浅析桥梁预应力施工技术
2017-01-03
现代预应力技术广泛应用于公路、铁路和房屋建筑工程，尤其是大型和特大型建筑物建设。尽管现阶段预应力施工的技术相对成熟，但是预应力施工仍然是建设工程施工过程控制的重点，在施工过程中还会出现很多问题；特别是在大跨度桥梁施工中，预应力张拉和压降无疑是桥梁工程质量控制的关键，预应力施加的效果直接决定桥梁的结构安全和使用寿命。本文从预应力施工的管道安装、预应力筋的伸长量、油压表的线性方程、预应力张拉和孔道压浆等各阶段进行了简单叙述，最后对预应力施工的控制要点进行总结。
1 项目概况
芜湖市弋江桥主桥为三跨预应力混凝土连续刚构箱梁，横断面布置为双箱双室，主桥采用三向预应力体系，分别为纵向、横向和竖向预应力。纵向应力分为顶板预应力束、底板预应力束和腹板预应力束，型号分为9φs15.2、7φs15.2和12φs15.2三种，预应力筋采用符合GB/T 5224-2003中的高强低松弛预应力钢绞线φs15.2，fpk=1860MPa；横向预应力钢束采用BM15-3扁锚体系，采用双端对称张拉方式，张拉控制应力为0.72fpk=1339MPa；竖向预应力采用JL25精轧螺纹钢筋，fpk=785MPa，Ep=2×105MPa，设计控制张拉应力为0.85fpk，张拉力为327.6kN。
2 主要工作内容
2.1 预应力管道的安装
2.1.1 预应力波纹管道下料严格按设计图纸计算长度，宜用砂轮机切割。
2.1.2 按照图纸设计的孔道位置在模板及钢筋上测量放样，并做好标记，严格按照测放位置安装预应力管道。
2.1.3 波纹管定位钢筋的焊接，定位筋采用U型或者井字形钢筋支架；固定管道的定位筋间距：钢管管道不超过1m，波纹管管道不应大于0.8m，胶管管道不应大于0.5m，曲线管道和扁平管道进行加密。
2.1.4 金属管道接口处的连接应采用大一直径级别的同类管道，其接头长度为被连接管道内径的5～7倍，接头使用胶带缠裹严密，保证不漏浆；塑料波纹管采用专业焊接机进行焊接或采用具有密封性能的塑料连接器连接。
2.1.5 预应力管道在接头处不得产生角度变化，混凝土浇筑时管道不得转动和移位。
2.1.6 管道敞口处，用密封胶带或棉织物封堵，防止水和其他杂物进入。
2.1.7 波纹管与喇叭口相接处，波纹管插入喇叭口内的长度略小于喇叭口的直线段长度，以影响钢绞线扩展而增大摩阻。
2.1.8 所有管道设置压浆孔，需要时在最高点设排气孔，在最低点设排水孔，压浆孔、排气孔和排水管均用塑性管，最小内径为20mm。
2.1.9 预留孔与波纹管的连接用与波纹管配套的卡子或胶带缠裹，保证连接处密闭，排气孔伸出混凝土顶面20cm为宜。
2.1.10 管道位置必须进行复核，要求坐标偏差在梁长方向控制在30mm以内，梁高方向控制在10mm以内；同排和上下排管道间距偏差均控制在10mm以内。
2.1.11 管道安装完毕后，要做到管道整体线性平顺且与锚垫板垂直，锚垫板垂直于孔道中心线。
2.2 预应力施工准备
2.2.1 张拉设备要配套标定，标定部门必须是建设主管部门授权的法定计量技术机构，长期不使用或配套标定时间不超过6个月或者使用次数不超过200次，否则要进行重新标定。
2.2.2 现场施工平台的搭建，为预应力穿束作业和张拉作业提供足够的工作面。
2.2.3 预应力筋的安装，包括锚具和夹片的安装全部完成，安装过程中对预应力筋进行编号标识；安装后对预应力筋的规格、型号和数量进行复核。
2.2.4 依次安装限位板、千斤顶、工具锚和工具夹片，保证限位板与锚具和千斤顶密贴，且夹片无
漏缺。
2.2.5 油表和油泵的安装，油表和油顶必须配套使用，一一对应。
