后張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工技術(shù)應(yīng)用研究

文芳

（廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，廣州 510620）

1 引言

隨著城鎮(zhèn)化推進(jìn)，公路和城市道路的建設(shè)里程不斷增加。而橋梁作為公路和城市道路上的重要結(jié)構(gòu)物，必須嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。預(yù)應(yīng)力混凝土因具有良好的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，在橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用。尤其是在大跨度橋梁中，混凝土施加預(yù)應(yīng)力后能明顯改善主梁受力性能，提高其整體穩(wěn)定性。同時(shí)，后張法施工橋梁時(shí)所需的設(shè)備簡(jiǎn)單、工期短、經(jīng)濟(jì)效益好等[1]。因此，進(jìn)一步研究后張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工技術(shù)意義重大。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土基本理論

2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用必要性

普通混凝土的極限抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于鋼筋，這就使得橋梁鋼筋混凝土構(gòu)件可能存在兩個(gè)問(wèn)題：一是在帶裂縫工作狀態(tài)下，受拉區(qū)混凝土材料強(qiáng)度會(huì)迅速下降；二是從保證橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的角度考慮，應(yīng)嚴(yán)格限制裂縫寬度，此時(shí)鋼筋難以充分發(fā)揮作用。尤其是在橋梁跨度或承擔(dān)的荷載較大時(shí)，只能靠增大構(gòu)件截面尺寸或增加鋼筋用量來(lái)控制構(gòu)件變形，經(jīng)濟(jì)性和美觀性差[2]。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土作用原理

按預(yù)應(yīng)力大小不同，國(guó)際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)（FTP）將預(yù)應(yīng)力混凝土劃分成4 個(gè)等級(jí)，即Ⅰ級(jí)全預(yù)應(yīng)力、Ⅱ級(jí)有限預(yù)應(yīng)力、Ⅲ級(jí)部分預(yù)應(yīng)力、Ⅳ級(jí)普通鋼筋混凝土。工程師可根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的功能和所處環(huán)境，選擇合理的預(yù)應(yīng)力等級(jí)。橋梁結(jié)構(gòu)在預(yù)壓力作用下、荷載作用下、預(yù)壓力與荷載共同作用下的受力模型如圖1 所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁構(gòu)件受力

如果梁體沒(méi)有施加預(yù)應(yīng)力，僅在梁兩端施加偏心壓力N，會(huì)在梁下緣產(chǎn)生壓應(yīng)力；僅在梁上部施加外荷載，梁下緣會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果梁體同時(shí)受到預(yù)應(yīng)力和荷載的作用，則壓應(yīng)力和拉應(yīng)力會(huì)疊加在一起。此時(shí)，梁下緣可能產(chǎn)生拉應(yīng)力，也可能產(chǎn)生壓應(yīng)力[3]。

3 后張法預(yù)應(yīng)力張拉前的準(zhǔn)備工作

3.1 檢查工作

3.1.1 構(gòu)件檢查

施加預(yù)應(yīng)力之前，施工人員要檢測(cè)混凝土構(gòu)件的外觀和尺寸，并確保張拉時(shí)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)規(guī)定。如果設(shè)計(jì)文件沒(méi)有明確混凝土張拉強(qiáng)度，應(yīng)不小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%。設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的75%。同時(shí)，在預(yù)應(yīng)力筋穿束前要檢查孔道，確?？椎牢恢门c設(shè)計(jì)一直，孔道內(nèi)無(wú)水分和雜物，并清除掉錨墊板上的焊渣、混凝土殘?jiān)?/p>

3.1.2 模板和支架檢查

橋梁混凝土構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力后一定會(huì)出現(xiàn)彈性變形，并引起撓曲，這要求模板和支架滿足以下條件：（1）對(duì)軸向彈性收縮有約束作用的梁側(cè)模板要拆除；（2）預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)值后，才能拆除支架和模板；（3）詳細(xì)檢查模板和支架在順橋方向是否存在移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等變形。

3.1.3 張拉機(jī)具檢查

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件張拉前，要檢查張拉裝置的油量是否充足，且不應(yīng)存在漏油現(xiàn)象。如果千斤頂與油泵兩端連接器有灰塵，應(yīng)及時(shí)清理干凈。由于預(yù)應(yīng)力筋和錨具間有模型，壓力表所顯示的張拉力與實(shí)際可能不符，技術(shù)人員要在施工前進(jìn)行標(biāo)定。

