后张法预应力箱梁施工技术在大川中桥工程中的应用.pdf

总652期2023年第22期（8月 上）0 引言后张法预应力箱梁可以有效控制桥梁变形，对桥梁大跨径技术的应用起到了推动作用1。后张法是先制作构件，然后在混凝土浇筑前将预留孔道布置在构件内，待混凝土强度达到要求后，穿入预应力钢筋。张拉钢筋使混凝土构件被挤压，当张拉力达到设计值后，使用锚具将张拉后的筋锚固在混凝土构件的端部，把预张拉力传给混凝土构件，使混凝土构件产生预压应力。通过压浆方式，预应力筋与混凝土构件成为整体，抵消外荷载作用下产生的局部拉应力，提高桥梁跨径和刚度，提高桥梁使用寿命2-3。这种施工工艺在一些大型的交通结构工程中得到了广泛应用，是目前生产各种预应力混凝土构件的主要方法4。1 工程概况大川中桥位于湖北省十堰市，全长620 m，上部结构采用420 m先简支后连续预应力混凝土箱梁，20 m箱梁共计32片，采用一梁一台座的施工方法。箱梁底板1.2 m宽，梁高1.2 m，两端对称后张法施工，张拉控制应力为k=1300 MPa。为保证箱梁预制与张拉施工质量，钢绞线和锚具的选用必须严格按照预应力混凝土用钢绞线（GB/T 52242014）、预应力筋锚具、夹具和连接器（GB/T 143702015）5技术标准执行，并对箱梁预制全过程进行严格的质量控制。2 材料与机具箱梁设计使用 C50混凝土浇筑成型。预应力钢筋采用高强低松弛钢绞线，5s15.20规格，强度级别 fptk为1 860 N/mm2；非预应力筋采用HRB400E级钢筋。锚具设计为BM15-5型和BM15P-5型。预应力孔道采用圆形金属波纹管成孔，孔道内径为5 cm，以上工程材料用量具体如表1所示。表1 工程材料数量表材料名称C50混凝土/m3钢绞线/kgHRB400E级钢筋/kgBM15-5型锚具/套BM15P-5型锚具/套数量633.1724 617.2145 863.0128128机械器具设备主要有：4台穿心式千斤顶及配套设备、1台压浆机、6台电焊机、1台钢筋切断机、1台钢筋弯曲机、混凝土拌和站、2辆混凝土运输罐车、1辆汽车吊、连接器、工具锚、压浆泵和真空泵等6。3 施工方案相较于先张法预应力，后张法预应力不需要固定的张拉台座设备，灵活性较高，可根据不同的实际荷载进行预应力筋的线形布置，适用于大型构件和特殊结构构件的施工，特别是大跨度构件。因此，后张法预应力在大跨结构中得到了广泛应用7。3.1 钢筋加工及绑扎钢筋加工应严格按照设计和施工规范，根据图纸尺寸在加工场下料并加工成需要的长度和形状，在场地内按图纸编号存放。绑扎底板及腹板钢筋时，先在台座上方标注钢筋的布置位置，然后用钢筋支撑住底板及腹板，同时绑扎侧腹板纵向钢筋，安装侧模和芯模，待芯模固定完毕后，绑扎顶板钢筋8。收稿日期：2022-12-22作者简介：高月秋（1995），女（锡伯族），辽宁丹东人，助理工程师，研究方向为桥梁工程。后张法预应力箱梁施工技术在大川中桥工程中的应用高月秋（山西省交通新技术发展有限公司，山西 太原 030012）摘要：结合湖北省十堰市大川中桥工程，对后张法预应力箱梁施工技术的整个工艺过程进行分析，重点研究预应力筋的张拉工艺，并以双控法控制张拉应力。通过理论计算和实测抽检对比，得出伸长率数据，满足箱梁设计要求的预应力，达到了后张法的预期控制目标和要求。关键词：后张法；预应力箱梁；预应力筋中图分类号：U445.4文献标识码：B138交通世界TRANSPOWORLD3.2 波纹管与锚垫板的定位底板和腹板钢筋绑扎完成后，同步进行波纹管与锚垫板的定位工作。本次施工预应力孔道采用内径50mm波纹管和内径9.02.3 cm波纹扁管。锚垫板定位要严格按照图纸位置进行，用螺栓固定在端模上。波纹管穿入锚垫板孔道，端头锚垫板与波纹管孔道中心线保持垂直。波纹管定位时，根据曲线距离与高度进行精确的安设，使用井字形网片定位。直线处网片间距为1.0 m；曲线处可适当加密，网片间距为0.5 m，确保波纹管无松动现象。接头处采用大一号的波纹管连接，并以封口胶纸带缠绕进行密封，防止水泥浆渗入。