现浇连续钢构箱梁后张法预应力张拉施工技术研究

丁小花，侯顺奇，赵玉姗

（山东宇通路桥集团有限公司，山东广饶 257000）

0 引言

后张法指在梁片预应力混凝土浇筑时预留出预应力孔道，并待混凝土强度达到设计要求后将预应力筋穿入孔道中，通过千斤顶张拉预应力筋，并借助锚具将预应力筋锚固于梁片端部，形成预应力混凝土梁片的施工技术。该技术当前已在桥梁结构施工领域广泛应用，对于大跨径连续梁结构，更多采用的是现浇后张拉的预应力连续箱梁结构。在现浇连续钢构箱梁后张法预应力张拉施工中，先埋设预应力筋管道，后穿预应力束并张拉，张拉质量控制是保证施工质量的关键。张拉控制过程中主要环节在于张拉理论伸长量的计算、张拉设备选择及实际伸长量测量等方面，通过加强以上方面的控制，以保证现浇连续钢构箱梁后张法预应力张拉施工质量。

1 工程概况

某公路跨互通式立交由一座主线跨线桥和A、G、Ⅰ三座匝道桥组成，且匝道桥均采用现浇箱梁形式，其中A 匝道桥跨越公路主线K16—18主跨，跨径组合为25m+37m+25m，在匝道桥中跨径最大；箱梁设计高度1 800mm，为双箱单室断面形式；箱梁顶底板分别宽7 000mm 和4 200mm，内外侧悬臂宽度分别为1 275mm和1 525mm。按照设计要求，该匝道桥主要采用后张法预应力连续箱梁。预应力钢束中顶板束和腹板束各为12 道，底板束7 道，且均采用9-Φj15.20 型钢束和OVM 型锚具；设计张拉次序为腹板束→底板束→顶板束。为加强施工质量控制，必须严格按照应力和伸长量双指标控制，并以应力控制为主，以伸长量控制为辅。预应力钢束基本参数取值具体见表1。

表1 预应力钢束基本参数取值

2 张拉伸长量

2.1 张拉理论伸长量

预应力钢绞线理论伸长量通常由设计图纸给定，而在施工前必须结合相关施工规范对设计图纸中钢绞线布置图和理论伸长量进行复核，理论伸长量的计算结果通常受到诸多因素影响，必须严格按照设计规范控制取值，才能得到正确的理论伸长量值。预应力钢绞线理论伸长量计算公式见式（1）[1]：

其中Pp计算公式见式（2）：

式（1）和（2）中：ΔL为预应力筋伸长值（m）；Pp为预应力筋张拉力均值；P为预应力筋张拉端张拉力（kN），用公式P=nApσcon计算，n为张拉预应力筋数，σcon为预应力筋张拉控制应力（kN）；Ap为预应力筋截面积（mm2），根据钢绞线材料复检结果直接得出；L为张拉端到计算截面的孔道长（m）；Ep为预应力筋弹性模量（MPa）；K为预应力孔道局部偏差对摩擦程度的影响系数；μ为预应力孔道与预应力筋的摩擦系数；θ为张拉端到跨中曲线孔道切线的夹角和（°）。

后张法预应力筋为直线和曲线线形的组合，在实施张拉时，管道弯曲会使钢绞线和预应力管道内壁的摩擦阻力增大，进而引起锚下控制应力沿着管道内壁向跨中递减，各段张拉力均值Pp在计算时，张拉端控制力无法都采用预应力筋张拉端张拉力P，转而采用克服摩阻力后的余力，故各张拉端张拉应力将随之发生变化。在计算出各段预应力筋伸长量后，结合设计线型将整段预应力钢绞线划分为直线段和曲线连接段，并计算各段张拉力均值，在此基础上计算各段预应力筋理论伸长量，求和后即为整根钢绞线理论伸长量值。

根据钢绞线复检结果，预应力筋截面积Ap取140mm2，预应力筋弹性模量Ep取196MPa，查表得到预应力孔道局部偏差对摩擦程度的影响系数K取0.0015，预应力孔道与预应力筋的摩擦系数μ取0.55，将相关取值代入相应公式可以得到钢绞线理论伸长量为440.8mm，与其实际伸长量448mm十分接近。

