉力Ny，其值為9.11×105 N；L——鋼絞線長，錨固點中間長度與千斤頂內(nèi)部長度之和，上、下層長度分別為20 926.0 mm

和21 562.0 mm；AP——鋼絞線截面積，此處為700 mm2；EP——鋼絞線回彈模量，經(jīng)實測取值為1.97×105。由式（2）求得ΔL上=138 mm，ΔL下=142 mm。

（3）實際伸長量：實測伸長量應去除0—初始應力階段的伸長量，所以，實際伸長量計算時需加上初始應力時的長度。但因初始張拉階段各預應力束拉伸狀態(tài)存在較大差異，該階段伸長量需通過鄰近級伸長量推導得出。如初始拉應力σ1=10%σk時，伸長量由20%條件鋼絞線長度減10%條件鋼絞線長度得到。所以，伸長量實測值ΔL1表達式為：

ΔL1=ΔL1+L2?L1 （3）

式中，ΔL1——由初應力到最大應力時的實際伸長量；L2——20%條件下的實際伸長量；L1——10%條件下的實際伸長量。

該研究隨機選擇10片20 m梁體實施張拉施工，并全面統(tǒng)計張拉階段鋼絞線伸長值數(shù)據(jù)，比較實測值與理論值偏差，求出伸長率φ，其表達式如下：

φ （4）

式中，ΔL——理論伸長量。該研究選用1#、2#長度20 m箱梁進行分析，其實際伸長量與理論伸長量比較，見表2～3。

從表2～3可知：1#、2#箱梁共設(shè)置預應力鋼束8束，其實際伸長量與理論值基本相符，均滿足設(shè)計標準要求。

4 結(jié)語

綜上所述，箱梁作為橋梁工程最關(guān)鍵的承載構(gòu)件，其施工質(zhì)量對橋梁承載性能及穩(wěn)定性具有重要影響。所以，為最大限度確保后張法預應力箱梁施工質(zhì)量，需嚴格把控施工過程，從而有效提升橋梁整體建設(shè)質(zhì)量。該文結(jié)合該橋梁項目綜合分析，得出如下結(jié)論：

（1）預應力箱梁結(jié)構(gòu)復雜，施工工序較多，實際施工中不同工序穿插作業(yè)，施工質(zhì)量控制難度較大，所以，必須科學做好鋼筋制安、預應力管道及錨墊板安裝、模板安裝、混凝土澆筑、預應力筋穿束及張拉等各項工作，嚴格按照施工規(guī)范要求進行施工作業(yè)，全面提升施工質(zhì)量。

（2）后張法施工時，采取張拉力與伸長量雙重控制標準，在張拉力滿足要求的前提下，加強張拉伸長量控制，對伸長量實際值與理論值實施比較，并實施檢驗糾偏處理，以有效提升預應力張拉效果，保證箱梁施工質(zhì)量。

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