后张法预应力桥梁.doc

浅谈后张法预应力混凝土梁施工工艺
卢伟
（山东公路建设（集团）有限公司，济南，250000，752998223@）
摘　要：本文结合16米后张法预应力预制梁施工控制过程，就后张法预应力混凝土桥梁的张拉施工及孔道压浆总结了一套工艺程序及控制方法，适用于预应力混凝土桥梁后张预应力液压张拉施工（不包括构件和块体制作）。
关键词：后张法预应力混凝土桥梁，张拉工艺，孔道压浆
On the post-tensioned prestressed concrete beam construction process
Wei Lu
(Shandong Province Highway Construction Group Co., Ltd., jinan ，250000，752998223@)
Abstract: Combining the construction control process of 16m post-tensioned prestressed precastgirder, this paper summed up a set of processes and control methods that about the post-tensioned prestressed concrete bridge construction and duct grouting, and which also applied to hydraulic tensioning of post-tensioned prestressed concrete bridge construction (excluding the fabrication of component and system).
Key words: post-tensioned prestressed precastgirder，the post-tensioned，duct grouting取消Tíchū
将中文译成英语
1前言
随着现代桥梁技术的不断发展，大跨度高预应力砼梁得到越来越广泛的应用，预应力钢绞线的张拉施工作为后张预应力桥梁施工中的核心技术，对控制桥梁的质量起着至关重要的作用。后张法预应力混凝土技术是通过预埋管道、穿筋、张拉、孔道压浆等工序为混凝土结构建立预应力以满足设计要求的技术。因此只有进行精确的计算、正确的操作方法和严格的施工工艺，才能达到较高的施工质量。本文结合滨德高速第八合同段16米后张法预应力预制梁进行说明。
2预应力张拉
本施工工艺采取五孔15.96×1.24×0.8预应力钢筋砼空心板型中桥作为施工案例，预应力体系采用3孔、4孔Φs15.24夹片锚，预应力钢束为高强度低松弛钢绞线，标准强度为 =1860Mpa。
2.1预应力筋加工。
预应力梁板对预应力钢绞线有着严格的要求，因此必须从采购、贮存、加工等环节做好质量控制。首先，实验室应根据技术规范严格检查所购材料力学性能情况。验收好的钢绞线须加强存贮，仓库内必须以方木垫高，以防水浸、日晒、潮湿，并作好编号，分堆存放。其次，钢绞线切割时，应在每端距离切口30～50mm处用铁丝绑扎。切割应用切断机或者砂轮锯，不得使用电弧[1]。下料长度包括计算长度及预应力施工时千斤顶，锚夹具与外露的工作长度。
下料长度计算公式：L=L1+2×（L2+L3+L0）
L1──钢绞线在梁板跨中截面直线段距离 (cm)
L2──梁端曲线段距离(cm)
L3──梁端锚固段直线段距离(cm)
L0──预留工作长度，按设计图纸预留(cm)
表1 16米后张法预应力钢绞线下料长度计算表
项 目
L1
L2
L3
