高速铁路32 m后张法简支箱梁预应力施工技术及张拉伸长值研究

2011-07-13王超

铁路技术创新 2011年3期

关键词：孔道钢绞线张拉

■ 王超

高速铁路路基工后沉降控制要求高，建设中主要采用“以桥代路”的方案，桥梁梁体主要为后张法预应力混凝土简支箱梁。为保证在钢筋混凝土梁体中建立正确的预应力，保证桥梁质量，提出预应力施工技术、张拉理论伸长值计算及施工常见问题的解决方案。

1 材料进场

1.1 预应力筋及配件要求

（1）预应力混凝土的钢绞线应符合GB/T 5224—2003《预应力混凝土用钢绞线》要求，供应商应提供每批钢绞线的实际弹性模量值。

（2）预应力的热处理钢筋应符合GB 4463《预应力混凝土用热处理钢筋》要求。

（3）钢配件的普通碳素钢应符合GB 700《碳素结构钢》要求。

（4）预应力筋、锚具、夹具、连接器应具有可靠的锚固性能、足够的承载能力和良好的适应性，能够保证预应力筋的强度，安全地实现预应力张拉作业。符合现行国家标准TB/T 3193—2008《铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器技术条件》的规定。

1.2 管道材料及其性能要求

（1）管道材料应采用刚性或半刚性金属及高密度聚乙烯材料制成，应具有一定的强度，保持一定的形状，防止在搬运和浇筑混凝土过程中损坏。管道材质不应与混凝土、预应力筋或水泥浆产生不良的化学反应。

（2）金属管道尽量采用镀锌材料制作，并具有良好的柔韧性、耐磨性和绝缘性能，其性能应符合JG/T 3013《预应力混凝土用金属螺旋管》的要求。高密度聚乙烯波纹管的制作材料和管道性能应符合JT/T 529《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》的要求。

2 张拉机具设备

（1）数量应满足施工进度计划和对称张拉的需要。

（2）应与锚具配套使用。

（3）应对千斤顶与压力表的配套进行检验，确定张拉力与压力表读数之间的关系曲线。

（4）确认千斤顶与压力表配套检验的有效期。

3 预应力筋制作和预应力体系安装

3.1 预应力筋制作

（1）预应力筋的下料长度不能以设计图纸给定的长度为标准，应经计算确定。计算时应考虑结构孔道长度、锚具厚度、夹具长度、千斤顶长度、锚杯（过渡套）长度及限位板限位高度。

（2）检查预应力筋编束时，应检查预应力筋强度是否一致和有无缠绕现象。预应力筋在储存、运输和安装过程中，应采取防锈或防损伤措施。

3.2 管道安装

（1）波纹管安装完成后，检查压浆孔、抽气孔、排气孔是否畅通。检查合格后将压浆孔、抽气孔、排气孔用封盖封住，防止浇筑混凝土时水泥浆渗入，造成孔道堵塞。

（2）胶管内应穿放芯棒，芯棒直径与胶管内径之差不得大于8 mm。胶管接头宜设在跨中处，接头用铁皮管套接，套接长度不得小于30 cm。胶管与铁皮管间隙不得大于1 mm，并应密封不漏浆。

（3）焊接作业时采取有效保护措施，并检查管道有无损坏。

3.3 锚垫板安装

（1）检查锚垫板有无错误和较大误差，以及锚垫板与孔道是否垂直。

（2）检查钢筋布置是否准确、合理。

（3）钢筋和管道是否妨碍浇筑混凝土，如果妨碍浇筑前采取技术措施。

4 施加预应力

4.1 预应力孔道和张拉

（1）32 m全梁纵向预应力钢筋分2处设置，分别为腹板束和底板束。腹板束每边4层，每层2束，底板共有11束。预应力孔道位置见图1。

（2）全梁预应力张拉分预张拉、初张拉和终张拉。

（3）预张拉和初张拉的锚外控制应力为930 MPa，终张拉的锚外控制应力为1 438.09 MPa。

4.2 预应力张拉阶段构件的混凝土强度

预应力张拉各阶段混凝土强度应按设计文件图纸要求，无具体要求时应根据相关规范。一般情况下，混凝土强度达到设计强度的50%时拆除内模；梁体混凝土强度达到设计强度的80%时进行早期部分张拉（初张拉）；梁体混凝土强度达到设计强度的100%，且弹性模量也达到100%，混凝土龄期满足10 d时进行终张拉。

4.3 伸长量计算

预应力筋钢绞线的理论伸长值按照整束分段计算法计算。

平均张拉力为：

伸长值ΔL为：

式中：PP——预应力筋张拉力；

Ay——预应力筋截面积；

Eg——预应力筋弹性模量；

L——从张拉端至计算截面的孔道长度；

k——每米孔道局部偏差对摩阻的影响系数；

μ——预应力筋与孔道移之间的摩擦系数；

θ——从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角，rad。

根据实测管道和喇叭口的摩擦阻力，确定每米孔道局部偏差对摩擦的影响系数k，取值为0.004 88，预应力筋与孔道移之间的摩擦系数μ取值为0.64；弹性模量Eg取值根据钢绞线出厂合格证数据取值。每束钢绞线的伸长值按照分段取值的原则进行计算。

4.4 油表读数与实际伸长值量测

（1）全梁张拉时采用4只350 t油顶。每只油顶对应一个油表。油表读数通过千斤顶效验后的线性回归方程计算。

（2）预应力筋张拉前需先调整初应力σ0，张拉按下列程序进行。0～20%σcon初始应力（量缸体伸出值a和工具夹片外露值e）→控制应力σcon（量缸体伸出值b和工具夹片外露值f、计算实际伸长值ΔL、静停5 min）→再次测量工具夹片外露值并做好记录→锚固（油压回零、卸下千斤顶后在工作夹片外画线做标记）。

（3）预应力筋采用张拉力控制，并以伸长值进行校核。实际伸长值与理论伸长值的差值控制在6%以内，且两端伸长值之差控制在10%，否则暂停张拉，待查明原因并采取措施调整后再继续张拉。

（4）超误差的原因判断和采取的措施。伸长值过大或过小对预应力混凝土结构不利。产生超误差的原因：作业人员量测、读数误差、尺误差；千斤顶、油表故障和未校验或校验过期、使用次数超过规定；垫板与孔道不垂直或管道局部有灰浆；孔道摩擦损失计算与实际不符；预应力筋材料质量不稳定；预应力筋弹性模量与计算时的取值不一致；操作方法不当，两端伸长值相差过大。

采取调整措施：对作业人员进行培训；对张拉设备进行检查和校验；消除局部故障；调整操作方法，使两端伸长值大致相同；对预应力钢绞线材料重新取样试验，特别是在预应力筋材料质量不稳定时应在盘中、两端分别取样试验；进行摩擦阻力损失测定，调整张拉控制力；预应力钢绞线弹性模量测定（在结构实体上至少进行10次），测定后对理论伸长值进行修正；原因不明时对张拉力进行有限调整。