站房候车厅后张法预应力梁施工研究

李社平

【摘要】本文针对云桂铁路百色站的站房预应力梁施工，从原材料准备、预应力伸长值计算、施工工艺流程、张拉常见问题和处理措施等方面进行介绍，可为以后类似工程提供借鉴。

【关键词】预应力屋面梁；钢绞线伸长值计算；张拉施工；锚具

1工程概况

云桂铁路（广西段）百色站站房预应力工程由32条预应力屋面梁组成，采用φs15.2、fptk=1860Mpa2、预应力筋截面积AS=140mm2的钢绞线，张拉端采用YM15-10锚具，张拉采用一端张拉或两端张拉的方式（分级加荷），控制应力为σcon=0.75fptk=1395N/mm2。

2 施工过程

2.1 原材料准备

2.1.1 钢绞线：①预应力钢绞线及锚具应从具有专业资质的企业购买，对光面钢绞线进场的表面质量要求应逐盘检查，钢绞线捻距应均匀，切散后不松散，其表面不得带有油污，锈斑或机械损伤，但允许有浮锈和回火色。②力学性能试验。光面钢绞线采用组批验收规则，由于本工程量小，采用一次进场，一次验收抽检，从钢绞线中任取3盘钢绞线。（不足3盘按实取样）每盘在任意一端截取一根试件进行拉伸试验，如有某一项试验结果不符合要求，则不合格盘报废，再从未试验过的钢绞线中取双倍数量为试件进行复验，如仍有一项不合格，则该批钢绞线判为不合格品。

2.1.2锚具：锚具进场时应有合格证，进场时应按下列验收：①外观检查。从每批中抽5%～10%的锚具且不少于10套，检查其外观、质量和外形尺寸，其表面应无污物、锈蚀、机械损伤和裂纹，如有一套表面有裂纹，则该批应逐套检查，合格者方可进入后续检验批。②硬度检验。对硬度有严格要求的锚具零件，应进行硬度检验，从每批中抽取3%～5%，且不少于3套，本工程抽取3套；按厂家产品设计规定的表面位置和硬度范围作硬度检验。如有一个零件不合格，则应另取双倍数量为零件重做试验，如仍有一件不合格，则判该批产品为不合格品。

2.1.3波纹管：本工程采用普通金属波纹管，搬运时轻拿轻放，不得抛甩或地上拖拉，吊装时不得使用一根绳索在当中拦腰捆扎起吊，不得长时间裸露在空气中，应采用彩布覆盖保存，接头管采用大一型号的同类波纹管，接头管的长度250～350mm，接头管两端用密封胶带密封。

2.2 预应力梁的伸长值计算

σcon=0.75fptk=1395N/㎜2 ；钢绞线为8根时张拉力Ncon=1395×8×140=1562.4KN ；钢绞线为10根时张拉力Ncon=1395×10×140=1953.0KN ；本工程采用普通金属波纹管K=0.0015，μ=0.25 ；钢绞线弹性模量：Es=1.95×105N/㎜2 。本工程预应力筋采用一端张拉或两端张拉，伸长值计算如下：

