高速鐵路32 m后張法簡支箱梁預應力施工技術及張拉伸長值研究

■ 王超

高速鐵路路基工后沉降控制要求高，建設中主要采用“以橋代路”的方案，橋梁梁體主要為后張法預應力混凝土簡支箱梁。為保證在鋼筋混凝土梁體中建立正確的預應力，保證橋梁質量，提出預應力施工技術、張拉理論伸長值計算及施工常見問題的解決方案。

1 材料進場

1.1 預應力筋及配件要求

（1）預應力混凝土的鋼絞線應符合GB/T 5224—2003《預應力混凝土用鋼絞線》要求，供應商應提供每批鋼絞線的實際彈性模量值。

（2）預應力的熱處理鋼筋應符合GB 4463《預應力混凝土用熱處理鋼筋》要求。

（3）鋼配件的普通碳素鋼應符合GB 700《碳素結構鋼》要求。

（4）預應力筋、錨具、夾具、連接器應具有可靠的錨固性能、足夠的承載能力和良好的適應性，能夠保證預應力筋的強度，安全地實現預應力張拉作業。符合現行國家標準TB/T 3193—2008《鐵路工程預應力筋用夾片式錨具、夾具和連接器技術條件》的規定。

1.2 管道材料及其性能要求

（1）管道材料應采用剛性或半剛性金屬及高密度聚乙烯材料制成，應具有一定的強度，保持一定的形狀，防止在搬運和澆筑混凝土過程中損壞。管道材質不應與混凝土、預應力筋或水泥漿產生不良的化學反應。

（2）金屬管道盡量采用鍍鋅材料制作，并具有良好的柔韌性、耐磨性和絕緣性能，其性能應符合JG/T 3013《預應力混凝土用金屬螺旋管》的要求。高密度聚乙烯波紋管的制作材料和管道性能應符合JT/T 529《預應力混凝土橋梁用塑料波紋管》的要求。

2 張拉機具設備

（1）數量應滿足施工進度計劃和對稱張拉的需要。

（2）應與錨具配套使用。

（3）應對千斤頂與壓力表的配套進行檢驗，確定張拉力與壓力表讀數之間的關系曲線。

（4）確認千斤頂與壓力表配套檢驗的有效期。

3 預應力筋制作和預應力體系安裝

3.1 預應力筋制作

（1）預應力筋的下料長度不能以設計圖紙給定的長度為標準，應經計算確定。計算時應考慮結構孔道長度、錨具厚度、夾具長度、千斤頂長度、錨杯（過渡套）長度及限位板限位高度。

（2）檢查預應力筋編束時，應檢查預應力筋強度是否一致和有無纏繞現象。預應力筋在儲存、運輸和安裝過程中，應采取防銹或防損傷措施。

3.2 管道安裝

（1）波紋管安裝完成后，檢查壓漿孔、抽氣孔、排氣孔是否暢通。檢查合格后將壓漿孔、抽氣孔、排氣孔用封蓋封住，防止澆筑混凝土時水泥漿滲入，造成孔道堵塞。

（2）膠管內應穿放芯棒，芯棒直徑與膠管內徑之差不得大于8 mm。膠管接頭宜設在跨中處，接頭用鐵皮管套接，套接長度不得小于30 cm。膠管與鐵皮管間隙不得大于1 mm，并應密封不漏漿。

（3）焊接作業時采取有效保護措施，并檢查管道有無損壞。

3.3 錨墊板安裝

（1）檢查錨墊板有無錯誤和較大誤差，以及錨墊板與孔道是否垂直。

（2）檢查鋼筋布置是否準確、合理。

（3）鋼筋和管道是否妨礙澆筑混凝土，如果妨礙澆筑前采取技術措施。

4 施加預應力

4.1 預應力孔道和張拉

（1）32 m全梁縱向預應力鋼筋分2處設置，分別為腹板束和底板束。腹板束每邊4層，每層2束，底板共有11束。預應力孔道位置見圖1。

（2）全梁預應力張拉分預張拉、初張拉和終張拉。

（3）預張拉和初張拉的錨外控制應力為930 MPa，終張拉的錨外控制應力為1 438.09 MPa。

4.2 預應力張拉階段構件的混凝土強度

預應力張拉各階段混凝土強度應按設計文件圖紙要求，無具體要求時應根據相關規范。一般情況下，混凝土強度達到設計強度的50%時拆除內模；梁體混凝土強度達到設計強度的80%時進行早期部分張拉（初張拉）；梁體混凝土強度達到設計強度的100%，且彈性模量也達到100%，混凝土齡期滿足10 d時進行終張拉。

