后张法预应力张拉控制难点应对措施

黄冠达

（四川路桥桥梁工程有限责任公司，成都610000）

1 引言

后张法预应力混凝土简支箱梁具有较大竖向、横向、抗扭、纵向刚度及良好的高速行车动力性能的梁体结构和ZK 活载，是目前高速铁路采用的主型预制梁[1]。而预应力施工作为箱梁预制的三大特殊工序之一，对箱梁质量控制起决定性作用，采用自动控制张拉系统可以更稳定地控制预应力施工质量。

2 材料质量控制

2.1 钢绞线质量指标

钢绞线必须选用有生产许可证的合格生产厂家的产品规格型号为1×7-15.20-1860。钢绞线每30 t 为一个批次检验，分别进行屈服负荷、整根钢绞线最大力、抗拉强度、最大力总伸长率、弹性模量、钢绞线直径、应力松弛率检验。

2.2 预应力筋用锚具4 件套

锚具为夹片式，4 件套由螺旋筋、锚垫板、工作锚板、夹片组成，锚板材质不低于45#钢，夹片材质不低于20CrMnTi 合金结构钢，锚垫板材质不低于HT200 灰铸铁，螺旋筋材质不低于HPB300 光圆钢筋。进场每2000 套为1 个检验批次，分别进行外形外观、锚具及夹片的锚固效率系数、极限拉力总应变、锚板强度（挠度残余变形）、锚板与夹片的硬度检验。锚具4件套与配套使用的限位板、工具锚必须是同一厂家生产，工具锚不得代替工作锚使用。

3 设备

张拉设备对张拉施工质量有较大影响，因此，施工方要提高该施工技术水平就要做好设备选型工作。目前，铁路施工行业推荐自动控制张拉系统进行施工，能够更加精准地控制张拉工艺的质量。自动控制张拉系统是基于机械、计算机、自动控制及互联网等技术，能够进行预应力张拉自动化控制和张拉数据传输的混凝土桥梁预应力张拉施工设备集成，性能符合施工需求[2]。

4 张拉工艺控制

预施应力按预张拉、初张拉和终张拉3 个阶段进行。

4.1 预张拉

当梁体混凝土强度达到60%强度以上，拆除端模，松内模，进行预张拉。张拉操作流程：0→0.2σcon（持荷20 s）→σy（持荷180 s）锚固。其中，σcon为张拉控制应力；σy为锚外预张设计应力。

4.2 初张拉

当梁体混凝土强度达到80%强度以上，拆内模，在预制台座上进行初张拉，结束后，方能将梁体移出台座。张拉顺序如下：0→0.2σcon（持荷20 s）→σc（持荷180 s）锚固（σc为初张设计应力）。

4.3 终张拉

1）当梁体混凝土强度≥100%强度，混凝土龄期≥10 d时，进行终张拉。

2）箱梁终张前实测弹性上拱的原始读数，终张拉后实测弹性上拱度，其允许值不大于1.1 倍的图纸设计计算值。

3）张拉顺序如下：未经过预、初张拉的：0→0.2σcon（持荷20s）→σcon（持荷180～300 s）锚固→钢绞线作滑丝观察标记。

4）经过预、初张拉的预应力束张拉顺序如下：0→σyc（σyc为预、初张设计应力）→σcon（持荷180～300 s）锚固→钢绞线作滑丝观察标记。

5 张拉要领及计算

钢绞线理论伸长值应计算总伸长值，但在实际施工中，前20%控制应力的钢绞线伸长值无法测出，为了提高计算伸长值与实测值的精确比较，避免实际操作中用钢绞线计算伸长值与实测推算伸长值比较，造成伸长值比较结果误差大，故计算伸长值取20%～100%的控制应力进行计算。

5.1 钢绞线的理论伸长值ΔL

钢绞线的理论伸长值ΔL按式（1）计算：

式中，σp为张拉端控制平均应力，MPa；LT为从张拉端至计算截面钢绞线长度，mm；Ay为钢绞线公称面积，mm2；Eg为钢绞线弹性模量，MPa。

预应力筋平均张拉应力σp按式（2）计算：

式中，μ 为预应力筋与孔道壁的摩擦系数；θ 为张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角，rad，以弧度计；L为从张拉端至计算截面的管道长度，m；k为孔道每米长度局部偏差对摩擦的影响系数。

5.2 钢绞线实际伸长值ΔL未

1）未进行预、初张拉钢绞线按式（3）计算：

式中，ΔL未为未进行预、初张拉钢绞线实际伸长值；δ初为张拉初始荷载下（0.2σcon），位移传感器读数。

2）进行预、初张拉钢绞线按式（4）计算：

式中，ΔL总为进行预、初张拉钢绞线实际伸长值；ΔLcon为终张拉控制荷载下，钢绞线伸长值；ΔLyc为预、初张拉控制荷载下，钢绞线伸长值；δ初为张拉初始荷载下（0.2σcon），位移传感器读数。

