先張法預應力梁施工技術探討

修德保

（河北省承德路橋建設總公司，河北 承德 067000）

0 引言

先張法預應力梁施工是采用特制的張拉設備將預應力筋張拉至控制應力，將其錨固，澆筑混凝土，待混凝土達到設計強度時進行松張，靠預應力筋的回縮使混凝土產生預壓應力來滿足設計要求的一種施工方法。本文以承德路橋總公司承建的京承高速附道B合同段的橋梁工程16m梁板的施工為例來介紹先張法預應力梁的施工過程。這種施工方法在承德還是首次使用。

1 先張法預應力梁張拉臺制作

張拉臺的制作有很多方法，通過綜合比較，結合現場實際情況，承德路橋公司決定采用鋼筋混凝土頂梁式承力架法制作先張梁張拉臺座。

1． 1 總體布置

張拉臺由端橫梁、頂梁及橫系梁等組成。總體布置要考慮預制先張梁的數量、工期、起吊、運輸及存放等因素。在承德路橋承建的橋梁工程中有16m先張梁板362片，由于施工時間短，又恰逢冬季，為能在計劃工期內完成任務，張拉臺長按4片16m梁板串聯布置，總長為57m，寬按3個張拉道并列布置，總寬為6.5m。兩側設跨徑為12m的龍門吊軌道，以方便梁的起吊及運輸。

1． 2 張拉臺頂梁強度計算

1.2.1 端梁與頂梁截面積和慣性矩

端梁及頂梁均為鋼筋混凝土結構，頂梁截面積為50cm×50cm，端橫梁截面積為60cm×150cm。

頂梁慣性矩為：

端梁慣性矩為：

故：

由此可見，端橫梁不但可保證頂梁軸心受壓，并且可將千斤頂或鋼絞線之壓力向旁側頂梁分配。

1.2.2 頂梁強度復核

為簡化計算，端梁按簡支計算分配于頂梁上的荷載，而將實際上由端梁向遠側頂梁分配的荷載作為安全儲備。

1.2.2.1 頂梁分配的荷載

預應力筋采用直徑為Φ12.7j、強度等級為1 860的鋼絞線，單根張拉力Nj=137.7kN，每片中梁15條鋼絞線，每片邊梁16條鋼絞線，其不利組合為：頂梁一側為邊梁，另一側為中梁，同時張拉。此時頂梁分配之軸向力為：

1.2.2.2 縱向彎曲系數

頂梁間每10m設半剛性橫系梁一道，橫系梁截面積為50cm×50cm，頂梁計算長度按一端剛結一端鉸結計算：

故：

1.2.2.3 結構截面積

頂梁配有4根Φ20縱筋，鋼筋截面積為：

頂梁截面積為：

1.2.2.4 結構強度

混凝土強度設計為C25，強度值R=14.5MPa。鋼筋為Ⅱ級，強度值Rg=340MPa。

1.2.2.5 頂梁承載力

頂梁承載力為：

故該張拉臺能夠滿足使用要求。

1． 3 張拉臺施工的注意事項

因張拉臺受力很大，工況復雜，故施工必須嚴格注意以下事項：

a）鋼絞線合力中心必須與頂梁軸線在同一高度；

b）張拉臺各部尺寸要準確，可保證鋼絞線位置準確；

c）在張拉端及被動端各設一個鋼橫梁，且在張拉端設滑道，以備張拉時使用；

d）為防止在張拉過程中出現滑絲、斷絲等現象危害施工人員人身安全，在兩端橫梁設置高1.5m的安全網。

2 先張法預應力梁施工

2.1 伸長量的計算

先張法預應力梁預應力筋呈直線布設，所以計算預應力筋伸長量ΔL時，不需考慮磨阻損失的影響，可按下列公式計算：

式中：Nj——預應力筋張拉端的拉力，N；

Ap——預應力筋截面面積，mm2；

En——預應力的彈性模量，N/mm2；

L——預應力筋的長度，mm。

計算預應力筋伸長量ΔL時，各項取值一定要嚴格按規范要求進行實驗測定。

2． 2 主要設備及工具

2.2.1 千斤頂、油泵

千斤頂及油泵的選用要根據預應力筋的設計張拉力及理論伸長值來確定。承德路橋選用的是型號為YDC300、行程為15cm的千斤頂一臺，在初應力張拉時使用，選用型號為YDT1500—1000、行程為100cm的千斤頂兩臺，在控制應力張拉時使用。