计算长度（cm）
L0
下料长度（cm）
中板1#
1105.7
139.6
87.9
1560.7
60
1680.7
中板2#
897.5
157.1
177
1565.7
60
1685.7
边板1#
1105.7
139.6
87.9
1560.7
60
1680.7
边板2#
897.5
157.1
177
1565.7
60
1685.7
注：依据规范采用 YDC 型千斤顶的最小操作空间及钢铰线预留长度，两边对称张拉预留60cm。
2.2预应力筋穿束。
混凝土强度按达设计规定后（85%设计强度以上）且砼龄期不小于7天，即可进行梁体的穿束张拉。预应力筋穿束主要包含编束和穿术两项内容。第一，编束。按施工图设计的规格钢束编号，将同束的钢铰线编排整齐，每隔5～10m绑一扎线（穿钢束时此扎线解掉），不得缠绞，打纽，并将绑好的钢铰线束编号挂牌妥善存放。第二，穿束。根据实际拟采用人工配合钢套牵引整束穿入。穿束前，将预应力筋端部﹙齐头端﹚套上球头导向帽，防止预应力筋切口棱边划破波纹管，并用空压机吹风等方法清理孔道，以确保波纹管孔道通畅，无水和杂物。制好的钢丝束应检查其绑扎是否牢固、端头有无弯折现象、束头是否包好；钢丝束按长度和孔位编号，穿束时核对长度，对号穿入孔道，钢绞线在孔道两端伸出的长度要大致相等且满足千斤顶工作长度要求。全面检查锚垫板位置是否正确，若锚垫板移位，造成垫板平面和孔道中轴线不垂直时，应用楔形垫板加以纠正。最后将预应力筋外露部分用隔水材料加以包裹，管道端部开口密封，防污防锈。
2.3预应力筋张拉。
预应力的张拉主要包括张拉前准备、理论应力及伸长量计算、安装锚具及千斤顶、张拉等四项工作。
（1）张拉前的准备工作。首先，预应力施工采用的设备，如千斤项、油泵、油表须在使用前先进行保养、标定。千斤顶、油泵、油表配套标定的应编好号，使用时应按编号配套使用，使用六个月或超过200次时应重新标定。其次，张拉前应确保该工序施工的全部安全、技术、熟悉张拉工艺的施工人员及必要的校核检验、安全防护设施等全部到位。第三，检查混凝土构件的强度和张拉端混凝土的受力情况，如锚垫板下出现的蜂窝，空洞等，应采取严格的措施予以补救。
（2）预应力筋理论伸长值的计算。根据施工技术规范要求预应力筋采用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核。为此应计算预应力筋的理论伸长量，并填写好相关的张拉参数表。张拉前由主管技术人员根据张拉设备配套校验结果，按照绘制的“张拉力—油表读数”曲线表，计算出各应力阶段对应的油表读数，泵手严格按照技术人员提供的张拉参数进行操作和记录。
A、预应力筋的理论伸长值△L(mm)按式(12.8.3-1)计算：
△L= Pp·L／（Ap·Ep）
式中： Pp— 预应力筋的平均张拉力（ N ）
L— 预应力筋的长度（ mm ）
Ap— 预应力筋的截面面积（mm2）
Ep— 预应力筋的弹性模量（N/mm2）
B、本梁的钢铰线为直线与曲线混合组成的预应力筋，预应力筋平均张拉力按下式计算：
Pp= p(1-e-(kx+μθ))／（kx+μθ）
式中： Pp—预应力筋平均张拉力（ N ）
P— 预应力筋张拉端的张拉力，将钢绞线分段计算后，为每分段的起点张拉力，即为前段的终点张拉力（N）；
X— 从张拉端至计算截面的孔道长度，分段计算时x等于L (m)
θ— 从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和(rad)
K— 孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，管道弯曲及直线部分全长均应考虑。
