西安北站高架桥箱梁预应力施工控制

田久英 TIAN Jiu-ying

（中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，太原030024）

摘要： 文章从预应力张拉存在的问题出发，通过治理现状，提出预应力张拉现场重点控制环节。

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关键词 ： 箱梁；预应力；施工

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0101-03

作者简介：田久英（1982-），男，河北滦南人，工程师，研究方向为土木工程道桥。

0 引言

随着我国大规模新型高铁车站建设，建造了大量的预应力混凝土高架桥。虽然智能张拉设备以及预制梁厂批量生产已经在高铁线路高架桥施工中得到普及，但在桥型结构日趋多样化的今天，箱梁预应力人工张拉还有之不可替代的重要性。近年来一些大跨度预应力混凝土箱梁不断发生严重病害，诸如预应力不足，结构过早出现裂缝、结构下挠超限、变形过大或裂缝；张拉顺序不当、未同步张拉造成的滑丝断丝、锚垫板拉崩；钢绞线有效预应力不均匀导致预应力筋的早期疲劳，危及桥梁使用寿命。因此，推进箱梁预应力张拉的规范化，要从预应力施工的每一个环节做起。

1 工程概况

西安北站高架桥由QA、QB、QC、QD、QE五种桥型组成，高架桥总长1530.96m；桥QA、QC桥面宽度18.00m；桥QB、QD桥面宽度13.60m；桥QA、QC为对称体系，长均为482.38m，由五联组成，其中第一、三、五联为预应力混凝土连续箱梁（长度分别为92.5m、45.1m、87.5m），第二、四联为连续钢箱梁（长度分别为129.06m、129.12m）；桥QB、QD为对称体系，长均为84.5m，由三联组成，第一、二、三联均为预应力混凝土连续箱梁（长度分别为59.0m、66.5m、59.0m）；桥QE为连接QA、QB、QC、QD匝道的钢筋混凝土异性箱梁结构，长49.3m。

2 材料及其检验和保管

2.1 预应力筋

本工程设计采用?椎s15.24型高强度、低松弛钢绞线（GB/T5224-1995）。单根钢绞线直径为15.24mm，公称面积139mm2，弹性模量Ep＝1.95×105MPa。预应力材料必须满足规范要求并严格检查，在符合有关标准要求后才能采用。每束17?椎s15.2张拉控制力为3296kN，每束15?椎s15.24张拉控制力为2908kN，每束12?椎s15.24张拉控制力为2326kN，每束9?椎s15.24张拉控制力为1700kN，张拉时混凝土立方体抗压强度不小于45MPa。标准强度fpk=1860Mpa，张拉控制力бcon＝0.75fpk，管道偏差系数k＝0.0015，管道摩擦系数μ＝0.25，模具变形回缩Δ＝6mm。

钢绞线进场验收时应对质量证明书、包装、标志和规格等进行检查，同时，应分批检验（每批重量不大于60t），在每批钢绞线中任取3盘（如每批少于3盘则每盘取）中取样，按《公路工程质量检验评定标准》要求进行表面质量、直径偏差和力学性能试验。

2.2 锚具

锚具规格有M15－17、M15－15、M15－12、M15－9系列。

锚具、连接器等进场时应按出厂合格证和质量证明书核查其锚固性能、类别、型号、规格及数量，同时还应分批（锚具以不超过1000套组，连接器以不超过500套组为一个验收批）抽样，按《公路工程质量检验评定标准》要求进行外观检查、硬度检验、静载锚固性能试验。

2.3 预应力孔道

预应力孔道设计为金属波纹管，金属波纹管规格按钢束而定：17?椎s15.2为内径90mm，15?椎s15.2为内径90mm；12?椎s15.2为内径90mm；9?椎s15.2为内径80mm；壁厚不得小于2.5+0.5mm。金属波纹管以及配件组成的预应力管道系统，应满足后张法预应力压浆施工的需要，管和管之间的连接，除热焊接连接外还可采用密封连接装置，此装置应带有孔道压浆过程的排气、排水、排浆和观察功效。

金属波纹管应满足《公路桥涵施工技术规范》要求，材料进场后，按技术规范要求进行验收检验。

2.4 预应力材料的贮放、保管

进场后的预应力材料设专人保管，在存放、搬运、操作过程中要进行妥善保护，避免机械损伤和锈蚀。材料不得露天贮存，不得直接堆放在地面上。金属波纹管的堆放高度小于2m。

3 预应力筋制作

3.1 预应力筋下料长度

《施工图》中标出的钢束下料长度为钢束径向投影至线路中心线的平均长度，不能作为实际下料依据。因此，需根据箱梁预应力钢束设计平弯程度、锚具类型、千斤顶型号等因素，经过计算确定。

