淺談公路橋預制梁先張法施工工藝

張 勃 羅鴻剛 劉志長

1 先張法的施工特點

先張法施工是在澆筑混凝土前在臺座上或鋼模上張拉預應力筋，并用夾具將張拉完畢的預應力筋臨時固定在臺座的橫梁上或鋼模上，然后進行非預應力筋的綁扎，支設模板，澆筑混凝土，養護混凝土至規定強度，保證預應力筋與混凝土之間有足夠的粘結力時，放張或切斷預應力筋，使預應力筋彈性回縮，通過混凝土與預應力筋之間的粘結力傳遞預應力，使之對鋼筋混凝土構件受拉區的混凝土產生預壓應力。

2 先張法施工技術在鐵路裝車站公路橋工程中的運用

2.1 工程概況

本工程為王家嶺煤礦工業場地進場道路跨越煤礦裝車站鐵路裝車線的中橋，橋梁中心Ⅶ道的里程樁號為DK11+644.192 4，橋梁全長57.566 m。該橋位于曲線段上，與鐵路交角118°，為斜交橋。本橋上部采用16 m+20 m+16 m預應力混凝土空心板，下部用樁柱式墩臺。

主要技術指標:

設計荷載:公路—Ⅰ級，地震動峰值加速度:0.15g。

結構形式:上部16 m+20 m+16 m預應力混凝土空心板，下部用樁柱式墩臺。

交角:30°斜交直線橋。

橋面寬度:2×(凈10.5 m+2×0.5 m 防撞護欄)。

線形:平面位于緩和曲線段內，縱面位于縱坡3.0%的坡道上。

2.2 張拉臺座施工技術

臺座是先張法施加預應力的主要設備之一，它承受預應力筋在預制梁制作時的全部張拉力。張拉臺座必須在受力后不傾覆、不移動、不變形。

1)張拉前的準備工作。先張法梁的預應力筋是在底模整理后，在臺座上進行張拉已加工好的預應力筋。對于長線臺座，預應力筋或者預應力筋與拉桿、拉索的連接，必須先用連接器串連后才能張拉。本施工采用一端張拉，另一端在張拉前要設置好固定裝置或安放好預應力筋的放松裝置。

張拉前，先安裝定位板，檢查定位板的力筋孔位置和孔徑大小是否符合設計要求，然后將定位板固定在橫梁上。在檢查預應力筋數量、位置、張拉設備和錨具后，方可進行張拉。

由于預制梁的板底支座處有楔形墊塊，且角度各不相同，每片梁制作時，在底板處采用角磨機進行切割、打磨?？紤]梁放張時，會產生滑移，并固定方向一側延長50 mm。

考慮圖紙中預應力筋的失效長度，采用確定預應力失效段，對預應力鋼絞線有效長度以外的部分，采取黑鐵套管進行失效處理。套管兩端務必用塑料管或橡膠管封閉緊密，不得漏漿，確保預應力筋與混凝土不結合。

2)張拉工藝。預應力筋的張拉工作是預應力施工中的關鍵工序，應嚴格按設計要求進行。

預應力筋張拉控制應力的大小直接影響預應力效果，影響到構件的抗裂度和剛度，因而控制應力不能過低。但是，控制應力也不能過高，不允許超過其屈服強度，以使預應力筋處于彈性工作狀態。否則會使構件出現裂縫的荷載與破壞荷載很接近，這是很危險的;此外過大的超張拉會造成反拱過大，預拉區出現裂縫也是不利的。因此，預應力筋的張拉控制應力應符合設計要求。當施工中預應力筋需要超張拉時，可比設計要求提高5%，但其最大張拉控制應力不得超過表1的規定。

表1 最大張拉控制應力允許值 N/mm2

鋼絲、鋼絞線屬于硬鋼，冷拉熱軋鋼筋屬于軟鋼。硬鋼和軟鋼根據它們是否存在屈服點劃分的，由于硬鋼無明顯屈服點，塑性較軟鋼差，所以其控制應力系數較軟鋼低。

預應力鋼絞線按設計要求張拉力為1 395 MPa乘鋼絞線截面面積后的張拉噸位和設計伸長量雙向控制。

先張法張拉程序:

