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后张法简支箱梁预应力施工工艺及质量控制摘 要 本文以预制后张法简支箱梁为背景，从原材料控制、施工工艺及质量控制等方面，对预应力管道成孔、预应力束张拉和管道压浆技术进行了详细的论述，指出了预应力施工应注意的事项，为类似工程的施工提供参考。文中也对预应力筋理论伸长量的计算进行了十分有益的探索，以通桥（2008）2224A-局部修改图，跨度31.5m梁二期恒载为100110为例，对计算过程作了说明。关键词 后张法简支箱梁 预应力施工工艺 质量控制1概述为确保梁体混凝土轴心受压和变形符合设计要求，后张梁预应力值的准确与否起着决定性的控制作用。现以后张法预应力混凝土铁路桥简支箱梁跨度31.5m梁二期恒载为100110为例【图号：（2008）2224A-局部修改图】，来谈谈后张法预应力施工工艺及质量控制。该梁预应力筋采用抗拉强度为1860MPa的低松弛钢绞线，自锚式拉丝体系锚固，锚具采用YJM159XZ/10XZ夹片式锚具。（详见图梁端预应力钢束布置示意图）。 预应力钢束共25束， 其中2N6b采用975钢绞线，孔道直径为80 mm；2N1a2N1e，2N2b2N5b，N2aN5a采用1075钢绞线，孔道直径为80 mm。预张拉（仅对2N5b、N5a、2N1c、2N4b钢束进行预张）控制应力800.0 MPa，初张（仅对2N1e、N4a、2N1b、2N2b、2N1d、N2a、2N1a钢束进行初张）控制应力851.0 MPa，终张控制应力1362MPa，采用YDC250、YDC300穿心自锁式千斤顶，分级、对称、同步张拉工艺进行后张作业。预应力管道采用抽拔橡胶管成孔，管道内注M50水泥浆。2预应力管道抽拔橡胶管成孔2.1准备工作按设计及工艺要求定制外径为80mm内径为20mm长度为19m（略大于梁长的一半）的胶管，要求其弹性恢复性能较好，外表光洁，承受工作拉力大于5KN，极限抗拉力大于7.5KN；在胶管内插入公称直径为15.2mm长度为19.2m的钢绞线， 使胶管有一定的变形刚度， 减小因胶管过度变形而产生断管的风险； 制作内径为82 mm长度为40cm的铁皮套管；备一定数量的胶布；顺孔道轴线位置，在端模上焊接胶管托架；按设计要求在已成型的腹板钢筋骨架上焊接好预应力管道定位网片；采购5T慢速卷扬机；制作外径为76mm的检孔器。2.2穿管预应力管道由两根胶管抽拔形成，胶管的接头设在跨中并且要错开，接头用铁皮管 套接。穿管前，先要对胶管直径作划分标记，以免混淆；在梁的两端顺长所需之胶管。穿管时按照由下而上的原则逐根进行。先托起胶管（注意不使胶管着地以防损伤胶管）并施一定推力，前方予以导向，使之通过定位网上对应的网眼。胶管穿至跨中时，为保证两胶管靠拢并使接触面居于套管中面，在胶管端部按照铁皮套管半长划线，划线与套管边对齐说明管已接好，胶管与铁皮套管之间用胶布裹严。伸出梁端的胶管顺孔道轴线置于托架上。穿管后，按设计要求调整管道整体线形。2.3抽拔胶管在混凝土浇筑过程中，要谨防插入式振捣器碰到胶管，以免管道跑位。当梁体混凝土终凝后强度达到48MPa（全部混凝土浇筑完毕后100h）时，即可进行胶管抽拔作业。抽拔过早易产生孔道坍塌，过晚则不利于胶管抽拔，易形成卡管、断管等不良后果。拔管采用5T慢速卷扬机，卷扬机上带12 mm钢丝绳。拔管时，先将梁端外露胶管受力部位用麻袋裹住，再接上卷扬机钢丝绳，然后开动卷扬机达到一定拉力稍作稳定之后，才徐徐加力，促使胶管从外向里逐渐剥离混凝土而顺利拔出。注意抽拔时设专人观察胶管的变形情况，并与卷扬机操作者保持密切联系，拉力过大容易拔断胶管。拔管从梁体混凝土先浇筑的一端开始，自下而上进行，每次拔管的根数最多为2根。