懸臂現澆連續箱梁預應力張拉關鍵控制點

□文/趙新坡

1 工程概況

老漳河特大橋主橋采用40 m+70 m+40 m 變截面預應力混凝土連續箱梁，主梁根部高4.2 m、跨中高2 m，箱梁縱向尺寸為5×4 m+2×4.5 m，0號塊長度為10 m，中跨和邊跨之間的合龍段長度為2 m，邊跨現澆段長度為3.9 m。懸臂梁段最大理論設計質量138.01 t，掛籃自質量56 t。

主橋箱梁采用三向預應力體系，分為縱向預應力束、橋面板橫向預應力束和豎向精扎螺紋鋼筋[1]。

主橋連續箱梁懸臂段的左右端均獨立采用菱形掛籃進行懸臂澆筑法施工[2]，左右幅同時進行，施工中同時投入4 套（8 個）掛籃。懸臂梁段均一次澆筑成型并在底板混凝土凝固以前全部澆筑完成，以避免梁底裂紋的產生。

2 施工重點和難點

預應力連續箱梁跨度較長，橫向截面尺寸較大，掛籃和懸臂現澆段質量相對較大，施工中混凝土澆筑質量和預應力張拉控制的精度是需要重點控制的環節。其中預應力張拉過程的精度控制，鋼絞線應力、應變的控制，摩阻系數的計算等指標是張拉環節的重點，也是施工中的難點，連續箱梁的質量能否合格，與施工中這幾個環節的控制密切相關，因此在施工中要對這些指標和環節進行精確計算及嚴格管控。

3 主要材料及設備

3.1 張拉材料的選擇

頂板、腹板預應力鋼束采用19φ15.2 mm 鋼絞線，OVM 15-19型錨具；中跨底板、邊跨底板預應力鋼束及邊跨頂板、中跨頂板合龍鋼束采用17φ15.2 mm 鋼絞線，OVM15-17 型錨具。所有縱向預應力鋼束均兩端張拉[3]，錨下控制應力1 395 MPa。

豎向預應力筋采用JL32 精扎螺紋鋼（JL835），YGM 型錨具，下端錨固，上端張拉，錨下控制應力706.5 MPa。

橫向預應力采用3φ15.2 mm鋼絞線，BM15-3型錨具，單端張拉，錨下控制應力1 395 MPa。

3.2 張拉設備的選擇及標定

3.2.1 油表及千斤頂的選擇

縱向預應力筋采用大孔徑穿心式千斤頂及相應油泵，張拉設備的額定張拉力應大于預應力筋的張拉力[4]，而預應力筋張拉力為4 947.6 kN，所以采用額定張拉力為4 960 kN的YCQ500型千斤頂，ZB4-500通用型油泵。精軋螺紋鋼筋采用YQ-70 穿心式千斤頂及通用型油泵。油表選用防振型壓力表，最大讀數為100 MPa，精度為1.0級。

3.2.2 油表的校正與千斤頂的標定

壓力表、張拉千斤頂等計量設備要在有資質的單位進行標定并按有關規范定期檢查并建立卡片備查[5]。在施工中建立油表壓力與千斤頂張拉P-N標定曲線也很重要[5]。使用過程中千斤頂如有拆卸維修或更換配件，則必須重新校正和標定。

4 施工的關鍵控制點計算

4.1 伸長量及油表讀數計算

張拉前先對圖紙中的理論值進行復核，計算每束鋼絞線的理論引伸量[6]作為現場施工的依據。

式中：P為張拉力，N；L為預應力筋長度，mm；X為從張拉端至計算截面的孔道長度，m；A為預應力筋斷面積，mm2；E為預應力筋實測彈性模量，MPa；K為孔道偏差系數，取0.001 5；μ為摩阻系數，取0.25；θ為從張拉端至計算截面切線角之和，rad。