0→初應力(10%張拉力)→105σk(持荷 5 min)→0.9σk→σk(錨固)。

a.張拉力計算(以20 m預應力混凝土空心板設計要求的鋼絞線為例):

1 860 ×0.75=1 395 MPa，單根鋼絞線截面面積 A=140 mm2。

張拉力F=1 395×140=195 300 N。

b.伸長量理論計算:

σL=(F×L)÷(Ap×Ep)=(195 300×84×103)÷(140×1.95 ×105)=600.9 mm。

c.實際伸長值測量公式:

其中，σL1為從初應力至最大張拉應力間的實測伸長值;σL2為初應力以下的推算伸長值;σL3為砂箱受壓縮短長度，以現場測量為準。

3)模板制作與安裝。梁體的側模、端模均采用定型鋼模板。模板必須清理干凈，并均勻的涂上脫模劑。安裝模板需在鋼筋安裝完成后進行，安裝時嚴禁在臺座上進行焊接，以免影響鋼絞線。

梁體的模板安裝均用邊包底辦法。上口、下口用螺桿拉接，用斜撐將模板調直調順。側模間及側模與底模之間、側模與端模之間的縫隙用海綿條密封，模板間用螺栓連接。為了保證膠囊不上浮，每40 cm設一道φ8箍筋，并與底板鋼筋扎牢。

模板位置靠定位鋼筋控制;模板內部支撐用鋼筋定型架支牢，在施工中由專人負責檢查加固定位。

采用氣囊作為內模，為保證內模的順利拆除，內模每次使用前必須清理并刷脫模劑。澆筑完空心板底板后，穿入氣囊，充氣達到要求后，繼續澆筑。待混凝土澆筑完成后，控制好氣囊的拆除時間，在4 h左右拆除氣囊，拆除時，要緩慢進行放氣。

4)混凝土的澆筑?；炷涟柚票仨毎凑帐孪却_定的配合比進行配料，其強度和彈性模量均需滿足設計要求，拌制時掌握好最佳攪拌時間(2 min～3 min)和混凝土，保證骨料粒徑和清潔，計量要準確。梁內模采用充氣橡膠囊，待梁完成底板部分混凝土后，穿入氣囊后充氣，壓力保持在0.03 MPa～0.05 MPa，再繼續澆筑梁，其他部分上下層澆筑間隔時間應控制在底層混凝土的初凝時間之內。

澆筑梁時應注意預埋伸縮縫、防撞欄等預埋件和預埋泄水孔。施工時振搗混凝土采用交頻插入式振搗棒，必須從兩側同時振搗以防充氣橡膠芯模、內模左右移動，并避免因振搗棒接觸芯模而出現穿孔漏氣現象。頂板混凝土振實后，用木搓板找平，平整度控制在6 mm以內，在初凝前再用鐵板抹平一次，防止混凝土裂縫的產生。終凝前用竹掃把順橫橋向進行拉毛處理。

為防止混凝土裂縫和邊緣破損，梁混凝土強度達到15 MPa后方可拆模(拆模時間由試驗結果確定)。拆模后立即對梁板進行編號，以便架梁時對號入座。拆模后及時將絞縫處鋼筋鑿出，以利于以后澆筑混凝土。根據施工外界條件，用手指壓迫表面混凝土，如無明顯指印，即可抽拔橡膠芯模，芯模使用后沖洗干凈，防止日曬及油、酸、堿等有害物質的損蝕。