μ— 预应力筋与孔道壁的摩擦系数，只在管道弯曲部分考虑该系数的影响[2]。
C、 进行分段计算时，靠近张拉端第一段的终点力即为第二段的起点力，其他各段的起终点力可以从张拉端开始进行逐步的计算。每段的终点力与起点力的关系如下式：　P终=P始e-(KX+μθ)
　 式中：　P终—分段终点力（N）
　 　P始—分段的起点力（N）
　 　θ、x、k、μ—意义同上
钢束伸长量分三段计算（斜直线段、圆曲线段、直线段），三段伸长量叠加即为一半钢绞线的伸长值。钢束构造见下图：

D、根据设计图纸及规范和实验数据，已知以下计算参数（见下表）：
表2 理论伸长量计算参数[3]
　项目名称
取值
　项目名称
取值
张拉控制应力σk
1395 Mpa
管道摩阻系数μ
0.14
钢绞线面积Ap
139 mm2
管道偏差系数k
0.0015
弹性模量Ep
1.95×105 N/mm2
张拉端的张拉力
195．3KN
E、锚具和千斤顶、限位板所包裹的工作长度即工具锚锚杯中心到工作锚锚杯中心的距离经实际测量取值50㎝，孔道内两锚固点工作长度段设为AB段、斜直线段设为BC段、圆曲线段设为CD段、平直线段设为DE段，其中θ1=4×3.14/180=0.0698；θ2=9×3.14/180=0.157。计算过程及分段计算各阶段间预应力筋伸长值见下表：
表3 16m梁板1＃钢绞线束[3]
段号
X（m）
θ（rad）
KX+Uθ
e-(KX+UΘ)
终点张拉力P终（KN）
平均张拉力Pp（KN）
钢绞线长度
（mm）
伸长量△（mm）
AB
0
0
0
1
195.3
195.3
500
3.5
BC
0.879
0
0.0013185
0.99868237
195.04
195.17
879
6.1
CD
1.396
0.0698
0.011866
0.988204123
192.74
193.89
1396
9.7
DE
5.529
0
0.008294
0.9917403
191.15
191.95
5529
37.9
则N1钢束总伸长量△L=(3.5+6.1+9.7+37.9)×2=57.2×2=114.4mm≈114 mm
表4 16m梁板2＃钢绞线束
段号
X（m）
θ（rad）
KX+Uθ
e-(KX+UΘ)
终点张拉力P终（KN）
平均张拉力
Pp（KN）
钢绞线长度
（mm）
伸长量△L
（mm）
AB
0
0
0
1
195.3
195.3
500
3.5
BC
1.770
0
0.002655
0.997348521
194.78
195.04
1770
12.3
CD
1.571
0.157
0.0243365
0.975957244
190.10
192.44
1571
10.8
DE
4.488
0
0.006732
0.993290609
188.82
189.46
4488
30.4
则N2钢束总伸长量△L=(3.5+12.3+10.8+30.4)×2=57×2=114mm
（3）锚具及千斤顶安装。第一，安装锚具夹片、千斤顶及张拉工作，必须由专业人员操作，张拉人员持证上岗。两人负责油泵，两人负责千斤顶，两人观测伸长量，伸长量采用钢板尺精确测量，技术人员在现场控制张拉程序和张拉参数并做好记录，按梁体预应力控制及油表读数组织张拉，张拉力和伸长量的读数在张拉过程中分阶段读出。
第二，锚具必须按规定程序验收合格后方可安装。工作锚夹片与工具锚夹片不能混用，工作锚具不能重复使用。夹片与锚板锥孔不应粘附泥浆或其它杂物，观察预应力钢绞线外露部分有无混凝土粘附，是否有附锈轧丝等，并及时清理。同时逐孔测量钢绞线外露长度是否符合要求，如不符合应作调整。检查混凝土构件端部有无伸出的钢筋干涉张拉，空间位置是否合适，如有应及早清理。
