后张法预应力技术在孟河头桥工程中的应用

郭 亚 吴玖兰 赵正阳 苏 利 赵壮壮

（1.徐州市水利工程建设监理中心，江苏 徐州 221000；2.盱眙县水利水电建筑安装工程公司，江苏 盱眙 211700；3.宿迁水务设计院，江苏 宿迁 223800；4.淮阴工学院 建筑工程学院，江苏 淮安 223001）

0 引言

后张法预应力混凝土桥梁施工质量涉及的因素很多，每一个施工环节对使用寿命和安全都是至关重要的。工程技术人员必须掌握施工工艺及方法，使预应力混凝土在各种建筑物上广泛应用和不断发展，从而促进工程项目管理水平不断地发展与提高。

孟河头桥工程位于徐洪河与西沙河交汇处，系南水北调东线一期徐洪河影响处理工程中拆除重建的一座公路桥。设计桥长150m，桥跨为6×25m，桥面连续采用2跨1联（共2联），主通航孔下部结构采用实体桥墩，其余采用钢筋混凝土双柱排架式桥墩及桥台，基础为钻孔灌注桩桩基。采用后张法预应力钢筋砼空心板梁，预制板长24.96米，板高1.05m，共有24片。空心板梁采用C40砼。钢绞线采用高强度低松弛Φ5-15.2钢绞线，抗拉强度标准值fpk=1860MPa。锚具采用MY15-7型、双向张拉，波纹管孔道及配套锚垫板、螺旋筋采用定型产品，根据图纸板梁钢筋采用Ⅰ级和Ⅱ级钢，钢板采用A3钢板。

1 施工准备

熟读设计图纸，做好砼的施工配合比设计，同时做好原材料的进场取样试验，严格控制质量。施工前，对所用施工机具进行施工前的调试和维修，确保施工期间机具完好。同时对钢模进行试拼，检查模板几何尺寸是否符合设计要求，接缝是否密实、平整，确保构筑物外形美观。根据工期安排在预制场内设置板梁混凝土台座24个，对预制场地进行平整压实，按规划设置临时排水沟，并在预制场搭设钢筋加工场和钢绞线堆放场。

2 板梁预制施工工艺

2.1 模板的制作安装

板梁模板采用钢模，模板支撑为[10槽钢组成钢桁架支架，桁架上下用φ20拉杆销紧。支模前清除模板表面污物，均匀涂刷脱模剂。安装侧模时，要防止模板移位和凸出，侧模设拉杆固定。模板安装完毕后，对其平面位置、顶面标高纵横向稳定性进行检查，模板拼缝处采用橡胶垫防止漏浆。模板在安装过程中，设置防倾覆措施,底模设预拱度。气囊在混凝土强度能保证其表面不发生塌陷和裂缝现象时，方可拔出。

2.2 钢筋工程

钢筋按不同钢种、等级、规格分别堆放，且设识别标志。钢筋底部垫方木并用彩条布遮盖以防锈蚀和污染。钢筋的弯制和末端的弯钩符合设计要求。用一级钢筋制作的箍筋，其末端做弯钩。受拉、压钢筋绑扎接头的搭接长度符合规范要求。钢筋骨架具有足够的刚度和稳定性。施工时，应注意预埋伸缩缝钢筋和护栏钢筋。

2.3 波纹管安装

预应力管道采用内径为70mm的金属波纹管成孔方法进行成孔。波纹管进场时，检查其合格证及质量证明书。纵向波纹管安装时，事先按设计图纸中预应力筋的坐标值在钢筋骨架上定出位置，纵向波纹管的固定采用钢筋支架，支架的间距直线段间距100cm，曲线段间距50cm。锚垫板使用螺栓紧固在封头模板上，在锚垫板与封头模板间加垫海绵，确保垫板与管道垂直。所有管道均设压浆孔，还在最高点设排气孔及需要时在最低点设排水孔，压浆管、排水管和排气管是最小内径为20mm的塑性管。为了防止出现波纹管进浆的现象，在波纹管中先塞入一根橡胶管，待梁的混凝土浇注完后，再把橡胶管抽出来，在浇筑混凝土过程中不定时抽动橡胶管。

