市政桥梁工程中预应力张拉施工技术研究

李彦荣

（中铁十七局集团第二工程有限公司， 陕西 西安 710000）

随着城市建设进程的推进， 配套市政桥梁的规模随之扩大， 同时各界对市政桥梁的建设质量提出更高的要求。 预应力施工技术对提升桥梁结构的承载性能有突出的作用， 为充分发挥出技术应用优势，需梳理施工原则和要点， 制定适宜的施工方案， 加强施工质量控制， 确保预应力施工的有效性。

1 工程概况

万宝路新建工程位于永修县湖东新区， 起讫桩号 K0 ＋000 ～K1 ＋640， 设计全长 1640m， 起点交于永昌大道， 终点与学堂三路相交。 设计速度50km/h， 道路红线宽度 36m， 主桥宽 34.5m， 引桥宽32.5m， 本桥梁体采用三向预应力体系， 分多次张拉， 预应力张拉控制难度大， 斜拉索张拉采用单根等值张拉法。

2 预应力张拉施工的原则

2.1 确保桥梁的安全性

桥梁预应力施工期间潜在安全隐患， 必须以保障安全为前提进行各环节的施工。 例如， 预应力施工前清理现场不利于施工的杂物； 做好安全交底和技术交底， 强化员工的安全意识。 千斤顶是预应力施工期间的重要设施， 作业人员严格控制张拉应力和升降速度， 以规范的方式保障施工安全。 此外，制定安全制度也是相应安全性原则的重要途径， 以安全制度为引导， 规范各项活动[1]。

2.2 选用合理的预应力钢束和锚具

根据设计图纸选择合适型号的钢绞线， 进场时安排质量检验， 表观形态、 数量各方面均要达到要求。 钢绞线需带有合格证， 否则不具备使用的条件。预应力钢束施工所需的锚具类型丰富， 需严格依据规范和设计要求进行选择， 挑选锚具后安排检验，确保无误。

2.3 及时养护管理

预应力桥梁施工后进入养护阶段， 以科学的控制措施使混凝土在温度、 湿度均适宜的条件下有效成型。 局部钢筋锈蚀时， 尽快处理， 对钢筋采取防护措施。 养护管理期间由专员定期检查桥梁的状况，清理桥面的杂物， 最大限度减小外部因素对桥梁成型质量的影响。

3 斜拉索预应力张拉施工技术

3.1 单根张拉

单根张拉原理是等值张拉， 通过等值张拉实现挂索索力的均匀性控制。 等张法原理见图1。

图1 等张法原理图

1） 安装单根张拉支座。 底板、 顶板、 立柱共同组成单根张拉支座， 先将底板固定在锚具上， 再将立柱和顶板安装到位。 单根张拉支座安装时， 要求顶板和锚具各自的孔位保持一致。

2） 传感器安装。 本桥所采用的的传感器主要有两种， 分别是张拉时测整索索力的索力计和斜拉索单根等值张拉时测单根拉索索力变化值的单根压力传感器。 索力计在拉索体系中选取不同长度的3 根拉索安装索力计， 用于监测索力。 在进行单根穿索时将索力计安装在锚具和锚垫板之间， 索力计安装如图2 所示。 挂索张拉期间分别测量各孔位的索力，根据索力计读取的读数校正频谱法测得索力， 进而测得其他束索力值。

图2 索力计安装位置图

单根压力传感器安装在第三根 （第3 个孔）， 提高传感器的测量精度。 安装顺序为 “支座-传感体-工具锚-工具夹片”， 用导线将安装到位的传感体连接至显示仪。 安装后， 对传感器归零。 如图3 所示。

图3 单根压力传感器安装位置图

3） 临时夹片锚固后， 安装张拉所需设施 （工具夹片、 YDCS160 -150 千斤顶、 单孔工具锚）， 于钢绞线上设测量基点。

4） 根据设计张拉力安排张拉作业， 分阶段有序进行。 张拉至5MPa时， 测量钢绞线的初始伸长量，复核显示仪读数。 后续每根索张拉力达到5MPa时均随即测量初始伸长量， 根据传感器的变化值确定该根索控制力， 以便精准张拉。 经过预应力张拉后，测量最终的钢绞线伸长量， 做好记录。 配套工作夹片， 卸压至3MPa时测量回缩值， 采取锚固措施。

