關(guān)于后張法預(yù)應(yīng)力箱梁施工技術(shù)的探析

董勇

摘 要：本文基于筆者專業(yè)知識的應(yīng)用與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，以實(shí)際工程案例為依托，就橋梁工程后張法預(yù)應(yīng)力箱梁施工技術(shù)進(jìn)行簡要分析，旨在規(guī)范施工工藝，提升施工質(zhì)量，具有一定的參考性，以期在本行業(yè)間形成技術(shù)交流。

關(guān)鍵詞：箱梁施工；預(yù)應(yīng)力施工；后張法

1 預(yù)應(yīng)力箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 抗裂性好、剛度大

施加預(yù)應(yīng)力后，可對梁體裂縫的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)有效抑制。由于預(yù)應(yīng)力可對部分外載的作用力起到抵消作用，因此對梁體裂縫的出現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)推遲甚至消除，進(jìn)而使梁體的剛度與抗裂性因結(jié)構(gòu)整體性的良好保障而得到提升。

1.2 穩(wěn)定性、耐久性好

梁體在施加預(yù)應(yīng)力后，可對構(gòu)件在使用過程中因外載作用而產(chǎn)生的撓度實(shí)現(xiàn)有效降低，特別是在梁體長細(xì)比較大，易因外載作用產(chǎn)生彎曲的情況下，預(yù)應(yīng)力的存在可使構(gòu)件事先形成一定的預(yù)拱，進(jìn)而使其在使用過程中減小荷載作用產(chǎn)生的撓度，以此防止梁體因變形過大發(fā)生失穩(wěn)而造成破壞現(xiàn)象。

1.3 省材料、自重輕

一般情況下，預(yù)應(yīng)力箱梁采用高強(qiáng)度混凝土與鋼材，以此可因構(gòu)件截面尺寸的減小與材料的節(jié)省而減輕自重。實(shí)踐證明，與普通鋼筋混凝土構(gòu)件相比，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件可節(jié)省鋼材30～50%，自重減小約30%，特別是對大跨度重荷載結(jié)構(gòu)而言，其經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)更為明顯。

2 后張法預(yù)應(yīng)力箱梁施工技術(shù)

2.1 工程簡介

某在建橋梁位于河南省某市，圖紙設(shè)計為6跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，單跨徑30m，橋梁總長與總寬分別為187.4m與42.0m，梁體設(shè)計混凝土為C50，采用30m預(yù)應(yīng)力箱梁，梁高1.6m，預(yù)應(yīng)力施加采用后張法對稱施工。本工程采用ΦS15.2低松弛鋼絞線（fptk=1860N/mm2）作為預(yù)應(yīng)力張拉鋼筋，其他普通鋼筋等級主要為HRB400E，預(yù)應(yīng)力管道成孔采用塑料波紋管方式。

2.2 工藝流程

底模清理、涂油→普通鋼筋安裝→塑料波紋管預(yù)埋→鋼絞線穿束→模板安裝→混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)→預(yù)應(yīng)力張拉→孔道壓漿→移梁存放→封錨。

2.3 施工要點(diǎn)

2.3.1 波紋管預(yù)埋

本工程所用塑料波紋管經(jīng)豎向承壓與水密性試驗(yàn)后無變形與滲漏現(xiàn)象，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，其安裝過程以以下6點(diǎn)為重點(diǎn)控制：①技術(shù)人員應(yīng)事先根據(jù)設(shè)計圖紙準(zhǔn)確確定出管道平面、豎向位置及曲線變化點(diǎn)，并經(jīng)檢查無誤后方可安裝波紋管；②波紋管采用φ10“井”字型圓鋼定位準(zhǔn)確并固定牢固，定位筋間距直線段以100cm控制，曲線段以50cm控制；③對于波紋管的連接，其接頭應(yīng)采用同材質(zhì)大一型號的短波紋管（具體長度為3.5D），并用膠帶纏裹密封管道接口，以防澆筑混凝土過程中因管道漏漿而出現(xiàn)堵管現(xiàn)象；④波紋管安裝應(yīng)嚴(yán)格杜絕管道彎折與移位現(xiàn)象，按設(shè)計圖紙準(zhǔn)確定位并確保管道順暢；⑤普通鋼筋焊接過程中，應(yīng)注意避免觸碰波紋管，以防造成管道損傷，并在普通鋼筋安裝完成后仔細(xì)檢查管道，如有管壁破損現(xiàn)象，應(yīng)立即采用膠帶纏裹密封，以防進(jìn)漿堵管；⑥安裝過程中如遇波紋管與普通鋼筋發(fā)生位置沖突現(xiàn)象，應(yīng)在確保管道位置準(zhǔn)確的情況下對普通鋼筋位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.3.2 鋼絞線穿束