5.3 钢绞线回缩量L回

式中，L1为张拉至控制应力时位移传感器读数；L2为回油至1 MPa 再记录位移传感器读数；L3为计算所得的千斤顶内钢绞线一端的伸长值。

5.4 张拉不同步率

按伸长值不同步率=（大-小）/（大+小），计算结果应不大于5%。

6 张拉控制难点及应对措施

6.1 材料问题及解决措施

6.1.1 主要问题

1）同一批次钢绞线弹性模量差值过大。

2）锚垫板喇叭口直径不合格，承压面积过小，锚板作用于锚垫板的应力过大，造成塌陷、锚口混凝土裂纹。

3）夹片未套连，跟进锚板不同步，造成错牙、刻断钢绞线。

6.1.2 应对措施

1）钢绞线弹性模量同批次差值≤5 GPa。

2）钢绞线检验屈服负荷、整根钢绞线最大力、抗拉强度、最大力总伸长率、弹性模量、钢绞线直径、应力松弛率检验其余检验指标：当检验项其中一项检验结果不符合规范GB/T 5224—2014《预应力混凝土用钢绞线》中相应规定时，则该盘卷不得验收。如钢绞线某一盘卷号检测出现不合格品，不得流入复检程序，该盘卷号不合格，不得使用，从其他未抽检样品中加倍取样，如果仍有一项不符合要求，须逐盘对该批钢绞线进行检验，合格可用，不合格不得使用。

3）锚垫板外形外观检验时，受检零件的外形尺寸和外观质量应符合设计图纸规定。若有一件不合格，即应对本批全部产品进行逐件检验，合格者方可使用[3]。

4）夹片使用钢丝圈套连，安装夹片时还需用端头带螺母的钢管锤击夹片，使限位板有效发挥作用。

6.2 工艺装备问题及解决措施

主要问腿：锚垫板进浆、安装倾角不合格，发生预应力孔道偏心，钢绞线与锚具不同心、与锚板产生折角，增大锚口摩阻。

应对措施：锚垫板喇叭口定制同心橡胶护套，防止梁体在混凝土施工过程中锚垫板进浆；解决锚垫板安装角度应从模板设计切入，端模设计为一体焊接工艺，将锚穴口的倾角设计与端模融合，锚垫板则与端模的倾角设计位置通过螺栓连接安装，提高后张法预应力施工工艺的精度和施工效率。

6.3 计量问题及解决措施

6.3.1 主要问题

1）配套标定千斤顶用压力环或传感器的规格与实际张拉力不配套，缺少相应吨位的传感器。

2）使用过程中未进行定期自检。

6.3.2 应对措施

1）梁场试验室自校应具备硬件（活塞压力计+标准母表+标准砝码）和软件（检定员证书）。

2）制订相应检测计划，校准需要有资质的单位检定，压力传感器、位移传感器及液压传感器6 个月校准一次，压力传感器和位移传感器每月自校1 次，保证后张法预应力施工的稳定性。

6.4 张拉工艺难点及应对措施

安装千斤顶时应做到“三同心”即：千斤顶、锚具、预应力管道三者同心，操作过程终做到“两同步”，张拉时两端及两侧必须同步、对称张拉，同时达到同一荷载值。

张拉按照设计的张拉顺序，两端两侧同时对称张拉，即4 台张拉千斤顶同时工作。张拉作业以张拉前“三控”“三对应”、张拉中“三同”“三控”、张拉后“三控”控制张拉质量。

1）张拉前“三控”“三对应”。“三控”：检查梁体混凝土100%强度以上、弹性模量、混凝土龄期D（10 d≤D≤30 d）是否达到设计要求。“三对应”：钢绞线直径对应限位板深度，实测钢绞线弹模对应钢绞线理论伸长值，两批钢绞线实际穿入的孔道与指定的相对应。

3）张拉中“三同”“三控”。“三同”：做到两端张拉油泵同时开始，同速供油，同时达到设计张拉应力。“三控”即应力、应变和时间三控。以控制张拉应力为主，以预应力筋伸长值进行校核，两端总实际伸长值与按进场检验钢绞线实际弹模计算的伸长值误差不得超过±6%，两端不同步率结果应≤5%，同时保证在张拉控制应力σcon作用下持荷5 min 后回油锚固。

5）张拉后“三控”：滑断丝率、夹片外露及错牙、钢绞线回缩量。在整个张拉过程中，格外注意钢绞线及锚具滑丝情况，全梁断丝、滑丝不得超过钢丝总数的0.5%，且不得在同束、同侧。若伸长量超过6%，或一束内滑断丝超过一根时，必须采用整体退锚套筒进行退锚、重拉处理。锚固后夹片表明应平整，夹片外露不超过3 mm，错牙不超过1 mm。

张拉完成后，应在锚圈外钢绞线5 cm 处用彩笔划线，24 h后检查钢绞线无滑动时，每端钢绞线回缩量不大于1 mm。张拉锚固24 h 后测量无回缩，才允许切丝，进入下一道工序。如果检查有滑丝、断丝现象，经核查确认后，须放张后更换钢绞线重新张拉。每端锚具回缩量控制≤6 mm，否则应分析原因后再进行张拉。

6）应保证千斤顶、限位板、工作锚及管道在同一直线上，连接在一起，并确保管道、锚具、千斤顶三者同心。

7）初调：梁体两端同时张拉，千斤顶充油到达初应力时（0.2σcon），计算机自动记录位移传感器读数，作为测钢绞线伸长量的起点。

7 结语

总之，后张法预应力施工质量直接影响桥梁使用与桥梁使用寿命，因此，相关工作人员必须做好研究工作，提高后张法预应力结构的科学性和完整性，做好预应力施工质量控制工作，让其性能符合施工技术标准，为我国交通建设事业提供技术支撑。