摘要：预应力施工是道路桥梁施工中最为普遍的施工方法，不仅施工方法简便、节省施工材料，而且构件抗压性能好。本文介绍了兰渝铁路兰州至广元段雅园特大铁路桥预应力施工技术，结合预应力筋张拉施工过程，详细阐明了预应力筋张拉及压浆的施工工艺及质量控制。
关键词：预应力筋张拉；压浆；施工工艺；质量控制
1 前言
铁路桥梁运输压力大，实际施工过程中，由于受到各方面因素的影响，导致铁路桥梁预应力筋张拉质量不足、压浆密度不够等，严重影响铁路桥梁的使用安全。针对于此，施工人员需明确预应力筋施工流程，把握预应力筋及压浆施工工艺，进而完善施工质量。为此，本文以兰州至广元段雅园特大铁路桥预应力张拉施工为例，详细阐述预应力筋张拉及压浆的施工工艺及质量控制。
2 工程概况
本联连续梁共分三跨，即雅园铁大桥（40+56+40）m预应力混凝土连续梁，边支座中心至梁端距离60cm。梁体采用变高度变截面单箱单室直腹板箱形截面，箱梁顶宽11.96m，底宽6.40m，中支点梁高4.50m，跨中梁高3.00m，梁底曲线采用二次抛物线。顶板厚0.36～0.66m，底板厚0.45～1.05m，腹板厚0.50～1.20m，全联在中支点和边支点处及跨中设置五道横隔板横隔板均设置过人洞，中横隔板厚2.00m，边横隔板厚0.60m。中支座中心横向间距5.40m，边支座中心横向间距5.10m.
3 预应力筋张拉及压浆施工工艺
本文主要针对连续梁施工工程中的预应力张拉和管道压浆，锚具封装的主要预应力工程的施工工艺及质量控制进行论述。
3.1 施工准备
3.1.1 设备及工具准备
（1）千斤顶、油泵、油压表、夹具、锚具、钢尺、手动葫芦；
（2）砂浆搅拌机、压浆剂、可拆卸阀门；
（3）切割机。
3.1.2 施工条件
预应力筋张拉施工前，需从五方面准备：
（1）张拉前需预埋波纹管和铁皮管，与此同时，一方面混凝土强度需达到设计强度的90%（本设计图纸要求）且龄期不少于7天，弹性模量需完全达到设计值；检查锚垫板下方混凝土振捣是否密实，发现问题提前采取措施。
（2）施工前，需对施工仪器进行校验，符合施工标准的仪器需装备成套，以进行内摩阻校验；
（3）锚具的检查，一般采用抽样检查的方法，对其外观、硬度及静载锚固性能进行检查，只有符合相关规范的锚具才能投入使用；
（4）钢绞线的验收，投入施工的钢绞线应具备质量保证书，与此同时，钢绞线的外观及表面应不得有缺陷；
（5）安全技术培训，施工前，需对完成预应力筋张拉的所有技术人员进行技术培训，一方面了解项目工作的施工程序，另外需明确施工责任，避免施工安全事故的发生。
3.2 预应力筋张拉
3.2.1准备工作
纵向预应力管道采用金属波纹管，竖向预应力筋采用铁皮管，灌注前先预埋波纹管和铁皮管，待混凝土强度及弹性模量达到设计值的90%后进行，且必须保证张拉时梁体混凝土龄期不小于7天，后穿钢绞线和对竖向预应力精轧螺纹钢筋进行张拉。
对千斤顶、压力表、油泵进行校验，合格后，将其组合成全套设备，进行设备的内摩阻校验，并绘出油表读数和相应张拉力关系曲线，建立匹配方程。配套标定的千斤顶、油泵、压力表要进行编号，不同编号的设备不能混用。
对锚具进行外观检查、硬度检验和静载锚固试验，应从同批中抽取6套锚具，组装3个预应力筋锚具组装件，进行静载锚固性能试验，其性能要求应符合GBJ85-92《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》。箱梁为双向预应力连续箱梁，波纹管采用镀锌金属波纹管。进场钢绞线材料应有出厂质量保证书和试验报告单，进场时要进行外观检查。钢绞线表面不得带有降低钢绞线与混凝土粘结力的润滑剂、油渍等物质，表面不得有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮；高强精轧螺纹钢筋表面不得有裂纹、机械损伤、氧化铁皮、结疤、劈裂；进场材料须进行力学性能检验，不合格产品不得进场。张拉前应对每个张拉工进行安全技术交底，并进行上机培训，明确每个人的职责及重要性，合格后方可进行张拉作业，严防安全事故的出现。图1：现场使用的锚具夹片。
