悬臂现浇连续箱梁预应力张拉关键控制点

□文/赵新坡

1 工程概况

老漳河特大桥主桥采用40 m+70 m+40 m 变截面预应力混凝土连续箱梁，主梁根部高4.2 m、跨中高2 m，箱梁纵向尺寸为5×4 m+2×4.5 m，0号块长度为10 m，中跨和边跨之间的合龙段长度为2 m，边跨现浇段长度为3.9 m。悬臂梁段最大理论设计质量138.01 t，挂篮自质量56 t。

主桥箱梁采用三向预应力体系，分为纵向预应力束、桥面板横向预应力束和竖向精扎螺纹钢筋[1]。

主桥连续箱梁悬臂段的左右端均独立采用菱形挂篮进行悬臂浇筑法施工[2]，左右幅同时进行，施工中同时投入4 套（8 个）挂篮。悬臂梁段均一次浇筑成型并在底板混凝土凝固以前全部浇筑完成，以避免梁底裂纹的产生。

2 施工重点和难点

预应力连续箱梁跨度较长，横向截面尺寸较大，挂篮和悬臂现浇段质量相对较大，施工中混凝土浇筑质量和预应力张拉控制的精度是需要重点控制的环节。其中预应力张拉过程的精度控制，钢绞线应力、应变的控制，摩阻系数的计算等指标是张拉环节的重点，也是施工中的难点，连续箱梁的质量能否合格，与施工中这几个环节的控制密切相关，因此在施工中要对这些指标和环节进行精确计算及严格管控。

3 主要材料及设备

3.1 张拉材料的选择

顶板、腹板预应力钢束采用19φ15.2 mm 钢绞线，OVM 15-19型锚具；中跨底板、边跨底板预应力钢束及边跨顶板、中跨顶板合龙钢束采用17φ15.2 mm 钢绞线，OVM15-17 型锚具。所有纵向预应力钢束均两端张拉[3]，锚下控制应力1 395 MPa。

竖向预应力筋采用JL32 精扎螺纹钢（JL835），YGM 型锚具，下端锚固，上端张拉，锚下控制应力706.5 MPa。

横向预应力采用3φ15.2 mm钢绞线，BM15-3型锚具，单端张拉，锚下控制应力1 395 MPa。

3.2 张拉设备的选择及标定

3.2.1 油表及千斤顶的选择

纵向预应力筋采用大孔径穿心式千斤顶及相应油泵，张拉设备的额定张拉力应大于预应力筋的张拉力[4]，而预应力筋张拉力为4 947.6 kN，所以采用额定张拉力为4 960 kN的YCQ500型千斤顶，ZB4-500通用型油泵。精轧螺纹钢筋采用YQ-70 穿心式千斤顶及通用型油泵。油表选用防振型压力表，最大读数为100 MPa，精度为1.0级。

3.2.2 油表的校正与千斤顶的标定

压力表、张拉千斤顶等计量设备要在有资质的单位进行标定并按有关规范定期检查并建立卡片备查[5]。在施工中建立油表压力与千斤顶张拉P-N标定曲线也很重要[5]。使用过程中千斤顶如有拆卸维修或更换配件，则必须重新校正和标定。

4 施工的关键控制点计算

4.1 伸长量及油表读数计算

张拉前先对图纸中的理论值进行复核，计算每束钢绞线的理论引伸量[6]作为现场施工的依据。

式中：P为张拉力，N；L为预应力筋长度，mm；X为从张拉端至计算截面的孔道长度，m；A为预应力筋断面积，mm2；E为预应力筋实测弹性模量，MPa；K为孔道偏差系数，取0.001 5；µ为摩阻系数，取0.25；θ为从张拉端至计算截面切线角之和，rad。

计算时弹性模量应取试验值[6]，另外，箱梁纵向束线形为平曲线和竖曲线的组合，由于箱梁为多次浇筑完成，钢绞线束长且变化点多，因此，伸长值采用分段计算，然后叠加得出整束伸长值。现以钢束W1 为例进行伸长量校核。见图1和表1。

表1 现浇箱梁W1钢束伸长量

图1 W1钢束

4.2 张拉油表读数计算

预应力施工前要对张拉千斤顶进行校验，合格后出具校验报告。利用报告中的数据计算得出所有配套千斤顶及油表的回归方程。此外还要依据设计张拉力和锚口的摩阻损失计算得出油表读数[7]。

式中：P为油表读数；A、B为回归系数，根据校验报告算出；F为千斤顶张拉力，F＝设计张拉力+锚口摩阻损失。

4.3 µ值计算

钢束较长时，摩擦阻力会造成长钢束的预应力损失过大，所以要通过现场实测孔道摩阻系数µ，以校核预应力孔道摩阻系数损失值，应根据与传感器配套的应变仪读数换算成张拉力，再计算出预应力钢绞线束的长度和转角。

式中：F1为主动端拉力，kN；F2为被动端拉力，kN；θ为曲线段转角，rad；x为预应力束的总长度，m；k为孔道局部偏差系数。

5 预应力张拉施工的关键控制点

5.1 张拉方法及顺序

采用后张法施工，单块的张拉顺序为纵向预应力→竖向预应力→横向预应力。总体纵向张拉的先后顺序为腹板纵向预应力→边跨纵向预应力（顶板、底板）→中跨纵向预应力（顶板、底板）。

5.2 张拉程序

钢绞线：0→15%初应力→30%控制应力→100%控制应力（持荷5 min）→锚固。精轧螺纹钢：0→10%初应力→20%控制应力→100%控制应力→0→100%控制应力（持荷5min）→锚固[8]。

5.3 钢束的张拉及伸长值的量测

当张拉力达到初张力后，量测千斤顶的活塞外露长度a，然后供油达到2 倍初张力，量测活塞外露长度b，再张拉至设计吨位的油压值，量测活塞的外露长度c，L=b+c-2a即为实际伸长值。因本工程的现浇箱梁钢绞线较长，一次张拉循环不能达到设计伸长量，因此施工过程中进行了多次循环张拉。每次张拉的施工工艺和控制方法均相同，不同的只是每一次循环的初始值均采用上一次循环的锚固力。这样循环几次，直到达到高定的控制张力为止。

5.4 精轧螺纹钢张拉控制要点

1）安装螺母，用扳手拧紧螺母。

2）将穿心拉杆用连接器拧在精轧螺纹钢筋上，穿心拉杆及螺纹钢钢筋各拧入连接器一半。

3）千斤顶就位套在精轧螺纹钢筋和穿心拉杆上，用锚具螺母拧紧穿心拉杆。

4）由前油嘴向张拉缸进油，使回程缸由后油嘴回油，利用活塞后移产生的拉力来张拉精轧螺纹筋。

5）若符合理论计算值，则用扳手拧紧锚具螺母。

6）重复张拉至100%张拉力，持荷5 min，回油完成张拉。

6 结语

后张法预应力施工是箱梁施工中主要的施工技术，应采用正确的施工操作方法和精确的计算校核。除对钢束的张拉采用伸长量和张拉力双控外，还需要对现场确定钢束摩阻力的摩擦系数进行精确计算，同时对张拉时的钢束的伸长量及油表读数进行精确计算并在张拉过程中严格按照操作规程进行，以保证张拉控制的准确无误，确保施工质量。

在本工程施工过程中，通过对张拉过程各个环节进行精确及通过对钢束伸长量、油表读数、摩阻系数的精确计算，很好地控制了现浇箱梁的质量。梁体施工完成后，各项实测指标均达到了合格标准。