4.3 伸長量計算

預應力筋鋼絞線的理論伸長值按照整束分段計算法計算。

平均張拉力為：

伸長值ΔL為：

式中：PP——預應力筋張拉力；

Ay——預應力筋截面積；

Eg——預應力筋彈性模量；

L——從張拉端至計算截面的孔道長度；

k——每米孔道局部偏差對摩阻的影響系數；

μ——預應力筋與孔道移之間的摩擦系數；

θ——從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角，rad。

根據實測管道和喇叭口的摩擦阻力，確定每米孔道局部偏差對摩擦的影響系數k，取值為0.004 88，預應力筋與孔道移之間的摩擦系數μ取值為0.64；彈性模量Eg取值根據鋼絞線出廠合格證數據取值。每束鋼絞線的伸長值按照分段取值的原則進行計算。

4.4 油表讀數與實際伸長值量測

（1）全梁張拉時采用4只350 t油頂。每只油頂對應一個油表。油表讀數通過千斤頂效驗后的線性回歸方程計算。

（2）預應力筋張拉前需先調整初應力σ0，張拉按下列程序進行。0～20%σcon初始應力（量缸體伸出值a和工具夾片外露值e）→控制應力σcon（量缸體伸出值b和工具夾片外露值f、計算實際伸長值ΔL、靜停5 min）→再次測量工具夾片外露值并做好記錄→錨固（油壓回零、卸下千斤頂后在工作夾片外畫線做標記）。

（3）預應力筋采用張拉力控制，并以伸長值進行校核。實際伸長值與理論伸長值的差值控制在6%以內，且兩端伸長值之差控制在10%，否則暫停張拉，待查明原因并采取措施調整后再繼續張拉。

（4）超誤差的原因判斷和采取的措施。伸長值過大或過小對預應力混凝土結構不利。產生超誤差的原因：作業人員量測、讀數誤差、尺誤差；千斤頂、油表故障和未校驗或校驗過期、使用次數超過規定；墊板與孔道不垂直或管道局部有灰漿；孔道摩擦損失計算與實際不符；預應力筋材料質量不穩定；預應力筋彈性模量與計算時的取值不一致；操作方法不當，兩端伸長值相差過大。

采取調整措施：對作業人員進行培訓；對張拉設備進行檢查和校驗；消除局部故障；調整操作方法，使兩端伸長值大致相同；對預應力鋼絞線材料重新取樣試驗，特別是在預應力筋材料質量不穩定時應在盤中、兩端分別取樣試驗；進行摩擦阻力損失測定，調整張拉控制力；預應力鋼絞線彈性模量測定（在結構實體上至少進行10次），測定后對理論伸長值進行修正；原因不明時對張拉力進行有限調整。

5 注意事項

（1）L0長度應考慮張拉工具錨與工作錨之間張拉伸長的長度，不同型號的千斤頂長度不同，應現場量測。

（2）預應力筋彈性模量Eg和截面面積Ag應按規定檢測頻率檢測進場預應力筋，不能以彈性模量1.98×105MPa定值和公稱面積代替。如Eg、Ag發生變化，應及時調整理論伸長值和張拉控制應力。

（3）σcon應考慮由錨具變形、預應力筋回縮和分塊拼裝構件接縫壓縮等引起的應力損失，通常采用超張拉方法予以減少。

（4）張拉時箱梁兩側腹板宜對稱張拉，不平衡束不能超過一束。嚴格按照設計圖規定的編號及張拉順序張拉。張拉24 h后檢查全梁斷、滑絲數量，其不得超過鋼絲總數的0.5%，一束內不得超過一絲，也不得位于同一側。

[1]鐵道部經濟規劃研究院. 客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南[S]，2005

[2]鐵道部經濟規劃研究院. 鐵路混凝土工程施工技術指南[S]，2005

[3]中國鐵路工程集團公司. 客運專線鐵路預應力混凝土箱型簡支梁橋梁制造、運輸、架設施工技術規程[S]

[4]劉緒明. 后張法預應力筋理論伸長量精確計算方法探討[J]. 山西建筑，2004(14)

[5]羅代松，張慶華，王旭威. 后張法預應力橋梁工程施工監理[J]. 黑龍江交通科技，2003(2)