预应力筋下料注意事项：

①切割场地应平整、硬化，有防雨、防潮措施；

②下料要有专人负责，量尺准确、材料顺直；

③钢绞线切断：采用砂轮切割机切割，以保证切口平整、线头不散，不得采用电弧切割；

④下料后要及时编号，编号用胶带贴于材料两端，当每束下料好，需用细铁丝分段绑扎，并用彩条布盖好，以免锈蚀。

3.2 预应力钢束穿束

预应力钢束采用先穿法，即在波纹管埋设好后先穿束，后浇砼。采用单根穿入时，应按一定顺序进行，以免钢绞线在孔道内人为打叉现象，采用整束穿入时，钢绞线应排列理顺，沿长度方向每隔2m～3m用铁丝捆扎一道，对较长的整束穿入时，应套上穿束器，由牵引设备用引线从另一端拉出。

3.3 预应力工程主要施工设备

①张拉设备。

各型张拉千斤顶及与其相配套的电动高压油泵、压力表、高压油管等。

张拉千斤顶主要型号有：YCW350A-200或YCL-420千斤顶，用于张拉15-15～15-7型号锚具；YDQ250型千斤顶，用于单根钢绞线张拉（15-5、15-4型锚具或其它型号锚具中的单根钢绞线张拉）；YDJ560型千斤顶用于P型（挤压）锚具（固定端）；YCL3，用于H型（轧花）锚具（固定）端等。电动高压油泵为ZB4-500型。

②孔道真空辅助压浆主要专用设备。

YJJ型压浆机，集搅拌与压浆为一体的水泥浆灌压设备，用于预应力孔道压浆系统；CZB型抽真空，用于预应力锚固系统的管道抽真空、辅助压浆；VHJ型塑料波纹管热焊机等。

3.4 预应力设备检查、标定

① 预应力张拉装备由张拉千斤顶、油泵及其附件等组成，每节段预应力施工时YBW350A-200千斤顶配置1～2套，YCL22千斤顶配置2套，YCL3、YCL40千斤顶各1套。

②千斤顶与压力表必须配套标定，当千斤顶使用超过6个月或200次或使用过程中出现不正常现象或检修以后均应重新标定，标定后应报监理工程师认可。

③张拉装置技术性能应良好，油量净洁、充足，使用优质矿物油（一般冬天用10号机油，夏天用20号机油，也可用2号或3号锭子油）。张拉装置各部件接头应密实，不得有漏油现象。

④预应力孔道内应畅通，锚具、垫板接触处板面上的焊渣、砼残渣等要清除干净。

⑤核对锚夹具质量检验记录，并再次进行外观检查，看有无裂缝、变形或损伤情况。检查合格后，用汽油（或煤油）擦除油污、脏物。

⑥张拉千斤顶应具有简单、牢固、便于操作的支撑，施工现场机具应严防触电和机械伤人事故发生，制定相应安全技术措施，严禁预应力筋正前方站人。

3.5 预应力张拉顺序

①以高架桥QA为例，连续梁的预应力有端横梁钢束（图1）、中横梁钢束（图2），纵向体内预应力（图3），包括腹板、顶板、底板钢束。

②连续梁预应力张拉顺序：按设计要求为先纵向后横向；同阶段张拉先腹板束后底板束再顶板束；纵向首先对称张拉W1-2与W1-3，W1-1与W1-4，其次对称张拉W2-2与W2-3，W2-1与W2-4，再次对称张拉B1-3与B1-4，B1-2与B1-5，B1-1与B1-6，然后对称张拉T1-3与T1-4，T1-2与T1-5，T1-1与T1-6，最后对称张拉W3-2与W3-3，W3-1与W3-4。

③端横梁张拉顺序为首先张拉HL1-1与HL1-1，其次张拉HL2-1与HL2-2；中横梁张拉顺序为首先对称张拉HL1-2与HL1-3，HL2-2与HL2-3，其次对称张拉HL1-1与HL2-1，HL1-4与HL2-4。

3.6 张拉程序

3.6.1 预应力钢束张拉程序

①O→初应力（10%бcon）→бcon（持荷5min锚固）

钢绞线锚下控制应力为бcon。

②бcon = 0.75fpk =0.75×1860=1395MPa

设计中锚下控制应力бcon包括预应力的预应力损失，但不包括锚头摩阻损失，因此，进行预应力钢束张拉时，预应力筋的实际张拉控制应力必须加上锚头摩阻引起的应力损失，但最大不能超过规范的规定，即为0.8 fpk=1488MPa。

