后張法預制箱梁預應力損失探討

劉浩波

（中鐵十八局集團第一工程有限公司，河北 涿州 072750）

0 引言

預應力混凝土箱型橋梁除了具有鋼筋混凝土橋梁的所有優點之外，還能夠充分利用高強度材料，使得構件截面彎矩、自重彎矩占總彎矩的比例大大下降，從而使橋梁的跨越能力得到提高。 隨著高速鐵路的快速發展，預應力混凝土簡支箱梁得到廣泛的應用。

由于生產工藝和材料的固有特性等原因， 在箱梁預制和使用中，預應力筋的應力值不斷降低。如果在施工過程中不考慮這些應力損失， 將影響箱梁在荷載作用下的結構性能。若預應力損失過大，則不能保證箱梁的荷載承受能力，達不到箱梁的設計指標，甚至還會降低箱梁的安全性能和使用壽命。因此，開展預應力混凝土箱梁預應力損失的研究十分必要。

中鐵十八局集團第一工程有限公司京濱鐵路寶坻制梁場承擔著京濱鐵路DK116+093.73～DK141+251 段662 榀后張法預應力混凝土簡支箱梁預制任務。筆者以寶坻制梁場張拉工序為例，探討了后張法預制箱梁張拉施工時， 張拉力損失原因及減少張拉力損失的措施。

1 預應力損失產生的原因

預應力損失包括鋼絞線松弛損失，錨具變形、鋼絞線回縮引起的預應力損失，鋼絞線與預應力孔道摩擦引起的預應力損失，梁體混凝土收縮、徐變和彈性變形引起的預應力損失。

1.1 鋼絞線松弛損失

箱梁終張拉后48 h 內，完成孔道壓漿作業。 箱梁架設使用后，不斷承受荷載，鋼絞線會慢慢變得松弛，鋼絞線的控制應力會逐漸變小。 由于鋼絞線材料自身組織的不均勻性， 應力松弛試驗不可重復。 本文選用1×7-15.20-1860 鋼絞線，按相關規定和要求進行應力松弛試驗，試驗參數如表1 所示［1］。 通過試驗得出如下結論：初始應力越大，鋼絞線松弛越多，應力損失越大。另外，鋼絞線松弛損失還與溫度、試驗時間有關。

表1 應力松弛試驗參數表Tab.1 Parameters of stress relaxation experiment

1.2 錨具變形、鋼絞線回縮引起的張拉力損失

當對鋼絞線張拉結束并進行錨固時， 錨具受千斤頂集中壓力的作用， 工作錨和錨墊板間的縫隙會被擠緊，導致工作錨變形，從而造成應力損失。 工作夾片在鋼絞線回縮自錨時，也會產生應力損失。錨具錨固力極限總應變試驗結果如表2 所示［2-3］。

表2 錨具錨固力極限總應變試驗結果Tab.2 Experiment results of limit total strain of anchorage force

1.3 鋼絞線與預應力孔道壁間的摩擦引起預應力損失

鋼絞線與預應力孔道摩擦引起預應力損失的主要原因是孔道彎曲和孔道定位不準。 孔道彎曲引起的預應力損失值隨預應力管道彎曲角度變化而變化，彎曲角度越大，損失值也越大。 孔道定位不準主要是由于定位網片位置不準確，孔道不圓順。此項損失主要取決于鋼絞線的長度、 鋼絞線與孔道壁間的摩擦系數和孔道成型的質量［4］。

1.4 梁體混凝土收縮、徐變引起預應力損失

箱梁進行終張拉前后， 梁體會產生較大的彈性變形，在終張拉后60 d 或更長一段時間，箱梁仍有殘余變形存在，這個過程稱為徐變。箱梁澆筑混凝土后，在混凝土凝結初期或硬化過程中，出現的體積縮小現象稱為收縮。混凝土收縮、徐變會引起預應力損失，損失值與收縮、徐變量有關。 混凝土徐變量受時間、溫度、荷載等影響。