計算時彈性模量應取試驗值[6]，另外，箱梁縱向束線形為平曲線和豎曲線的組合，由于箱梁為多次澆筑完成，鋼絞線束長且變化點多，因此，伸長值采用分段計算，然后疊加得出整束伸長值。現以鋼束W1 為例進行伸長量校核。見圖1和表1。

表1 現澆箱梁W1鋼束伸長量

圖1 W1鋼束

4.2 張拉油表讀數計算

預應力施工前要對張拉千斤頂進行校驗，合格后出具校驗報告。利用報告中的數據計算得出所有配套千斤頂及油表的回歸方程。此外還要依據設計張拉力和錨口的摩阻損失計算得出油表讀數[7]。

式中：P為油表讀數；A、B為回歸系數，根據校驗報告算出；F為千斤頂張拉力，F＝設計張拉力+錨口摩阻損失。

4.3 μ值計算

鋼束較長時，摩擦阻力會造成長鋼束的預應力損失過大，所以要通過現場實測孔道摩阻系數μ，以校核預應力孔道摩阻系數損失值，應根據與傳感器配套的應變儀讀數換算成張拉力，再計算出預應力鋼絞線束的長度和轉角。

式中：F1為主動端拉力，kN；F2為被動端拉力，kN；θ為曲線段轉角，rad；x為預應力束的總長度，m；k為孔道局部偏差系數。

5 預應力張拉施工的關鍵控制點

5.1 張拉方法及順序

采用后張法施工，單塊的張拉順序為縱向預應力→豎向預應力→橫向預應力。總體縱向張拉的先后順序為腹板縱向預應力→邊跨縱向預應力（頂板、底板）→中跨縱向預應力（頂板、底板）。

5.2 張拉程序

鋼絞線：0→15%初應力→30%控制應力→100%控制應力（持荷5 min）→錨固。精軋螺紋鋼：0→10%初應力→20%控制應力→100%控制應力→0→100%控制應力（持荷5min）→錨固[8]。

5.3 鋼束的張拉及伸長值的量測

當張拉力達到初張力后，量測千斤頂的活塞外露長度a，然后供油達到2 倍初張力，量測活塞外露長度b，再張拉至設計噸位的油壓值，量測活塞的外露長度c，L=b+c-2a即為實際伸長值。因本工程的現澆箱梁鋼絞線較長，一次張拉循環不能達到設計伸長量，因此施工過程中進行了多次循環張拉。每次張拉的施工工藝和控制方法均相同，不同的只是每一次循環的初始值均采用上一次循環的錨固力。這樣循環幾次，直到達到高定的控制張力為止。

5.4 精軋螺紋鋼張拉控制要點

1）安裝螺母，用扳手擰緊螺母。

2）將穿心拉桿用連接器擰在精軋螺紋鋼筋上，穿心拉桿及螺紋鋼鋼筋各擰入連接器一半。

3）千斤頂就位套在精軋螺紋鋼筋和穿心拉桿上，用錨具螺母擰緊穿心拉桿。

4）由前油嘴向張拉缸進油，使回程缸由后油嘴回油，利用活塞后移產生的拉力來張拉精軋螺紋筋。

5）若符合理論計算值，則用扳手擰緊錨具螺母。

6）重復張拉至100%張拉力，持荷5 min，回油完成張拉。

6 結語

后張法預應力施工是箱梁施工中主要的施工技術，應采用正確的施工操作方法和精確的計算校核。除對鋼束的張拉采用伸長量和張拉力雙控外，還需要對現場確定鋼束摩阻力的摩擦系數進行精確計算，同時對張拉時的鋼束的伸長量及油表讀數進行精確計算并在張拉過程中嚴格按照操作規程進行，以保證張拉控制的準確無誤，確保施工質量。

在本工程施工過程中，通過對張拉過程各個環節進行精確及通過對鋼束伸長量、油表讀數、摩阻系數的精確計算，很好地控制了現澆箱梁的質量。梁體施工完成后，各項實測指標均達到了合格標準。