鋼絞線穿束前，其下料長度L應(yīng)按下式控制，同時以設(shè)計圖紙為依據(jù)對其進(jìn)行編號，完成后方可進(jìn)行穿束作業(yè)。

L=1+2（[l1]+[l2]+[+l3]+[l4]+[l5]）

式中：[l]為孔道凈長；[l1]為錨具高度；[l2]為張拉限位板高度；[l3為張拉千斤頂高度；l4]為工具錨板高度；[l5]為長度富余量，一般取值10cm。

為防止鋼絞線穿束過程中發(fā)生扭曲，應(yīng)每隔1.5m采用鐵絲對其進(jìn)行綁扎，并在穿束時采用透明膠帶對其穿束端頂部進(jìn)行纏繞覆蓋，以防來回反復(fù)拉扯過程中對波紋管造成損害，進(jìn)而影響其通暢性，同時還可達(dá)到操作過程中降低阻力的目的，使穿束作業(yè)更加順暢。波紋管應(yīng)保持內(nèi)部清潔干凈，以此加強(qiáng)其與水泥漿液的粘合性，同時降低孔道壁對鋼絞線的摩擦力，使預(yù)應(yīng)力發(fā)揮作用最大化。除此之外，鋼絞線搬運(yùn)與存放過程中需注意避免對其造成污染、損壞以及銹蝕現(xiàn)象。

2.3.3 混凝土澆筑

本工程采用自拌自密實(shí)混凝土，選用中砂與粒徑為0.5cm～3cm的碎石作為集料，同時摻入10%U型膨脹劑與適量泵送劑，具體施工配合比由攪拌站實(shí)驗(yàn)室通過多次試配確定，且混合料攪拌時間不宜小于2min，以此確保混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。每立方混凝土（配合比）中各材料用量為：水泥340kg；水185kg；砂830kg；石870Kg；AE減水劑14.1kg；粉煤灰160kg；UEA膨脹劑34kg。

混凝土澆筑采用泵送方式，其過程應(yīng)連續(xù)無間斷，每層下料厚度不大于50cm，并按底板→腹板→頂板控制澆筑順序。澆筑過程派專人值守，做到振搗密實(shí)無空鼓現(xiàn)象，同時保護(hù)好張拉盒、管道與排氣孔等預(yù)埋件，特別注意避免振搗幫直接碰觸波紋管，以免其發(fā)生變形、移位甚至破損，同時為防止出現(xiàn)蜂窩麻面現(xiàn)象，對于鋼筋密集部位應(yīng)采用小直徑振搗幫進(jìn)行振搗。在梁體混凝土終凝前，應(yīng)每隔0.5h對已澆筑部位利用手動葫蘆對鋼絞線來回抽動一次，以防漏漿凝固影響張拉。

2.3.4 預(yù)應(yīng)力張拉

依據(jù)設(shè)計要求，預(yù)應(yīng)力張拉需待混凝土強(qiáng)度達(dá)到85%且齡期不小于7d時方可實(shí)施。

（1）采用兩臺YCW型150T千斤頂及ZB4—500型高壓油泵實(shí)施預(yù)應(yīng)力張拉，張拉設(shè)備在經(jīng)標(biāo)定后方可使用，同時結(jié)合標(biāo)定報告將張拉力所對應(yīng)的油表讀數(shù)利用內(nèi)插法計算而出，以此作為張拉過程的控制指標(biāo)之一；