5)混凝土養護?；炷聊Y應立即進行澆水養護，保證足夠的水分、溫度以及防止日曬、大風、沖擊造成的不良影響。養護時間不少于7 d。

6)預應力筋的放張。a.放張順序:預應力筋的放張順序應符合設計要求。對承受偏心預壓應力的構件(如梁)，應先同時放張預應力較小區域的預應力筋，再同時放張預應力較大區域的預應力筋。如不能滿足上述要求時，應分階段、對稱、相互交錯進行放張，以防止在放張過程中，構件產生翹曲、裂紋及預應力筋斷裂等現象。b.放張方法:為避免預應力筋放張時對預應力混凝土構件產生過大的沖擊力，引起構件端部開裂、構件翹曲和預應力筋斷裂，預應力筋放張應符合下列規定:多根整批預應力筋的放張，可采用千斤頂放張。用千斤頂放張時，放張宜分數次完成。預應力鋼筋以及鋼絞線放張后，可用砂輪切斷。長線臺座上預應力筋的切斷順序，應由放張端開始，逐次切向另一端。

7)質量通病和預防措施。a.“放張”時產生的端部裂縫?！胺艔垺睍r，預應力筋立即回彈，鋼筋中巨大的拉力便轉而作用在混凝土構件上，致使預應力筋周圍的混凝土和其相鄰的混凝土之間產生縱向水平裂縫。為了防止這類裂縫的產生，應在端部10d(d為預應力筋直徑)范圍內設置3片～5片鋼箍或鋼筋網片。b.鋼絲滑動。放松預應力筋時，鋼絲與混凝土之間的粘結力遭到破壞，鋼絲向構件內縮。為此，在工藝上應做好以下幾點:保持鋼絲表面潔凈，嚴防油污。冷拔鋼絲在使用前，可進行4 h的汽蒸或水煮，溫度保持在90℃以上;隔離劑宜用皂角類。采用廢機油時，必須待臺面上的油稍干后，撒上滑石粉才能鋪放鋼絲，并以木條將鋼絲與臺面隔開;預應力筋的放松，一般應在混凝土達到設計強度的70%以上時進行，放松時，最好先試剪1根～2根預應力筋，如無滑動現象，再繼續進行，并盡量保持平衡對稱。c.構件翹曲。由于臺面不平，預應力筋位置不準確，以及混凝土質量低劣等，會使預應力筋對構件施加一個偏心荷載，在這種情況對截面較小的構件尤為嚴重。解決這種問題的辦法是:保證臺面平整，作為墊層，最好是用素土夯實后，鋪碎石墊層，再澆筑素混凝土;嚴格防止溫度變化而引起的臺面開裂、起鼓，必要時可以對臺面施加預應力;避免臺面積水，一般臺面應略高于地面;設置伸縮縫。其間距應根據生產的構件類型組合確定，盡量避免構件跨越伸縮縫，一般以10 m～20 m為宜，縫寬3 cm～5 cm，內嵌木條或澆筑瀝青，必要時可選用3 mm～10 mm的鋼板做活動臺面，允許自由伸縮。d.構件剛度差。這種情況表現為使用荷載下，實際撓度超過設計規定值或構件過早開裂。產生的原因為混凝土強度低、臺座變形、摩阻損失、夾具回縮量以及溫差等造成預應力損失過大，超過定值。為此，在工藝上要注意如下幾點:保證臺座有足夠的強度、剛度和穩定性，以防止產生傾覆、滑移和變形過大。臺座的抗傾覆安全系數不得小于1.5，抗滑系數不得小于1.3。如果利用臺面作為承力結構的一部分與臺墩澆筑成整體，可有效地抵抗傾覆和滑移;減少摩阻損失值。張拉時應盡可能使張拉設備的軸線與鋼絲中心線一致，以減少鋼絲與錨固板孔洞之間的摩擦。還應防止鋼絲自重下垂增加與底模之間的摩擦。為此，可每隔一定距離放置一根φ8 mm～φ10 mm的圓鋼筋頭;蒸汽養護應分兩階段升溫，第一階段將溫差(即升溫的溫度與張拉鋼筋時的溫差)控制在20℃以內，待構件混凝土強度達到100 kg/cm2(對鋼絲、鋼絞線)以上時，再進行第二階段升溫。

3 結語

此文只是我對先張法的一些施工體會，我把它整理出來，一則想通過總結使自己在施工技術層面上更上一個臺階，二則想與大家分享交流，取長補短，共同進步。

［1］孫兆強.現澆預應力混凝土連續梁施工及質量控制［J］.山西建筑，2009，35(13):317-318.