5） 预应力张拉期间安排补张拉， 操作时间以最后一根张拉完成后为宜。 将布设在第1 根钢绞线上的传感器拆除， 适时补张拉锚固。

6） 若张拉期间某行程不达标， 做反复张拉处理， 直至达到动态控制应力值为止[2]。

3.2 技术要求

1） 预应力张拉时， 遵循两侧均衡、 分级的加载原则， 除了对张拉应力的控制外， 钢绞线的伸长量偏差也需在许可范围内； 2） 两夹片间的高差控制分两种情况考虑， 同一付夹片内的高差在1mm以内，不同付在0.5mm以内， 超出许可范围时随即采取控制措施。 尽可能减小夹片间的高差， 提高平整度；3） 张拉时， 单根索间、 不同索间的索力差分别在控制索力的1%以内、 2%以内； 4） 张拉时， 油压差值在0.5MPa较为合适； 5） 张拉采取 “双控” 的质量控制方法， 在保证张拉力达标的同时， 钢绞线实际张拉力与理论值的误差需在±6%以内。

3.3 单根张拉的作业细节

1） 张拉两端的工作人员保持联系， 确认各方均具备张拉的条件后， 方可听从指挥， 正式张拉， 且先张拉预紧不带抗滑键一侧， 保证抗滑键与分丝管锚垫板紧密接触再同时张拉， 确保抗滑键有效抗滑；2） 各挂索点的挂索速度需得到控制， 两束索的总索力差不超过30T； 3） 张拉时， 作业人员适时敲紧夹片， 以防松脱； 4） 钢绞线的张拉应力完全达到设计值时， 安装工作夹片并紧固， 并及时记录传感器的显示值， 根据实测数据合理开展下一根钢绞线的张拉作业； 5） 夹片的外露量保持一致， 夹片安装后的平整性、 高度均要达标； 6） 张拉期间缓慢进油， 油压达到设计值后维持1min。

3.4 单根张拉力

为保证单根张拉的有效性， 对每根钢绞线采取针对性的张拉作业方式: 1） 第1、 2 根: 套管对单根张拉力可能产生显著的非线性影响， 导致张拉效果无法达到预期。 为此， 第1、 2 根钢绞线用于承受外套管的自重， 根据管的垂度对张拉力做针对性的控制； 2） 第3 根: 由主梁及索塔的变形量进行修正， 目的在于确保单根索力的累计值尽可能接近设计值， 以防后续对索力做大幅度调整； 3） 第i根:Ti=Ti-1-Δi，Δi—第i根安装时传感器变化值； 4）第一、 二根补拉时按Ti=Ti-1-Δi确定。

按照前述提及的方法张拉时， 张拉活动的可控性较好， 钢绞线索力均匀性稳定在2%以内。

3.5 单根钢绞线张拉及锚固

单根张拉工艺要点: 1） 安装上YLSDl60 -150千斤顶； 2） 单根钢绞线的张拉力达到设计值的15%时测量钢绞线伸长量， 作为初始值。 若经过一个行程后张拉效果未符合预期， 在连续张拉部件内临时锚固； 3） 测定最后一级张拉力， 对比分析前期传感器的变化值， 两者保持一致时测定伸长量 （终止值）， 配套工作夹片， 卸压至3MPa后测回缩值并锚固； 4） 传感器在挂索完成后方可拆除， 必要时安排补张拉； 5） 经过一根钢绞线的张拉后， 检测工作夹片的平整度并予以控制； 6） 张拉锚固时， 轻敲夹片以便及时跟进[3]。

3.6 低应力锚固技术措施

若单根挂索索力偏低， 需考虑此时低应力状态下的锚固措施， 具体方法如下: 1） 加强源头质量控制， 检验拉索锚具产品的质量， 以防由于张拉设施存在异常而导致张拉效果变差； 3） 夹片的安装必须具有规范性， 夹片的位置、 稳定性均要达到要求；4） 对于低应力锚固的作业场景， 现场工作人员需与设计、 监理及监控单位取得联系， 视实际情况对拉索初始控制应力进行调整， 例如适当增加该值， 通常在0.15δb 以上较为合理； 5） 单根张拉期间采取临时锚固措施时， 必须完全在连续张拉装置内进行，同时必须确保全过程中工作夹片无频繁的高应力锚固现象； 6） 为维持工作夹片的稳定性， 配套夹片防松装置， 旋紧各空心螺栓。

3.7 张拉质量控制措施

预应力张拉细节多， 采取质量控制措施是保证张拉效果的关键所在: 1） 张拉千斤顶、 传感器、 二次仪表等均是桥梁工程预应力施工中的重要设施，各自的精度、 运行稳定性均会对张拉质量带来影响。因此， 一方面需合理选购， 保证设施型号的合理性；另一方面加强进场时的校验和使用期间的定期检查，确认无误后方可投入使用； 2） 油表和二次仪表的读数由专员采集并记录， 保证读数的准确性； 3） 钢绞线多行程张拉， 伸长量的确定不可采用反复测量千斤顶活塞进行累计的方法， 原因在于该方法易产生测量和回缩累计误差。 事实上， 该值宜以测量钢绞线实际拔出量为准； 4） 仅在最后锚固时才可将工作夹片打紧， 此外严格控制两夹片间的环缝分布， 要求具有均匀性和一致性； 5） 张拉力和伸长量是影响张拉效果的关键指标， 为有效控制， 需采取同步双控核准的方法， 某项或多项指标存在异常时， 及时探明原因， 制定应对策略并落实到位， 待张拉力和伸长量均达标后方可按照施工计划组织下一道工序的施工； 6） 传感器和二次仪表的测量数据需具有全面性和准确性， 为此应由专员规范操作。 例如， 使用前对二次仪表做归零处理， 以免由于仪表自身误差的存在而导致数据有失真实性。