（2）張拉控制應(yīng)力取值σcon=1395N/mm2（即75%σcon）；

（3）張拉方程：0→0.1σcon→1.0σcon（持荷2min）→錨固；

注：基于后期預(yù)應(yīng)力損失的考慮，通常會進(jìn)行不超過1.03δcon的超張拉。

（4）張拉次序：按設(shè)計次序兩邊同時對稱張拉。當(dāng)設(shè)計未指定張拉次序時，可按均勻?qū)ΨQ、偏心荷載小的原則確定，具體可按下列方式實(shí)施：①為了避免混凝土產(chǎn)生應(yīng)力過大，應(yīng)對靠近截面形心軸的鋼束先張拉，同時以作業(yè)效率為依據(jù)而定；②由上至下對錨固在梁端的鋼束進(jìn)行張拉，并從梁端順次張拉錨固在頂板的鋼束；③當(dāng)梁端為雙排預(yù)應(yīng)力鋼束時，在一側(cè)張拉完成后應(yīng)立即張拉另一側(cè)，以防梁體產(chǎn)生較大的偏心荷載；④當(dāng)梁端為三排預(yù)應(yīng)力鋼束時，最好完全張拉中間一排的鋼束后再左右交替張拉；⑤箱型截面也可同理確定張拉次序，但應(yīng)注意橫向偏心荷載不能過大，因此張拉次序需根據(jù)千斤頂數(shù)量確定。

張拉完成后檢查梁體有無裂縫發(fā)生（尤其以梁端為重點(diǎn)控制），同時在錨固完成后控制預(yù)應(yīng)力筋外露長度宜于15mm～30mm內(nèi)。如若錨具長期處于外露狀態(tài)，為防止其發(fā)生腐蝕，應(yīng)采用防銹漆涂刷或混凝土封裹。

2.3.5 孔道壓漿

為防止鋼絞線因銹蝕影響其耐久性，孔道壓漿應(yīng)在張拉完成后48h內(nèi)進(jìn)行。壓漿液要求具有較小的泌水性、干縮性和較好的流動性，根據(jù)設(shè)計要求，本工程灰漿強(qiáng)度等級為M20，水泥采用42.5（R）普通硅酸鹽水泥，摻加0.3%減水劑，同時控制灰漿水膠比于0.40～0.45，并且攪拌3h后不宜超過2%的泌水率（最大不得超過3%）。壓漿過程應(yīng)均勻、緩慢、連續(xù)，采用活塞式壓漿泵實(shí)施壓漿，為保證壓漿飽滿，應(yīng)控制最大巖漿壓力宜于0.5～0.7MP對較長孔道，最大壓力宜控制位1.0MP。每一工作班壓漿過程應(yīng)制取不少于3組的立方體（規(guī)格70.7×70.7×70.7mm）試塊，并于標(biāo)養(yǎng)條件下養(yǎng)護(hù)28d后對其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測，以此作為水泥漿液質(zhì)量的評定依據(jù)

3 后張法預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量控制措施

3.1 預(yù)應(yīng)力損失控制

基于施工因素、材料性能以及環(huán)境條件影響的分析，預(yù)應(yīng)力鋼絞線中的初始預(yù)應(yīng)力在制作、運(yùn)輸、安裝以及使用過程中處于不斷降低狀態(tài)。實(shí)際損失值大于或小于計算值，對結(jié)構(gòu)的承載能力影響較小，但會影響到使用荷載下的性能（如變形、反拱、開裂荷載）和構(gòu)件之間的連接。對于預(yù)應(yīng)力損失的控制，在使用荷載下過高或過低估計均是不利的。

（1）減少摩擦損失的措施：①兩端同時張拉；②適當(dāng)超張拉。

（2）減少錨具損失的措施：采用合格錨具的同時盡量減少所用墊板的數(shù)量。因?yàn)樵阱^具處每增加一塊墊板，錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值就得增加約1mm。