图1 现场使用锚具夹片
3.2.2预应力钢束的制作
钢绞线的下料、编束和穿束应注意以下几点：
（1）钢绞线下料时应按设计孔道长度加张拉设备长度，并预留锚外不少于10cm的总长度下料，钢绞线下料采用砂轮锯切割，禁止电、气焊切割，以防热损伤。
（2）钢绞线切割后须按各束理顺，并间隔1.5米用铁丝捆扎编束。同一束钢绞线应顺畅不扭结，同一孔道穿束应整束整穿。
（3）由于钢绞线束最长的为55.8m直线束，所以由人工穿束。穿束前应用压力水冲洗孔内杂物，再用风压机吹干孔内水份。为减少张拉时的摩阻力，对长曲束钢绞线在进孔前应涂中性肥皂液。
3.2.3预应力筋的张拉
预施应力采用两端同步张拉，并左右对称进行，最大不平衡束不应超过一束，张拉顺序先腹板束，后顶板束，从外到内左右对称进行。各节段先张拉纵向再竖向再横向。张拉采用张拉力和伸长量双控，以张拉力为主，钢束伸长值作校核，预施应力过程中应保持两端的伸长量基本一致。实际张拉伸长值与理论伸长值应控制在6%范围内，每端锚具回缩量应控制在6mm以内。
首先：计算出钢绞线的理论伸长量，现场检测每根钢绞线的实际伸长量，若发现实测伸长量超出理论伸长量±6%或其它异常现象，应暂停张拉，查明原因并改正后再进行张拉；同时施工过程中检测压力表，使张拉应力达到设计值。施工时张拉两端采用对讲机进行联系，确保张拉指挥有序，张拉同时缓慢进行。图2为梁段两端张拉示意图。
图2 梁段两端张拉示意图
预应力张拉程序按 0→20%δK（做伸长量标记）→100%δK（静停5分钟）→补拉至δK（测伸长量）→锚固。
按每束根数与相应的锚具配套使用，带好夹片，将钢绞线从千斤顶中心穿过。张拉时当钢绞线的初始应力达20%δK时停止供油。检查夹片情况完好后，画线作标记。
向千斤顶油缸充油并对钢绞线进行张拉，油压达到张拉吨位后关闭主油缸油路，并保持5分钟，测量钢绞线伸长量加以校核。在保持5分钟以后，若油压稍有下降，须补油到设计吨位的油压值，千斤顶回油，夹片自动锁定则该束张拉结束，及时作好记录。
全梁断丝，滑丝总数不得超过钢丝总数的0.5%，且一束内断丝不得超过一丝，也不得在同一侧。千斤顶不准超载，不准超出规定的行程。转移油泵时，必须将油压表拆卸下来另行携带转送。纵向张拉钢铰线时，必须两边同时给千斤顶主油缸徐徐充油张拉，两端伸长应基本保持一致，严禁一端张拉。图3：张拉使用的千斤顶
图3 张拉使用的千斤顶
3.2.4 切割
预应力筋锚固后外露部分宜采用机械切割，外露长度符合设计要求，应不小于预应力筋直径的1.5倍，且不小于30mm。
终张拉完毕24h，经检查确认无断丝、滑丝后，采用切割机或砂轮锯切断，不得采用电弧切断，也不得使预应力筋经受高温、焊接火花或接地电流的影响。
钢绞线切割前如发现断丝、滑丝，应及时换束处理。放松钢绞线时两端不得站人，两端用标识牌明示。
3.3 张拉控制应力计算及钢绞线伸长量复核
3.3.1锚外张拉力的计算
设计图纸已给定的锚下控制应力为σcon=0.678fpk，钢筋与锚口之间的摩阻损失及与锚下喇叭口处摩阻损失之和按锚外控制应力的6%计，腹板处预应力筋采用Фj15.2，fpk=1860MPa，弹性模量为EP=195GPa的高强度钢绞线，锚具采用OVM15-12的夹片锚具。
锚外控制应力与锚下控制应力之间的关系：
σcon（锚外）×（1-摩阻损失）= σcon（锚下）
根据实例中给出的已知数值代入式中，即：
σcon（锚外）×（1-6%）=0.678 ×1860
计算得出：σcon（锚外）= 1341.574MPa
张拉控制应力与张拉力之间的关系：
σcon=F/A
注：F为相应控制应力的张拉力，A为钢绞线截面积（钢绞线截面积取140mm2）
由上式 可求出锚外张拉力，即：F（锚外）=σcon（锚外）× A
