先張法預(yù)應(yīng)力梁施工技術(shù)探討

修德保

（河北省承德路橋建設(shè)總公司，河北 承德 067000）

0 引言

先張法預(yù)應(yīng)力梁施工是采用特制的張拉設(shè)備將預(yù)應(yīng)力筋張拉至控制應(yīng)力，將其錨固，澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行松張，靠預(yù)應(yīng)力筋的回縮使混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求的一種施工方法。本文以承德路橋總公司承建的京承高速附道B合同段的橋梁工程16m梁板的施工為例來(lái)介紹先張法預(yù)應(yīng)力梁的施工過(guò)程。這種施工方法在承德還是首次使用。

1 先張法預(yù)應(yīng)力梁張拉臺(tái)制作

張拉臺(tái)的制作有很多方法，通過(guò)綜合比較，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，承德路橋公司決定采用鋼筋混凝土頂梁式承力架法制作先張梁張拉臺(tái)座。

1． 1 總體布置

張拉臺(tái)由端橫梁、頂梁及橫系梁等組成?？傮w布置要考慮預(yù)制先張梁的數(shù)量、工期、起吊、運(yùn)輸及存放等因素。在承德路橋承建的橋梁工程中有16m先張梁板362片，由于施工時(shí)間短，又恰逢冬季，為能在計(jì)劃工期內(nèi)完成任務(wù)，張拉臺(tái)長(zhǎng)按4片16m梁板串聯(lián)布置，總長(zhǎng)為57m，寬按3個(gè)張拉道并列布置，總寬為6.5m。兩側(cè)設(shè)跨徑為12m的龍門吊軌道，以方便梁的起吊及運(yùn)輸。

1． 2 張拉臺(tái)頂梁強(qiáng)度計(jì)算

1.2.1 端梁與頂梁截面積和慣性矩

端梁及頂梁均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂梁截面積為50cm×50cm，端橫梁截面積為60cm×150cm。

頂梁慣性矩為：

端梁慣性矩為：

故：

由此可見，端橫梁不但可保證頂梁軸心受壓，并且可將千斤頂或鋼絞線之壓力向旁側(cè)頂梁分配。

1.2.2 頂梁強(qiáng)度復(fù)核

為簡(jiǎn)化計(jì)算，端梁按簡(jiǎn)支計(jì)算分配于頂梁上的荷載，而將實(shí)際上由端梁向遠(yuǎn)側(cè)頂梁分配的荷載作為安全儲(chǔ)備。

1.2.2.1 頂梁分配的荷載

預(yù)應(yīng)力筋采用直徑為Φ12.7j、強(qiáng)度等級(jí)為1 860的鋼絞線，單根張拉力Nj=137.7kN，每片中梁15條鋼絞線，每片邊梁16條鋼絞線，其不利組合為：頂梁一側(cè)為邊梁，另一側(cè)為中梁，同時(shí)張拉。此時(shí)頂梁分配之軸向力為：

1.2.2.2 縱向彎曲系數(shù)

頂梁間每10m設(shè)半剛性橫系梁一道，橫系梁截面積為50cm×50cm，頂梁計(jì)算長(zhǎng)度按一端剛結(jié)一端鉸結(jié)計(jì)算：

故：

1.2.2.3 結(jié)構(gòu)截面積

頂梁配有4根Φ20縱筋，鋼筋截面積為：

頂梁截面積為：

1.2.2.4 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C25，強(qiáng)度值R=14.5MPa。鋼筋為Ⅱ級(jí)，強(qiáng)度值Rg=340MPa。

1.2.2.5 頂梁承載力

頂梁承載力為：

故該張拉臺(tái)能夠滿足使用要求。

1． 3 張拉臺(tái)施工的注意事項(xiàng)

因張拉臺(tái)受力很大，工況復(fù)雜，故施工必須嚴(yán)格注意以下事項(xiàng)：

a）鋼絞線合力中心必須與頂梁軸線在同一高度；

b）張拉臺(tái)各部尺寸要準(zhǔn)確，可保證鋼絞線位置準(zhǔn)確；

c）在張拉端及被動(dòng)端各設(shè)一個(gè)鋼橫梁，且在張拉端設(shè)滑道，以備張拉時(shí)使用；

d）為防止在張拉過(guò)程中出現(xiàn)滑絲、斷絲等現(xiàn)象危害施工人員人身安全，在兩端橫梁設(shè)置高1.5m的安全網(wǎng)。

2 先張法預(yù)應(yīng)力梁施工

2.1 伸長(zhǎng)量的計(jì)算

先張法預(yù)應(yīng)力梁預(yù)應(yīng)力筋呈直線布設(shè)，所以計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量ΔL時(shí)，不需考慮磨阻損失的影響，可按下列公式計(jì)算：

