黃冠達(dá)

（四川路橋橋梁工程有限責(zé)任公司，成都610000）

1 引言

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁具有較大豎向、橫向、抗扭、縱向剛度及良好的高速行車(chē)動(dòng)力性能的梁體結(jié)構(gòu)和ZK 活載，是目前高速鐵路采用的主型預(yù)制梁[1]。而預(yù)應(yīng)力施工作為箱梁預(yù)制的三大特殊工序之一，對(duì)箱梁質(zhì)量控制起決定性作用，采用自動(dòng)控制張拉系統(tǒng)可以更穩(wěn)定地控制預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。

2 材料質(zhì)量控制

2.1 鋼絞線質(zhì)量指標(biāo)

鋼絞線必須選用有生產(chǎn)許可證的合格生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)為1×7-15.20-1860。鋼絞線每30 t 為一個(gè)批次檢驗(yàn)，分別進(jìn)行屈服負(fù)荷、整根鋼絞線最大力、抗拉強(qiáng)度、最大力總伸長(zhǎng)率、彈性模量、鋼絞線直徑、應(yīng)力松弛率檢驗(yàn)。

2.2 預(yù)應(yīng)力筋用錨具4 件套

錨具為夾片式，4 件套由螺旋筋、錨墊板、工作錨板、夾片組成，錨板材質(zhì)不低于45#鋼，夾片材質(zhì)不低于20CrMnTi 合金結(jié)構(gòu)鋼，錨墊板材質(zhì)不低于HT200 灰鑄鐵，螺旋筋材質(zhì)不低于HPB300 光圓鋼筋。進(jìn)場(chǎng)每2000 套為1 個(gè)檢驗(yàn)批次，分別進(jìn)行外形外觀、錨具及夾片的錨固效率系數(shù)、極限拉力總應(yīng)變、錨板強(qiáng)度（撓度殘余變形）、錨板與夾片的硬度檢驗(yàn)。錨具4件套與配套使用的限位板、工具錨必須是同一廠家生產(chǎn)，工具錨不得代替工作錨使用。

3 設(shè)備

張拉設(shè)備對(duì)張拉施工質(zhì)量有較大影響，因此，施工方要提高該施工技術(shù)水平就要做好設(shè)備選型工作。目前，鐵路施工行業(yè)推薦自動(dòng)控制張拉系統(tǒng)進(jìn)行施工，能夠更加精準(zhǔn)地控制張拉工藝的質(zhì)量。自動(dòng)控制張拉系統(tǒng)是基于機(jī)械、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，能夠進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉自動(dòng)化控制和張拉數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕炷翗蛄侯A(yù)應(yīng)力張拉施工設(shè)備集成，性能符合施工需求[2]。

4 張拉工藝控制

預(yù)施應(yīng)力按預(yù)張拉、初張拉和終張拉3 個(gè)階段進(jìn)行。

4.1 預(yù)張拉

當(dāng)梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到60%強(qiáng)度以上，拆除端模，松內(nèi)模，進(jìn)行預(yù)張拉。張拉操作流程：0→0.2σcon（持荷20 s）→σy（持荷180 s）錨固。其中，σcon為張拉控制應(yīng)力；σy為錨外預(yù)張?jiān)O(shè)計(jì)應(yīng)力。

4.2 初張拉

當(dāng)梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%強(qiáng)度以上，拆內(nèi)模，在預(yù)制臺(tái)座上進(jìn)行初張拉，結(jié)束后，方能將梁體移出臺(tái)座。張拉順序如下：0→0.2σcon（持荷20 s）→σc（持荷180 s）錨固（σc為初張?jiān)O(shè)計(jì)應(yīng)力）。

4.3 終張拉

1）當(dāng)梁體混凝土強(qiáng)度≥100%強(qiáng)度，混凝土齡期≥10 d時(shí)，進(jìn)行終張拉。

2）箱梁終張前實(shí)測(cè)彈性上拱的原始讀數(shù)，終張拉后實(shí)測(cè)彈性上拱度，其允許值不大于1.1 倍的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)計(jì)算值。

3）張拉順序如下：未經(jīng)過(guò)預(yù)、初張拉的：0→0.2σcon（持荷20s）→σcon（持荷180～300 s）錨固→鋼絞線作滑絲觀察標(biāo)記。

4）經(jīng)過(guò)預(yù)、初張拉的預(yù)應(yīng)力束張拉順序如下：0→σyc（σyc為預(yù)、初張?jiān)O(shè)計(jì)應(yīng)力）→σcon（持荷180～300 s）錨固→鋼絞線作滑絲觀察標(biāo)記。

5 張拉要領(lǐng)及計(jì)算

鋼絞線理論伸長(zhǎng)值應(yīng)計(jì)算總伸長(zhǎng)值，但在實(shí)際施工中，前20%控制應(yīng)力的鋼絞線伸長(zhǎng)值無(wú)法測(cè)出，為了提高計(jì)算伸長(zhǎng)值與實(shí)測(cè)值的精確比較，避免實(shí)際操作中用鋼絞線計(jì)算伸長(zhǎng)值與實(shí)測(cè)推算伸長(zhǎng)值比較，造成伸長(zhǎng)值比較結(jié)果誤差大，故計(jì)算伸長(zhǎng)值取20%～100%的控制應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。

