无粘结预应力钢棒在桥梁施工中的应用

李旺

摘 要：随着经济及交通行业的迅猛发展，预应力钢棒已成为我国预应力钢材中的新品种。预应力混凝土用钢棒具有高强度、高韧性、低松弛、与混凝土握裹力强，良好的可焊接性等特点，在国内外已应用于高强度预应力混凝土离心管桩、高架桥墩、铁路轨枕及高层建筑、基坑支护、大型预制板等构件，具有十分广阔的市场。但国内外并无完整的公路桥梁无粘结钢棒施工技术工艺，也缺乏相应的施工参考文献。因此本文对无粘结预应力钢棒材料特性及施工工艺上做出详细介绍。

关键词：无粘结预应力钢棒；施工工艺；施工技术

中图分类号：U44 文献标识码：A

近年来，随着我国高速公路网的迅猛发展，预应力技术发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异。随之预应力混凝土桥梁病害问题也日渐突出，预应力钢棒凭借自身在结构受力、便于施工等明显优势，定会在短距离直线预应力得到广泛的应用。而目前国内外的设计和施工尚无相应的技术规范和标准，可供借鉴经验的工程实例也不多。在此种情况下，只能靠现场认真细致的施工总结研究，实行动态调整，在确保安全、质量的前提下优化设计和调整施工工艺，来总结出一套相对完整、成熟的工艺方法和施工流程，为后续同类型项目的施工提供参考。

1 无粘结预应力钢棒设计原理及特点

无粘结预应力钢棒原材料为中低碳合金钢，通过冷拔调质工艺得到金相组织为回火索氏体。回火索氏体与索氏体相比较，其析出的碳化物呈球状弥散地分布于基体中，故回火索氏体具有更好的综合机械性能，其延伸率达到7%以上，一般可以做到10%。钢棒采用的调质工艺强度，比精轧螺纹钢筋高，比钢绞线低，延伸率优于前两者。延伸率的提高使其比钢绞线及精轧螺纹钢筋有更强的抗震吸能性。

无粘结预应力混凝土钢棒螺纹锚具组件在混凝土结构短距离的锚固中，解决了现有精轧螺纹钢锚自身强度低，通过增大其截面尺寸以达到锚固载荷要求；也解决了钢绞线夹片回缩量大；造成应力损失大的缺点。

2 无粘结预应力钢棒施工工艺流程及操作要点

2.1 工艺流程

（1）安装梁或板模板；

（2）在模板上放出无粘结预应力钢棒的位置线；

（3）下部非无粘结预应力钢棒铺放、绑扎；

（4）安装管线预留、预埋；

（5）安装无粘结预应力钢棒张拉端模板；

（6）铺放无粘结预应力钢棒；

（7）修补破损的护套；

（8）铺放上部非预应力筋；

（9）隐蔽工程检查验收；

（10）混凝土浇灌及养护；

（11）松动穴模、拆除侧模、将穴模内部清理干净穴模内部清理干净；

（12）张拉无粘结预应力钢棒；

（13）切除多余无粘结预应力钢棒；

（14）安装封端罩、端部封闭。

2.2 施工准备

（1）做好无粘结预应力钢棒及锚具的检验、试验；

（2）根据设计要求确定无粘结预应力钢棒的长度及根数；

（3）计算出每根预应力筋的张拉值及伸长值；

（4）检验同条件养护试块的强度是否达到设计强度的75%以上；

（5）检测好各种机具、设备，标定好仪表的油压表读数与千斤顶荷载；

（6）张拉前测量好无粘结预应力钢棒的外露长度。

2.3 模板支設

底模板在建筑物周边要挑出30cm～40cm，以便早拆侧模，松动穴模，侧模支设要牢固，以便于可靠固定无粘结预应力钢棒的端部连接件。

2.4 无粘结预应力钢棒的铺设

（1）底模安装好后，在模板上标出无粘结预应力钢棒的位置，并逐根编好号。

（2）无粘结预应力钢棒与预埋管线发生矛盾时，预埋管线要稍做移动，为无粘结预应力钢棒留出空间。

（3）板中的无粘结预应力筋用间距@1000～1200的马凳钢筋控制无粘结预应力钢棒的标高，马凳与上部的通长钢筋用电焊固定，与无粘结预应力钢棒绑扎连接，梁中的无粘结预应力钢棒与钢筋进行绑扎，以确保在混凝土浇筑过程中不发生移位。