3.6.2 张拉钢束张拉控制力

①实际施工时总张拉应力，根据锚具供货厂家提供的锚圈口损失系数（或现场测试结果）进行计算，总张拉应力为бconAy+Fy（圈口损失），并应满足不得超过0.8RbyAy。

②连续梁预应力钢束采用张拉力与伸长量控制，以张拉力控制为主，以伸长量进行校核，实际伸长值与计算的理论伸长值允许±6%的误差，如果超出此误差，应暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。

3.6.3 预应力筋伸长值的计算与校核

①预应力筋的理论伸长值△L（mm）。

△L=PρL / AyEρ

式中：Pρ —预应力筋平均张拉力（N）；

L —预应力筋的长度（mm）；

Ay —预应力筋的截面积（mm2）；

Eρ —预应力筋的弹性模量（N/mm2），一般Eρ =1.95×105；

②预应力筋平均张拉力Pρ（N）。

Pρ =P[1-e(-kx+μθ)]/（kx+μθ），预应力筋为直线时Pρ = P

式中：P—预应力筋张拉端张拉力（N）；

x—从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；

θ—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）；

k—孔道每束局部偏差对摩擦的影响系数；μ—预应力筋与孔道壁的摩擦（阻）系数，金属波纹管的摩擦（阻）系数μ=0.20～0.25。

③在《施工图》中，已标出各钢束从初应力至锚固应力的理论伸长量。

3.6.4 实际伸长值的量测

①张拉采用分级张拉，总共分三级张拉。先张拉到初应力10%бcon，然后到20%бcon，再到控制应力为бcon，最后到张拉到总张拉应力，持荷5min，然后锚固。在张拉过程中做好张拉记录，量测每级张拉情况下预应力筋的伸长值。在张拉纵向预应力筋时，整个张拉过程中派专人严密监测桥梁侧向的变化，严防侧崩的发生。

②预应力筋采用两端张拉时，两端千斤顶升降速度应大致相等，两端都达到分级张拉控制力后，两端同时进行量测伸长值，量测后再循次继续进行张拉，一直到锚固。每一级的张拉伸长值，为同一级两端量测值之和。

③实际伸长值△L实=△L1+△L2。

式中：△L实—预应力筋张拉的实际伸长值（mm）；

△L1—从初应力至控制应力бcon间的实测伸长值（mm）；

△L2—初应力以下推算伸长值（mm），可采用10%бcon～20%бcon的伸长值。

3.7 锚固、封端

①预应力钢束张拉至总张拉应力（锚下控制力时的张拉应力+圈口损失应力），稳压5min后，缓慢旋松截止阀，千斤顶慢慢降压，并把钢绞线整齐地锚固在锚具内。确定锚固正常后，千斤顶回油缸进油，回复直至千斤顶外露30～40mm。

②张拉作业施工时，必须有监理工程师旁站，同时应按规范要求作好记录。

③预应力钢束张拉完毕，并符合规范要求后，在距锚具80mm处用砂轮切割器切割端头多余的钢绞线，随后及时用掺加107胶的砂浆封锚，并在48小时内进行管道压浆。

3.8 后张法的允许偏差及检查方法

后张法的允许偏差及检方法如表1所示。

4 结语

箱梁预应力施工是西安北站高架桥工程的施工重点，正确了解在施工过程中产生的质量问题和成因，有利于改善工艺，尽量避免质量事故的发生。在推广应用箱梁预应力工艺过程中应针对材料检验保管及其制作、预应力设备的检查标定、预应力张拉顺序、张拉程序、锚固封端等重点环节严格控制，理论联系实际，从而最大限度地保证桥梁的安全性和耐久性。

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参考文献：

[1]交通部第二公路勘察设计院主编.公路设计手册[M].人民交通出版社.

[2]中华人民共和国行业标准.公路工程技术标准[M].人民交通出版社.

[3]中华人民共和国行业标准.公路工程施工规范[M].人民交通出版社.

[4]中华人民共和国行业标准.公路工程质量检验评定标准[M].人民交通出版社.

[5]中华人民共和国交通部标准.公路砖石及混凝土桥涵设计规范[M].人民交通出版社.

[6]中华人民共和国行业推荐性标准.公路桥涵施工技术规范[M].人民交通出版社.