3.2 張拉方式和張拉順序的確定

3.2.1 張拉方式

橋梁構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力的方式還有分批張拉、分段張拉、分階段張拉、補(bǔ)償張拉等，具體闡述如下[4]：（1）分批張拉是指多根預(yù)應(yīng)力筋分批次來(lái)張拉，后批次張拉的預(yù)應(yīng)力筋所引起的混凝土彈性壓縮會(huì)使前批次張拉的預(yù)應(yīng)力筋造成預(yù)應(yīng)力損失；（2）分段張拉是對(duì)通長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力筋逐步張拉，前段預(yù)應(yīng)力筋張拉后，后段預(yù)應(yīng)力筋利用錨頭連接器接長(zhǎng)后再?gòu)埨?；?）分階段張拉是為了平衡各階段的荷載，所加荷載同時(shí)包括外荷載及結(jié)構(gòu)內(nèi)部體積變化所產(chǎn)生的內(nèi)力等。

3.2.2 張拉順序

橋梁預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉順序要遵循設(shè)計(jì)圖紙的要求，如未指定張拉順序，應(yīng)堅(jiān)持“均勻、對(duì)稱、偏心小”的原則，具體方法闡述如下：先張拉靠近梁體截面形心軸的鋼束，從上往下張拉錨固在梁端部的鋼束。當(dāng)梁端布置了2 排預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí)，張拉完一側(cè)立即張拉另一側(cè)，以免產(chǎn)生較大偏心荷載。

4 后張法張拉預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工工藝及效果評(píng)價(jià)

4.1 后張法主要施工工藝

預(yù)應(yīng)力混凝土板梁的長(zhǎng)寬高尺寸為20 m×1.24 m×0.9 m。該空心板梁擬采用后張法進(jìn)行張拉。

4.1.1 模板制作

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的模板有底模、側(cè)模、端模、芯模等，其中，底模要保證線條直順、表面光滑、易于脫模，并對(duì)支座加固，以保證預(yù)制梁在張拉起拱后支座承載力滿足要求。部分預(yù)制梁在底模支座位置還要預(yù)留楔塊，以滿足橋梁調(diào)坡需要；側(cè)模、端?？刹捎? mm 厚的定型鋼模板，且將內(nèi)部拋光，以改善澆筑混凝土的平整性；芯模有橡膠膠囊、木芯模、鋼芯模等，模板位置要按設(shè)計(jì)要求固定好，以保證梁體構(gòu)造尺寸準(zhǔn)確。

4.1.2 鋼筋制作

鋼筋原材料在進(jìn)場(chǎng)后，要進(jìn)行抽檢，確保鋼筋性能滿足施工需求，不得以鋼筋廠家提供的生產(chǎn)合格證明作為驗(yàn)收依據(jù)。預(yù)應(yīng)力鋼筋在下料時(shí)，不僅要考慮孔道長(zhǎng)度，還要考慮錨夾具類型、張拉機(jī)具、張拉方法等，以盡量節(jié)約鋼材消耗量。鋼較線的具體下料長(zhǎng)度L可按式（1）計(jì)算。

式中，l為孔道長(zhǎng)度；l1、l2、l3、l4、l5分別為錨具高度、限位板高度、千斤頂高度、錨板高度、長(zhǎng)度富余量；N為與張拉方式有關(guān)的系數(shù)，兩端張拉取2，單側(cè)張拉取1。

此外，為了避免鋼絞線穿波紋管期間出現(xiàn)錯(cuò)亂，下料后要對(duì)鋼絞線進(jìn)行編束，具體編束流程如下：將鋼絞線按設(shè)計(jì)根數(shù)平整放在地面上，將每根鋼絞線梳理順直（松緊程度盡量保持相同），并用鍍鋅鐵絲將鋼絞線綁成束狀。

4.1.3 波紋管安裝

波紋管要盡量采用整體性波紋管，以減小接頭數(shù)量，降低鋼絞線的穿束難度。同時(shí)，建議波紋管穿入孔道后，用膠布纏綁，防止滑脫，并保證波紋管安裝期間中心線與端頭錨墊板垂直。