式中：Nj——預(yù)應(yīng)力筋張拉端的拉力，N；

Ap——預(yù)應(yīng)力筋截面面積，mm2；

En——預(yù)應(yīng)力的彈性模量，N/mm2；

L——預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度，mm。

計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量ΔL時(shí)，各項(xiàng)取值一定要嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

2． 2 主要設(shè)備及工具

2.2.1 千斤頂、油泵

千斤頂及油泵的選用要根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)張拉力及理論伸長(zhǎng)值來(lái)確定。承德路橋選用的是型號(hào)為YDC300、行程為15cm的千斤頂一臺(tái)，在初應(yīng)力張拉時(shí)使用，選用型號(hào)為YDT1500—1000、行程為100cm的千斤頂兩臺(tái)，在控制應(yīng)力張拉時(shí)使用。

2.2.2 連接器、連接拉桿及錨固螺母

為防止鋼絞線的浪費(fèi)，張拉臺(tái)兩端用連接器、Φ25精軋螺紋鋼拉桿代替鋼絞線與鋼橫梁連接，用螺母進(jìn)行錨固。

2.2.3 模板

先張梁的預(yù)制模板采用的是鋼模板，這樣不但可以保證預(yù)制梁板的各部尺寸精度，而且可以重復(fù)使用，降低生產(chǎn)成本。

2.2.4 龍門吊及平車

先張梁板松張后，采用龍門吊起模，起模后用平車將梁運(yùn)到存梁場(chǎng)進(jìn)行存放。要注意存放方法，以免預(yù)應(yīng)力梁損壞。

2． 3 先張預(yù)應(yīng)力梁的張拉

當(dāng)臺(tái)座強(qiáng)度達(dá)到100%，張拉設(shè)備經(jīng)過(guò)標(biāo)定并符合使用要求時(shí)，即可進(jìn)行張拉。

2.3.1 將Φ25精軋螺紋鋼拉桿穿在定位板上，再用連接器將鋼絞線與螺紋鋼拉桿連接，將被動(dòng)端的拉桿用螺母固定在被動(dòng)端橫梁上，用YDC300型千斤頂逐根張拉至初應(yīng)力，并用螺母將拉桿卡在活動(dòng)橫梁上，以保證每根鋼絞線受力均衡。

2.3.2 做好油表讀數(shù)及伸長(zhǎng)量的記錄并檢查初應(yīng)力后鋼絞線的左右位置及距底板的保護(hù)層厚度，如無(wú)異常情況即可正式張拉。

2.3.3 同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)YDT1500—1000型千斤頂，推動(dòng)活動(dòng)橫梁前進(jìn)。兩臺(tái)油泵給油的速度要同步，保證兩側(cè)的千斤頂推進(jìn)速度相同，以保證鋼絞線的受力均衡。張拉至設(shè)計(jì)張拉力的105%時(shí)，持荷5min，然后回縮到零，再?gòu)埨猎O(shè)計(jì)張拉力，用螺母將其鎖定，張拉結(jié)束。具體步驟如下：0→0.1δk（初應(yīng)力）→105%δk（持荷5min）→0→δk（進(jìn)行錨固）。 考慮到冬季施工的特點(diǎn)，在張拉過(guò)程中對(duì)張拉力及伸長(zhǎng)量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用上限控制。

2.3.4 張拉期間要做好張拉記錄，還要隨時(shí)注意觀察張拉臺(tái)座、鋼絞線、鋼橫梁等是否有異?，F(xiàn)象。

2． 4 先張法預(yù)應(yīng)力梁的澆注

張拉完成后，按圖紙要求要有8h的靜止期，如無(wú)異?，F(xiàn)象，即可進(jìn)行綁扎鋼筋、支模及澆注砼。砼澆注時(shí)分兩層進(jìn)行。第一層鋪底至設(shè)計(jì)底板厚度處，用平板式振搗器進(jìn)行振搗，以免損傷鋼絞線。第一層澆注結(jié)束后進(jìn)行氣囊充氣，充到規(guī)定壓力時(shí)進(jìn)行砼的第二次澆注，用插入式振搗棒振搗。澆注過(guò)程中一定要注意振搗密實(shí)，兩次澆注間隔時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)。