第三，搭建活动的平台，顺钢绞线方向长度超出钢绞线外露长度1m，平台上方一定高度上搭建一平行于钢绞线且在钢绞线正上方的横梁，横梁的强度应足以承受张拉机具等重量，以便用起重工具吊挂张拉机具，并能方便轴向移动机具（可在横梁上安装一滑轮）。
最后，张拉系统安装顺序：安装工作锚环→安装工作锚夹片→安装限位板→安装千斤顶→安装工具锚环→安装工具锚夹片（安装如下图）。1.安装15-3型、15-4型工作锚具，锚板与锚垫板尽可能同轴，锚垫板必须与预应力钢束垂直，垫板中心应对准管道中心。工作锚环顺钢绞线的排列逐孔穿入对应的锚环孔内，锥孔大端向外，紧贴锚垫板并使外圆全部进入锚垫板的中心定位直口内。2.安装工作锚夹片，夹片为两片式，将夹片打平、打紧。3.安装限位板，限位板有止口与锚板定位,根据钢绞线直径大小确定限位尺寸，把有限位尺寸的一端面向里（朝向工作锚环），孔的排列和工作锚环一一对应穿入钢绞线推至工作锚环处，不得使钢绞线在工作锚环和限位之间出现交叉错位等现象。4.安装千斤顶，千斤顶与前端止口应对准限位板,调整千斤顶高度和倾角使之与钢绞线对中顺平，并且与高压油泵相连接。5.安装工具锚，应与前端张拉端锚具对正，不得使工具锚与张拉端锚具之间的钢绞线交叉、错位、扭转。6.重新检查调整工具锚、限位板、千斤顶、工作锚的位置，保证同心、接合紧密，并打紧工具锚夹片。7.工具锚夹片外表面和锥孔内表面用前涂上退锚灵，以便退锚灵活。

（4）张拉。预应力钢绞线张拉顺序：左N1→右N2→右N1→左N2。张拉分三步进行，第一步先张拉到初应力，做好起量记录、标记；第二步张拉到控制应力的30％（418.5Mpa）记录伸长量；第三步张拉到控制应力 1395Mpa，记录伸长量；持荷 2min锚固。即：0→初应力15%бk→ 30%бk → 100%бk→锚固（持荷2分钟）。初应力定为张拉控制应力的15%（即：209.25Mpa）控制张拉参数（张拉应力和伸长量）。张拉时，应有技术人员在现场控制程序和张拉参数并做好各种原始记录。
张拉采用两端对称张拉，启动油泵向千斤顶张拉缸供油，即可进行张拉，调节油泵上的节流阀，就可控制油压值和张拉速度。当活塞行程只剩1-2cm时，应停止向张拉缸供油，打开截止阀，将张拉缸压力缓降至零，则随着钢绞线的回缩，工作锚上的夹片就将其锚固在锚板上。将活塞回程，至此，便完成了一次张拉操作。对于较长钢束，一次张拉操作往往达不到张拉控制应力要求的油压值，可在活塞回程后，用工具锚上的挡板将工具夹片重新压紧，重复前述步骤，直到达到所要求的控制张拉力为止。张拉过程中，两个千斤顶要保持同步进行，千斤顶就位后，先将主油表少许充油，使之蹬紧，让预应力筋呈自然顺直状态，安装操作人员必须时刻注意各直口处，保证配合完好不能脱出，并不断排打敲击工具夹片，直至达到规定的初应力时（1395Mpa），在夹片尾部钢绞线的初始位置精确刻画标记，预应力钢绞线的延伸量或回缩量即从该记号起量。
最后计算实际伸长量，经监理工程师对预应力张拉认可后，预应力钢绞线进行锚固。采用张拉力与伸长值“双控”，即以张拉力控制为主，以钢束实际伸长值进行校核。实际伸长值应与理论伸长值的差值应控制在6%以内。否则应停止张拉，分析原因，采取措施后再进行张拉[4]。
实际伸长量△L=△L1＋△L2 －b－c
△L1：从初始拉至最大张拉力间的实际伸长值
△L2：初始拉力时的推算伸长值，采用相邻级的伸长值,即15%σcon-30%σk的实测伸长值(mm)
b、c为工具锚和工作锚锚塞回缩量，根据设计图纸，锚具变形、钢绞线回缩来确定回缩量。
