關于后張法預應力箱梁施工技術的探析

董勇

摘 要：本文基于筆者專業知識的應用與實踐經驗的總結，以實際工程案例為依托，就橋梁工程后張法預應力箱梁施工技術進行簡要分析，旨在規范施工工藝，提升施工質量，具有一定的參考性，以期在本行業間形成技術交流。

關鍵詞：箱梁施工；預應力施工；后張法

1 預應力箱梁的結構特點

1.1 抗裂性好、剛度大

施加預應力后，可對梁體裂縫的出現實現有效抑制。由于預應力可對部分外載的作用力起到抵消作用，因此對梁體裂縫的出現可實現推遲甚至消除，進而使梁體的剛度與抗裂性因結構整體性的良好保障而得到提升。

1.2 穩定性、耐久性好

梁體在施加預應力后，可對構件在使用過程中因外載作用而產生的撓度實現有效降低，特別是在梁體長細比較大，易因外載作用產生彎曲的情況下，預應力的存在可使構件事先形成一定的預拱，進而使其在使用過程中減小荷載作用產生的撓度，以此防止梁體因變形過大發生失穩而造成破壞現象。

1.3 省材料、自重輕

一般情況下，預應力箱梁采用高強度混凝土與鋼材，以此可因構件截面尺寸的減小與材料的節省而減輕自重。實踐證明，與普通鋼筋混凝土構件相比，預應力混凝土構件可節省鋼材30～50%，自重減小約30%，特別是對大跨度重荷載結構而言，其經濟性表現更為明顯。

2 后張法預應力箱梁施工技術

2.1 工程簡介

某在建橋梁位于河南省某市，圖紙設計為6跨連續結構，單跨徑30m，橋梁總長與總寬分別為187.4m與42.0m，梁體設計混凝土為C50，采用30m預應力箱梁，梁高1.6m，預應力施加采用后張法對稱施工。本工程采用ΦS15.2低松弛鋼絞線（fptk=1860N/mm2）作為預應力張拉鋼筋，其他普通鋼筋等級主要為HRB400E，預應力管道成孔采用塑料波紋管方式。

2.2 工藝流程

底模清理、涂油→普通鋼筋安裝→塑料波紋管預埋→鋼絞線穿束→模板安裝→混凝土澆筑、養護→預應力張拉→孔道壓漿→移梁存放→封錨。

2.3 施工要點

2.3.1 波紋管預埋

本工程所用塑料波紋管經豎向承壓與水密性試驗后無變形與滲漏現象，各項指標均滿足規范要求，其安裝過程以以下6點為重點控制：①技術人員應事先根據設計圖紙準確確定出管道平面、豎向位置及曲線變化點，并經檢查無誤后方可安裝波紋管；②波紋管采用φ10“井”字型圓鋼定位準確并固定牢固，定位筋間距直線段以100cm控制，曲線段以50cm控制；③對于波紋管的連接，其接頭應采用同材質大一型號的短波紋管（具體長度為3.5D），并用膠帶纏裹密封管道接口，以防澆筑混凝土過程中因管道漏漿而出現堵管現象；④波紋管安裝應嚴格杜絕管道彎折與移位現象，按設計圖紙準確定位并確保管道順暢；⑤普通鋼筋焊接過程中，應注意避免觸碰波紋管，以防造成管道損傷，并在普通鋼筋安裝完成后仔細檢查管道，如有管壁破損現象，應立即采用膠帶纏裹密封，以防進漿堵管；⑥安裝過程中如遇波紋管與普通鋼筋發生位置沖突現象，應在確保管道位置準確的情況下對普通鋼筋位置進行適當調整。

2.3.2 鋼絞線穿束

鋼絞線穿束前，其下料長度L應按下式控制，同時以設計圖紙為依據對其進行編號，完成后方可進行穿束作業。

L=1+2（[l1]+[l2]+[+l3]+[l4]+[l5]）

式中：[l]為孔道凈長；[l1]為錨具高度；[l2]為張拉限位板高度；[l3為張拉千斤頂高度；l4]為工具錨板高度；[l5]為長度富余量，一般取值10cm。

為防止鋼絞線穿束過程中發生扭曲，應每隔1.5m采用鐵絲對其進行綁扎，并在穿束時采用透明膠帶對其穿束端頂部進行纏繞覆蓋，以防來回反復拉扯過程中對波紋管造成損害，進而影響其通暢性，同時還可達到操作過程中降低阻力的目的，使穿束作業更加順暢。波紋管應保持內部清潔干凈，以此加強其與水泥漿液的粘合性，同時降低孔道壁對鋼絞線的摩擦力，使預應力發揮作用最大化。除此之外，鋼絞線搬運與存放過程中需注意避免對其造成污染、損壞以及銹蝕現象。