2.2.6 解除部分约束，拆除内模、外侧模和拉杆，以利于张拉后梁体变形。
2.2.7 预留孔道进行检查，保证孔道内无杂物。
2.2.8 通过现场留置的同条件养护试块进行抗压实验和混凝土强度回弹实验，满足规范及设计要求即可进行张拉。
2.3 理论伸长量计算
2.3.1 理论伸长量计算公式：
ΔL=（PpL）/（ApEp）
式中：
Pp――预应力筋的平均张拉力（N）
L――预应力筋的长度（mm）
Ap――预应力筋的截面面积（mm2）
Ep――预应力筋的弹性模量（N/mm2）
Pp=P×（1-e-（kx-uθ））/（kx+uθ）
式中：
P――预应力筋张拉端的拉力（N）
X――从张拉端到计算截面的长度（m）
θ――从张拉端到计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）
K――孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数
u――预应力筋与孔道壁的摩擦系数 注：当应力筋为直线时，Pp=P
2.3.2 曲线应力筋的理论伸长值近似计算公式：
ΔLT=（1+exp[-（k*LT+uθ）]）*Fj/2（ApEp*LT）
式中：
Fj――预应力筋的张拉力（N）
Ap――预应力筋的截面面积（mm2）
Ep――预应力筋的弹性模量（N/mm2）
LT――张拉端至控制端的孔道长度（mm）
θ――从张拉端到计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）
K――孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数
u――预应力筋与孔道壁的摩擦系数
2.4 油表读数的计算
根据千斤顶校验的线性方程计算各个油顶对应的油表读数，各类型和型号的预应力束的张拉控制力不一样，要逐一计算各个油顶相对应的油表读数；报告校验方程为：P=a・N+b；P为油压表读数（MPa），N为压力机读数（kN），即为设计张拉力；a、b均为报告给定
系数。
2.5 预应力筋的张拉
2.5.1 张拉总体原则：（1）曲线预应力筋和长度大于25m的直线筋采用两端张拉，长度小于或者等于25m的直线预应力筋可以采用单端张拉；（2）张拉顺序按先张拉纵向预应力，再张拉竖向预应力，最后张拉横向预应力，同截面有多数预应力筋时，宜先中间，后左右，再上下对称地、分阶段的进行张拉；（3）张拉施工时，严格按照计算油表读数值进行张拉，过程记录实际伸长量，通伸长量对张拉工作进行复核，伸长量偏差不得超过±6%；（4）断丝、滑丝控制要求，钢丝束：每束钢丝断丝、滑丝束不得超过一根，每个断面断丝和不超过断面钢丝总数的1%；钢绞线束：每束钢绞线束断丝、滑丝不超过一丝，每个断面断丝和不超过断面钢丝总数的1%；预应力筋：不得有断筋、滑移现象。
2.5.2 后张法张拉程序。
预应力钢筋、钢束：0→初应力→σk，持荷2min→锚固。
2.6 预应力孔道的压浆
2.6.1 张拉锚固完成后，切除所有多余预应力筋，保证预应力筋外漏长度在30mm以上。
2.6.2 采用与梁体同强度的混凝土进行封锚，保证锚头密实不漏浆。
2.6.3 压浆前对孔道进行清洁处理，金属管道和波纹管道应冲洗清除有害材料。
2.6.4 管道冲洗后使用压缩空气吹出管内积水，使管道处于略湿润状态即可。
2.6.5 对压浆使用的浆体材料进行凝结时间、流动度、24h自由泌水、24h自由膨胀率、抗压强度、抗折强度等项目检测，试验合格后方可使用。
2.6.6 浆体拌制至压入孔道的延续时间在30～45min范围内，浆体在使用前和压注过程中连续