此外，在波纹管中穿入小一型号的硬塑料管，避免浇筑过程中发生堵孔现象。3.3 模板安装模板安装分为底模、侧模、端模、芯模四部分。安装前对模板进行打磨除锈，均匀涂刷脱模剂，厚度一致，并在台座两侧护角角钢上使用泡沫胶封堵。模板采用汽车吊进行吊装，先从中间向两端分段安装侧模，为防止侧模移位和凸出，连接螺栓不要一次紧固到位，待两侧侧模校正完毕后，穿设底部拉杆并拧紧连接螺栓，固定好支撑杆件，使模板夹紧台座。端模安装应与侧模、底模紧密贴合，与预应力筋所在面垂直。最后安装芯模。待模板安装完毕后，应全面检查模板的顶部标高、平面位置及纵横向稳定性。为避免漏浆，模板连接缝需用胶带密封处理。3.4 混凝土浇筑采用自拌自密实混凝土，水泥用 42.5等级的普通硅酸盐水泥，水采用饮用水，砂采用质地坚硬、颗粒洁净的中砂，碎石用石英岩、花岗岩、石灰岩等加工的粗骨料，其水泥水砂碎石配合比为10.421.1522.449。混凝土拌和在拌和站完成，然后用运输车运送到现场。混凝土浇筑采用分层浇筑，每层厚30cm，浇筑顺序为底板腹板波纹管区域腹板顶板。每层浇筑过程中，严格控制混凝土振捣，利用插入式振捣棒充分振捣，当混凝土表面产生泛浆且内部无气泡冒出，即可开始下一层混凝土浇筑，保证混凝土有良好的密实度。箱梁混凝土浇筑完毕后，需要做好混凝土收面和顶板混凝土拉毛处理工作，以便后期桥面铺装。在混凝土浇筑24 h之后，对两侧翼板，横隔板、端横梁及封锚的端部进行凿毛处理。梁体混凝土浇筑养生714 d，提升混凝土强度。3.5 穿束钢绞线进场后，将钢绞线卷放在放线器中，然后将钢绞线缓缓拉开。按设计要求控制钢绞线下料长度，下料过程中不能使钢绞线产生有害变形，将下好料的钢绞线每隔1 m用铅丝绑扎编束，并对其进行编号，实施人工穿束。穿束前应严格检查锚垫板位置是否准确、孔道内是否无水和其他杂物。钢绞线穿束时，穿束一端的顶部用胶布缠裹，绑扎牢固、防止互相缠绕，避免波纹管与该端的接触部位损害。3.6 预应力筋的张拉预应力筋的张拉是预应力混凝土结构施工的关键工艺。张拉机具选择穿心式千斤顶、高压油泵、防震型油表等配套设备，使用时每隔1个月要标定一次。张拉前应检测梁混凝土构件强度。本工程有 32片20 m后张法箱梁，每片箱梁中配置4束钢绞线，设计强度为 C50，当混凝土的强度达 90%设计强度以上时，方可实施预应力筋张拉施工。张拉顺序按设计钢束编号进行，采用两端对称张拉方式，双控法控制张拉控制应力，应力控制为主，伸长量控制为辅。张拉程序：0初应力 10%k20%k100%k（持荷5 min）量伸长量锚固。开始张拉时，应注意做好油泵、油表等关键读数的控制，同时做好张拉记录，随时进行补油。全程注意观察，出现异常时及时停止。为提高张拉质量，钢绞线实际伸长值与理论伸长值误差要控制在6%以内，如超过此控制范围，需查明原因，提出解决方案。若误差范围满足要求，应整机复位进行下一束张拉。下面以案例20 m箱梁构件计算理论伸长值与实际伸长值。钢绞线张拉控制应力为k=1300 MPa，BM15-5型锚具的“5”表示单束为5根钢绞线。预应力筋张拉端的张拉力Ny计算公式如下：Ny=n Ay 0.70 fpk（1）式（1）中：n为每束预应力筋根数，取5根；Ay为单根预应力筋截面面积，取 140 mm2；fpk为抗拉强度标准值，取1 860 MPa。根据公式（1）计算得出，张拉力Ny=911 kN。3.6.1 理论伸长值计算张拉伸长值的校核可以反映预应力筋是否有异常。后张法预应力筋理论伸长值L可由公式（2）计算得出：L=PpLApEp（2）式（2）中：Pp为预应力筋平均张拉力，本文取预应力筋张拉端的张拉力Ny，取9.11105N；L为预应力筋长度；以钢绞线两端锚固点之间的距离，加之钢绞线在千斤顶中的工作长度，上层预应力筋长度为 20 926mm，下层预应力筋长度为21 562 mm。Ap为预应力筋的截面面积，取700 mm2；Ep为预应力筋的弹性模量，现场测试值，取1.97105。根据公式（2）计算得出，L上=138 mm，L下=142 mm。