2.4 混凝土浇筑

混凝土板梁为C40混凝土，自下而上斜面分层浇筑。避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件，对每一振动部位，振动到该部位混凝土停止下沉不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆。浇筑过程做好砼坍落度及砼试块。混凝土浇筑完成后，对混凝土裸露面及时进行修整、摸平，待定浆后再抹第二遍并压光或拉毛，并在收浆后尽快予以覆盖和撒水养护。混凝土强度达到2.5MPa前，不得使其承受行人、运输工具、模板、支架及脚手架等荷载。针对充气胶囊在浇筑混凝土时可能上浮的问题，在绑扎钢筋时根据设计空心孔位置、尺寸预先绑扎圆形抗上浮钢筋，并绑扎牢固，抗上浮钢筋间距为50cm。其次在浇注混凝土过程中，在钢筋顶部两侧布设木方条压顶，用于防止芯模在浇注混凝土时上浮。木方条在混凝土浇筑完后逐一拆除。

3 预应力工程施工

3.1 预应力材料进场检验

预应力钢筋采用低松弛有粘结预应力钢绞线，其公称直径为15.20mm，公称面积为140mm2，标准强度为1860MPa。锚具采用MY15-7夹片式锚具，满足分级张拉、补张拉以及放松预应力的要求，锚具和其附件上设置压浆孔或排气孔；夹具具有良好的自锚性能、松锚性能和重复使用性能；用于后张结构的连接器，符合锚具的性能要求。锚具、夹具和连接器进场时，除按出厂合格证和质量证明书核查其锚固性能、型号、规格及数量外，还须检查其外观、硬度以及作静载锚固性能试验。

3.2 预应力筋加工下料

由设计图纸计算，N1、N2钢绞线的下料长度为 2599.36cm、2604.78cm（钢绞线工作长度按70cm计算）。预应力筋的切断采用砂轮机切割。钢绞线进场后进行力学性能的检验，合格后才能使用，钢绞线按大于设计长度10cm进行下料。

3.3 预应力筋张拉

施加预应力前应对张拉设备进行核查。施加预应力所用的机具设备以及仪表应由专人使用和管理，千斤顶及其配套的油缸、油压表一起进行校验，与每台油泵配套的压力表配备两块，在操作时，一块作为备用。张拉力与压力表之间的关系曲线通过校验得出。张拉时梁体混凝土达到设计强度的90%。张拉时，采取应力和伸长值双重控制，实际伸长值与理论伸长值之差应控制在±6%以内，张拉前，应对锚圈口和管道摩阻进行测定，张拉时予以调整。张拉时，应使千斤顶的张拉力作用线与钢绞线的轴线重合一致。张拉过程认真填写施工记录。

3.3.1 预应力筋张拉顺序为2N2→2N1

Φ5-15.2钢绞线单根设计锚下控制应力为1395MPa，张拉力：7*1395*0.14=1367.1kN。采用两端张拉工艺进行施工，张拉选用2台套YDC150型穿心式千斤顶和ZB2×2-500油泵，根据配套标定的张拉力与压力表读数的关系曲线，确定张拉力达到设计要求的压力表读数。

3.3.2 预应力张拉工艺及原则

预应力钢绞线的张拉工艺流程：0→（初始应力）15%δcon→100%δcon（持荷2分钟锚固）。δcon—为张拉控制应力，采用张拉应力和伸长值双控张拉，以张拉应力控制为主。预应力张拉筋的张拉顺序：遵循同步，对称张拉的原则，不使构件产生过大的附加内力及变形等。张拉时，按三级加载过程依次上升油压,分级方式为15%、30%、100%，每级加载均应量测千斤顶油缸外露长度，并随时检查伸长值。

3.3.3 预应力筋的设计伸长值和实际伸长值

在预应力筋张拉前，须先计算出预应力筋的理论伸长值，并通知张拉施工人员，如实测的实际伸长值与设计伸长值之差大于±6%，应暂停张拉,查明原因并采取措施调整后方可继续张拉，伸长值的校核应在张拉过程中同时进行。