2.3.3 混凝土澆筑

本工程采用自拌自密實混凝土，選用中砂與粒徑為0.5cm～3cm的碎石作為集料，同時摻入10%U型膨脹劑與適量泵送劑，具體施工配合比由攪拌站實驗室通過多次試配確定，且混合料攪拌時間不宜小于2min，以此確?；炷翉姸葷M足設計要求。每立方混凝土（配合比）中各材料用量為：水泥340kg；水185kg；砂830kg；石870Kg；AE減水劑14.1kg；粉煤灰160kg；UEA膨脹劑34kg。

混凝土澆筑采用泵送方式，其過程應連續無間斷，每層下料厚度不大于50cm，并按底板→腹板→頂板控制澆筑順序。澆筑過程派專人值守，做到振搗密實無空鼓現象，同時保護好張拉盒、管道與排氣孔等預埋件，特別注意避免振搗幫直接碰觸波紋管，以免其發生變形、移位甚至破損，同時為防止出現蜂窩麻面現象，對于鋼筋密集部位應采用小直徑振搗幫進行振搗。在梁體混凝土終凝前，應每隔0.5h對已澆筑部位利用手動葫蘆對鋼絞線來回抽動一次，以防漏漿凝固影響張拉。

2.3.4 預應力張拉

依據設計要求，預應力張拉需待混凝土強度達到85%且齡期不小于7d時方可實施。

（1）采用兩臺YCW型150T千斤頂及ZB4—500型高壓油泵實施預應力張拉，張拉設備在經標定后方可使用，同時結合標定報告將張拉力所對應的油表讀數利用內插法計算而出，以此作為張拉過程的控制指標之一；

（2）張拉控制應力取值σcon=1395N/mm2（即75%σcon）；

（3）張拉方程：0→0.1σcon→1.0σcon（持荷2min）→錨固；

注：基于后期預應力損失的考慮，通常會進行不超過1.03δcon的超張拉。

（4）張拉次序：按設計次序兩邊同時對稱張拉。當設計未指定張拉次序時，可按均勻對稱、偏心荷載小的原則確定，具體可按下列方式實施：①為了避免混凝土產生應力過大，應對靠近截面形心軸的鋼束先張拉，同時以作業效率為依據而定；②由上至下對錨固在梁端的鋼束進行張拉，并從梁端順次張拉錨固在頂板的鋼束；③當梁端為雙排預應力鋼束時，在一側張拉完成后應立即張拉另一側，以防梁體產生較大的偏心荷載；④當梁端為三排預應力鋼束時，最好完全張拉中間一排的鋼束后再左右交替張拉；⑤箱型截面也可同理確定張拉次序，但應注意橫向偏心荷載不能過大，因此張拉次序需根據千斤頂數量確定。

張拉完成后檢查梁體有無裂縫發生（尤其以梁端為重點控制），同時在錨固完成后控制預應力筋外露長度宜于15mm～30mm內。如若錨具長期處于外露狀態，為防止其發生腐蝕，應采用防銹漆涂刷或混凝土封裹。

2.3.5 孔道壓漿

為防止鋼絞線因銹蝕影響其耐久性，孔道壓漿應在張拉完成后48h內進行。壓漿液要求具有較小的泌水性、干縮性和較好的流動性，根據設計要求，本工程灰漿強度等級為M20，水泥采用42.5（R）普通硅酸鹽水泥，摻加0.3%減水劑，同時控制灰漿水膠比于0.40～0.45，并且攪拌3h后不宜超過2%的泌水率（最大不得超過3%）。壓漿過程應均勻、緩慢、連續，采用活塞式壓漿泵實施壓漿，為保證壓漿飽滿，應控制最大巖漿壓力宜于0.5～0.7MP對較長孔道，最大壓力宜控制位1.0MP。每一工作班壓漿過程應制取不少于3組的立方體（規格70.7×70.7×70.7mm）試塊，并于標養條件下養護28d后對其抗壓強度進行檢測，以此作為水泥漿液質量的評定依據