遇拉拔困难时应暂停作业，待查明原因后再继续，不可强拉。拔管时如遇到胶管被拔断，可根据被抽拔出的橡胶管长度判断断头位置，并用8mm钢筋插入孔道进行确认，待模板拆除后，将断头位置凿开一个小口，从洞内用卷扬机将胶管拔出，最后将梁体凿开部位用环氧树脂砼修补，注意养护。全部胶管抽拔完毕后，用检孔器对梁体孔道逐孔检查，不能通过者立即处理。当夏季施工时，可在孔道内注水养护，在钢绞线穿束前48h，再用高压风管将水吹干。拔出来的胶管，清洗理顺搁好覆盖，以备下次再用。如检查时发现胶管表面破损剥皮，则禁止再用。禁止在胶管上施压重物，防止胶管局部变形。 3预应力钢绞线束张拉前要具备的条件及准备工作3.1原材料采购公称直径为15.2mm、抗拉强度为1860MPa、弹性模量为19.5105 MPa的低松弛钢绞线，进场外观验收合格后，再对其破断负荷、屈服负荷、弹性模量、极限伸长率、松弛率进行试验，技术条件要符合GB/T5224-2003的要求。按设计要求采购AM159/10夹片式锚具，进场外观验收合格后，再对其锚固效率系数、极限拉力总应变、锚口摩阻、喇叭口摩阻进行试验，技术条件要符合GB/T143702000的要求。3.2钢绞线的下料、编束和穿孔将钢绞线内圈头抽出，由人力牵引至规定长度后用切割机切断，钢绞线的端头在切断前用铁线绑扎，切断后将铁线和毛刺清理干净。编束时，先使一端平齐，再由平齐端向另一端每隔1.5m用铁线绑扎一道。编束后，按预应力孔道编号挂牌分类存放，并要有离地覆盖措施，防止错用锈蚀污染。在自由放置的情况下，确保钢束顺直，不扭转。穿束前吹干孔道内的水分，清除孔口锚垫板上的水泥浆、止浆带等杂物。钢绞线束 在运输过程中，采用多支点支承，要求支点距离不大于3m，两端悬出长度不大于1.5m。钢绞线束穿入预应力孔道采用卷扬机引拉，具体方法是：先用一根单钢绞线将卷扬机钢丝绳引进孔道，钢丝绳从另一端拉出后，采用联结套筒方式与钢绞线束联结，然后开动卷扬机即可完成穿束作业。3.3张拉设备的采购及校正3.3.1选购千斤顶及配套油泵和压力表采购YDC250、YDC300千斤顶。千斤顶的选择与张拉工艺、设计控制张拉力和钢绞线伸长量有关，千斤顶的张拉力要求达到钢绞线控制张拉力的1.2倍以上，千斤顶最大行程要大于钢绞线计算理论伸长量的60%（两端对称张拉）。与千斤顶配套，采购YBZ4-5电动油泵及0.4级防振型压力表，两者的选用与钢绞线的张拉力和千斤顶油压面积（活塞面积）有关，即：Pu= P/ Fu1.5式中 Pu：计算油压表表面的最大读数或油泵的额定油压数（MPa）； P： 预应力钢绞线的张拉力（N）； Fu：张拉千斤顶工作油压面积（mm2）同时，还要考虑油泵的油箱容量在张拉千斤顶总输油量的1.5倍以上，联结油泵和张拉千斤顶的油管，应选用耐高压紫铜管或耐高压橡胶管，其工作压力应与油泵额定油压配套。3.3.2张拉设备的校正（1）压力表的校正压力表（精度0.4级）校正有效期为一个月，可委托具有相应资质的单位校正，亦可现场进行。油压表校正有两种方法：一为标准表比较法；一为砝码校正法。前者适用于于普通压力表的校正，后者适用于标准压力表的校正。现场普通压力表的校正可在手摇油泵上进行，方法是：在油泵出口接一个三通管，分别接上标准表和被校正的油压表，按每2MPa一级逐级升压，分别记录两只表的读数，直到超过最大使用压力为止。依此重复三次取平均值，则其校正系数K=P校/P标，校正系数K应在该被校正压力表等级最大允许偏差范围内。使用时要特别注意保护好压力表。当压力表发生故障时必须重校，当破损时必须更换新表并校正。 （2）千斤顶、油泵与压力表配套校正张拉千斤顶、油泵与压力表配套校正使用，校正有效期为一个月且不超过200次张拉作业，拆修更换配件的张拉千斤顶要重新校正。