大跨现浇梁预应力控制技术研究

大跨现浇梁预应力控制技术研究

吴志炼,周继前,殷海路,黄成胜

单位：湖南省芷铜高速公路建设开发有限公司       湖南省益阳公路桥梁有限责任公司

邮编：413000

摘要：预应力混凝土是当前桥梁工程采用的常见结构形式。在对该混凝土结构形式进行施工时，预应力的准确施加至关重要，可对桥梁梁体的使用寿命以及抗裂性能产生重要影响，因此，需要对预应力进行有效控制。本文以芷江至铜仁（湘黔界）高速公路牛皮寨大桥现浇梁项目为例，对现浇梁混凝土预应力的控制技术进行研究，从而为大跨现浇梁预应力的有效控制提供支持。

关键词：大跨现浇梁；预应力；控制技术

现阶段，大跨现浇梁在开展预应力控制时应该重视张拉力以及张拉伸长量的控制，从而提升张拉力效果，进而实现现浇梁预应力的有效控制。相关规定表示，预应力现浇梁在设计的过程中，应该对预应力的六项损失进行全面考虑，其中最为重要的一项便是管道同预应力筋之间产生的摩擦损失。针对简支箱梁而言，管道摩擦阻力造成的预应力损失占比能够达到15.6%，损失部分在预应力所有损失中占据的比重大约可达25.8%，对于大跨度连续梁而言，管道摩擦阻力将会更大，所造成的额长束预应力损失在全部损失中的占比可达到50%以上[1]，因此，需要对大跨现浇梁预应力进行有效控制，需要掌握预应力控制技术，本文主要从张拉力方面对预应力控制技术进行研究。

1.工程概况

芷江至铜仁（湘黔界）高速公路牛皮寨大桥中心里程为 K15+639.0，交角为 90 度，桥长 217m，跨径为 5×30+2×30m，上部结构第一、二联为现浇箱梁，第三联为预应力混凝土 T 梁；桥墩及基础为柱式墩、桩基础；0#、7#桥台及基础分别为重力式台配桩基础与柱式台配桩基础。5 号桥墩处与 D 匝道相接，桥台处设置 80 型伸缩缝，过渡墩处设置 160型伸缩缝。本研究主要对该大桥上部结构第一、二联现浇箱梁作为研究对象，对其预应力控制的技术方法进行研究。

2.大跨现浇梁预应力控制技术的应用

2.1大跨现浇梁预应力张拉工艺流程及影响因素分析

2.1.1工艺流程

根据芷江至铜仁（湘黔界）高速公路牛皮寨大桥现浇箱梁施工技术方案得知，该大跨现浇梁的预应力张拉工艺流程见图1所示。

图1牛皮寨大桥现浇梁的预应力张拉工艺流程

（2）现浇梁预应力影响因素分析

在开展现浇梁预应力设计时，需要重点考虑预应力损失的计算问题，若预应力损失过高计算，则会造成局部梁端混凝土收到破坏或是梁体开裂，并且会降低延性；若计算过低，则无法对混凝土梁的刚度和抗裂度予以有效保证。为了确保车辆行驶的稳定性和安全性，必须将计算不准确因素予以消除，并且还要对预应力束的张拉力进行严控，对管道成孔和定位操作严控，这是影响现浇梁预应力的关键性因素，因此，本文针对牛皮寨大桥现浇梁预应力的张拉力及整个张拉过程进行控制，从而保证施工质量。

2.2大跨现浇梁预应力张拉技术的应用要点

2.2.1张拉前的准备工作

张拉前的准备工作主要包括张拉设备，包括千斤顶（500t）、压力表、油泵等，需要将这些设备进行配套选用及校验，钢绞线和钢筋的严格下料以及张拉前构件的检查和清理等。预应力筋的张拉宜采用穿心式双作用千斤顶，整体张拉或放张宜采用具有自锚功能的千斤顶。张拉千斤顶的额定张拉力宜为所需张拉力的1.5倍，且不得小于1.2倍，与千斤顶配套使用的压力表应选用防振型产品，其最大读数应为张拉力的1.5-2.0倍，标定精度不应低于1.0级。张拉机具应与锚具产品配套使用，并应在使用前进行校正、检验和标定。标定应在经国家授权的法定计量技术机构定期进行，标定时千斤顶活塞的运行方向应与实际张拉工作状态一致。千斤顶校正周期不应超过6个月，且张拉次数不应超过300次。

2.2.2钢绞线张拉力和张拉伸长量计算

预应力钢束设计采用标准强度fpk=1860Mpa的低松弛钢绞线，公称直径Ф15.2mm，公称面积Ag=140mm2，弹性模量Eg=1.95×105Mpa。为保证施工符合设计要求，施工中采用油压表读数和钢绞线拉伸量测定值双控。理论伸长量计算采用《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011附表C1预应力钢绞线平均张拉力计算公式。

（1）预应力平均张拉力计算公式及参数：

                         （1）

式中，Pp—预应力筋平均张拉力（N）

P—预应力筋张拉端的张拉力（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的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檫的影响系数，取0.0015（查公路工程施工技术规范附录C1可得）

μ—预应力筋与孔道壁的摩檫系数，取0.17（查公路工程施工技术规范附录C1可得）

（2）预应力筋的理论伸长值计算公式及参数：

                     （2）

式中，Pp—预应力筋平均张拉力（N）

L—预应力筋的长度（mm）

Ap—预应力筋的截面面积（

mm2），取140 mm2，

Ep—预应力筋的弹性模量（N/ mm2），取钢绞线实测弹性模量

2.2.3张拉过程控制

当现浇箱梁混凝土龄期达到10d，且混凝土强度（同条件养护下混凝土强度）达到设计强度的90%时组织预应力张拉，施加预应力应采用张拉力和引伸量双控，以张拉力为主。当预应力钢束张拉力到达设计张拉力时，实际引伸量值与理论引伸量值的误差应控制在±6%内。