139总652期2023年第22期（8月 上）3.6.2 实际伸长值计算量测预应力筋伸长值不包括从零张拉到初应力时的伸长值，因此，实际伸长值的计算还应加上初应力时的伸长值。但是，由于初张拉时每根预应力筋的松弛、弯直程度不一定一致，初应力时的伸长值适用相邻级伸长值推算的方法。例如：初应力1为10%k时，其伸长值可用20%进程实测伸长值减去10%进程实测伸长值计算得出。因此，实际伸长值L1计算公式为：L1=L1+L2-L1（3）式（3）中：L1为从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值；L2为20%进程实测伸长值；L1为10%进程实测伸长值。本次现场测试抽取10片20 m箱梁，进行张拉数据采集，对比理论伸长值和实际伸长值，计算伸长率，即（实测伸长值与理论伸长值差值）与理论伸长值之比的百分率，伸长率计算公式如下：=L1-LL（4）式（4）中：L为预应力筋理论伸长值。本文仅选取1#和2#片20 m箱梁作为代表，具体张拉实测数据和计算结果如表2表3所示。表2 抽取1#箱梁的钢束张拉实测数据和计算结果两端钢束编号1#（上1A）1#（上1B）1#（上2A）1#（上2B）1#（下1A）1#（下1B）1#（下2A）1#（下2B）10%进程实测伸长值/mm11121011101291020%进程实测伸长值/mm2224212220242123100%进程实测伸长值/mm7273697274726871实际伸长值/mm143142146145理论伸长值/mm138138142142伸长率（%）3.62.92.92.2由表2和表3实测和计算结果可知，1#和2#片20 m箱梁共计8束预应力筋，钢束实测伸长值符合计算理论伸长值，全部符合案例箱梁设计要求的有效预应力，客观反映本次实际施工的质量。4 结论后张法预应力箱梁是桥梁的主要受力构件，其施工质量直接关系到整座桥梁结构受力及结构安全。因此，为保证后张法预应力箱梁的施工质量与经济效益，应做好每一道施工工序的质量控制措施。通过上述工程案例，得出以下结论：1）后张法预应力箱梁施工工序多，工种间相互交叉频繁，因此，应做好设计交底、施工技术交底工作。严格控制好各个工艺环节的施工质量，特别是钢筋加工及绑扎、波纹管与锚垫板的定位、模板安装之间的交叉施工，确保施工顺序合理。2）在预应力筋的张拉过程中，要以张拉控制应力为主，伸长偏差校核要准确计算预应力筋张拉伸长值，提高预应力筋理论伸长值的精度，与实际施工的现场测试结果进行校核纠偏，以验证预应力筋张拉的可靠性。参考文献：1 聂立萍，刘慧云.桥梁工程后张法预应力箱梁施工技术的分析J.黑龙江交通科技，2021，44（12）：106，108.2 周华，张黄浩，程振，等预制现浇预应力箱梁施工技术研究J.新型工业化，2021，11（9）：135-136，1393 李英，肖圣灵公路桥梁后张法预应力箱梁的施工工艺J黑龙江交通科技，2019，42（10）：257-2584 刘汉东后张法预应力箱梁施工技术分析J交通世界，2019（19）：116-1175 郭娟娟后张法预应力箱梁预制与张拉施工技术研究J山西建筑，2019，45（15）：118-1196 李玉波后张法预应力箱梁施工技术总结J公路，2017，62（12）：62-657 王雨涝后张法预应力箱梁结构张拉施工技术分析J工程技术研究，2018（10）：223-2248 王龙飞后张法 40m 预应力箱梁预制施工技术J西部交通科技，2009（11）：78-85表3 抽取2#箱梁的钢束张拉实测数据和计算结果两端钢束编号2#（上1A）2#（上1B）2#（上2A）2#（上2B）2#（下1A）2#（下1B）2#（下2A）2#（下2B）10%进程实测伸长值/mm11121313912131120%进程实测伸长值/mm2225232521242522100%进程实测伸长值/mm7168727369737572实际伸长值/mm140141145146理论伸长值/mm138138142142伸长率（%）1.52.22.22.9140