校正前，安装好千斤顶、油压表、油泵后，试压三次，每次加压至最大使用压力的110%，加压后维持5 min，其压力下降不超过3%，即可进行正式校正工作。校正有两种方法，一为压力环校正法：将千斤顶及压力环安装在固定的框架中，向千斤顶内充油，按压力表每5MPa压一级，测出相应的压力环的压力，其校正系数=【压力表应力（MPa）千斤顶活塞面积（mm2）】/压力环压力（N）；二为压力机校正法：将千斤顶安装在压 力机上，先向千斤顶内充油约1/3行程，将油泵的回路关紧，然后用压力机压千斤顶，每50KN一级，测出相应的压力表读数，其校正系数=压力机压力（N）/【压力表应力（MPa）千斤顶活塞面积（mm2）】。当千斤顶校正系数小于1.02时，按1.02采用；当校正系数在1.021.05之间，则按实际值采用；当校正系数大于1.05时，则该千斤顶不能使用。当千斤顶校正系数不大于1.05时，求出线性回归方程。3.4预应力钢绞线束施工理论伸长量的计算3.4.1钢绞线弹性变形量的计算在计算之前，首先要做几个试验：管道每米局部偏差对摩阻的影响系数、钢束与管道壁之间的摩阻系数、锚具的锚口摩阻损失及锚下喇叭口摩阻损失，并将试验报告提交设计院调整张拉力。经设计院检算，该梁控制张拉力从1335.1MPa调整到1362MPa。根据上述试验结果和钢绞线实测弹性模量，即可进行弹性变形量的计算：L弹 =（PMZKZ/AP）（1000L/EP）2式中 L弹：钢绞线计算长度的弹性变形量（mm）P ：预应力筋张拉端的张拉力（N）MZ ：锚口摩阻及锚下喇叭口摩阻对张拉力的折减系数AP ：预应力筋截面积（mm2）EP ：实测钢绞线的弹性模量（MPa）KZ ：孔道摩阻对张拉力的折减系数KZ =【1e（KL+）】/（KL+）K ：管道每米局部偏差对摩阻的影响系数L ：从锚口至跨中计算截面的孔道长度（m）：钢束与管道壁之间的摩阻系数：从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线夹角之和（rad）3.4.2施工理论伸长量的计算钢绞线从自然松弛状态张拉至控制张拉力，其伸长量不仅包含两工作锚之间孔内钢绞线的弹性变形，还包括其自由伸长量以及梁端工作锚至工具锚夹片之间钢绞线的伸长量。在实际测量伸长量时，同时也含有工具锚夹片的回缩量和梁体弹性压缩量以及工作锚、工具锚、限位板、垫板的压缩量。即：L施 = L弹+L自+L端+L压（mm）现以跨度31.5m二期恒载为100110的N1a钢束为例，其施工理论伸长量计算如下：（1）计算两工作锚之间孔内钢绞线的弹性变形量 L弹首先，求孔道摩阻对张拉力的折减系数KZ =【1e（KL+）】/（KL+）=0.9757式中K、取试验值， L、查设计图，得 K=0.0027； =0.5387； L=16.160 m；=0.0872665 rad。然后查设计图，得P = 1795013 N； AP = 1400 mm2，EP、MZ 取试验值，分别为EP =195000 MPa； MZ =0.9265。 由此得，L弹 =（PMZKZ/AP）（1000L/EP）2 = 199.6mm。（2）钢绞线的自由伸长量 L自，已在伸长量测量时剔除。因实际仅测量20%100%控制应力之间的伸长量，020%控制应力之间的伸长量用后级取代，故不计。（3）梁端工作锚至工具锚夹片之间钢绞线的伸长量L端=（P/ AP）（L/EP）2=（1906800/1400）（600/195000）2 = 8.4 mm，式中L为工作锚至工具锚之间钢绞线的长度。（4）计算钢绞线的回缩量 L回=张拉力100%时持荷油缸的外露量-卸载时（在未回油之前）油缸的外露量-两端自由端的伸长值。