后張法預應力混凝土橋梁施工技術應用研究

文芳

（廣東省基礎工程集團有限公司，廣州 510620）

1 引言

隨著城鎮化推進，公路和城市道路的建設里程不斷增加。而橋梁作為公路和城市道路上的重要結構物，必須嚴格控制施工質量。預應力混凝土因具有良好的抗壓強度和抗拉強度，在橋梁結構中得到了廣泛應用。尤其是在大跨度橋梁中，混凝土施加預應力后能明顯改善主梁受力性能，提高其整體穩定性。同時，后張法施工橋梁時所需的設備簡單、工期短、經濟效益好等[1]。因此，進一步研究后張法預應力混凝土橋梁的施工技術意義重大。

2 預應力混凝土基本理論

2.1 預應力混凝土應用必要性

普通混凝土的極限抗拉強度遠小于鋼筋，這就使得橋梁鋼筋混凝土構件可能存在兩個問題：一是在帶裂縫工作狀態下，受拉區混凝土材料強度會迅速下降；二是從保證橋梁結構耐久性的角度考慮，應嚴格限制裂縫寬度，此時鋼筋難以充分發揮作用。尤其是在橋梁跨度或承擔的荷載較大時，只能靠增大構件截面尺寸或增加鋼筋用量來控制構件變形，經濟性和美觀性差[2]。

2.2 預應力混凝土作用原理

按預應力大小不同，國際預應力協會（FTP）將預應力混凝土劃分成4 個等級，即Ⅰ級全預應力、Ⅱ級有限預應力、Ⅲ級部分預應力、Ⅳ級普通鋼筋混凝土。工程師可根據橋梁結構的功能和所處環境，選擇合理的預應力等級。橋梁結構在預壓力作用下、荷載作用下、預壓力與荷載共同作用下的受力模型如圖1 所示。

圖1 預應力混凝土橋梁構件受力

如果梁體沒有施加預應力，僅在梁兩端施加偏心壓力N，會在梁下緣產生壓應力；僅在梁上部施加外荷載，梁下緣會產生拉應力。如果梁體同時受到預應力和荷載的作用，則壓應力和拉應力會疊加在一起。此時，梁下緣可能產生拉應力，也可能產生壓應力[3]。

3 后張法預應力張拉前的準備工作

3.1 檢查工作

3.1.1 構件檢查

施加預應力之前，施工人員要檢測混凝土構件的外觀和尺寸，并確保張拉時構件的混凝土強度大于設計規定。如果設計文件沒有明確混凝土張拉強度，應不小于設計強度的75%。設計未規定時，不應低于設計強度等級的75%。同時，在預應力筋穿束前要檢查孔道，確保孔道位置與設計一直，孔道內無水分和雜物，并清除掉錨墊板上的焊渣、混凝土殘渣。

3.1.2 模板和支架檢查

橋梁混凝土構件施加預應力后一定會出現彈性變形，并引起撓曲，這要求模板和支架滿足以下條件：（1）對軸向彈性收縮有約束作用的梁側模板要拆除；（2）預應力達到設計值后，才能拆除支架和模板；（3）詳細檢查模板和支架在順橋方向是否存在移動、旋轉等變形。

3.1.3 張拉機具檢查

預應力混凝土構件張拉前，要檢查張拉裝置的油量是否充足，且不應存在漏油現象。如果千斤頂與油泵兩端連接器有灰塵，應及時清理干凈。由于預應力筋和錨具間有模型，壓力表所顯示的張拉力與實際可能不符，技術人員要在施工前進行標定。

3.2 張拉方式和張拉順序的確定

3.2.1 張拉方式

橋梁構件施加預應力的方式還有分批張拉、分段張拉、分階段張拉、補償張拉等，具體闡述如下[4]：（1）分批張拉是指多根預應力筋分批次來張拉，后批次張拉的預應力筋所引起的混凝土彈性壓縮會使前批次張拉的預應力筋造成預應力損失；（2）分段張拉是對通長預應力筋逐步張拉，前段預應力筋張拉后，后段預應力筋利用錨頭連接器接長后再張拉；（3）分階段張拉是為了平衡各階段的荷載，所加荷載同時包括外荷載及結構內部體積變化所產生的內力等。

3.2.2 張拉順序

橋梁預應力鋼筋的張拉順序要遵循設計圖紙的要求，如未指定張拉順序，應堅持“均勻、對稱、偏心小”的原則，具體方法闡述如下：先張拉靠近梁體截面形心軸的鋼束，從上往下張拉錨固在梁端部的鋼束。當梁端布置了2 排預應力鋼束時，張拉完一側立即張拉另一側，以免產生較大偏心荷載。

