淺析武廣客運(yùn)專線后張法簡支箱梁預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)

龍小華,盧恩蒼

(1.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川樂山614000；2.成都華潤燃?xì)庠O(shè)計(jì)有限公司，四川成都610045)

武廣客運(yùn)專線的修建是為了緩解我國交通大動脈——京廣線的巨大客運(yùn)壓力。專線建成后，武漢到廣州的時間由原來的11h縮短到3h，長沙到廣州的時間由8h縮短到2h。武廣鐵路是我國近年建設(shè)線路里程最長、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最高、投資最多的鐵路客運(yùn)專線，開辟了我國客專鐵路建設(shè)新紀(jì)元。武廣鐵路全線1 068.6km，橋梁約410km，時速350km雙線鐵路橋梁預(yù)制便成為關(guān)鍵控制工程。耒陽大和制梁場負(fù)責(zé)159孔后張法簡支箱梁的預(yù)制工作，而預(yù)應(yīng)力張拉控制技術(shù)是保證箱梁生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵之一。

1 施工工藝

張拉是預(yù)應(yīng)力施工工藝中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，預(yù)施應(yīng)力按預(yù)張拉，初張拉，和終張拉三個階段進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003的規(guī)格，即公稱直徑為15.20mm，強(qiáng)度級別為1 860MPa，公稱截面積140mm2，理論重量1.101kg/m，其技術(shù)性能符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-2003的規(guī)定。使用的錨具產(chǎn)品通過省、部級產(chǎn)品認(rèn)證，錨具質(zhì)量指標(biāo)符合TB/T3193-2007《鐵路工程預(yù)應(yīng)力筋用夾片式錨具、夾具和連接器技術(shù)條件》的要求。

張拉工藝流程：編束→穿束→預(yù)張拉→初張拉→終張拉→錨具外鋼絞線切割，如圖1。

1.1 鋼絞線下料、編束、穿束

(1)鋼絞線投入使用前應(yīng)對其進(jìn)行檢驗(yàn)，未經(jīng)檢驗(yàn)或檢驗(yàn)不合格的鋼絞線不得投入使用。鋼絞線的下料長度=孔道的實(shí)際長度+1 640mm(千斤頂高度×2+工具錨厚度×2+工作錨厚度×2+限位板的有效高度×2+2×100mm)。下料允許誤差：±10mm。

(2)鋼絞線的編束，每隔1.5m用20號鐵線扎一道，使編扎成束順直不扭轉(zhuǎn)。編束后分類存放，架空地面10cm以上。搬運(yùn)時支點(diǎn)距離不得大于3m，端部懸出長度不得大于1.5m。

(3)穿預(yù)應(yīng)力鋼絞線前，首先檢查孔道，清理孔道內(nèi)雜物和積水，保持孔道暢通。采用人工配合卷揚(yáng)機(jī)穿束作業(yè)，將卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩套在鋼絞線束前端，人工將鋼絞線端頭抬高并放入管道內(nèi)，開動卷揚(yáng)機(jī)，使鋼束緩緩進(jìn)入孔道內(nèi)，避免鋼束扭曲，如發(fā)生個別鋼絞線頂彎，將其更換后再穿束。穿束順序?yàn)椋河缮舷蛳拢蓛?nèi)向外進(jìn)行。鋼絞線伸出梁體兩端長度相同。

1.2 千斤頂定位及錨具安裝

安設(shè)千斤頂，使其中線與孔道中線對齊，使得預(yù)應(yīng)力管道、錨具、千斤頂“三同心”。為便于工具錨缸脫，千斤頂預(yù)先出頂2～3cm。工具錨安裝于千斤頂后蓋，精確對中，鋼絞線在工作錨與工具錨之間順直無扭結(jié)，工具錨夾片安裝完成后，用特制的套管擠壓工具錨夾片，使其進(jìn)入工具錨環(huán)內(nèi)，并使端部整齊，外露長度基本一致。為使工具錨缸脫方便，在工具錨夾片與錨環(huán)之間涂抹退錨靈。

1.3 張拉

張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線時，采用應(yīng)力應(yīng)變雙控制。張拉時混凝土的強(qiáng)度以現(xiàn)場同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試塊的試壓報(bào)告為準(zhǔn)。

張拉實(shí)測伸長值的計(jì)算：鋼束伸長值=[油缸伸長(控制應(yīng)力)+工具錨夾片外露長度(控制應(yīng)力)-油缸伸長(初始應(yīng)力)-工具錨夾片外露長度(初始應(yīng)力)]×100/(100-20)；自錨時鋼絞線回縮=油缸伸長(控制應(yīng)力)-自錨后油缸伸長-工作錨至工具錨段彈性伸長值。分兩次張拉的鋼絞束伸長值為：總伸長值=第一次張拉伸長值+第二次張拉伸長值-第一次張拉鋼絞線回縮量。

張拉理論伸長值的計(jì)算[1]：

△L=P×L÷(Ap×Eg)