（1）张拉顺序控制

钢束张拉原则，先下后上，先中间后两边，对称张拉。先张拉最下层钢束，如有条件同时张拉最下层钢束，无条件时，先张拉中间腹板的最下层钢束，再张拉边腹板的最下层钢束，始终保持对称原则张拉[2]。最下层钢束张拉完成后，再张拉中层和上层钢束。本工程张拉采用了智能张拉系统，该系统示意图见图2所示。

图2智能张拉系统示意图

（2）张拉施力顺序控制

第一联纵向预应力筋张拉顺序：初次张拉： 0—0.2FK—0.4FK—0.5FK（持荷5min，油泵复位）；二次张拉： 0—0.5FK--1.0FK(持荷5min)--锚固。其中：FK为设计张拉控制应力。

第二联纵向预应力筋张拉顺序：初次张拉： 0—0.25FK—0.5FK（持荷5min，油泵复位）；二次张拉： 0—0.5FK--1.0FK(持荷5min)--锚固。其中，FK为设计张拉控制应力。

2.2.4伸长值控制

张拉力和延伸量的读数应在张拉过程中分阶段读出。当预应力钢束由很多单根钢绞线组成时，每根应作出记号，以便观测任何滑移，预应力钢束实际伸长值ΔL，除上述测量伸长值外，应加上初应力时的推算伸长值，即：ΔL=ΔL1+ΔL2。锚具变形、预应力筋回缩控制±6mm内。其中，ΔL1代表从初始拉力至最大张拉力间的实测伸长值，ΔL2代表初始拉力时的推算伸长值(可采用张拉相邻级的伸长度)。

2.2.5压浆封锚

首先，压浆前需要做好相关准备工作，例如，墙角线张拉锚固后，应对孔道尽早压浆，对锚垫板上的压浆孔进行清理，检查压浆材料、设备是否符合要求等等；其次，完成准备工作后，需要进行试抽真空，对真空压力表进行读数，应能达到负压力0.06～0.1MPa。当孔道内的真空度保持稳定时，停泵1min，若压力降低小于0.02MPa即可认为孔道能基本达到并维持真空[3]；再次，进行拌浆，拌浆的浆液性能应该重点满足的要求包括：水胶比在0.26~0.28之间，泌水率为0，抗压强度3d≥20MPa，7d≥40MPa，28d≥50MPa，抗折强度3d≥5MPa，7d≥6MPa，28d≥10MPa，流动度(25℃环境下)要求初始在10~17s之间，30min内在10~20s之间，30~60min内在10~25s之间[4]，同时，还要保证充盈度合格，且对钢筋无锈蚀作用；最后，实施压浆封锚操作。具体操作如下：

（1）启动真空泵，当真空度达到并维持在负压0.08 MPa左右时，打开阀门，启动压浆泵，开始压浆；

（2）压浆时，对曲线孔道和竖向孔道应从最低点的压浆孔压入；对结构或构件中以上下分层设置的孔道，应按先下层后上层的顺序进行压浆。同一管道的压浆应连续进行，一次完成。压浆应缓慢、均匀地进行，并应将所有最高点的排气孔依次一一打开和关闭，使孔道排气孔通畅。

（3）浆液自拌制完成至压入孔道的延续时间不宜超过40min[5]，且在使用前和压注过程中应连续搅拌，对因延迟使用所致流动度减低的水泥浆，不得通过额外加水增加其流动度。

（4）压浆过程中及压浆后48h内，结构或构件混凝土的温度及环境温度不得低于5℃，否则应采取保温措施，并应按照冬期施工的要求处理，浆液中可适量掺用引气剂，但不得掺用防冻剂。当环境温度高于35℃时，压浆宜在夜间进行。

（5）压浆结束后，立即用高压水对箱梁被污染的表面进行冲洗，防止遗漏的浮浆粘结，影响箱梁混凝土外观质量。对需封锚的部位及时进行混凝土浇筑。封锚施工时，先对锚具周围的箱梁混凝土进行人工凿毛，冲洗干净后，设置钢筋网、支立模板并浇筑混凝土。封锚混凝土的强度应符合设计及规范要求。

3.结束语

综上所述，大跨现浇梁施工时，为了保证预应力得到有效控制，必须重视张拉力的控制以及张拉伸长量的控制，本文所选牛皮寨大桥现浇梁施工，通过对上述两项内容进行合理控制，使现浇梁施工得以保质保量完成。基于此技术应用效果，可将本研究相关内容作为类似工程的借鉴内容。

参考文献

[1]马克诚, 吴小燕, 王建军,等. 大跨度预应力连续梁桥悬臂挂篮施工现场监测技术研究[J]. 建设科技, 2022(6):80-83.

[2]张忠良. 大跨度预应力混凝土刚构连续梁桥施工技术[J]. 粘接, 2022(3):92-95.

[3]吴铭桂. 浅谈大跨度预应力混凝土梁施工技术[J]. 福建建材, 2022(3):93-95.

[4]徐鹏, 孟德程. 现浇箱梁预应力混凝土施工方法及其质量控制技术分析[J]. 交通科技与管理, 2022(1)

:120-122.

[5]潘朝晖. 先简支后连续预应力梁桥设计与施工技术研究[J]. 交通科技与管理, 2022(11):112-114.