极小半径曲线现浇箱梁张拉的施工技术

陈亮 雷进东

摘 要：随着日益增长的高速公路建设，从越来越多的地形狭窄山区开始，要在有限的地方尽可能的将高速路网铺开，面临着极小半径曲线现浇箱梁张拉问题，本文以某山区高速公路现浇箱梁极小半径张拉施工为实例，详细介绍极小半径曲线现浇箱梁张拉的一些技术研究，为类似的山区高速公路极小半径现浇箱梁张拉提供借鉴。

关键词：极小半径曲线;现浇箱梁;张拉

中图分类号：U445.57 文献标识码：A

0 引言

近年来，我国正大力开展基础设施建设，越来越多的高速公路正在建设中，面对一些地形狭窄的山区高速公路，为了更好的展开线性施工，同时贯彻节约土地的思想，极小半径曲线现浇箱梁施工张拉，就成为一个不可忽视的问题。本项目就存在极小半径曲线现浇箱梁张拉施工，本文主要从引伸量理论计算方法、实测数据、锚下应力检测、误差分析、施工困难等方面分析极小半径曲线现浇箱梁施工张拉在山区高速公路建设中的安全性、经济性、适用性，为类似工程提供借鉴。

1 工程应用

1.1 工程概况

重庆江习高速四面山互通为枢纽式互通，位于江津区四面山景区东北约6 km处，采用迂回式方案。互通主线范围K50+700.000～K52+135.000，总长1 435 m，其中含A～D四条桥总长3 244.538 m。四面山互通D匝道2号桥第五联现浇箱梁，箱梁曲线半径为60 m，单箱双室截面，箱梁等高，梁高1.5 m，悬臂长1.75 m;箱梁顶板厚度25 cm，底板厚22 cm，边腹板厚度50 cm，中腹板厚度50 cm。

1.2 引伸量

1.2.1 极小半径钢绞线计算原则

为计算极小弧线箱梁钢绞线引伸量，需要遵从以下几个原则：

（1）T梁钢绞线有竖弯和平弯两个方向上的角度变化，平弯段很短且R很大，对伸长量影响不大，计算时忽略平弯影响，只采用竖弯θ进行计算。

（2）在计算箱梁钢绞线引伸量时，目前设计给预应力钢束的方式均为道路中心线处展开，即中腹板钢绞线长度，边腹板钢绞线长度需要根据平曲线长度进行修正，修正的原则：钢绞线的长度在跨中直线部分进行调整。

（3）将腹板中心线的长度与设计道路中心线的差值近似得认为是该处钢绞线与设计钢绞线的平曲线的增量，D匝道桥第五联设计道路中心线即中腹板长度为74.92 m，即：①右侧腹板中心线长度为78.966 m，ΔL=4.046 m;②左侧腹板中心线长度为70.874 m，ΔL=-4.046 m。

以上平曲线增量，平分在箱梁跨中直线段位置，即平分至CD/KL/ST即跨中直线段。

1.2.2 伸长量计算

箱梁首件工程预应力筋采用Φs15.2的钢绞线束，截面面积Ap=140 mm2，锚下（张拉）控制力为σcon=0.75，fpk=1 395 MPa，Ep=1.95×105 MPa。波纹管采用某公司生产的塑料波纹管，μ=0.14，k=0.001。初始力Pq=1 395×140=195 300 N。

根据《公路桥梁施工技术规范》（JTG/T F50-2011）7.6.3节中规定了预应筋伸长值ΔL的计算按照以下公式：

公式1：ΔL=Pp×L/Ap×Ep

公式2：Pp=P×（1-e-（kx+μθ））/（kx+μθ）

公式3：Pz=Pq×e-（KX+μθ）

通过理论计算公式结合极小半径条件下的计算原则，计算出四面山互通D匝道桥第五联现浇箱梁预应力钢绞线理论引伸量。

1.2.3 理论值与实际值对比

实际引伸量计算方法如下：

（1）各级压力变对应的张拉力：根据油顶的回归方程及油表读数P，计算对应的张拉力F。

油顶1#： F=（P-0.828 571）/0.015 057

油顶2#： F=（P-1.414 286）/0.015 007

（2）总伸长量=L3+L2-2*L1-锚固回缩量Ns。

其中：L1=10% F時的总引伸量;L2=20% F时的总引伸量;L3=100% F时的总引伸量。

（3）伸长率误差=（总伸长量-理论伸长量）/理论伸长量。实测值与理论计算结果汇总见图1。偏差值见图2。

《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）规定，预应力张拉允许偏差为±6%，图1可知，1.2.2节的理论计算方式适用极小半径曲线桥钢绞线预应力张拉计算，同时，由图2可得，左侧腹板（弧线内侧）实测钢绞线引伸量的平均误差为-2.0%，右侧（弧线外侧）腹板钢绞线引伸量平均误差为2.1%，存在较大差异。

1.3 锚下应力检测

由于张拉引伸量由理论计算获得，因此为了检验实际张拉效果，需要通过锚下应力检测对极小半径曲线桥的张拉质量进行评估。检测委托具有专业检测资格的某公司进行检测，检测结果见图3、4。

《公路桥梁施工技术规范》（JTG/T F50-2011）规定，锚下应力检测允许偏差为±5%，由图3、4锚下应力检测结果可知，四面山互通D匝道桥第五联现浇箱梁预应力张拉质量均满足要求，但是由锚下应力检测结果可知，左侧腹板（弧线内侧）钢绞线锚下应力值普遍偏小，平均误差为-2.3%，右侧腹板（弧线外侧）钢绞线锚下应力平均误差为2.1%，同样存在较大误差。