5.1 鋼絞線的理論伸長(zhǎng)值ΔL

鋼絞線的理論伸長(zhǎng)值ΔL按式（1）計(jì)算：

式中，σp為張拉端控制平均應(yīng)力，MPa；LT為從張拉端至計(jì)算截面鋼絞線長(zhǎng)度，mm；Ay為鋼絞線公稱面積，mm2；Eg為鋼絞線彈性模量，MPa。

預(yù)應(yīng)力筋平均張拉應(yīng)力σp按式（2）計(jì)算：

式中，μ 為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)；θ 為張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角，rad，以弧度計(jì)；L為從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度，m；k為孔道每米長(zhǎng)度局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)。

5.2 鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)值ΔL未

1）未進(jìn)行預(yù)、初張拉鋼絞線按式（3）計(jì)算：

式中，ΔL未為未進(jìn)行預(yù)、初張拉鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)值；δ初為張拉初始荷載下（0.2σcon），位移傳感器讀數(shù)。

2）進(jìn)行預(yù)、初張拉鋼絞線按式（4）計(jì)算：

式中，ΔL總為進(jìn)行預(yù)、初張拉鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)值；ΔLcon為終張拉控制荷載下，鋼絞線伸長(zhǎng)值；ΔLyc為預(yù)、初張拉控制荷載下，鋼絞線伸長(zhǎng)值；δ初為張拉初始荷載下（0.2σcon），位移傳感器讀數(shù)。

5.3 鋼絞線回縮量L回

式中，L1為張拉至控制應(yīng)力時(shí)位移傳感器讀數(shù)；L2為回油至1 MPa 再記錄位移傳感器讀數(shù)；L3為計(jì)算所得的千斤頂內(nèi)鋼絞線一端的伸長(zhǎng)值。

5.4 張拉不同步率

按伸長(zhǎng)值不同步率=（大-?。?（大+?。?，計(jì)算結(jié)果應(yīng)不大于5%。

6 張拉控制難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

6.1 材料問(wèn)題及解決措施

6.1.1 主要問(wèn)題

1）同一批次鋼絞線彈性模量差值過(guò)大。

2）錨墊板喇叭口直徑不合格，承壓面積過(guò)小，錨板作用于錨墊板的應(yīng)力過(guò)大，造成塌陷、錨口混凝土裂紋。

3）夾片未套連，跟進(jìn)錨板不同步，造成錯(cuò)牙、刻斷鋼絞線。

6.1.2 應(yīng)對(duì)措施

1）鋼絞線彈性模量同批次差值≤5 GPa。

2）鋼絞線檢驗(yàn)屈服負(fù)荷、整根鋼絞線最大力、抗拉強(qiáng)度、最大力總伸長(zhǎng)率、彈性模量、鋼絞線直徑、應(yīng)力松弛率檢驗(yàn)其余檢驗(yàn)指標(biāo)：當(dāng)檢驗(yàn)項(xiàng)其中一項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果不符合規(guī)范GB/T 5224—2014《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》中相應(yīng)規(guī)定時(shí)，則該盤(pán)卷不得驗(yàn)收。如鋼絞線某一盤(pán)卷號(hào)檢測(cè)出現(xiàn)不合格品，不得流入復(fù)檢程序，該盤(pán)卷號(hào)不合格，不得使用，從其他未抽檢樣品中加倍取樣，如果仍有一項(xiàng)不符合要求，須逐盤(pán)對(duì)該批鋼絞線進(jìn)行檢驗(yàn)，合格可用，不合格不得使用。

3）錨墊板外形外觀檢驗(yàn)時(shí)，受檢零件的外形尺寸和外觀質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定。若有一件不合格，即應(yīng)對(duì)本批全部產(chǎn)品進(jìn)行逐件檢驗(yàn)，合格者方可使用[3]。

4）夾片使用鋼絲圈套連，安裝夾片時(shí)還需用端頭帶螺母的鋼管錘擊夾片，使限位板有效發(fā)揮作用。

6.2 工藝裝備問(wèn)題及解決措施

主要問(wèn)腿：錨墊板進(jìn)漿、安裝傾角不合格，發(fā)生預(yù)應(yīng)力孔道偏心，鋼絞線與錨具不同心、與錨板產(chǎn)生折角，增大錨口摩阻。

應(yīng)對(duì)措施：錨墊板喇叭口定制同心橡膠護(hù)套，防止梁體在混凝土施工過(guò)程中錨墊板進(jìn)漿；解決錨墊板安裝角度應(yīng)從模板設(shè)計(jì)切入，端模設(shè)計(jì)為一體焊接工藝，將錨穴口的傾角設(shè)計(jì)與端模融合，錨墊板則與端模的傾角設(shè)計(jì)位置通過(guò)螺栓連接安裝，提高后張法預(yù)應(yīng)力施工工藝的精度和施工效率。

