預應力鋼絞線理論伸長值的分析及施工注意事項

白曉紅

（山西省晉中路橋建設集團有限公司，晉中 030600）

以預應力鋼絞線作為大跨度橋梁工程和路基高邊坡加固工程中施加預應力的媒介，是我國公路工程和鐵路工程建設中普遍使用的材料和工藝。預應力鋼絞線預應力的施加、錨固方法及張拉應力、伸長量的理論計算方法在相應工程建設規范和行業標準中均有涉及。在工程實踐中，預應力鋼絞線在預應力作用下伸長值的測量、預應力鋼絞線在錨具中回縮量的測量均十分困難，且各個施工單位的試驗測量方法均不一致，這就對預應力張拉質量控制指標的分析判斷產生了一定影響。基于上述現狀，該文從理論角度討論了預應力鋼絞線伸長值的計算方法，著重闡述了預應力鋼絞線施工關鍵技術及其注意事項，為廣大預應力工作人員提供了參考。

1 預應力鋼絞線理論伸長值計算分析

預應力鋼絞線的張拉質量控制提出了應力、應變的雙控要求。在施工過程中，應以預應力鋼絞線應力控制為主，以鋼絞線伸長值為檢校標準。預應力鋼絞線的時間伸長值與理論伸長值之差應控制在6%之內，否則需要暫停施工，待查明造成差值的原因并予以適當調整后方可繼續預應力鋼絞線的張拉工作。由上述分析可知，預應力鋼絞線的理論伸長值計算的準確性直接關系到預應力張拉施工的工程質量，這也是施工過程是否滿足設計要求的重要參數之一。因此，在預應力鋼絞線張拉施工前必須準確計算預應力鋼絞線的理論伸長值。

1.1 預應力鋼絞線理論伸長值計算公式

《公路橋梁施工技術規范》（JTJ 041—2000）中關于預應筋伸長值計算，采用公式（1）：

式中，ΔL為預應力鋼絞線理論伸長值，cm；P為預應力鋼絞線平均張力，N；L為預應力鋼絞線的計算長度（孔道長度＋張拉工作長度），cm；As為預應力鋼絞線截面面積，mm2；Es為預應力鋼絞線彈性模量，MPa。

預應力鋼絞線的平均張力計算，采用公式（2）

式中，P為預應力鋼絞線張拉端的張拉力，N；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；μ為預應力鋼絞線與孔道壁之間的摩擦系數；X為孔道長度，m。

1.2 預應力鋼絞線理論伸長值計算過程中的注意事項

1）預應力鋼絞線彈性模量的取值對其理論伸長量的計算具有較大影響。在實際施工過程中，施工單位應按照規范相應要求對預應力鋼絞線進行進場檢測，以進一步確定此批預應力鋼絞線的力學性能。每批次鋼絞線檢測重量不宜大于60t，根據鋼絞線的力學性能試驗確定使用本工程的預應力鋼絞線的實際彈性模量。一般情況下，Es取值通常為2.0×105MPa。

2）由于工程的多樣性與復雜性，預應力鋼絞線的布置形式往往不一而足。在特殊情況下，由于預應力鋼絞線為曲線且其空間結構復雜，預應力鋼絞線的摩阻損失較大，因此孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數k和預應力鋼絞線與孔道壁之間的摩擦系數μ的取值對預應力鋼絞線理論伸長值的計算具有重大影響。在工程實踐中，必須通過相關試驗檢測手段在規范允許的范圍內選取k、μ的數值，并將其及時反饋至設計單位以進一步的指導現場的施工工作。k、μ一般情況下的取值分別為0.001和0.19。

3）預應力鋼絞線張拉平衡點的計算應區分對稱張拉和不對稱張拉。在預應力鋼絞線對稱張拉的情況下只需計算單邊的預應力鋼絞線張拉伸長量，總的張拉伸長量即為單邊張拉伸長量的兩倍。在預應力鋼絞線非對稱張拉的情況下必須首先尋找張拉平衡點，然后計算張拉平衡點左右兩側的單邊張拉伸長量，兩者之和即為預應力鋼絞線總張拉伸長量。在實際工程計算中，往往需要試算鋼絞線兩端某點的張拉力，經若干次推算后得到左右兩端張拉里平衡點即為預應力鋼絞線平衡點。當然，由于預應力鋼絞線空間布置的復雜性及其在孔道內受力情況的復雜性，預應力鋼絞線兩端的實際伸長量與計算結果可能有較大差異，但預應力鋼絞線的總張拉伸長量應與理論計算結果大體上保持一致。

2 預應力鋼絞線施工關鍵技術及其注意事項

預應力混凝土結構常常是按照全預應力結構進行設計和計算的，在施工過程中準確的張拉預應力鋼絞線十分重要。但在施工過程中常因預應力張拉控制不足、施工設備等原因造成工程質量缺陷，極易造成預應力混凝土構件預應力不足、開裂、承載力不足等病害，因此在施工中必須嚴格把控預應力鋼絞線的張拉工序。

2.1 預應力鋼絞線張拉施工關鍵技術

張拉控制應力能否達到預應力設計值直接關系到與預應力的張拉效果，預應力張拉控制應力是預應力鋼絞線張拉質量控制的重中之重。預應力張拉控制應力必須達到規定的設計值，當考慮到材料自身特性，又往往不能超過設計規定的最大張拉控制應力。在實際施工中，為準確掌握預應力鋼絞線的張拉情況，采用以張拉應力控制為主、張拉伸長值進行校核的原則。