F（锚外）= 1341.574 MPa×140mm2 ×12÷1000=2253.845KN
注：由于采用的是整束张拉形式，所以计算过程中要计算该部位的钢绞线束总张拉力。
3.3.2千斤顶选择
宜采用吨位：F（锚外）*1.5=1.5*225.4=338.1t，故选取350t或400t千斤顶作为张拉设备。
3.3.3锚外张拉力与油表读数之间的关系
张拉之前，千斤顶与配套油表要经过相应部门的校定，得出线性方程。通过计算得出张拉过程中各个阶段油表的读数值，从而计算实际中的钢绞线伸长值。图4：张拉力方程折线图。
通过校定得出千斤顶对应油表（试验室校验报告）的方程为：
y=0.0141x-0.153
（y为油表读数值，x为张拉力值）
图4 张拉力方程折线图
根据此方程可求出张拉过程中（10%，20%，100%）各个阶段的油表读数值。
即：10% y =0.0141×2253.845×10%-0.153 = 3.2
20% y = 0.0141×2253.845×20%-0.153 = 6.3
100% y = 0.0141×2253.845×100%-0.153= 31.6
理论伸长值：
1、直线型
△L＝F×L／（A×EP）=σcon ×L/ EP
2、曲线型
△L＝FP×L／（A×EP）
FP＝F×〔1－e-（kx+μθ）〕／（KL+μθ）
△L：预应力筋理论伸长值，单位：mm
FP：预应力筋的平均张拉力，单位：N
L：预应力筋的长度，单位：mm
A：预应力筋截面面积，单位：mm2
X：从张拉端至计算截面孔道长度，单位：m
EP：预应力筋的弹性模量，单位：Mpa，
F：预应力筋张拉端的张拉力，单位：N
μ：预应力筋与孔道壁的磨擦系数，对金属波纹管取0.35
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：孔道每米局部偏差对磨擦的影响系数，取0.0015。
3.3.4实际伸长值
实际伸长值的量测采用量测千斤顶油缸行程数值的方法。在初始应力下，量测油缸外露长度，在相应分级的荷载下量测相应油缸外露长度。
实际伸长值△L的计算公式：L＝B+C-2A –夹片回缩量
A —10%σk 应力下的千斤顶的实际引伸量
B —20%σk 应力下的千斤顶的实际引伸量
C —100%σk 应力下的千斤顶的实际引伸量
张拉采用张拉力和伸长量双控，以张拉力为主，钢束伸长值作校核。即实际张拉伸长值与理论伸长值应控制在±6%范围内。图5：张拉力伸长量示意图。
图5 张拉力伸长量示意图
3.4 管道压浆及技术标准
张拉工艺完毕后，宜在48h内进行管道压浆。先用高压水对管道进行冲洗，清除孔道内的杂物后，确认孔道无堵塞后，用高压风清除孔道内的积水后，再对孔道进行压浆作业。压浆前将锚具周围预应力筋间隙用水泥浆封锚，待封锚水泥浆抗压强度达到2Mpa时，才能进行压浆。预应力管道压浆采用真空辅助压浆工艺，同一管道压浆连续进行，一次完成。
水泥浆在压浆现场配制，水泥浆的初凝时间应大于3小时，且终凝时间不宜大于12小时，水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过40分钟。压浆时浆体温度不应超过350C，压浆时及压浆后3d内，梁体及环境温度不得低于50C。
压浆顺序应先下后上，逐孔进行，防止漏孔。压浆时，出浆口临时安设一个三通管，管道待出浆口浓度与进浆浓度一致时，方可封闭保压，同时设于预应力管道中部的出气孔的出浆浓度与进浆浓度一致时，封闭保压，在0.5～0.6MPa下持压2分钟。然后封闭压浆口，进行下一孔道压浆。
竖向预应力钢筋张拉完成后要及时压浆以确保永久预应力。张拉后24小时内压浆。压浆前，先冲冼干净管道。压浆时，竖向管道从下部向上部压浆，压浆过程要缓慢、匀速，至有浓浆溢出后，稳压2分钟，堵塞管道，完成压浆。
3.5 锚具封锚保护
封锚混凝土采用C50无收缩混凝土，封锚前先将承压板表面的黏