6.3 計(jì)量問(wèn)題及解決措施

6.3.1 主要問(wèn)題

1）配套標(biāo)定千斤頂用壓力環(huán)或傳感器的規(guī)格與實(shí)際張拉力不配套，缺少相應(yīng)噸位的傳感器。

2）使用過(guò)程中未進(jìn)行定期自檢。

6.3.2 應(yīng)對(duì)措施

1）梁場(chǎng)試驗(yàn)室自校應(yīng)具備硬件（活塞壓力計(jì)+標(biāo)準(zhǔn)母表+標(biāo)準(zhǔn)砝碼）和軟件（檢定員證書(shū)）。

2）制訂相應(yīng)檢測(cè)計(jì)劃，校準(zhǔn)需要有資質(zhì)的單位檢定，壓力傳感器、位移傳感器及液壓傳感器6 個(gè)月校準(zhǔn)一次，壓力傳感器和位移傳感器每月自校1 次，保證后張法預(yù)應(yīng)力施工的穩(wěn)定性。

6.4 張拉工藝難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

安裝千斤頂時(shí)應(yīng)做到“三同心”即：千斤頂、錨具、預(yù)應(yīng)力管道三者同心，操作過(guò)程終做到“兩同步”，張拉時(shí)兩端及兩側(cè)必須同步、對(duì)稱張拉，同時(shí)達(dá)到同一荷載值。

張拉按照設(shè)計(jì)的張拉順序，兩端兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱張拉，即4 臺(tái)張拉千斤頂同時(shí)工作。張拉作業(yè)以張拉前“三控”“三對(duì)應(yīng)”、張拉中“三同”“三控”、張拉后“三控”控制張拉質(zhì)量。

1）張拉前“三控”“三對(duì)應(yīng)”?！叭亍保簷z查梁體混凝土100%強(qiáng)度以上、彈性模量、混凝土齡期D（10 d≤D≤30 d）是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求?！叭龑?duì)應(yīng)”：鋼絞線直徑對(duì)應(yīng)限位板深度，實(shí)測(cè)鋼絞線彈模對(duì)應(yīng)鋼絞線理論伸長(zhǎng)值，兩批鋼絞線實(shí)際穿入的孔道與指定的相對(duì)應(yīng)。

3）張拉中“三同”“三控”?！叭保鹤龅絻啥藦埨捅猛瑫r(shí)開(kāi)始，同速供油，同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力?！叭亍奔磻?yīng)力、應(yīng)變和時(shí)間三控。以控制張拉應(yīng)力為主，以預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核，兩端總實(shí)際伸長(zhǎng)值與按進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)鋼絞線實(shí)際彈模計(jì)算的伸長(zhǎng)值誤差不得超過(guò)±6%，兩端不同步率結(jié)果應(yīng)≤5%，同時(shí)保證在張拉控制應(yīng)力σcon作用下持荷5 min 后回油錨固。

5）張拉后“三控”：滑斷絲率、夾片外露及錯(cuò)牙、鋼絞線回縮量。在整個(gè)張拉過(guò)程中，格外注意鋼絞線及錨具滑絲情況，全梁斷絲、滑絲不得超過(guò)鋼絲總數(shù)的0.5%，且不得在同束、同側(cè)。若伸長(zhǎng)量超過(guò)6%，或一束內(nèi)滑斷絲超過(guò)一根時(shí)，必須采用整體退錨套筒進(jìn)行退錨、重拉處理。錨固后夾片表明應(yīng)平整，夾片外露不超過(guò)3 mm，錯(cuò)牙不超過(guò)1 mm。

張拉完成后，應(yīng)在錨圈外鋼絞線5 cm 處用彩筆劃線，24 h后檢查鋼絞線無(wú)滑動(dòng)時(shí)，每端鋼絞線回縮量不大于1 mm。張拉錨固24 h 后測(cè)量無(wú)回縮，才允許切絲，進(jìn)入下一道工序。如果檢查有滑絲、斷絲現(xiàn)象，經(jīng)核查確認(rèn)后，須放張后更換鋼絞線重新張拉。每端錨具回縮量控制≤6 mm，否則應(yīng)分析原因后再進(jìn)行張拉。

6）應(yīng)保證千斤頂、限位板、工作錨及管道在同一直線上，連接在一起，并確保管道、錨具、千斤頂三者同心。

7）初調(diào)：梁體兩端同時(shí)張拉，千斤頂充油到達(dá)初應(yīng)力時(shí)（0.2σcon），計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄位移傳感器讀數(shù)，作為測(cè)鋼絞線伸長(zhǎng)量的起點(diǎn)。

7 結(jié)語(yǔ)

總之，后張法預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量直接影響橋梁使用與橋梁使用壽命，因此，相關(guān)工作人員必須做好研究工作，提高后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和完整性，做好預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制工作，讓其性能符合施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)交通建設(shè)事業(yè)提供技術(shù)支撐。