张拉后，应使张拉油缸缓慢回油，夹片将自动锚固钢绞线。放松千斤顶压力时应匀速进行，避免震动锚具和预应力钢绞线，关闭回油油路截止阀，按顺序取下工具夹片、工具锚板、张拉千斤顶和限位板，并在监理工程师认可后用砂轮切割机切除工作端钢绞线。对梁体进行预应力张拉时，安排专业人员对梁体的拱度进行测量并进行详细的记录,给出其变化曲线并注意与理论值相比较。在存梁期间，按期进行拱度变化的观测并记录，直到梁体架设为止，以检查梁体拱度符合设计要求。
3孔道压浆
3.1压浆工艺
张拉完应尽早进行孔道压浆，最迟不能超过14d，孔道压浆采用C50纯水泥浆，真空辅助压浆，要求压浆饱满。真空辅助压浆工艺是在传统压浆的基础上，将孔道系统密封，一端用抽真空机将孔道内80%以上的空气抽出，并保证孔道真空度在80%左右，同时压浆端压入水灰比为0.3-0.4之间的水泥浆，当水泥浆从抽空端流出且稠度与压浆端基本相同，再经过特定位置的排浆（排水及微末浆）、保压以保证孔道内水泥浆体饱满。压浆顺序宜先下层、后上层进行。
启动真空抽气泵，使真空度达到并维持在-0.06～-0.1Mpa，打开进浆口阀门，然后快速启动压浆泵，在负压力下，浆体泵入管道。通过观察当浆体进入透明的高压管在进入真空泵前关闭真空泵处阀门和真空泵。打开排浆阀，直到浆体进入压力容器，同时观察排气管的出浆情况，当排出浆体和注入浆体一致并有良好的稠度时，关闭排气阀门。然后使压浆泵压力达到不小于0.5 Mpa，稳压2～3min后关闭压浆泵，关闭进浆口阀门，本孔道压浆过程完成。24h内不得受振动。
3.2清洗及拆卸球阀
压浆过程完成后，拆除并清洗相应的设备，所有沾有水泥浆的设备均清洗干净，以备下次使用。安装在压浆孔和出浆孔的球阀，应在灌浆后5h内拆除并进行清理，以便二次使用。
3.3注意事项
第一，严格按照配合比和需用量拌制浆体。搅拌好的浆体每次应全部卸尽，同时要保证灌浆过程中储浆桶中保持一定的水泥浆量，以防止空气被吸进预应力筋孔道。在浆体全部卸尽之前，不得投入未拌和的材料，更不能采取边出料边进料的方法进行拌和，向搅拌机内送入任何一种外加剂，均须在浆体搅拌一定时间后送入；对未及时使用降低了流动性的水泥浆，严禁采用增加水的办法来增加流动性。第二，当由于机械、材料等原因，同一管道的压浆作业不能连续一次灌注完成时，应及时用压力水把管道冲洗干净，排除故障后重新压浆。第三，灌浆孔数和位置必须做好记录，以防漏灌。
4封锚
封锚前应先将锚具周围冲洗干净并凿毛，然后按图纸要求布置钢筋网和支立模板，浇注封锚砼。封锚须密实，牢固、外观平整、无蜂窝，控制好梁长和梁高，使其符合设计要求。封锚砼用各种材料、坍落度等应与梁体砼一致，以保证封锚砼外观与周围砼颜色一致。浇筑完成后及时进行覆盖养护。
5结束语
综上所述，在后张法预应力混凝土桥梁的张拉施工及孔道压浆施工过程中，控制好各个环节，严格遵守施工规范的要求，通过科学的管理，达到控制预制梁板施工质量的目的，从而确保桥梁的使用质量，以保证企业的信誉和发展。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通运输部，《公路工程标准施工招标文件》，北京，人民交通出版社，2009.5
[2]路桥集团第一公路工程局，《公路桥涵施工技术规范》，北京，人民交通出版社，2000.10
[3]周水兴等，《路桥施工计算手册》，北京，人民交通出版社，2001.05
[4]中交第一公路工程局有限公司,《公路工程施工工艺标准》（桥涵），北京，人民交通出版社，2007.12
作者简介：
卢伟(1973.4--)，男，山东临沂人 1995年7月参加工作，现就职于山东省公路建设（集团）有限公司，研究方向：道路和桥梁施工