1.5 梁體混凝土彈性壓縮引起預應力損失

預制箱梁在預應力張拉階段，已完成初張拉、并錨固的鋼絞線， 在后續分批張拉時， 會發生彈性變形。箱梁終張拉完成以后，梁體混凝土會產生彈性壓縮變形，從而產生預應力損失。

2 預應力損失控制

通過對寶坻制梁場近100 榀箱梁張拉工序進行分析，筆者總結出減少預應力損失，提高后張法預應力箱梁質量的措施。

2.1 箱梁張拉工序過程控制

2.1.1 預應力孔道摩擦損失控制［5］

預應力孔道摩擦損失控制是箱梁張拉工序過程控制的關鍵，主要表現在以下幾個環節：（1）嚴格控制定位網片的加工、焊接質量和安裝位置。定位網片的間距應嚴格按照設計值30 cm、50 cm 進行控制，并保證穿橡膠管后，管道不串動，順直無死彎。（2）控制橡膠管穿束質量。穿橡膠管前，仔細檢查橡膠管表層是否存在微小裂紋和管壁破損。穿橡膠管時，要防止鋼筋劃破管壁。將同一孔道內、兩根抽拔管內的鋼絞線進行對穿，穿入長度不少于20 cm，確保連接緊密。采用厚0.5 mm、長300 mm 的鍍鋅鐵皮先對橡膠抽拔管連接處進行包裹，然后用塑料膠帶纏緊，并用扎絲將鍍鋅鐵皮綁扎牢固， 防止水泥漿串入橡膠抽拔管內，造成堵管。 抽拔管接頭處相互錯開50 cm，且接頭不得處于同一斷面。（3）在混凝土澆筑過程中，插入式振搗棒不得接近或者觸碰抽拔管，以免引起管道位置偏移。（4）穿鋼絞線前，用梳子板對鋼絞線進行整體編束，防止鋼絞線纏繞，減少鋼絞線與管壁的摩擦力。當彈性模量差值超過3 GPa 的鋼絞線共用在同榀箱梁中時，禁止混用在同一個孔道。具體管道就位情況如圖1 所示，抽拔管接口檢查圖為圖2。

圖1 管道就位圖Fig.1 Pipeline in position

圖2 抽拔管接口檢查圖Fig.2 Inspection of sucker rod interface

2.1.2 摩阻試驗控制

摩阻試驗控制也是箱梁張拉工序過程控制之一。試打梁期間，對不同跨度的前兩榀梁體要做孔道摩阻試驗，以測算管道和喇叭口摩阻及夾片回縮量，確定預應力損失。正常生產后，每100 榀進行一次孔道摩阻試驗。當強度、彈模、齡期達到終張拉要求后，應對箱梁進行管道摩阻試驗。 將管道摩阻試驗報告交給設計單位、咨詢單位，并對張拉控制應力進行驗算、 調整， 按照調整后的數值對首榀箱梁進行終張拉。

寶坻制梁場預制梁試生產期間， 邀請中鐵大橋科 學 研 究 院 有 限 公 司 對 BD31.5ZW -001#、BD31.5ZW-002#兩榀預制箱梁進行管道摩阻試驗。試驗結果為：BD31.5ZW-001#箱梁預應力管道摩阻系數k=0.001 7，μ=0.417 0；BD31.5ZW-002#箱梁預應力管道摩阻系數k=0.001 1，μ=0.381 6。 經綜合計算，兩孔箱梁管道摩阻系數k＝0.001 4，μ＝0.40。 實測8＃、9＃孔錨具（開封長城）的錨口＋喇叭口摩阻損失為5.4%，實測8＃、9＃孔錨具（開封長城）的單端錨具回縮量為4.4 mm。 管道摩阻試驗報告交設計單位和咨詢單位， 并對張拉控制應力進行驗算。 經過重新計算，寶坻制梁場預制無砟軌道31.5 m 預應力混凝土簡支箱梁預應力鋼絞線張拉力不需要調整， 在施工過程中， 應加強張拉彈性上拱和后期徐變上拱的監控。

