先张法预应力梁施工技术探讨

修德保

（河北省承德路桥建设总公司，河北 承德 067000）

0 引言

先张法预应力梁施工是采用特制的张拉设备将预应力筋张拉至控制应力，将其锚固，浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度时进行松张，靠预应力筋的回缩使混凝土产生预压应力来满足设计要求的一种施工方法。本文以承德路桥总公司承建的京承高速附道B合同段的桥梁工程16m梁板的施工为例来介绍先张法预应力梁的施工过程。这种施工方法在承德还是首次使用。

1 先张法预应力梁张拉台制作

张拉台的制作有很多方法，通过综合比较，结合现场实际情况，承德路桥公司决定采用钢筋混凝土顶梁式承力架法制作先张梁张拉台座。

1． 1 总体布置

张拉台由端横梁、顶梁及横系梁等组成。总体布置要考虑预制先张梁的数量、工期、起吊、运输及存放等因素。在承德路桥承建的桥梁工程中有16m先张梁板362片，由于施工时间短，又恰逢冬季，为能在计划工期内完成任务，张拉台长按4片16m梁板串联布置，总长为57m，宽按3个张拉道并列布置，总宽为6.5m。两侧设跨径为12m的龙门吊轨道，以方便梁的起吊及运输。

1． 2 张拉台顶梁强度计算

1.2.1 端梁与顶梁截面积和惯性矩

端梁及顶梁均为钢筋混凝土结构，顶梁截面积为50cm×50cm，端横梁截面积为60cm×150cm。

顶梁惯性矩为：

端梁惯性矩为：

故：

由此可见，端横梁不但可保证顶梁轴心受压，并且可将千斤顶或钢绞线之压力向旁侧顶梁分配。

1.2.2 顶梁强度复核

为简化计算，端梁按简支计算分配于顶梁上的荷载，而将实际上由端梁向远侧顶梁分配的荷载作为安全储备。

1.2.2.1 顶梁分配的荷载

预应力筋采用直径为Φ12.7j、强度等级为1 860的钢绞线，单根张拉力Nj=137.7kN，每片中梁15条钢绞线，每片边梁16条钢绞线，其不利组合为：顶梁一侧为边梁，另一侧为中梁，同时张拉。此时顶梁分配之轴向力为：

1.2.2.2 纵向弯曲系数

顶梁间每10m设半刚性横系梁一道，横系梁截面积为50cm×50cm，顶梁计算长度按一端刚结一端铰结计算：

故：

1.2.2.3 结构截面积

顶梁配有4根Φ20纵筋，钢筋截面积为：

顶梁截面积为：

1.2.2.4 结构强度

混凝土强度设计为C25，强度值R=14.5MPa。钢筋为Ⅱ级，强度值Rg=340MPa。

1.2.2.5 顶梁承载力

顶梁承载力为：

故该张拉台能够满足使用要求。

1． 3 张拉台施工的注意事项

因张拉台受力很大，工况复杂，故施工必须严格注意以下事项：

a）钢绞线合力中心必须与顶梁轴线在同一高度；

b）张拉台各部尺寸要准确，可保证钢绞线位置准确；

c）在张拉端及被动端各设一个钢横梁，且在张拉端设滑道，以备张拉时使用；

d）为防止在张拉过程中出现滑丝、断丝等现象危害施工人员人身安全，在两端横梁设置高1.5m的安全网。

2 先张法预应力梁施工

2.1 伸长量的计算

先张法预应力梁预应力筋呈直线布设，所以计算预应力筋伸长量ΔL时，不需考虑磨阻损失的影响，可按下列公式计算：

式中：Nj——预应力筋张拉端的拉力，N；

Ap——预应力筋截面面积，mm2；

En——预应力的弹性模量，N/mm2；

L——预应力筋的长度，mm。

计算预应力筋伸长量ΔL时，各项取值一定要严格按规范要求进行实验测定。

2． 2 主要设备及工具

2.2.1 千斤顶、油泵

千斤顶及油泵的选用要根据预应力筋的设计张拉力及理论伸长值来确定。承德路桥选用的是型号为YDC300、行程为15cm的千斤顶一台，在初应力张拉时使用，选用型号为YDT1500—1000、行程为100cm的千斤顶两台，在控制应力张拉时使用。