2.2.1 YKL2、YKL3预应力筋伸长值计算

线段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 终点应力

（N/mm2） 张拉伸长值（mm）

AB 7.8 0 0.0117 0.9884 1378.8 55.5

BC 3.51 0.1795 0.05014 0.9511 1311.4 24.2

CD 8.19 0.1795 0.05716 0.9444 1238.5 53.5

DE 8.19 0.1795 0.05716 0.9444 1169.6 50.6

EF 3.51 0.1795 0.05014 0.9511 1112.4 20.5

合计 204.3㎜

规范规定允许±6%的偏差，即施工中伸长值范围在192～217mm。

2.2.2 YL1、YL2、YKL4预应力筋伸长值计算

线段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 终点应力

（N/mm2） 张拉伸长值（mm）

AB 3.51 0.1795 0.05014 0.9511 1326.8 24.5

BC 8.19 0.1795 0.05716 0.9444 1253 54.2

CD 8.19 0.1795 0.05716 0.9444 1183.3 51.2

DE 3.51 0.1795 0.05014 0.9511 1125.5 20.8

合計 150.7㎜

规范规定允许±6%的偏差，即施工中伸长值范围在142～160mm。

2.2.3 A、D轴/4-6轴预应力筋伸长值计算

线段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 终点应力

（N/mm2） 张拉伸长值（mm）

AB 1.0 0 0.0015 0.9985 1392.9 7.1

BC 2.7 0.2556 0.068 0.9343 1301.4 18.7

CD 6.3 0.2556 0.0734 0.9292 1209.2 40.6

DE 6.3 0.2556 0.0734 0.9292 1123.6 37.7

EF 2.7 0.2556 0.068 0.9343 1049.8 15.0

合计 119.1㎜

规范规定允许±6%的偏差，即施工中伸长值范围在112～126mm。

2.2.4 A、D轴/6-7轴；A、D轴/10-11轴预应力筋伸长值计算

线段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 终点应力

（N/mm2） 张拉伸长值（mm）

AB 1.35 0.5111 0.1298 0.8783 1225.2 9.1

BC 3.15 0.5111 0.1325 0.8759 1073.2 18.6

CD 3.15 0.5111 0.1325 0.8759 940 16.3

DE 1.35 0.5111 0.1298 0.8783 825.5 6.1

合计 50.1㎜

规范规定允许±6%的偏差，即施工中伸长值范围在47～53mm。

2.2.5 A、D轴/7-10轴预应力筋伸长值计算

线段 χm θ（rad） κχ+μθ e-（κχ+μθ） 终点应力

（N/mm2） 张拉伸长值（mm）

AB 1.0 0 0.0015 0.9985 1392.9 7.1

BC 4.95 0.1394 0.04228 0.9586 1335.2 34.6

CD 11.55 0.1394 0.05218 0.9492 1267.4 77.1

合计 两端张拉且曲线对称，故计算一半即可：2×118.8=237.6㎜

规范规定允许±6%的偏差，即施工中伸长值范围在223～252mm。

2.3 施工工艺流程（见图1）

本工程预应力屋面梁施工顺序为：模板安装、钢绞线锚具检验、钢筋绑扎、波纹管预埋、混凝土浇筑、钢绞线穿束、张拉压浆、封锚，具体流程见图1。

绑扎非预应力筋 穿钢绞线 张拉设备标定

钢绞线锚具及组装件试验 预埋波纹管、锚垫板 浇筑砼 张拉、压浆 切筋封锚或后浇

制作定位支架 安装定位支架 制作张拉顺序表及计算书

图1 施工工艺流程图

2.4 预应力施工时常见问题分析及预防和处理措施

2.4.1 钢绞线伸长率超出规范允许偏差范围。规范要求张拉时钢绞线理论伸长量与实际伸长量偏差不超过±6%，但实际施工时，往往会出现实际测量伸长值与理论伸长值偏差超过规范允许的范围情况。出现这种情况的原因有：

①管道位置引起的偏差，波纹管安装时，管道定位不准确，或定位卡子数量不足，混凝土振捣时碰触波纹管导致其偏位。波纹管位置与设计位置偏差时，理论伸长量发生变化，若位置偏差较大，则会引起钢绞线伸长率超标。

②钢绞线材质不合规格。钢绞线原材料进场时，必须按批次进行抽样试验，确定其材质是否合格，弹性模量Ep及横截面积与标准值偏差是否符合规范要求。

③张拉设备故障或未及时标定。千斤顶的精度应在使用前校准。使用超过6个月或200次，以及在使用过程中出现不正常现象时，应重新校准。任何时候在工地测出的预应力钢绞线伸长值有偏差时，千斤顶应进行再校准。

④初应力取值过小。传统张拉程序中，初应力取值为10%的控制应力，即认为在张拉至10%控制应力的时候已经将钢绞线拉紧。但是在实际施工中，当钢束较长，弯曲部位较多的时候，10%控制应力的张拉力往往不足以将钢绞线拉紧，此时在计算实际伸长量的时候会包含部分松弛长度，从而引起实际伸长量计算值偏大。因此在张拉时可以选取20%控制应力作为初始张拉力，进行实际伸长量计算