2． 5 先張法預(yù)應(yīng)力梁板的放張

先張法預(yù)應(yīng)力梁板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后就要放張，放張采用對(duì)稱割線法。

對(duì)稱割線法放張是利用鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)容許應(yīng)力與設(shè)計(jì)控制張拉應(yīng)力的25%差額和內(nèi)力不使梁體產(chǎn)生位移這兩個(gè)條件來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂圃瓌t是每次割線不超過(guò)鋼絞線總張拉力的25%。割線時(shí)要從張拉道的中心（梁為偶數(shù)）或中間梁兩端（梁為奇數(shù)）開始，自外側(cè)向內(nèi)側(cè)對(duì)稱割線。由于鋼絞線在中心割線后，中心斷面鋼絞線減少25%，所以該斷面應(yīng)力增加25%，但未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)容許應(yīng)力，未割斷的鋼絞線不至于被拉斷，只產(chǎn)生了極小的位移（經(jīng)過(guò)計(jì)算及實(shí)踐不至破壞梁體及底模）。中心鋼絞線割斷25%后再分別對(duì)稱割斷其他梁體外的鋼絞線，此部分鋼絞線在梁體內(nèi)產(chǎn)生了內(nèi)力，張拉力消失，按此法逐步割線，直到全部割線完成，放張結(jié)束。

2.6 砼外觀

由于冬季施工存在諸多不利因素，所以在施工中采用了蒸氣養(yǎng)生法，用泡沫制作的大棚進(jìn)行保暖，用龍門吊支拆模板、澆筑砼，減少砼外露時(shí)間，保證了砼的外觀及內(nèi)在質(zhì)量，縮短了張拉臺(tái)的使用周期。

3 幾點(diǎn)體會(huì)

3.1 要對(duì)張拉機(jī)具如夾片等的質(zhì)量作嚴(yán)格要求，如果質(zhì)量不好，在張拉過(guò)程中容易出現(xiàn)滑絲、斷絲現(xiàn)象，引發(fā)安全事故。

3.2 由于芯模采用的是氣囊，在澆注斜交梁時(shí)，梁端容易出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，解決方法是澆注前在梁的鈍角側(cè)用木頭將氣囊與模板間卡死，這樣氣囊的受力均衡，就不會(huì)出現(xiàn)偏心現(xiàn)象。

3.3 先張梁施工中，最大的困難在于受砼的強(qiáng)度等因素影響，放張后梁體的起拱不一致，至使吊裝后梁底不平。針對(duì)這種情況，采取了三種方法予以解決：

a）澆筑時(shí)，同一槽的梁盡量同時(shí)澆筑，縮短間隔時(shí)間；

b）制作同步養(yǎng)生試塊，隨時(shí)掌握梁體的強(qiáng)度；

c）對(duì)每一片梁的溫度，根據(jù)同步養(yǎng)生試塊提供的數(shù)據(jù)隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，力求強(qiáng)度增長(zhǎng)速度一致。

3.4 對(duì)稱割線法優(yōu)于諸如楔塊法等放張方法。這種放張方法的優(yōu)點(diǎn)在于梁體幾乎不動(dòng)，保證板底承托不受破壞，尤其是附道工程中的橋梁空心板，在端跨滑動(dòng)端都預(yù)埋有鋼板，且還有螺栓外露。

3.5 由于溫差影響，個(gè)別梁體出現(xiàn)了橫向裂縫。針對(duì)這種情況，升溫速度應(yīng)嚴(yán)格控制在每小時(shí)10～15℃，降溫速度控制在每小時(shí)5～10℃范圍內(nèi)，在梁體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)及時(shí)放張，沒(méi)有放張的梁體不得暴露于空氣中。

4 結(jié)語(yǔ)

在京承高速附道工程施工中，先張預(yù)應(yīng)力施工控制取得了一定的成效，但由于是首次使用先張工藝，技術(shù)上還存在許多不足，需在以后的施工過(guò)程中進(jìn)一步改進(jìn)提升。