铁路预应力混凝土简支箱梁张拉控制技术

侯代影

摘要：结合32m铁路预应力混凝土简支箱梁预应力张拉的过程控制，通过钢绞线实际伸长量与设计伸长量的对比分析、张拉后箱梁起拱度的精确测量、张拉完成后48小时内钢绞线的弹性回缩量的测量，总结了预应力张拉的关键控制点，为大吨位铁路混凝土简支箱梁的张拉质量控制提供参考。

关键词：预应力 张拉 伸长量 起拱度 注浆

1 概述

近年来我国高铁线路桥梁占的比例越来越高，山区铁路桥梁的施工由于受长大隧道控制工期的影响，采用原位现浇的桥梁比例也在不断的增加。作为铁路预应力混凝土简支箱梁施工最重要的一道工序预应力张拉的有效控制是保证箱梁结构受力的关键环节，最终要达到的效果是保证每一束钢绞线锚下应力达到设计值。

2 箱梁设计概况

2.1 梁体设计情况 32m铁路预应力简支箱梁梁长32.6m，计算跨度31.1m，跨中截面中心线处梁高为2.89m，支点截面中心线处梁高3.09m，横桥向支座中心距为4.7m。梁体截面类型为单箱单室简支箱梁，梁端顶板、腹板局部向内侧加厚，底板分别向内侧加厚。桥面挡砟墙内侧净宽9.0m，桥上人行道栏杆内侧净宽12.1m，桥面板宽12.2m，桥梁建筑总宽12.48m。箱梁跨度中心处截面如图1。

2.2 预应力设计情况 现浇简支箱梁设纵向预应力筋，预应力钢绞线为1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003，采用抗拉强度标准值为fpk=1860MPa，弹性模量Ep=195GPa，公称直径为15.20mm高强度钢绞线，技术条件符合GB5224标准。纵向预应力采用内径为φ90mm金属波纹管成孔，M15-12、M15-13锚具，共计27束。钢束布置如图2。

2.3 梁体线性设计情况 箱梁梁体张拉后，扣除自重影响后预应力产生的上拱度为13.85mm。

3 张拉流程

预施应力采用两端同步张拉，并左右对称进行，最大不平衡束不应超过1束，张拉顺序严格按照设计要求的张拉顺序进行张拉，并及时压降。预应力钢束张拉采用应力和应变双控，以张拉控制应力为主，以预应力钢束伸长值进行校核钢束张拉伸长量偏差不大于设計伸长量的±6%。预应力钢束在张拉前必须做张拉、锚固试验，应进行管道摩阻、喇叭口摩阻等预应力瞬时损失测试，以保证预应力准确。其张拉程序如下：0-0.2σk（测初始伸长值L1、测工具锚夹片外露l1）-0.4σk（测伸长值L2）-σk（静停5分钟）-补油至σk（测伸长值L3，测工具夹片外露l3）-锚固，回油到0（测伸长值L4）。

4 张拉关键控制点

4.1 伸长值的校核 钢绞线张拉后，需要得出钢绞线精准有效的伸长值和设计计算伸长值进行比对，如误差在±6%范围内，则认为张拉合格。因张拉过程中，直接测量的是千斤顶油缸的行程，其中包含了千斤顶回油后工作夹片回退引起的钢绞线回缩值、工具夹片的回缩值、工作锚至工具锚之间钢绞线的弹性回缩值，这三种回缩值均不是梁体钢绞线因受力产生的弹性伸长值，需要在计算后扣除方为钢绞线的实际伸长值。