⑤锚垫板安装倾斜。锚垫板安装倾斜时，锚垫板与钢绞线延伸方向不垂直，在张拉时锚垫板偏心手里，引起应力集中，不但容易导致锚垫板周围砼开裂，而且会加大钢绞线与波纹管的摩阻力，使钢束受力不均匀，实测伸长量翩跹

⑥钢绞线扭曲、缠绕。钢绞线在管道内扭曲，张拉时管道内钢绞线受力不均匀，部分钢绞线松弛未受力或受力达到控制应力要求伸长量不足。

⑦波纹管道破裂、漏浆。在先穿钢绞线后浇筑混凝土施工时，若波纹管道破裂、漏浆，造成钢束与混凝土握裹，都会导致实际摩阻力大于计算的摩阻力，使实测值变小。

⑧锚垫板喇叭口内被混凝土充塞。锚垫板喇叭口内有混凝土时，会使钢绞线在喇叭口内无法扩张导致锚具安装困难，同时会使钢束伸长方向与锚垫板不同心，张拉时会增大钢绞线与管道间的摩阻力，影响钢绞线的顺利伸长。

2.4.2 滑丝。

①夹片丝口磨损或未清理干净。当夹片丝口出现磨損或丝口上粘有杂物时，夹片与钢绞线无法紧密咬合，易出现滑丝现象。若工具夹片出现滑丝现象，在张拉过程中则会出现夹片崩出现象；若工作夹片出现滑丝现象，在张拉完毕回油时，会造成钢绞线回缩，预应力损失。

②钢绞线粘有油污，夹片与钢绞线无法精密咬合，容易出现滑丝现象。

③夹片质量不合格。夹片进场的时候未经过检验，夹片强度达不到要求，张拉时夹片破裂，会出现滑丝现象。

④切割锚头钢绞线时留的长度太短，或未采取降温措施。封锚时切割钢绞线要保证钢绞线外露长度不小于3cm，及时采取降温措施。

2.4.3 断丝。当张拉到一定吨位后，发现油压突然回落，加压后又回落，那说明可能发生了断丝现象。引起断丝的原因有：

①钢绞线材质不合格。钢绞线原材料进场时未进行检验，不合格的钢绞线抗拉强度达不到要求时，张拉时容易出现断丝现象。因此，在钢绞线进场后必须及时进行原材料检验，不合格材料不允许用于施工。

②千斤顶未标定或使用时间或使用次数超过标定要求。未标定或标定过期的千斤顶在张拉时无法控制张拉应力，会出现张拉应力超过钢绞线极限抗拉强度，出现断丝现象。在千斤顶进场后，进行第一次张拉前必须委托有关相应资质的计量单位进行标定，标定过的张拉设备才可以用于张拉施工。千斤顶和油表在标定一次后，使用时间超过六个月或使用次数超过200次，以及在使用过程中出现不正常现象时，则必须重新进行标定。

③下料、穿束时造成钢绞线损伤。在钢绞线运输、下料和穿束过程中，有事会造成钢绞线出现豁口、刮伤或烧伤等损伤，影响了钢绞线的受力性能，在张拉过程中就极易出现断丝现象。钢绞线在施工现场存放或下料时，必须专门有干净清洁的场地。钢绞线穿束时，在与梁体混凝土有摩擦的地方可以采用滑轮吊着，防止钢绞线与混凝土摩擦造成钢绞线刮伤。

④管道内钢绞线绞结。钢绞线在管道内绞结，张拉时管道内钢绞线受力不均匀，绞结处受力大于钢绞线极限抗拉强度，导致钢绞线被拉断。防止措施为：在钢绞线穿束时，对钢绞线进行标号，对钢束每隔1m-5m绑扎一道铁丝，铁丝扣应向里，未防止钢绞线扎破波纹管，穿束前在钢绞线前端套上一个带圆头的塑料管，穿束时要顺着劲穿，穿好后每根钢绞线在一个方向上。