預應力鋼絞線張拉順序應該按設計文件進行，當設計文件沒有規定時，應避免混凝土構件截面出現不利的受力狀態（大偏心受力狀態），保證混凝土構件在張拉過程中不宜出現過大的拉應力。對預應力鋼絞線曲線布筋的情況，尤其需要注意混凝土構件邊緣的拉應力，務必保證混凝土構件不出現開裂狀態。基于上述分析，預應力鋼絞線張拉時應首先張拉靠近混凝土構件截面形心的鋼絞線，在預應力鋼絞線對稱布置的情況下應采用對稱張拉的張拉順序。

當預應力鋼絞線長度較大時提倡兩端同時進行張拉施工。若設備張拉能力不足，應先固定一端、張拉另一端，然后再張拉上述固定端，即采用交錯分級張拉的方法彌補設備能力不足的問題。對曲線布置的預應力鋼絞線也應采用交錯分級張拉的方法。當采用單邊張拉施工時，雖然在張拉端達到了設計控制應力，但由于孔道長度大、鋼絞線轉角大、管道摩阻等原因，使得預應力在張拉過程中逐步損失，最終導致預應力不足，故單邊張拉的施工方法是不可取的。此外，單邊張拉的施工方法還極易出現斷絲等張拉事故，危害施工的安全性。

2.2 預應力鋼絞線張拉孔道壓漿關鍵技術

預應力管道壓漿工作對后張法預應力構件的重要性不言而喻。預應力管道壓漿工作能有效防止預應力鋼絞線的銹蝕，并保證預應力鋼絞線同混凝土結構的有效粘結，以達到預應力混凝土構件整體受力的效果，進一步增強預應力混凝土構件的承載力。同時為減輕錨固端的荷載，在施工過程中也應重視預應力管道壓漿工作。基于上述分析，在施工過程中，要求壓入孔道內的漿液應具有可靠地密實度，對其粘結強度和剪切強度也有相應要求，以保證預應力混凝土構件的整體工作性能。預應力管道壓漿工作效果不理想往往會造成預應力鋼絞線生銹，從而降低預應力混凝土構件的耐久性。在施工過程中，為有效保證預應力管道壓漿工作，務必做到下述幾點：

1）水泥、水、外加劑和壓漿設備均應符合設計文件及相應規范要求。

2）水泥漿的水灰比、和易性、膨脹率和稠度等指標在現場檢測后也應符合設計文件及相應規范要求。

3）壓漿前應檢查壓漿孔道的通暢性。

4）壓漿順序正確。

5）嚴格控制壓漿壓力和速度。

6）如有條件可采用真空壓漿技術。

預應力管道壓漿工作完成后應將端部的水泥漿液清洗干凈，并對端部混凝土進行鑿毛處理。

2.3 預應力鋼絞線施工注意事項

1）為減少因鋼絞線定位不準或鋼絞線線形偏差造成的預應力鋼絞線管道摩阻損失增加的現象，在施工過程中應嚴格控制預應力線形控制節點的空間位置。在直線段每隔1m，曲線段每隔0.5m應采用儀器進行測量并糾偏。定位鋼筋宜采用井字形鋼筋，要求定位鋼筋定位準確牢固。

2）混凝土模板的支撐宜采用對拉螺栓固定外加斜撐加固，以有效保證混凝土澆筑過程中模板工程的穩定性，進一步避免預應力鋼絞線線形的變化。

3）若施工該過程中采用了波紋管，務必保證波紋管的密封箱良好。波紋管一旦出現破損、壓扁等損壞時應及時采取修復或更換等措施。在混凝土的振搗過程中嚴禁敲打波紋管或在波紋管附近進行振搗作用，以免造成波紋管的起折、穿孔、變形等損壞。

4）預應力鋼絞線的張拉宜采用分級多行程張拉方法，并將單拉與群拉的方式有效結合。

5）當張拉控制應力達到80%以上時，應適當延長荷載的持續時間，以使預應力鋼絞線充分伸長，有效保證預應力的張拉效果。

6）如1.2所述，在預應力鋼絞線伸長值的計算過程中，鋼絞線進場時必須經過有關試驗檢測以確定其適用于本工程的實際彈性模量。

3 結 語

經過半個世紀的工程實踐與探索發展。預應力施工技術已不斷完善并趨于成熟。隨著土木建設行業的發展，預應力技術必將會被更為廣泛的采用。預應力混凝土結構常常是按照全預應力結構進行設計和計算的，在施工過程中準確的張拉預應力鋼絞線十分重要，因此在施工中必須嚴格把控預應力鋼絞線的張拉工作。預應力張拉工作是一個復雜的工程，在施工中必須把握工程施工技術及控制要點，并不斷進行總結，才能提高施工水平，保證施工質量。

［1］金云飛，李志鋒，李博寧.預應力鋼絞線理論伸長值的分析及施工注意事項［J］.住宅科技，2011，32（7）：55－57.

［2］高 輝，陳 鵬.預應力鋼絞線張拉伸長值的計算與施工操作［J］.中國新技術新產品，2009，17（14）：103.

［3］賀仁貴.先張法預應力鋼絞線的施工技術和工藝過程控制［J］.河北企業，2007，19（7）：68－69.

［4］楊永平.箱梁后張法預應力鋼絞線施工［J］.中國新技術新產品，2011，19（4）：157－159.