2.2.2 連接器、連接拉桿及錨固螺母

為防止鋼絞線的浪費，張拉臺兩端用連接器、Φ25精軋螺紋鋼拉桿代替鋼絞線與鋼橫梁連接，用螺母進行錨固。

2.2.3 模板

先張梁的預制模板采用的是鋼模板，這樣不但可以保證預制梁板的各部尺寸精度，而且可以重復使用，降低生產成本。

2.2.4 龍門吊及平車

先張梁板松張后，采用龍門吊起模，起模后用平車將梁運到存梁場進行存放。要注意存放方法，以免預應力梁損壞。

2． 3 先張預應力梁的張拉

當臺座強度達到100%，張拉設備經過標定并符合使用要求時，即可進行張拉。

2.3.1 將Φ25精軋螺紋鋼拉桿穿在定位板上，再用連接器將鋼絞線與螺紋鋼拉桿連接，將被動端的拉桿用螺母固定在被動端橫梁上，用YDC300型千斤頂逐根張拉至初應力，并用螺母將拉桿卡在活動橫梁上，以保證每根鋼絞線受力均衡。

2.3.2 做好油表讀數及伸長量的記錄并檢查初應力后鋼絞線的左右位置及距底板的保護層厚度，如無異常情況即可正式張拉。

2.3.3 同時啟動兩臺YDT1500—1000型千斤頂，推動活動橫梁前進。兩臺油泵給油的速度要同步，保證兩側的千斤頂推進速度相同，以保證鋼絞線的受力均衡。張拉至設計張拉力的105%時，持荷5min，然后回縮到零，再張拉至設計張拉力，用螺母將其鎖定，張拉結束。具體步驟如下：0→0.1δk（初應力）→105%δk（持荷5min）→0→δk（進行錨固）。 考慮到冬季施工的特點，在張拉過程中對張拉力及伸長量根據經驗采用上限控制。

2.3.4 張拉期間要做好張拉記錄，還要隨時注意觀察張拉臺座、鋼絞線、鋼橫梁等是否有異常現象。

2． 4 先張法預應力梁的澆注

張拉完成后，按圖紙要求要有8h的靜止期，如無異常現象，即可進行綁扎鋼筋、支模及澆注砼。砼澆注時分兩層進行。第一層鋪底至設計底板厚度處，用平板式振搗器進行振搗，以免損傷鋼絞線。第一層澆注結束后進行氣囊充氣，充到規定壓力時進行砼的第二次澆注，用插入式振搗棒振搗。澆注過程中一定要注意振搗密實，兩次澆注間隔時間不要過長。

2． 5 先張法預應力梁板的放張

先張法預應力梁板達到設計強度后就要放張，放張采用對稱割線法。

對稱割線法放張是利用鋼絞線標準容許應力與設計控制張拉應力的25%差額和內力不使梁體產生位移這兩個條件來實現的。控制原則是每次割線不超過鋼絞線總張拉力的25%。割線時要從張拉道的中心（梁為偶數）或中間梁兩端（梁為奇數）開始，自外側向內側對稱割線。由于鋼絞線在中心割線后，中心斷面鋼絞線減少25%，所以該斷面應力增加25%，但未超過標準容許應力，未割斷的鋼絞線不至于被拉斷，只產生了極小的位移（經過計算及實踐不至破壞梁體及底模）。中心鋼絞線割斷25%后再分別對稱割斷其他梁體外的鋼絞線，此部分鋼絞線在梁體內產生了內力，張拉力消失，按此法逐步割線，直到全部割線完成，放張結束。

2.6 砼外觀

由于冬季施工存在諸多不利因素，所以在施工中采用了蒸氣養生法，用泡沫制作的大棚進行保暖，用龍門吊支拆模板、澆筑砼，減少砼外露時間，保證了砼的外觀及內在質量，縮短了張拉臺的使用周期。

3 幾點體會

3.1 要對張拉機具如夾片等的質量作嚴格要求，如果質量不好，在張拉過程中容易出現滑絲、斷絲現象，引發安全事故。

3.2 由于芯模采用的是氣囊，在澆注斜交梁時，梁端容易出現偏心現象，解決方法是澆注前在梁的鈍角側用木頭將氣囊與模板間卡死，這樣氣囊的受力均衡，就不會出現偏心現象。

3.3 先張梁施工中，最大的困難在于受砼的強度等因素影響，放張后梁體的起拱不一致，至使吊裝后梁底不平。針對這種情況，采取了三種方法予以解決：

a）澆筑時，同一槽的梁盡量同時澆筑，縮短間隔時間；

b）制作同步養生試塊，隨時掌握梁體的強度；

c）對每一片梁的溫度，根據同步養生試塊提供的數據隨時進行調節，力求強度增長速度一致。

3.4 對稱割線法優于諸如楔塊法等放張方法。這種放張方法的優點在于梁體幾乎不動，保證板底承托不受破壞，尤其是附道工程中的橋梁空心板，在端跨滑動端都預埋有鋼板，且還有螺栓外露。

3.5 由于溫差影響，個別梁體出現了橫向裂縫。針對這種情況，升溫速度應嚴格控制在每小時10～15℃，降溫速度控制在每小時5～10℃范圍內，在梁體強度達到設計要求時及時放張，沒有放張的梁體不得暴露于空氣中。

4 結語

在京承高速附道工程施工中，先張預應力施工控制取得了一定的成效，但由于是首次使用先張工藝，技術上還存在許多不足，需在以后的施工過程中進一步改進提升。