⑤张拉数据计算出错。在进行钢绞线张拉控制应力、张拉力和对应的油表读数计算时，必须小心核对，特别注意钢绞线根数，防止出现错误。

2.4.4 张拉槽口处混凝土开裂。

①锚垫板安装倾斜或喇叭口内被混凝土充塞，偏心张拉。锚垫板偏心受力时，会引起锚垫板与锚具接触位置局部受力过大，超过混凝土极限抗压强度，引起混凝土开裂。在锚垫板安装时，应采取可靠措施保证锚垫板与模板紧密贴合，同时要保证模板加固到位，防止其在混凝土振捣过程中发生偏移或变形。在锚垫板喇叭口末端穿波纹管位置处采用胶带裹住密封，防止混凝土进入喇叭口内部。

②锚具安装不到位，未放入锚垫板凹槽内。锚具未放入锚垫板凹槽内时，锚具与锚垫板平面无法紧密贴合，张拉时锚具处于倾斜状态，锚具与锚垫板接触位置会产生应力集中，导致锚垫板破裂，混凝土开裂。在安装锚具时，若人工无法将锚具安装入锚垫板凹槽内，可采用端头顶稍微加压配合安装锚具，端头顶施加的压力不得超过初始张拉应力。

③张拉槽口处混凝土未振捣密实，存在空洞。因锚垫板处钢筋非常密集，并且往往处于振捣棒难以达到的位置，若不采取措施，经常会出现空洞现象。锚垫板后部混凝土有空洞时，张拉过程中混凝土无法有效分担压力，极易出现混凝土开裂，锚垫板破裂现象。在混凝土浇筑过程中，可在张拉槽口位置处增开振捣口，对锚垫板那后部的混凝土进行专门的振捣，防止出现空洞。在张拉前，可用小锤敲击锚垫板附近的混凝土，通过敲击的声音判断混凝土内部是否有空洞，若有空洞，则必须提前处理，处理完毕后再进行张拉。

④锚下螺旋钢筋未安装，锚下网片筋未安装。锚下螺旋筋和网片钢筋可以有效的分担锚垫板上的压力，并加强锚垫板周围混凝土抗压强度，防止混凝土开裂，施工时必须按图纸要求进行安装。

⑤混凝土强度未达到张拉强度要求，张拉过早。梁体混凝土强度必须达到设计强度的95%以上，弹性模量必须达到设计值的100%以上，方可进行预应力的张拉施工。张拉前，实验室必须对混凝土同养试件进行抗压强度和弹性模量实验，实验合格方可进行预应力张拉施工。

2.4.5 张拉时引起的梁体其他部位混凝土开裂。

①跨中底板砼开裂。张拉时跨中底板混凝土开裂的常见原因是底板预应力管道未设或少设U形防崩钢筋。因底板预应力管道密集，弯度较大，且波纹管道非常靠近底板底面。施工时必须加设足够数量的U形防崩钢筋，是钢绞线法向应力有底板上下层钢筋网片和防崩钢筋共同分担，以防止底板混凝土开裂，波纹管道弹出。

②横隔墙混凝土开裂。梁端和跨中横隔墙在边跨和中跨底板预应力张拉过程中经常容易出现裂缝，裂缝位置往往都是在横隔墙横断面竖向中心线位置。这主要是由于边跨和中跨底板预应力束较多，张拉时应力集中在横隔墙中心线处，容易造成该处出现裂缝，这也是预应力连续梁的通病。若裂缝宽度小于规范要求的宽度值，对桥梁整体质量并无影响；若裂缝宽度较大，则需要采取措施进行补强。在横隔墙内设2-3根横向预应力钢束进行张拉，对此种裂缝的产生有一定效果。

3 结语

本工程的站房和站台雨棚屋面梁施工采用了预应力技术，很好解决了大跨度混凝土梁的挠度和抗裂问题，提高了结构质量，降低了工程造价。以后的施工中，我们还需进一步摸索总结，掌握先进工艺技术，为相关施工提供理论基础。

参考文献：

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