浆和锚环外面上部的灰浆铲除干净，对锚圈与锚垫板之间的交接缝用聚氨酯防水涂料进行防水处理。
图6 预应力工程施工流程图
为保证混凝土接缝处结合良好，浆压浆水泥浆全部凿除，将原混凝土表面凿毛，并固定钢筋网片。封锚混凝土养护结束后，采用聚氨酯防水涂料对封锚新老混凝土之间的交接缝进行防水处理。图6：图预应力工程施工流程图。
4 质量标准及相关注意事项
4.1一般规定
（1）预应力筋张拉机具设备及仪表定期维护和校验。张拉设备配套标定，并配套使用。
（2）张拉设备的标定期限不超过半年或在使用的过程中出现反常现象时或千斤顶检修后，重新正行标定。
（3）在浇筑箱梁混凝土前组织监理进行预应力隐蔽工程验收。
4.2主控项目
4.2.1原材料
（1）当预应力筋进场时按规定抽取试件做力学性能检验，保证其质量符合有关标准的规定。
（2）保证预应力筋用的锚具、夹具其性能符合规定并配套使用。
4.2.2制作与安装
（1）预应力筋安装时其品种、规格、数量符合相关规定。
（2）当预应力筋受损时，将受损伤的预应力筋予以更换。
（3）同一束中各根钢丝长度的差值控制在5mm以内。
（4）挤压锚具制作时压力表油压严格按照有关规定，挤压后预应力筋外端露出压套筒1mm～5mm。
（5）将预留孔道牢固定位，待混凝土浇筑时不出现移位和变形。
（6）保持孔道平顺，端部的预埋锚垫板垂直于孔道中心线。
4.3相关注意事项
（1）在穿束前先将0VM型锚具圆锚环用电焊固定在构件预埋铁板上。锚具的位置应与孔道中心対正，焊接时可用木塞固定其位置，以保证位置准确。对曲线孔道，当端头面与孔道中心线不垂直时，可在锚环下另加斜垫铁调整准确。
（2）穿束时，将每一束内的各根预应力钢材顺序编号，在构件两端对号检查，防止其在孔道内交叉扭结。
（3）将洗过的夹片，按原来的锚具中的片位号依次嵌入预应力钢材之间。夹片嵌入后，随即用手锤轻敲击，使其夹紧预应力钢材，但夹片外露长度应整齐一致。
（4）安装千斤顶时，将预应力钢材穿入千斤顶，锚环对中，并将张位油缸先伸出2～4cm，再在千斤顶尾部按上垫板及工具锚，将预应力钢材夹紧。为便于松开锚片，工具锚环内可涂少量润滑油。
（5）使顶压油缸处于回油状态，向张拉缸供油，开始张拉。同时注意工具锚和固定端的工作锚，是夹片保持整齐（一般差3mm时不会明显影响加持力）；张拉至初应力时，做好标记，作为测量伸长值的起点。
（6）在保持张拉油缸调压阀阀口开度不变的情况下向预压缸供油，直至需要的预应力。在顶压过程中，如张拉油缸升压超过最大张拉力规定时，应使张拉油缸适当降压。
（7）在保持继续向顶压油缸供油的情况下，是张拉油缸缓慢回油，完成油缸回油动作。
（8）打开顶压阀的回油缸，油泵停车，千斤顶借助其内部回程弹簧作用，顶压活塞自动回程，张拉锚固结束。
5 环境、职业健康安全管理措施
（1）控制预应力筋切割下料时产生的噪音，下料的时间尽可能选择白天进行。
（2）在使用、运输和储存液压设备时采取防漏处理，防止液压油泄露污染现场，党发生液压油滴漏时，及时查找漏源和堵漏，清除现场油污。
（3）灌浆完成后，及时对灌注设备、现场进行清洗和处理，多余的水泥浆集中处理。
参考文献：
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[3]铁道部经济规划研究院. 《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》TZ203-2008 [S].北京中国铁道出版社，2008：113-125
[4]吕传久.预应力筋的张拉及压浆施工工艺[J].中国设备工程，2009，11：11．
论文作者:王会梅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/5
标签：预应力论文; 千斤顶论文; 孔道论文; 拉力论文; 应力论文; 钢绞线论文; 混凝土论文; 《基层建设》2018年第11期论文;