2.1.3 油壓表與千斤頂的校正

（1）張拉設備使用前，必須進行校準。 千斤頂校正系數不超過1.05。 千斤頂、油壓表的校定期限為1個月，且不大于200 次張拉作業，若遇故障，需修復后再校正。（2）張拉使用的0.4 級耐震型精密油壓表需每月檢定一次，每周校準一次，用前復核油壓表。油壓表在遇下列情況之一時，需重新校正：千斤頂和油壓表達到校驗期限；千斤頂發生嚴重漏油現象，油壓表指針不能回零； 油壓表使用時誤差超標或突發故障。

2.1.4 喇叭口摩擦損失控制

（1）在澆筑箱梁混凝土的過程中，錨墊板喇叭口用止漿套塞入。 （2）在制梁臺座端頭，為防止灰漿進入喇叭口， 并保證喇叭口和橡膠抽拔管在同一直線上，應當用托架托住外露的橡膠抽拔管。 （3）在拔出橡膠抽拔管后，將喇叭口清理干凈。

2.1.5 鋼絞線松弛損失控制［6］

進行箱梁張拉作業時， 用記號筆在工具錨口處對每根鋼絞線畫線標記，以確認是否存在滑絲（如圖3 所示）。 如果沒有滑絲，兩端的張拉力達到設計值的100%時，保持進油量持荷5 min。 持荷完成后，讀取大缸伸長值，并測量出工具錨外夾片外露量。把鋼絞線的實際伸長量與理論伸長量進行對比， 實測誤差小于或者等于±6%時，張拉有效。

圖3 滑絲觀察標記Fig.3 Mark of sliding observation

2.1.6 張拉作業要做到兩個“三”

張拉作業時，需做到兩個“三”，即“三同心”和“三對應”。 “三同心”是指預留管道、錨具、千斤頂三者同心。 “三對應”是指鋼絞線直徑與限位板槽的深度對應，試驗彈模與伸長量計算值對應，前批剩余鋼絞線穿入孔道編號的技術指定與實際操作對應。

2.2 原材料控制

2.2.1 橡膠抽拔管的控制

箱梁預應力孔道成孔采用橡膠抽拔管， 橡膠管應無表面熱膠粒、表面裂紋、膠層海綿，膠層氣泡、外徑偏差、不圓率、硬度、拉伸強度和扯斷伸長率、表面雜質痕跡長度和深度等均要符合規范要求。 為了加強橡膠管的使用剛度，可在橡膠管內穿一根鋼絞線。當橡膠抽拔管拔出后，應整齊放于指定的存放位置，并保護好。

2.2.2 鋼絞線的控制

（1）鋼絞線進場時，每批質量不大于30 t，每批鋼絞線由同廠家、同品種、同規格、同批號和同一生產工藝捻制。 （2）按規定對每批次鋼絞線的0.2%屈服力、彈性模量、公稱直徑、單位長度重量、整根鋼絞線最大力和最大力總伸長率進行常規試驗。（3）參照表3， 根據鋼絞線的實際直徑選取相應限位深度的限位板。

表3 限位板選擇參數表Tab.3 Parameters of spacing board selection

2.2.3 錨具、夾具及連接器的控制

預應力鋼絞線錨具采用夾片錨。采用規格、原材料及生產工藝相同且一次投料生產并連續進場的預應力筋用錨具、連接器和夾具。 錨具、連接器和夾具進場時，每2 000 套為一批，每批抽取5%且不少于10 套進行外觀檢查； 每批抽取5%且不少于5 套進行硬度試驗； 每批抽取3 個組裝件樣品進行靜載錨固性能試驗； 每批抽檢3 個樣品， 進行錨板強度試驗。

錨墊板進場時，每批抽取5%進行測量，長度保證鋼絞線在錨具底口處的最大折角不大于4°，底口直徑與橡膠抽拔管直徑的間隙應不超過5 mm，止口端面的平面度不大于0.5 mm。

3 結語

在張拉工序施工中，一定要做好過程控制、原材料控制，從而有效控制預制箱梁的預應力損失，為后序施工提供保障， 進而提高后張法預制箱梁的施工質量。 除了原材料和張拉工序影響箱梁的張拉力損失外，還有一些因素會引起預應力損失。為保證后張法預制箱梁的施工質量，要嚴格按照相關規范施工。