3 后張法預應力張拉質量控制措施

3.1 預應力損失控制

基于施工因素、材料性能以及環境條件影響的分析，預應力鋼絞線中的初始預應力在制作、運輸、安裝以及使用過程中處于不斷降低狀態。實際損失值大于或小于計算值，對結構的承載能力影響較小，但會影響到使用荷載下的性能（如變形、反拱、開裂荷載）和構件之間的連接。對于預應力損失的控制，在使用荷載下過高或過低估計均是不利的。

（1）減少摩擦損失的措施：①兩端同時張拉；②適當超張拉。

（2）減少錨具損失的措施：采用合格錨具的同時盡量減少所用墊板的數量。因為在錨具處每增加一塊墊板，錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值就得增加約1mm。

（3）減少溫度損失的措施：采用兩次升溫蒸養?；炷脸仞B護至C7.5～C10強度等級時將養護溫度逐漸升高，此時可將梁體內混凝土與鋼筋認為已結硬成整體并可同時漲縮，該項損失則可不予以考慮。對于在鋼模上采用先張法施加預應力的箱梁而言，由于其養護過程采用蒸汽法將梁體混凝土與鋼模一起養護，因此可不予以考慮預應力溫差損失。

（4）減少松弛損失的措施：以施工規范為依據適當超張拉。

（5）減少收縮和徐變損失的主要措施：①通過高等級水泥的運用降低水泥用量，減小混凝土水膠比，降低其徐變量與收縮量；②混凝土振搗密實，加強養護。需要注意的是，應嚴格控制混凝土預壓應力不大于預應力施加時混凝土立方強度的50%。

3.2 張拉伸長值計算與校核

一般情況下，預應力箱梁在張拉預應力筋過程中采用張拉應力為主、伸長值校核為輔的雙控原則。

（1）預應力筋張拉伸長值計算 。如下式所示，預應力筋張拉過程中理論伸長值ΔL計算依據為：

[ΔL=Pp·LAp·Ep]

式中：L為預應力筋長度，mm；Ap為預應力筋截面面積，mm2；Ep為預應力筋彈性模量，N/mm2；PP為預應力筋平均張拉力（N），其中直線筋取張拉斷張拉力，曲線筋按式Pp=P（1-e-kx-μθ）/（kx+μθ）計算，P為預應力筋張拉端的張拉力，N；X為從張拉端至計算截面的孔道長度，m；θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）；K為孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數；μ為預應力筋與孔道壁的摩擦系數。

（2）為充分了解所建預應力值的可靠性，便于張拉過程中及時調整并補足預應力值，則需檢驗和測定所張拉預應力筋的應力大小及其損失。對于預應力損失的檢驗與測定，最為簡便的方法是在張拉完成24h后（適用于后張法）重復張拉一此，此時所測前后兩次的應力值之差即為預應力損失。

根據《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB50204—2002）規定：當采用應力控制方法張拉時，如果實際伸長值超出設計計算理論伸長值的±6%，則應暫停張拉，在采取措施后方可繼續張拉。伸長值校核應在張拉過程中同步校核，構件張拉完畢后，應檢查端部和其他部位有無裂縫發生。

為保證施工安全與施工質量，本工程張拉中采用雙指標控制，即張拉時除控制張拉力外，同時按分級方法分別在應力達到10%σcon、30%σcon、50%σcon、90%σcon、100%σcon分別測量其伸長值（即為張拉質量雙指標控制）并作好現場記錄，及時核對實際伸長值，當誤差超過±6%的范圍應停止張拉，找出原因并采取措施后方可繼續張拉，并繪制好張拉控制管理圖。

4 結語

基于以上論述，后張法預應力箱梁施工技術的研究為一項精細而復雜的任務，該技術施工質量的保證屬于全過程動態控制，只有做好每道工序的控制，方能實現預應力梁體整體質量的提升。

參考文獻：

[1] JTGTF 50-2011.公路橋涵施工技術規范[S].

[2] 孫金更.預應力混凝土后張梁張拉施工質量問題及控制措施[J].鐵道建筑，2015（6）.