2.2 张拉实际伸长量

在张拉预应力筋前，应先将其调整至初始预应力σ初，该值为预应力筋张拉控制应力的10%，此后开始预应力筋张拉施工及伸长值量测。实际伸长量为张拉时所量测的伸长量与初应力推算伸长量之和。实际伸长量主要根据千斤顶行程进行推测，即先调整至初始应力σ初，再加载至20%张拉力，两端同步加载至103%后持荷5min锚固。按照公式（2）计算实际伸长量。

式中：ΔL实为预应力筋实际伸长量（mm）；ΔL3为103%张拉力时预应力筋伸长量（mm）；ΔL2为20%张拉力时预应力筋伸长量（mm）；ΔL1为10%张拉力时预应力筋伸长量（mm）。

施工期间，预应力张拉应采取应力控制为主、伸长量控制为辅的双指标控制原则。通过比较并校核理论伸长量和实际伸长量，以加强张拉预应力筋的应力控制，并将实际伸长量与理论伸长量差控制在±6%范围内[2]。腹板束N1张拉数据具体见表2。

表2 腹板束N1张拉数据

腹板束N1 张拉过程中，预应力筋实际伸长量为：224+220mm=444mm，与理论值440.8mm 较为接近，误差在6%以内，表明该互通主线桥现浇连续钢构箱梁后张法预应力筋张拉符合设计要求。

3 预应力张拉施工

3.1 张拉准备

结合工地试验室对相同条件养护试块所进行的试验，预制场梁片养护混凝土试块中所标注的浇筑时间相同的试块，按要求养护8d 后的实际强度达到50MPa，比试验强度46MPa 高，且试块实际强度已经达到设计值的91%，可展开张拉施工。在进行预应力束穿拉操作前必须全面清理并检查预应力孔道，对于既有杂物，应通过高压水枪冲洗，同时应确保无串孔等现象；清洗后再通过高压风将孔道内彻底吹干。

张拉材料主要包括波纹管和钢绞线，在材料入场环节必须进行性能检验，确保材料各项性能均符合规范及设计要求。对于已经损坏或性能不达标的材料必须立即更换。张拉施工前还必须将梁片侧模板及内模、约束支座活动的模板及支架等结构全部拆除，防止张拉过程中造成支座变形、梁片裂缝。

由于预留管道呈弯曲状，在张拉过程中会产生摩擦力，造成锚下控制应力沿管壁向跨中逐渐递减，故各段预应力筋伸长量并不相同，应进行张拉应力分段计算。张拉应力控制直接关系到预应力质量，张拉应力过大会使抗裂度提高，并使预应力筋长时间处于高应力状态，荷载程度接近构件发生裂缝时荷载水平，发生破坏前将无任何征兆[3]；相反，张拉应力过小则会使预应力张拉施工效果大幅降低。为此，必须将张拉应力控制在设计范围内，并在张拉过程中进行伸长值校核。

3.2 张拉设备及标定

桥梁工程所用张拉设备主要有液压千斤顶、高压油泵、水循环真空泵、活塞式压浆泵等，真空泵构造简图具体见图1。当前OVM系列锚具配合YCD型千斤顶、2B系列油泵在桥梁工程施工中较为常用，千斤顶的型号一般根据锚固形式、设计张拉力、张拉伸长量等进行确定。

千斤顶的张拉力最大值通常为张拉力控制值的1.5倍，行程通常为张拉伸长量3～5cm。张拉设备在投入使用前必须全面标定，并在连续使用满6 个月或200 次后重新标定。在校验过程中，按照设计级次逐步向千斤顶内充油升压，并记录压力表读数，通过电脑软件进行试验数据回归分析，并得出张拉力和压力表的关系曲线；依据试验结果和标定过程进行千斤顶、油泵、油压表等设备的一一编号。