2.2.2 连接器、连接拉杆及锚固螺母

为防止钢绞线的浪费，张拉台两端用连接器、Φ25精轧螺纹钢拉杆代替钢绞线与钢横梁连接，用螺母进行锚固。

2.2.3 模板

先张梁的预制模板采用的是钢模板，这样不但可以保证预制梁板的各部尺寸精度，而且可以重复使用，降低生产成本。

2.2.4 龙门吊及平车

先张梁板松张后，采用龙门吊起模，起模后用平车将梁运到存梁场进行存放。要注意存放方法，以免预应力梁损坏。

2． 3 先张预应力梁的张拉

当台座强度达到100%，张拉设备经过标定并符合使用要求时，即可进行张拉。

2.3.1 将Φ25精轧螺纹钢拉杆穿在定位板上，再用连接器将钢绞线与螺纹钢拉杆连接，将被动端的拉杆用螺母固定在被动端横梁上，用YDC300型千斤顶逐根张拉至初应力，并用螺母将拉杆卡在活动横梁上，以保证每根钢绞线受力均衡。

2.3.2 做好油表读数及伸长量的记录并检查初应力后钢绞线的左右位置及距底板的保护层厚度，如无异常情况即可正式张拉。

2.3.3 同时启动两台YDT1500—1000型千斤顶，推动活动横梁前进。两台油泵给油的速度要同步，保证两侧的千斤顶推进速度相同，以保证钢绞线的受力均衡。张拉至设计张拉力的105%时，持荷5min，然后回缩到零，再张拉至设计张拉力，用螺母将其锁定，张拉结束。具体步骤如下：0→0.1δk（初应力）→105%δk（持荷5min）→0→δk（进行锚固）。 考虑到冬季施工的特点，在张拉过程中对张拉力及伸长量根据经验采用上限控制。

2.3.4 张拉期间要做好张拉记录，还要随时注意观察张拉台座、钢绞线、钢横梁等是否有异常现象。

2． 4 先张法预应力梁的浇注

张拉完成后，按图纸要求要有8h的静止期，如无异常现象，即可进行绑扎钢筋、支模及浇注砼。砼浇注时分两层进行。第一层铺底至设计底板厚度处，用平板式振捣器进行振捣，以免损伤钢绞线。第一层浇注结束后进行气囊充气，充到规定压力时进行砼的第二次浇注，用插入式振捣棒振捣。浇注过程中一定要注意振捣密实，两次浇注间隔时间不要过长。

2． 5 先张法预应力梁板的放张

先张法预应力梁板达到设计强度后就要放张，放张采用对称割线法。

对称割线法放张是利用钢绞线标准容许应力与设计控制张拉应力的25%差额和内力不使梁体产生位移这两个条件来实现的。控制原则是每次割线不超过钢绞线总张拉力的25%。割线时要从张拉道的中心（梁为偶数）或中间梁两端（梁为奇数）开始，自外侧向内侧对称割线。由于钢绞线在中心割线后，中心断面钢绞线减少25%，所以该断面应力增加25%，但未超过标准容许应力，未割断的钢绞线不至于被拉断，只产生了极小的位移（经过计算及实践不至破坏梁体及底模）。中心钢绞线割断25%后再分别对称割断其他梁体外的钢绞线，此部分钢绞线在梁体内产生了内力，张拉力消失，按此法逐步割线，直到全部割线完成，放张结束。

2.6 砼外观

由于冬季施工存在诸多不利因素，所以在施工中采用了蒸气养生法，用泡沫制作的大棚进行保暖，用龙门吊支拆模板、浇筑砼，减少砼外露时间，保证了砼的外观及内在质量，缩短了张拉台的使用周期。

3 几点体会

3.1 要对张拉机具如夹片等的质量作严格要求，如果质量不好，在张拉过程中容易出现滑丝、断丝现象，引发安全事故。

3.2 由于芯模采用的是气囊，在浇注斜交梁时，梁端容易出现偏心现象，解决方法是浇注前在梁的钝角侧用木头将气囊与模板间卡死，这样气囊的受力均衡，就不会出现偏心现象。

3.3 先张梁施工中，最大的困难在于受砼的强度等因素影响，放张后梁体的起拱不一致，至使吊装后梁底不平。针对这种情况，采取了三种方法予以解决：

a）浇筑时，同一槽的梁尽量同时浇筑，缩短间隔时间；

b）制作同步养生试块，随时掌握梁体的强度；

c）对每一片梁的温度，根据同步养生试块提供的数据随时进行调节，力求强度增长速度一致。

3.4 对称割线法优于诸如楔块法等放张方法。这种放张方法的优点在于梁体几乎不动，保证板底承托不受破坏，尤其是附道工程中的桥梁空心板，在端跨滑动端都预埋有钢板，且还有螺栓外露。

3.5 由于温差影响，个别梁体出现了横向裂缝。针对这种情况，升温速度应严格控制在每小时10～15℃，降温速度控制在每小时5～10℃范围内，在梁体强度达到设计要求时及时放张，没有放张的梁体不得暴露于空气中。

4 结语

在京承高速附道工程施工中，先张预应力施工控制取得了一定的成效，但由于是首次使用先张工艺，技术上还存在许多不足，需在以后的施工过程中进一步改进提升。