1.4 误差分析

四面山互通D匝道桥第五联箱梁弧线内侧和弧线外侧预应力张拉引伸量误差存在较大差异，内外两侧腹板钢绞线引伸量误差值相差4.1%，锚下应力误差值相差4.4%，箱梁内侧与外侧因为弧线半径较小，弧线半径相差10.5 m，管道的弯曲程度不同是造成极小半径曲线桥预应力张拉引伸量和锚下应力出现较大不均匀程度的主要原因。

由钢绞线预应力张拉引伸量计算公式①ΔL=Pp×L/Ap×Ep（公式1）及②Pp=P×（1-e-（kx+μθ））/（kx+μθ）（公式2）可知，影响预应力张拉的主要参数为k值（孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数）、μ值（预应力筋与孔道壁的摩擦系数）及θ值（从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和），k值与μ值是由施工中管道的定位偏差和管道壁不光滑程度决定的，可通过实验定量进行测定，弯道的弯曲对k值没有影响;μ值则随着钢束的弯曲角度的增加而增加，θ值必须按照钢绞线的竖面与平面的矢量之和进行取值，对于三维曲线梁的钢绞线伸长量θ值的计算中，作为施工单位，因平弯一般较小，仅仅考虑竖曲线的切线夹角，但在極小半径梁中，平曲线的变化比一般钢绞线大得多，因此是不可忽视的误差来源。

综上，μ值及θ值是影响极小半径曲线箱梁预应力张拉呈现不均匀状态的主要参数，μ值及θ值影响因素较多，定量研究μ值及θ值在管道弯曲过程中的变化存在较大困难，由引伸量及锚下应力实测数据可得，随着弯道弯曲程度的变化，引伸量及锚下应力的变化基本为线性增加，因此，在规范中直线段钢绞线引伸量公式的基础上，增加一个变量φ（弧线影响系数）。

φ值属于经验系数，将由管道弯曲过程中μ值及θ值产生的误差通过弧线影响系数φ值进行修正，由于管道弯曲的影响为线性增加，φ值仅与箱梁弧线半径R有关，采用一元一次方程φ=aR+b，带入ΔL理论×φ=ΔL理论×（aR+b）=ΔL实际，采用实际生产中采集的数据进行经验计算，将采集到的数据平均处理后，得到以下三个一元一次方程：

①54.75×a+b=1.098

②60×a+b=1.136

③65.25×a+b=1.257

按照一元一次方程的求解方式两组组合进行求解，一共求得3组解，如下：

①a=0.017 3;b=0.151

②a=0.017 0;b=0.148

③a=0.015 1;b=0.272

整理后得到适用于极小半径钢绞线张拉的计算公式：

ΔL=（Pp×L/Ap×Ep）×φ

其中φ=（R×0.016 5+1.90）

1.5 施工过程中的困难分析及解决方案

（1）极小半径预应力张拉控制是施工管控重点。采用压力及引伸量双控，其中引伸量通过ΔL=Pp×L/Ap×Ep（公式1）ΔL=（Pp×L/Ap×Ep）×φ（公式2）的分段计算方法（详见1.2.2节）获得，将钢绞线长度影响通过跨中直线段进行修正，弧线影响采用通用系数φ进行修正。

（2）由于箱梁弧线半径较小，管道弯曲严重，在进行预应力钢绞线穿束的过程中频繁出现钢束卡在管道中的情况。采用“先穿法”，即在浇筑混凝土前完成穿束，在进行腹板侧模直立时，每间隔5 m开设一个40 cm*40 cm的方形孔，防止穿束过程中钢绞线卡死。同时进行穿束后，将端头采用胶条封堵完好，防止浇筑混凝土时堵塞管道。

（3）梁桥面横坡达到5%，张拉过程中箱梁存在倾覆的风险。严格采用对照逐排张拉，按照中腹板F1左侧→F1右侧→左侧腹板F1a→右侧腹板F1a→右侧腹板F1b→左侧腹板F1b的顺序进行张拉，一排张拉完毕后，再进行第二、三排钢绞线的张拉。

（4）箱梁平面线性弯曲较大，张拉过程中可能出现平面翘曲的现象。张拉前，在箱梁中轴线、左侧腹板中心线、右侧腹板中心线上，每条周线共布置9个测点、共计27个测点，张拉前对各测点的高程及平面位置进行测量;每张拉完一排钢绞线，对测点的高程和平面位置进行测量，与初始值进行对比;根据实际测量情况，箱梁张拉过程中未出现平面位置偏移及不规则翘曲现象。

（5）钢绞线本身属于平弯及竖弯的三维线性，加上箱梁本身具有较大的平弯线性，波纹管的定位准确性存在较大的挑战。采用20 mm×10 mm的空心方光管作为波纹管的竖向定位标尺，以方钢管的底部为0轴起点，在方钢管的三个面上依次测量出波纹管坐标的Y值，用小刀进行刻线，然后用红色油笔划线。方管尺的四个面分别作为F1、F2及F3的纵坐标定位。顺桥向坐标采用以每跨横隔梁中点为起点坐标的方式，向两侧进行定位，减少长度方向造成的测量误差。

2 结语

通过对四面山互通D匝道桥第5联现浇箱梁预应力张拉的研究，对极小曲线半径条件下的现浇箱梁预应力张拉的控制指标提出了通用的计算方法及计算公式，并对可能遇到的施工困难给出了可操作的方案，对以后类似工程具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]刘耀荣.小半径曲线箱梁预应力钢束张拉施工技术[J].价值工程，2014（27）：121-123.

[2]罗佳意，张谢东，郭兴茂.小半径环向预应力张拉伸长量和钢绞线行为分析[J].公路交通科技，2014（7）：103-107.