式中：P為平均張拉控制力(N)，按：

P=P1(1-e-(K×L+μ×θ))/(K×L+μ×θ)，

P2為終張拉控制力,P2=P1×e-(K×L+μ×θ))=下一段預(yù)應(yīng)力筋P1；L為預(yù)應(yīng)力筋起點(diǎn)至終點(diǎn)截面的鋼絞線束長度(mm)；Ap為截面面積(mm2)，φ15鋼絞線截面面積140mm2；P1為預(yù)應(yīng)力筋起點(diǎn)張拉力；θ為預(yù)應(yīng)力筋起點(diǎn)端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角(以弧度計(jì))；μ為預(yù)應(yīng)力筋與管道壁間摩擦系數(shù)，31.5m梁按0.643 5取值；K為管道對設(shè)計(jì)位置的偏差系數(shù)，31.5m梁按0.0015取值；Eg為鋼絞線彈性模量，按實(shí)際取值。

圖1 張拉工藝流程

1.3.1 張拉施工程序

(1)按設(shè)計(jì)規(guī)定的編號(圖2)及張拉順序(表1)張拉。

表1 跨度31.5 m箱梁張拉順序

圖2 跨度31.5 m箱梁孔道編號

(2)預(yù)應(yīng)力采用兩端同步左右對稱進(jìn)行，最大不平衡不應(yīng)超過1束。預(yù)應(yīng)力采用三控措施即張拉力、鋼絞線伸長值、靜停時間，張拉過程中保持兩端鋼筋線的伸長量基本一致，兩端相差不超過10%，否則應(yīng)分析原因。

(3)按每束根數(shù)與相應(yīng)的錨具配套帶好夾片，然后開始安裝張拉工具，安裝順序?yàn)?工作錨及夾片→限位板→墊環(huán)→千斤頂→工具錨及夾片。

(4)按每束根數(shù)與相應(yīng)的錨具配套，帶好夾片，將鋼絞線從千斤頂中心穿過。給油后檢查工具夾片是否錨固完好。張拉時當(dāng)鋼絞線的初始應(yīng)力達(dá)0.2σcon時，停止供油，測量油缸外露值和工具錨夾片外露值(采用標(biāo)定過的鋼直尺量測)。

(5)上述工作完成后即向張拉油缸充油并對鋼絞線進(jìn)行張拉，當(dāng)油壓達(dá)到張拉噸位后關(guān)閉主油缸油路，并進(jìn)行持荷(5min)。量測油缸外露及工具錨夾片外露，進(jìn)行伸長值計(jì)算(控制應(yīng)力及初始應(yīng)力下千斤頂油缸伸長量及工具錨夾片外露量之差)。張拉力的大小以油表讀數(shù)為準(zhǔn)，以預(yù)應(yīng)力鋼絞線的伸長值加以校核，實(shí)際張拉值與理論伸長值應(yīng)控制在6%范圍內(nèi)，鋼絞線回縮量每端控制在6mm以內(nèi)。伸長值由負(fù)責(zé)張拉的工程技術(shù)人員計(jì)算，如有異常，分析原因處理后方可繼續(xù)進(jìn)行張拉。

(6)持荷5min(采用秒表記錄)后，千斤頂回油，夾片自動鎖定則該束張拉結(jié)束，卸頂后測量工作夾片外露，及時做好記錄，在夾片處鋼絞線根部畫線作為觀察滑絲、斷絲的標(biāo)記。

(7)全梁24h后滑絲總數(shù)不超過鋼絞線總數(shù)的0.5 %，且一束內(nèi)斷絲不得超過一絲，也不得在同一側(cè)。鋼絞線及錨具因處理滑絲，斷絲而留有明顯刻痕或其它傷痕，或同一束鋼絞線張拉超過3次，均立即予以更換。

1.3.2 張拉操作流程

(1)預(yù)張拉：為防止梁體出現(xiàn)早期裂縫，混凝土強(qiáng)度不小于33.5MPa時，預(yù)制梁帶模預(yù)張拉。預(yù)張拉時，內(nèi)模松開，不對梁體的壓縮造成障礙。0→0.2σcon預(yù)拉控制應(yīng)力(測油缸外露，測工具錨夾片外露)→預(yù)張拉控制應(yīng)力(測油缸外露，測工具錨夾片外露)→持荷5min并校核伸長值→回油到0錨固→測量工作夾片外露量。

(2)初張拉：初張拉在混凝土強(qiáng)度不小于43.5MPa和模板拆除后，在制梁臺座上進(jìn)行，初張拉后梁體方可移出臺位。0→0.2σcon初拉控制應(yīng)力(測油缸外露，測工具錨夾片外露)→初張拉控制應(yīng)力(測油缸外露，測工具錨夾片外露)→持荷5min并校核伸長值→回油到0錨固→測量工作夾片外露量。