（3）減少溫度損失的措施：采用兩次升溫蒸養(yǎng)?；炷脸仞B(yǎng)護(hù)至C7.5～C10強(qiáng)度等級時將養(yǎng)護(hù)溫度逐漸升高，此時可將梁體內(nèi)混凝土與鋼筋認(rèn)為已結(jié)硬成整體并可同時漲縮，該項(xiàng)損失則可不予以考慮。對于在鋼模上采用先張法施加預(yù)應(yīng)力的箱梁而言，由于其養(yǎng)護(hù)過程采用蒸汽法將梁體混凝土與鋼模一起養(yǎng)護(hù)，因此可不予以考慮預(yù)應(yīng)力溫差損失。

（4）減少松弛損失的措施：以施工規(guī)范為依據(jù)適當(dāng)超張拉。

（5）減少收縮和徐變損失的主要措施：①通過高等級水泥的運(yùn)用降低水泥用量，減小混凝土水膠比，降低其徐變量與收縮量；②混凝土振搗密實(shí)，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。需要注意的是，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土預(yù)壓應(yīng)力不大于預(yù)應(yīng)力施加時混凝土立方強(qiáng)度的50%。

3.2 張拉伸長值計算與校核

一般情況下，預(yù)應(yīng)力箱梁在張拉預(yù)應(yīng)力筋過程中采用張拉應(yīng)力為主、伸長值校核為輔的雙控原則。

（1）預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長值計算 。如下式所示，預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中理論伸長值ΔL計算依據(jù)為：

[ΔL=Pp·LAp·Ep]

式中：L為預(yù)應(yīng)力筋長度，mm；Ap為預(yù)應(yīng)力筋截面面積，mm2；Ep為預(yù)應(yīng)力筋彈性模量，N/mm2；PP為預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力（N），其中直線筋取張拉斷張拉力，曲線筋按式Pp=P（1-e-kx-μθ）/（kx+μθ）計算，P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力，N；X為從張拉端至計算截面的孔道長度，m；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)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)。

（2）為充分了解所建預(yù)應(yīng)力值的可靠性，便于張拉過程中及時調(diào)整并補(bǔ)足預(yù)應(yīng)力值，則需檢驗(yàn)和測定所張拉預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力大小及其損失。對于預(yù)應(yīng)力損失的檢驗(yàn)與測定，最為簡便的方法是在張拉完成24h后（適用于后張法）重復(fù)張拉一此，此時所測前后兩次的應(yīng)力值之差即為預(yù)應(yīng)力損失。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204—2002）規(guī)定：當(dāng)采用應(yīng)力控制方法張拉時，如果實(shí)際伸長值超出設(shè)計計算理論伸長值的±6%，則應(yīng)暫停張拉，在采取措施后方可繼續(xù)張拉。伸長值校核應(yīng)在張拉過程中同步校核，構(gòu)件張拉完畢后，應(yīng)檢查端部和其他部位有無裂縫發(fā)生。

為保證施工安全與施工質(zhì)量，本工程張拉中采用雙指標(biāo)控制，即張拉時除控制張拉力外，同時按分級方法分別在應(yīng)力達(dá)到10%σcon、30%σcon、50%σcon、90%σcon、100%σcon分別測量其伸長值（即為張拉質(zhì)量雙指標(biāo)控制）并作好現(xiàn)場記錄，及時核對實(shí)際伸長值，當(dāng)誤差超過±6%的范圍應(yīng)停止張拉，找出原因并采取措施后方可繼續(xù)張拉，并繪制好張拉控制管理圖。

4 結(jié)語

基于以上論述，后張法預(yù)應(yīng)力箱梁施工技術(shù)的研究為一項(xiàng)精細(xì)而復(fù)雜的任務(wù)，該技術(shù)施工質(zhì)量的保證屬于全過程動態(tài)控制，只有做好每道工序的控制，方能實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力梁體整體質(zhì)量的提升。

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