4 箱梁预应力施工中出现的问题及处理措施

4.1 穿束困难

孔道成型后， 进行穿束， 如果孔道偏离了设计位置， 会造成孔道不圆顺， 甚至出现弯折； 波纹管受外力作用发生挤压， 孔径改变； 穿束时孔道遭到混凝土块或其它工程材料的堵塞， 穿束受阻； 穿束方法缺乏可行性， 穿束时防护不当， 波纹管的内壁被戳伤， 诸如此类现象均是穿束困难的重要表现。

为顺利穿束， 提出如下应对措施: 穿束前， 用橄榄球在孔道内做多次拉动， 清理孔道的杂物； 穿束期间， 若人为穿束的作业效果差， 可采取机械牵引穿束的方法， 但不可导致孔道大幅度变形； 孔道堵塞且孔道的直径较小时， 先确定堵塞的部位， 适度开凿小孔， 采取处理措施， 穿束完成后安排修补。

4.2 预应力筋实测伸长量超出许可范围

根据要求， 预应力筋的实际伸长量与理论值的偏差不大于±6%时方可满足要求， 但实际张拉期间可能由于预埋管道局部凸起而导致预应力筋与管壁发生剧烈的摩擦， 出现预应力筋伸长量超出许可范围的情况。

为实现对预应力筋伸长量的有效控制， 采取如下应对措施: 严格按照坐标位置进行预应力筋管道的预埋作业， 保证预埋位置准确且管道稳定可靠，定位间距不超过40cm， 必要时适度加密定位间距；根据施工方法加强质量控制， 按照先向管道穿入预应力筋、 再浇筑混凝土的思路进行施工时， 混凝土浇捣期间加强对管道的防护， 避免由于施工扰动而导致管道受损； 每隔10 ～20min 适度推拉活动预应力筋， 直至混凝土初凝为止。

5 预应力张拉施工注意事项

5.1 预应力施工

1） 张拉作业对混凝土构件的强度提出特定的要求， 以不低于施工要求的75%为宜； 2） 钢绞线两端附着的杂物需得到有效的清理； 3） 张拉前， 详细检查锚具、 夹片及各类张拉配套设施， 任何形态、硬度等方面不达标的材料均不可投入使用； 4） 夹片的安装应与锚环口相吻合， 夹片安装后需做到位置合理、 稳定可靠； 5） 严格按照施工规定进行张拉，逐步完成预应力钢绞线的张拉作业， 对于工程项目无明确要求的， 采取分段对称张拉的作业方法； 6）张拉期间精准控制钢绞线的张拉应力， 必须稳定在合理的范围内， 若钢绞线的伸长量也满足要求， 采取锚固措施， 裸露至外部的钢绞线需在3cm以上。

5.2 孔道灌浆

1） 为现场配备水泥稠度仪， 用于检测孔道灌浆所用浆液的性能； 2） 水泥浆液拌和时的水需达到饮用水标准， 有机物含量应达标， 且不可掺杂有损浆液性能的杂物； 3） 禁止随意增加外加剂， 各类材料的质量和用量均要达到设计要求， 投入使用的材料不可侵蚀钢绞线； 4） 预应力管道选用塑料波纹管，使用前检查是否存在锈迹、 油污等杂物， 做好清理工作； 5） 浆液拌制完成后随即用于孔道灌浆， 保证灌浆量的合理性。

6 结语

综上所述， 市政桥梁预应力张拉属于工程施工全流程中的重点环节， 预应力张拉效果对桥梁建设质量有显著的影响， 工程人员需妥善应用预应力张拉技术， 将前期准备、 中期张拉及后期养护工作有效落实到位。 同时， 施工单位需秉承安全第一的原则， 根据工程状况制定安全管理制度， 在专员的推动下落实安全管理工作， 从材料质量管控、 机械设备性能优化、 员工操作规范性等多方面着手， 营造安全的施工环境。 对于预应力张拉期间存在的张拉力不合理、 钢绞线伸长量超标等问题， 需分析原因，妥善处理。 在全面的管控下， 保证市政桥梁的预应力张拉效果。