（4）无粘结预应力钢棒铺设完毕，根据编号逐根核查根数和铺设质量，在铺设过程中如果护套有破损处，应对破损部位用塑料胶水密性胶带缠绕修补，严重破损的要报废。

（5）铺设完毕的无粘结预应力钢棒应露出端模板30cm，以利于张拉。

2.5 混凝土的浇筑及振捣

混凝土浇筑前要进行隐蔽验收，重点检查无粘结筋的矢高、位置及端部状况。混凝土浇筑时，严禁踩踏碰撞无粘结筋、马凳支架以及端部连接节点，张拉端混凝土必须振捣密实。

2.6 施工张拉

无粘结预应力钢棒张拉使用穿心式千斤顶，可采用单向张拉或双向同时张拉。

（1）首先将张拉头通过螺纹连接到张拉杆上；

（2）其次将张拉头与张拉杆组件通过螺纹连接预应力钢棒的张拉端外露丝扣上；

（3）再将张拉杆后端的螺母取下；

（4）再将千斤顶套在张拉杆上，并将螺母旋上；

（5）再按照千斤顶的操作规程，开始张拉；

（6）张拉到规定的力后，摇动锁紧手柄，将锚固螺母锁紧；

（7）卸除张拉力，并将张拉杆后端的螺母取下；

（8）再取下千斤顶和张拉头组件，一次张拉完成。

2.7 封端保护

张拉后应立即进行封端保护，用手提砂轮切割机切除张拉后多余的预应力钢棒，切割处离夹片不小于30mm。对凹槽先刷环氧树脂，给钢棒加塑料帽，再用微膨胀混凝土进行密封。

3 无粘结预应力钢棒螺纹锚具的优点

预应力混凝土钢棒螺纹锚具组件，性价比优于精轧螺纹锚具和钢绞线夹片锚固。锚固采用支承式螺母锚具，锚固可靠性能高，危险性小，坚固性更强。预应力钢棒直径小，工程造价低低，容易施工，降低了钢筋的使用数量。有效地控制了构件的变形，从而解决了现有预应力混凝土结构中夹片锚固回缩力大，锚固效率低的缺点，也解决了精轧螺纹锚强度低、钢材用量大的缺点。

（1）预应力混凝土钢棒螺纹锚具组件与精轧螺纹钢锚比较

精轧螺纹钢锚强度低、延伸率低，而预应力混凝土钢棒螺纹锚具组件强度高、延伸率高。精轧螺纹钢锚钢筋直径大，造成钢材浪费，而预应力混凝土钢棒螺纹锚具组件预应力钢棒直径小，可节约25.2%的钢材。

（2）预应力混凝土钢棒螺纹锚具组件与钢绞线夹片锚比较

钢绞线夹片锚具锚固回缩量、应力损失大，在3mm以上，而预应力混凝土钢棒螺纹锚具组件锚固螺母的螺距设计为1.5mm，其锚固回缩量很小，不超过0.5mm，锚固时应力损失小。钢绞线夹片锚具锁紧方式是通过钢绞线应力回缩拉紧，应力损失量不确定，施工时张拉力参数不准确，而预应力混凝土钢棒螺纹锚具组件是通过高强度锚固螺母锁紧，锚固应力损失小，施工张拉力准确。

采用无粘结省去了传统的后张法预应力混凝土的预埋管道、穿束、压浆、割除多余钢筋等工艺，减少了定位管道钢筋数量，简化了工艺，缩短了工期。同时采用无粘结时、没有振捣漏浆的风险；减少了由于压浆不实，预应力筋应力腐蚀的风险；与混凝土隔绝，没有氯离子腐蚀的风险，提高预应力施工质量。

4 工程应用

某三跨预应力混凝土连续刚构箱梁桥，跨径为（95+180+95）m主桥上部构造按全预应力混凝土设计，纵向及竖向、横梁预应力钢束采用270级钢绞线，单根钢绞线直径15.24mm，公称面积139mm2，弹性模量1.95×105MPa，设计锚下张拉控制应1395/1302MPa。纵向预应力束管道采用塑料波纹管成孔，真空辅助压浆工艺。横、竖向预应力束（筋）管道采用预埋金属波纹管成孔。

针对0#块梁高较大，采用两次浇筑。钢绞线及波纹管会干扰浇筑施工。钢绞线极易被电焊损伤，波纹管容易被振捣棒碰破而造成漏浆，导致管道压浆效果不佳。精轧螺纹钢又存在预应力损失大的缺点，故在0#块处采用无粘结预应力钢棒。

主要施工流程包括：

（1）当桥梁结构主墩施工至距离顶面2m时，搭设桥梁主梁的施工模板，并放样锚固端无粘结预应力钢棒的位置线；

（2）从0#块梁底铺设并绑扎主梁的普通钢筋至1/2梁高；

（3）对锚固端无粘结预应力钢棒进行铺放、绑扎；

（4）铺设并绑扎0#块1/2梁高至梁顶普通钢筋，绑扎过程中对相应位置的预应力钢棒进行绑扎固定；

（5）安装无粘结预应力钢棒张拉端模板；在模板上放样张拉端无粘结预应力钢棒的位置线；

（6）对张拉端无粘结预应力钢棒铺放、绑扎、固定；

（7）浇筑梁体混凝土并养护；

（8）梁体养护强度达规范要求后松动穴模、拆除侧模、将穴模内部清理干净穴模内部清理干净；

（9）通过千斤顶，张拉端张拉无粘结预应力钢棒并进行固定。

（10）切除多余无粘结预应力钢棒；

（11）安装封端罩、端部封闭。

结语

随着预应力混凝土桥梁的发展，无粘结预应力钢棒凭借自身在结构受力、便于施工等的明显优势，极大的简化了施工工艺，降低了施工过程中人为质量事故风险，能极大提高整体施工质量，并且解决了现有预应力材料施工技术难题以及质量隐患，形成新工艺、新材料的成熟应用技术，具有广泛的推广前景。

参考文献

[1] GB50204—2002，混凝土结构工程施工质量驗收规范[M].北京：中国建筑出版社，2002.

[2]李兰权.混凝土工手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.