4.1.4 混凝土澆筑

橋梁結(jié)構(gòu)混凝土等級(jí)為C40，具體配合比見(jiàn)表1。由混凝土拌和站供應(yīng)，通過(guò)“門吊+料斗”的方法在現(xiàn)場(chǎng)澆筑?；炷涟聪鹊装搴罅后w的順序進(jìn)行澆筑，且一次性澆筑完成。

表1 混凝土施工配合比

4.1.5 鋼筋張拉、孔道壓漿、封錨

預(yù)應(yīng)力筋張拉：橋梁構(gòu)件張拉前混凝土強(qiáng)度要至少達(dá)到設(shè)計(jì)值的75%，并對(duì)千斤頂和油壓表進(jìn)行標(biāo)定，繪制出張拉力與壓力表之間的曲線關(guān)系。預(yù)應(yīng)力混凝土板梁的具體張拉程序?yàn)椋?→初應(yīng)力→1.05 倍控制應(yīng)力，并持荷5 min→控制應(yīng)力。

孔道壓漿：鋼筋張拉結(jié)束4 h 后開(kāi)展孔道壓漿，以將預(yù)應(yīng)力傳遞至混凝土結(jié)構(gòu)中，并防止鋼筋銹蝕、松弛。壓漿材料宜采用強(qiáng)度等級(jí)≥42.5、水灰比控制在0.35～0.45、泌水率≤2%的水泥漿。壓漿采用活塞式壓漿泵，從兩側(cè)向中間壓漿，保證灌漿飽滿。壓漿應(yīng)緩慢、均勻、不中斷地進(jìn)行，壓漿壓力取0.5～0.8 MPa，孔道較長(zhǎng)時(shí)也不宜超過(guò)1.0 MPa。

封錨：封錨前要在梁板兩端進(jìn)行鑿毛、綁扎端部鋼筋網(wǎng)、澆筑封錨混凝土，并確保封錨混凝土的強(qiáng)度不宜小于梁體混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度。對(duì)于長(zhǎng)期外露的錨具，要防銹處理。

4.2 后張法施工效果評(píng)價(jià)

橋梁預(yù)應(yīng)力筋張拉后，要對(duì)張拉質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，確保鋼筋理論伸長(zhǎng)量與實(shí)際伸長(zhǎng)率的差值不超過(guò)6%。根據(jù)JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，預(yù)應(yīng)力鋼筋理論伸長(zhǎng)量ΔL的計(jì)算可按式（2）[5]：

式中，Ap為預(yù)應(yīng)力筋截面面積，mm2；Ep為預(yù)應(yīng)力筋彈性模量，MPa；Pp為預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力，N，受孔道局部偏差和預(yù)應(yīng)力筋與孔道摩擦系數(shù)影響較大。

預(yù)應(yīng)力鋼筋的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量要包括從0 張拉至初應(yīng)力時(shí)的伸長(zhǎng)量，但是開(kāi)始張拉時(shí)各根預(yù)應(yīng)力筋的松弛、彎直程度不同，初始伸長(zhǎng)量宜采用推算法。

表2 計(jì)算了板梁多組預(yù)應(yīng)力鋼筋的伸長(zhǎng)量偏差。

表2 預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉誤差

由表2 可知：預(yù)應(yīng)力鋼筋的實(shí)際伸長(zhǎng)率均大于理論伸長(zhǎng)量，且兩者偏差最大值為5.2%，最小值為1.5%，均小于現(xiàn)行施工規(guī)范要求，說(shuō)明后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工質(zhì)量控制效果較好。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了預(yù)應(yīng)力混凝土的基本理論、后張法的準(zhǔn)備工作和主要施工工藝，得到了以下幾個(gè)研究成果。

1）混凝土中施加預(yù)應(yīng)力后，能明顯改善橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)應(yīng)力大小劃分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)。

2）后張法施工前要先檢查構(gòu)件、模板和支架、張拉機(jī)具等，并明確張拉方式和張拉順序。

3）后張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工順序?yàn)椋耗０逯谱鳌摻钪谱鳌y管安裝→混凝土澆筑→鋼筋張拉→孔道壓漿、封錨等。

4）施工完成后，要檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋理論伸長(zhǎng)量與實(shí)際伸長(zhǎng)率，并將兩者差值控制在6%以內(nèi)。