（5）计算梁体以及工作锚、工具锚、限位板、垫板的弹性压缩量L压先计算梁体的弹性压缩量 L压1=（P/ AO）（L/EO），式中P为梁端所受压力即张拉力，AO为31.5 m箱梁跨中截面换算面积，L视为梁长，EO为梁体砼的弹性模量。经查设计图及设计院提供的参数表，得P = 1906800 N； AO = 7.309 m2； L = 32.6 m；EO =3.55104 MPa。由此得，L压1=（1906800/ 730900）（32600/35500）=2.4mm。在单束张拉过程中，梁体弹性压缩量很小，同时受梁底支点摩阻力的影响，可以考虑不计。计算工作锚、工具锚、限位板、垫板的压缩量 L压2=（P/ AC）（L/EC）2，式中AC为各张拉件的平均面积，L为各张拉件厚度之和，EC为张拉件的弹性模量，将各值代入上式，得 L压2=（1906800/ 26877）（210/200000）2=0.15 mm。因张拉件的压缩量极小，可以忽略不计。（6）综上，得N1a钢束在终张控制应力时的理论伸长量L施 = L弹+L自+L端+L压 = 199.6+ 0 + 8.4 + 0 = 208 mm3.5压力表读数的计算根据千斤顶的线性回归方程，每10%控制张拉力为一级，计算出每束钢绞线在不同应力状态时相应的压力表读数。3.6预应力钢束张拉前要具备的其它条件（1）终张拉前“三控”：梁体混凝土龄期大于10d；抗压强度大于53.5Mpa（比设计强度提高3.5Mpa）；弹性模量大于3.55104 MPa，且梁体的所有缺陷已修补，梁体满足终张要求。（2）预张拉前“一控”：梁体混凝土抗压强度大于33.5MPa。（3）初张拉前“一控”：梁体混凝土抗压强度大于43.5MPa。（4）张拉台座满足要求，注意在设计张拉台座时要考虑梁体上拱及压缩对张拉台座造成的剪切破坏，并想方设法减少梁体与张拉台座之间的摩阻力。（5）准备手动葫芦、支架、防护挡板、限位板、垫板、对讲机、钢板尺。（6）用红油漆在钢绞线两端做标记。（7）布设测量梁之弹性上拱及弹性压缩的测点。 4预应力钢绞线的张拉按照设计要求，当梁体混凝土抗压强度达到33.5MPa时，要依次对2N5b、N5a、2N1c、2N4b钢束进行预张，其预张拉控制应力为851.0 MPa，及时预张拉可有效防止梁体产生裂纹。当梁体混凝土抗压强度达到,43.5MPa时，要依次对2N1e、N4a、2N1b、2N2b、2N1d、N2a、2N1a钢束进行初张，其初张拉控制应力为851.0 MPa，使梁体尽早吊离制梁台座。梁体预初张拉至终张拉期间较长，梁端裸露在外的锚具和钢绞线可用塑料管套住或塑料薄膜包裹，防止雨淋后锈蚀（不进行预初张拉的预应力管道不宜过早穿束）。预初张拉工艺与终张拉工艺大体一致，在以下的叙述中，除特别强调的“终张拉”，其余两者均可。4.1安装机具（1）安装工作锚及夹片：要求两端对称同时进行，按钢绞线顺序对号入孔，不得出现交错现象，最后用套管轻轻将夹片（夹片须佩带胶圈）打入锚环内。（2）安装限位板及垫板。（3）安装千斤顶：千斤顶应先伸出35cm，并注意各部件密贴， 轴线同心。（4）安装工具锚及夹片：工具锚夹片应涂抹润滑剂并用套管打紧。（5）用高压油管连接千斤顶至油泵：应避免油路接反。（6）安装压力表，接通电源，准备张拉作业。 4.2终张拉顺序按设计依次张拉钢束N6a、2N1a、2N6b、N3a、2N1c、2N3b、2N1d、N2a、2N1b、2N2b、2N1e、2N4b、N4a、2N5b、N5a。