1）张拉伸长值的量测

张拉伸长值用测量精度不大于±1mm的标尺测量。采用量测千斤顶油缸行程数值的方法，在初始应力下测油缸外露长度，在相应分级荷载下量测相应油缸外露长度，实际伸长值为：

ΔL=Δl1+Δl2

式中：Δl1—从初应力至最大张拉力之间的实测值。

Δl2—初应力以下的推算伸长值，初始力以下的伸长值Δl2（0～15%δcon）可采用相邻级的伸长量（15%δcon～30%δcon）替代。

2）钢绞线理论伸长量的计算：

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）预应力筋伸长量（ΔL）的计算公式：

PP——分段预应力筋的平均张拉受力（N）

L——预应力筋的张拉长度（mm）

AP——预应力筋的截面面积（mm2）

EP——预应力筋的弹性模量（N/mm2）

P——预应力筋张拉端张拉力（N）

X——从张拉端至计算截面的孔道长度（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

μ——预应力筋与孔道壁的摩擦系数

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）计算中，K取0.0015，μ 取 0.2

Pz=Pq×e-（KX+μθ）

Pq——分段起点力；

Pz——分段终点力。

图1 预应力钢绞线立面图

对于N1钢绞线理论伸长值计算列表如下：

表1

一半钢绞线伸长量△L 半=0.0036+0.0039+0.0247+0.0575=0.0897m；

整根钢绞线伸长量△L=2△L 半＝2×0.0897m＝0.1794m＝179mm；

对于N2钢绞线理论伸长值计算列表如下：

表2

一半钢绞线伸长量△L 半=0.0036+0.0116+0.0428+0.0316=0.0896m；

整根钢绞线伸长量△L=2△L 半＝2×0.0896m＝0.1792m＝179mm；

3）张拉时油表读数的控制：根据设计文件和施工技术规范的要求，张拉顺序为：

0→15%δcon→100%δcon对应各个时段的张拉力分别为：

0→205.1kN→1367.1kN

为了计算钢绞线的实际伸长量，需记录15%δcon→30%δcon时的实际伸长量，用来当作0→15%δcon时的伸长量，所以也应知道30%δcon时的张拉力为410.5kN。根据千斤顶标定报告中所给的回归方程，用内插法计算张拉过程中各个控制点的油表读数。

0516 千斤顶回归方程为：y=28.988x+2.3214

0517 千斤顶回归方程为：y=30.546x+3.3929

而千斤顶0516与油表3120配套使用，0517千斤顶与油表0126配套使用。

经计算各个控制点的油表读数如下表所示：

表3

其中，张拉时采用两头张拉千斤顶与表搭配使用，不得交错搭配使用。

4 孔道灌浆及封锚

孔道压浆工作在预应力筋张拉完毕24小时内及时压浆。锚具外部多余的预应力筋束使用手提砂轮机进行切断，预应力筋束割切后的余留长度不宜小于3cm。锚具外面的预应力筋束间隙应用水泥砂浆填塞，以免冒浆而损失灌浆压力。压浆的工艺：孔道压浆顺序是先下后上，压浆的压力以保证压入孔内的水泥浆密实为准，加压控制在0.5MPa～0.6MPa。在孔道压浆后立即将梁端水泥浆冲洗干净，同时清除锚垫板、锚具、端面混凝土上的污垢。焊接封锚钢筋前，对梁端混凝土表面凿毛，清除锚具垫板的油污杂物，然后按图纸要求布置钢筋网片，浇筑封锚混凝土。

5 结论

孟河头桥工程工程后张法措施中，加强质量管理，科学合理地进行施工布署，改进施工工艺，确保混凝土质量。由于优化方案，精细化管理，至今未发现异常情况，保证了施工技术质量和安全，取得了预期成效，其方法对同类桥梁工程的实施，有很重要的借鉴作用。

［1］JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社,2011.

［2］刘泽俊,李延安,张占,丁钥,张志好,陈龙,高以宁.新建睢宁二站泵站深基坑施工方案优化[J].水电能源科学,2011(10)：68-157.