搅拌。
2.6.7 对于管道最高点未设排气孔的孔道，压浆采用真空辅助压浆工艺进行。
2.6.8 压浆使用活塞式压浆泵，压浆最大压力为0.5～0.7MPa，孔道较长时最大压力宜为1.0MPa。
2.6.9 压浆必须达到一端排气孔饱满出浆，且稠度达到规定水泥浆值为止。
2.6.10 每一工班现场留取3组70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件，同条件养护28天，检查其抗压强度，作为评定水泥浆质量的依据。
3 控制要点总结
3.1 应力张拉控制要点
3.1.1 在预应力施加之前，要检查梁体构件，外观和尺寸应符合质量标准要求。
3.1.2 预应力筋不能触碰电焊，不得锈蚀，凡有触碰电焊和锈蚀的予以剔除，重新更换。
3.1.3 张拉时，构件的混凝土强度不低于设计图纸要求，设计未规定时，不低于设计强度的75%。
3.1.4 张拉时，两端对称张拉，同步进行。
3.1.5 千斤顶宜在60%～90%荷载范围内工作，且不超出规定的行程，转移油泵时必须将油压表拆卸，油表另行转送。
3.1.6 张拉设备必须配套使用，张拉前仔细检查油表，保证表顶一致。
3.1.7 预应力筋锚固后的外漏长度不小于30mm，锚具应用封端混凝土保护，长期外漏时，要采取防锈保护措施。
3.1.8 锚固完毕经检验合格后方可切割多余预应力筋，切割宜用砂轮机，严禁使用电弧焊。
3.1.9 预应力筋张拉锚固后，确保锚具和预应力筋正常工作的情况下，可拆卸挂篮的底模。
3.2 管道压浆控制要点
3.2.1 压降材料采用专业的压浆剂和压降材料，其性能指标满足规范要求。
3.2.2 封锚混凝土密实并与锚具结合良好，保证不漏浆。
3.2.3 压浆时，对曲线孔道和竖向孔道应从最低点的压浆孔压入，由最高点的排气孔排气和泌水，压浆顺序宜先压注下层孔道。
3.2.4 压浆应缓慢、均匀地进行，不得中断，并应将所有最高点的排气孔依次放开和并闭，使孔道内排气通畅；较集中和邻近的孔道，宜尽量先连续压浆完成，不能连续压浆时，后压浆的孔道应在压浆前用压力水冲洗通畅。
3.2.5 孔道灌浆剂在使用前和压注过程中应连续搅拌，对于因延迟使用所致的流动度降低的灌浆剂，不得通过加水来增加其流动度。
3.2.6 管道压降要采用二次压浆法，两次压浆的时间间隔为30～45min，对掺加外加剂泌水率较低水泥浆，试验证明能达到孔道饱满时，可用一次压浆的
方法。
3.2.7 为保证管道浆液的饱满度，在关闭出浆口后还应保持不小于0.5MPa的一个稳压期，该稳压期不宜少于3min。
3.2.8 压浆过程及压浆后48h内，结构混凝土的温度不得低于5℃，否则应采取保温措施；当气温高于35℃时，压浆宜在夜间进行。
3.2.9 对需封锚的锚具，压浆后应先将其周围冲洗干净并对梁端混凝土凿毛，然后设置钢筋网浇筑封锚混凝土，封锚混凝土的强度必须符合要求。
4 结语
预应力是大型桥梁结构的精髓所在，预应力施工技术便是桥梁工程施工的核心技术，只有严格的施工工艺、精确的数据计算和正确的施工方法才可保证预应力较高的施工质量。鉴于预应力施工技术的广泛应用，希望文中经验可供工程领域从事相应工程的管理和施工人员引用和借鉴。
参考文献
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[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
作者简介：刘军伟（1988-），男，云南曲靖人，中铁大桥局集团第二工程有限公司助理工程师，研究方向：桥梁
工程。