4 后張法張拉預應力混凝土橋梁施工工藝及效果評價

4.1 后張法主要施工工藝

預應力混凝土板梁的長寬高尺寸為20 m×1.24 m×0.9 m。該空心板梁擬采用后張法進行張拉。

4.1.1 模板制作

預應力混凝土空心板梁的模板有底模、側模、端模、芯模等，其中，底模要保證線條直順、表面光滑、易于脫模，并對支座加固，以保證預制梁在張拉起拱后支座承載力滿足要求。部分預制梁在底模支座位置還要預留楔塊，以滿足橋梁調坡需要；側模、端模可采用4 mm 厚的定型鋼模板，且將內部拋光，以改善澆筑混凝土的平整性；芯模有橡膠膠囊、木芯模、鋼芯模等，模板位置要按設計要求固定好，以保證梁體構造尺寸準確。

4.1.2 鋼筋制作

鋼筋原材料在進場后，要進行抽檢，確保鋼筋性能滿足施工需求，不得以鋼筋廠家提供的生產合格證明作為驗收依據。預應力鋼筋在下料時，不僅要考慮孔道長度，還要考慮錨夾具類型、張拉機具、張拉方法等，以盡量節約鋼材消耗量。鋼較線的具體下料長度L可按式（1）計算。

式中，l為孔道長度；l1、l2、l3、l4、l5分別為錨具高度、限位板高度、千斤頂高度、錨板高度、長度富余量；N為與張拉方式有關的系數，兩端張拉取2，單側張拉取1。

此外，為了避免鋼絞線穿波紋管期間出現錯亂，下料后要對鋼絞線進行編束，具體編束流程如下：將鋼絞線按設計根數平整放在地面上，將每根鋼絞線梳理順直（松緊程度盡量保持相同），并用鍍鋅鐵絲將鋼絞線綁成束狀。

4.1.3 波紋管安裝

波紋管要盡量采用整體性波紋管，以減小接頭數量，降低鋼絞線的穿束難度。同時，建議波紋管穿入孔道后，用膠布纏綁，防止滑脫，并保證波紋管安裝期間中心線與端頭錨墊板垂直。

4.1.4 混凝土澆筑

橋梁結構混凝土等級為C40，具體配合比見表1。由混凝土拌和站供應，通過“門吊+料斗”的方法在現場澆筑。混凝土按先底板后梁體的順序進行澆筑，且一次性澆筑完成。

表1 混凝土施工配合比

4.1.5 鋼筋張拉、孔道壓漿、封錨

預應力筋張拉：橋梁構件張拉前混凝土強度要至少達到設計值的75%，并對千斤頂和油壓表進行標定，繪制出張拉力與壓力表之間的曲線關系。預應力混凝土板梁的具體張拉程序為：0→初應力→1.05 倍控制應力，并持荷5 min→控制應力。

孔道壓漿：鋼筋張拉結束4 h 后開展孔道壓漿，以將預應力傳遞至混凝土結構中，并防止鋼筋銹蝕、松弛。壓漿材料宜采用強度等級≥42.5、水灰比控制在0.35～0.45、泌水率≤2%的水泥漿。壓漿采用活塞式壓漿泵，從兩側向中間壓漿，保證灌漿飽滿。壓漿應緩慢、均勻、不中斷地進行，壓漿壓力取0.5～0.8 MPa，孔道較長時也不宜超過1.0 MPa。

封錨：封錨前要在梁板兩端進行鑿毛、綁扎端部鋼筋網、澆筑封錨混凝土，并確保封錨混凝土的強度不宜小于梁體混凝土設計強度。對于長期外露的錨具，要防銹處理。

4.2 后張法施工效果評價

橋梁預應力筋張拉后，要對張拉質量進行檢測，確保鋼筋理論伸長量與實際伸長率的差值不超過6%。根據JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術規范》，預應力鋼筋理論伸長量ΔL的計算可按式（2）[5]：

式中，Ap為預應力筋截面面積，mm2；Ep為預應力筋彈性模量，MPa；Pp為預應力筋平均張拉力，N，受孔道局部偏差和預應力筋與孔道摩擦系數影響較大。

預應力鋼筋的實測伸長量要包括從0 張拉至初應力時的伸長量，但是開始張拉時各根預應力筋的松弛、彎直程度不同，初始伸長量宜采用推算法。

表2 計算了板梁多組預應力鋼筋的伸長量偏差。

表2 預應力鋼筋張拉誤差

由表2 可知：預應力鋼筋的實際伸長率均大于理論伸長量，且兩者偏差最大值為5.2%，最小值為1.5%，均小于現行施工規范要求，說明后張法預應力混凝土施工質量控制效果較好。

5 結語

本文研究了預應力混凝土的基本理論、后張法的準備工作和主要施工工藝，得到了以下幾個研究成果。

1）混凝土中施加預應力后，能明顯改善橋梁結構的受力狀態，并根據預應力大小劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級。

2）后張法施工前要先檢查構件、模板和支架、張拉機具等，并明確張拉方式和張拉順序。

3）后張法預應力混凝土橋梁施工順序為：模板制作→鋼筋制作→波紋管安裝→混凝土澆筑→鋼筋張拉→孔道壓漿、封錨等。

4）施工完成后，要檢驗預應力鋼筋理論伸長量與實際伸長率，并將兩者差值控制在6%以內。