该桥腹板束N1 张拉控制力最大值为1 757.7kN，考虑到千斤顶张拉力最大值一般为张拉力控制值的1.5倍，故选择2台YCD250型千斤顶编号为01和02，在两端实施张拉，最大荷载值达到2 500kN。通过千斤顶所配套的2 个油压表（分别编号10110 和10250）进行张拉过程及结果检验，所得到的回归方程见式（2）和式（3）：

式（2）和式（3）中：x为千斤顶负荷值；y为油压表读数；γ为相关系数，其值越接近1，表明回归方程的可行性越大。

根据设计张拉程序以及回归方程，中腹板束N1 千斤顶张拉油压表数据具体见表3。

表3 千斤顶张拉油压表数据

3.3 预应力张拉

该桥梁现浇连续钢构箱梁后张法预应力张拉主要采用φ15.2mm、截面积140mm2、标准强度1 860MPa、弹性模量1.95×105MPa 的高强低松弛钢绞线；摩擦系数及局部偏差系数均根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041—2000）的相关规定取值，分别在0.16～0.19及0.000 6～0.001范围内取值。本工程摩擦系数取0.19，预应力钢绞线锚下腹板束和顶底板束控制应力分别为1 395MPa 和1 339MPa，在钢绞线锚下增设4层钢筋网，并按10cm 间距设置网片。张拉过程应严格按照设计顺序进行，整体过程应遵循分批次、分阶段对称张拉原则，本桥梁现浇连续钢构箱梁后张法预应力张拉按照自上至下的次序张拉腹板束，再从中间向两端逐次张拉顶底板束。

考虑到该桥梁预应力张拉所用钢绞线长度并不长，故仅进行一端张拉，并采取伸长量和张拉力双指标控制，以张拉力为主控指标，以钢绞线伸长量为校核标准。将实际伸长量控制在设计伸长量的±6%范围内，如超出，则应及时查明问题所在，问题解决后再恢复张拉过程。张拉过程中如遇锚具滑丝、钢绞线束和孔道内壁摩阻力过大、钢绞线断丝等问题，必须及时更换滑丝、锚具及预应力筋，并使用润滑剂降低摩阻力。

3.4 孔道压浆及封端

在压浆开始前再次检查预应力孔道内是否清洁、畅通，并在预应力张拉结束后24h内进行压浆施工。本桥梁工程采用一端压浆、另一端出浆的压浆工艺，待出浆阀流出浓浆后关闭出浆阀，进浆阀升压至0.6～0.7MPa并持压2min且未出现漏浆现象后关闭。将预应力管道开始压浆的时间控制在水泥浆制备结束后的30min 以内，这一过程中必须不停搅拌水泥浆，避免影响浆液性能。如果压浆过程顺利，应适当增加浆液浓度，并待浆液达到终凝状态后拔除压浆阀，各预应力孔道的压浆施工必须连续进行，如遇不可抗力等特殊原因造成压浆过程中断，在恢复压浆后必须用清水冲洗预应力孔道内水泥浆液，再重新压浆。预应力孔道内压入的浆液必须密实饱满，待压浆过程结束，通过砂轮机将多余的钢绞线切除，将其外露长度控制在30mm左右。

将张拉端清理干净后凿毛梁端混凝土、凿除表面浮浆，使粗骨料结合面外露，通过C50膨胀混凝土将张拉端捣实封堵，避免发生麻面、蜂窝等情况，结束张拉端封堵后应按设计要求进行混凝土养生。

4 结语

由本文分析可知，预应力筋是现浇连续钢构箱梁的主要受力构件，为确保箱梁预制施工质量，除应严格按照设计要求选择预应力材料外，还应加强预应力张拉施工过程控制。预应力筋一般采取张拉应力和伸长值双指标控制，实际工程，需先结合工程实际计算出张拉应力下预应力筋理论伸长量，再比较其与实际伸长量值后进行施工过程指导和控制。本互通主线桥现浇连续钢构箱梁后张法预应力筋布设形式与根数不同，其预应力筋张拉计算存在较大难度，通过本文的分析，可有效简化预应力筋张拉施工计算过程，值得推广应用。