(3)終張拉：終張拉在存梁臺座上進(jìn)行，按設(shè)計(jì)規(guī)定的預(yù)加應(yīng)力值，在梁體混凝土強(qiáng)度不小于53.5MPa，彈性模量不小于35.5GPa且混凝土齡期不小于10d，進(jìn)行終張拉。0→0.2σcon終張拉控制應(yīng)力(測油缸外露，測工具錨夾片外露)→終張拉控制應(yīng)力(測油缸外露，測工具錨夾片外露)→持荷5min并校核伸長值→回油到0錨固→測量工作夾片外露量。對預(yù)、初拉過的鋼束其初始力比預(yù)、初拉控制應(yīng)力大10MPa。張拉后鋼絞線回縮量每端不大于6mm，錨固后夾片表面應(yīng)平整，同束工作錨夾片外露量差值不超過2mm。

1.3.3 張拉控制關(guān)鍵

(1)實(shí)際伸長值兩端之和不超過理論計(jì)算值的±6%。

(2)在張拉完成24h后，對鋼絞線進(jìn)行復(fù)查斷滑絲根數(shù)不超過鋼絲總數(shù)的0.5 %，并不處于梁的同一側(cè)，且一束內(nèi)斷滑絲不超過一絲。

(3)兩端鋼絞線回縮量每端不得大于6mm。

(4)自錨后工作夾片外露量2～3mm，夾片錯牙1～2mm。

(5)不同批次鋼絞線可以在同一片梁中使用，但嚴(yán)禁在同一孔內(nèi)使用。

(6)同一束鋼絞線重復(fù)張拉次數(shù)不超過3次。

(7)張拉過程中出現(xiàn)以下情況之一者，需更換錨具或鋼絞線重新張拉：

后期張拉時發(fā)現(xiàn)早期張拉的錨具中夾片斷裂者；夾片錯牙2mm以上者；錨具內(nèi)夾片斷裂者(含有錯牙的兩片斷裂)；一片梁中斷裂滑絲量超過規(guī)定：在張拉完成24h后對其進(jìn)行復(fù)查斷滑絲根數(shù)不得超過鋼絲總數(shù)的0.5 %，并不得處于梁的同一側(cè)，且一束內(nèi)斷滑絲不得超過一絲；錨環(huán)裂紋損壞者。

1.4 鋼絞線切割

終張拉完24h后檢查，確認(rèn)斷絲及滑絲數(shù)量不超過預(yù)應(yīng)力鋼絲總數(shù)的0.5 %，并不處于梁的同一側(cè)，且一束內(nèi)斷絲不超過一絲，按預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際彈性模量計(jì)算的伸長值與實(shí)測伸長值相差不大于±6 %時，即可進(jìn)行端頭鋼絞線的切割。切割處錨具外鋼絞線外露35～45mm。切割時不能使用氧割，采用砂輪切割機(jī)進(jìn)行切割。切割完成后用聚氨脂防水涂料對錨具進(jìn)行防銹處理。

2 張拉安全注意事項(xiàng)

(1)張拉前檢查錨具及夾片，如有裂紋或破損應(yīng)及時更換。

(2)油壓泵上的安全閥應(yīng)調(diào)至最大工作油壓下能自動打開的狀態(tài)。

(3)油壓表安裝必須緊密滿扣，油泵與千斤頂之間采用的高壓油管連同油路的各部接頭，均須完整緊密，油路暢通，在最大工作油壓下保持5min以上，均不得漏油。若有損壞者及時更換。

(4)預(yù)加應(yīng)力時兩端油泵升壓交替平穩(wěn)且配合默契，油壓升降緩慢，切忌突然加壓或卸壓。

(5)張拉時發(fā)現(xiàn)油泵、油壓表、千斤頂、錨具等有異常情況時停止張拉，檢查原因。

(6)張拉作業(yè)區(qū)應(yīng)設(shè)置明顯的安全標(biāo)記，禁止非工作人員進(jìn)入張拉區(qū)域。

(7)張拉時千斤頂正面不準(zhǔn)站人，也不得踩踏高壓油管,高壓油泵放在梁的兩側(cè)，操作人員站在預(yù)應(yīng)力千斤頂位置的側(cè)面。

(8)預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)必須有技術(shù)人員全過程旁站，并做詳細(xì)的張拉記錄表。

3 結(jié)束語

通過對梁場后張法簡支箱梁預(yù)應(yīng)力張拉工藝的全面闡述，抓住張拉質(zhì)量控制要點(diǎn)，尤其是張拉前混凝土強(qiáng)度、彈性模量、齡期的控制，張拉過程中油表讀數(shù)、靜停時間、張拉伸長值的控制，確保箱梁的預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量和使用安全。

[1]GB/T14370-2007預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器[S]

[2] 鐵科技[2004]120號客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件[S]

[3] 周延翱.客運(yùn)專線后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁預(yù)應(yīng)力張拉 [J].中小企業(yè)管理與科技, 2012, (15):129-130

[4] 李金龍.淺談大西鐵路客運(yùn)專線后張法簡支箱梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)及自動張拉系統(tǒng)的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究,2012,(6):80-82