张拉完成后，通过直接的测量的千斤顶油缸伸长值和工具夹片外露量可以计算出实际伸长值为：

L=（L3-L1）+（L2-L2）-（l1-l3）-（L3-L4）。

其中（l1-l3）为工具夹片的回缩值；（L3-L4）为千斤顶回油后工作夹片回退引起的钢绞线回缩值和工作锚至工具锚之间钢绞线的弹性回缩值之和。

4.2 张拉过程中 一是千斤顶的中心与锚板中心在同一中心线上，并相互密贴。二是纵向预应力筋采用两端两侧同时对称张拉，即四台张拉千斤顶同时工作。张拉完成后通过计算得出工作锚夹片回缩及自由长度的伸长值，从而与理论伸长值进行校核。如果实测伸长值与理论伸长值之差超出设计规定，须将钢绞线松开，重新进行张拉，张拉控制以应力与伸长值进行双控。三是按每束根数与相应的锚具配套，带好夹片，将钢绞线从千斤顶中心穿过。张拉时当钢绞线的初始应力达到0.2σcon时停止供油。检查工具夹片情况完好后，画线做标记。向千斤顶油缸供油并对钢绞线进行张拉，张拉力的大小以油压表的读数为主，以预应力钢绞线的伸长值加以校核，实际张拉伸长值与理论伸长值的误差应控制在±6%范围内，每端钢绞线回缩量应控制在6mm以内。油压达到张拉吨位后，关闭主油缸的油路，并持荷5min，测量钢绞线伸长量加以校核，检查夹片外露量、平整度、钢丝滑动、断丝情况并记录；并按规范要求切除外露钢绞线。若油压有所下降，须补油到设计吨位的油压值，千斤顶回油，夹片自动锁定则该束张拉结束。四是张拉或退锚时，张拉油顶后面严禁站人，并在张拉作业区后方设置木防护板以防预应力筋拉断或锚具、夹片弹出伤人。

4.3 起拱度的测量 梁体27束钢绞线张拉完成后，需对梁体起拱度进行测设，以检验张拉的整体效果是否满足要求，在张拉前在梁体纵向的1/4、1/2、3/4处布设点位，精确测量出点位的标高，并在张拉完成后及时的测量点位的标高，通过标高的差值计算梁体的起拱度，如梁体的起拱度在14mm左右，则张拉合格，如梁体的起拱度过大或过小，可能为张拉力不足或过大，需进行处理。

4.4 油表的标定 箱梁张拉所需油表属于精密的仪表，必须按照油表的等级及时进行校核标定，以保证张拉力的准确无误。张拉力的大小直接通过油表的读数反应，如张拉油表在张拉时失效，则不能反应千斤顶施加在钢绞线上的准确应力，同时也会造成钢绞线的伸长值变大或变小，虽然钢绞线的张拉原则为“张拉力的大小以油压表的读数为主，以预应力钢绞线的伸长值加以校核”，但油表的失效会造成应力不准，此时只能通过钢绞线的伸长加以反馈。这也就要求每次张拉过程中，工程技术人员必须亲自盯控操作，避免造成“只要张拉油表读数到了就可以了”的张拉误区，造成梁体预应力不足，给运营后留下重大质量隐患。

4.5 控制钢绞线回缩 钢绞线张拉完成至孔道注浆仍有一段时间的间隔，在该段时间内，钢绞线仍在回缩，施加在梁体的预应力还会在缓慢的减少，通过笔者几十孔梁的张拉经验，通过在钢绞线上做标记点的方法测量钢绞线注浆之前的回缩值，一般24小时内，钢绞线回缩5-8mm，48小时10-12mm。

因此，钢绞线张拉完成后，需要及时的切割多余钢绞线并进行锚头的封堵，并在48小时内完成注浆，防止钢绞线的回缩过大。

5 结束语

通过对32m铁路预应力混凝土简支箱梁张拉的施工实践，得出以下几点体会和建议：①预应力钢束在张拉前必须做张拉、锚固试验，应进行管道摩阻、喇叭口摩阻等预应力瞬时损失测试，并在计算张拉力时，一定要为设计锚下应力加喇叭口摩阻应力之和，并根据管道摩阻试验测定管道摩阻系数和管道偏差系数，从而计算钢绞线理论伸长量，与设计给定的理论伸长量进行比对，如偏差过大，需要在实际张拉过程中进行调整。②预应力张拉是一个需要精确控制伸长量和张拉力的过程，全程需要专业的技术人员旁站盯控，并需要在张拉中，及时根据存在的问题找出原因并迅速解决。③张拉完成后，需及时地进行注浆作业。

参考文献：

[1]中铁三局集团有限公司.铁建设[2010]241号铁路混凝土工程施工技术指南[S].北京：中国铁道出版社，2011：70-73.

[2]唐鸿武.预应力混凝土构件的后张法施工应用[J].科技与企业，2011（14）.

[3]宋志慧，李鑫.55m预应力简支箱梁后张拉施工技术[J].山西建筑，2010（32）.