图梁端预应力钢束布置示意图 4.4终张拉程序（1）未初张拉的钢束N6a、2N6b、N3a 、2N3b按照下列程序进行终张：准备就绪0 0.1k初应力（作伸长值标记） 每0.1k分级、对称、同步张拉 k控制应力（持荷5min） 补油加压至k 回油至0（锚固）（2）已经预初张拉的钢束2N1a、2N1c、2N1d、N2a、2N1b、2N2b、2N1e、2N4b、N4a、2N5b、N5a按照下列程序进行终张：准备就绪0 预初张控制应力（作伸长值标记） 每0.1k分级、对称、同步张拉 k控制应力（持荷5min） 补油加压至k 回油至0（锚固）4.5张拉力的控制4.5.1张拉过程中的“双控”：以张拉力控制为主、伸长量作校核。实际伸长值不应超过计算理论伸长量的6%，否则应查明原因，再进行张拉。4.5.2未预初张拉的钢束进行终张拉时，实际伸长值1=（终张拉控制应力时的量值0.2k初应力时的量值）/0.8 ；已经预初张拉的钢束进行终张拉时，实际伸长值2=预初张拉时的伸长值+终张拉时的伸长值=【（预初张拉控制应力时的量值20%预初张拉控制应力时的量值）/0.8】+【终张拉控制应力时的量值预初张拉控制应力时的量值】。4.5.3出现以下情况，要采取相应的技术措施予以处理，原则上退锚更换工作锚或钢绞线后重新张拉。（1）梁体断滑丝数量超过预应力钢绞线总丝数的0.5%。（2）当梁体断滑丝数量不超过预应力钢绞线总丝数的0.5%时，断滑丝位于梁体同侧或一束内断滑丝超过1丝。（3）锚具内夹片错牙在1mm以上或夹片断裂。（4）锚环出现裂纹或损坏。（5）切割钢绞线或压浆时又发生滑丝者。4.5.4设专人做好详细的张拉记录，确保预应力施工质量。张拉完毕，实测梁体弹性上拱与弹性压缩量。4.6张拉注意事项（1）油泵的安全阀应调整至规定值后方可开始张拉作业。 （2）张拉顺序必须严格按设计要求进行。（3）预加应力时，应使千斤顶、锚具、孔道“同心”，保持千斤顶加压速度相近，使两端同时达到同一荷载值；卸压速度也应缓慢、均匀，切忌突然加压或卸压。（4）张拉设专人统一指挥协调，两端用对讲机进行联络，保证分级对称同步张拉。（5）张拉作业时要设挡板防护及安全警示标志，千斤顶后方严禁站人，测量伸长值的人员应站在千斤顶侧面。（6）张拉过程中，要多测量几个级差的伸长值，与计算理论伸长值比较，以确认张拉正在有效进行。（7）张拉加力时，不得敲击及碰撞张拉设备。 （8）已张拉的钢束，不得敲击其锚具或在其上脚踏手攀。（9）当预加应力出现缺陷需要退锚时，预应力筋的张拉应力不得大于0.8k。（10）每次张拉完毕，油表要用软布包裹妥善保管避免损坏。5管道压浆5.1压浆前的准备工作5.1.1压浆设备的准备选购无锡华群机械有限公司JS-300-，配好经检验合格的压力表。5.1.2切割钢绞线终张拉完毕24小时后，确认钢绞线无滑丝，方可切割多余的钢绞线。切割采用砂轮切割机进行，切割位置在锚具夹片30mm以外。5.1.3封锚封锚采用1：1快硬硅酸盐水泥加细砂，在钢绞线切割完后1小时内完成。 5.1.4选定M50水泥浆配合比（1）对水泥的质量要求：管道压浆用水泥要求采用强度等级不低于42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥。（2）对外加剂的质量要求：水泥浆应掺高效减水剂，其减水率不应低于20%，碱含量不应大于10%，硫酸钠含量不应大于5%，氯离子Cl含量不应大于0.1%，并与所用水泥具有良好的适应性。不应掺入氯化物或其他对预应力钢绞线有腐蚀作用的外加剂。（3）对水泥浆的质量要求：水泥浆不应泌水，水灰比不大于0.32，并具有微膨胀性能。根据上述三点要求，选购原材料进行试配，选定预应力管道压M50水泥浆的配合比。5.2压浆程序及真空施工装置布置图压浆前管道真空度应稳定在0.060.08MPa之间，孔道压浆时，灰浆泵最高输浆压力，以保证压入管道内水泥浆饱满密实为准，浆体注满后，应在0.50.6MPa下持压3min。压浆最大压力不宜超过0.6Mpa，待出浆口流出