李 濤

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300162）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制小箱梁因其受力清晰、結(jié)構(gòu)簡單、施工機(jī)具配套完整，在公路橋梁工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用，滿足了橋梁相應(yīng)跨度和應(yīng)力的施工要求，對橋梁工程整體質(zhì)量提供了有力的技術(shù)支撐。實踐中，小箱梁預(yù)制過程的預(yù)應(yīng)力張拉對梁體的質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，必須引起重視。本文對預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制小箱梁張拉過程中有效應(yīng)力的控制進(jìn)行分析。

1 工程概述

銀洲湖高速公路TJ03標(biāo)位于廣東省江門市新會區(qū)會城街道和雙水鎮(zhèn)境內(nèi)，標(biāo)段起訖里程K18+262.504～K24+840，總長6.577km，橋梁占比為100%。橋梁包括現(xiàn)澆連續(xù)梁和預(yù)制小箱梁兩種結(jié)構(gòu)形式，其中預(yù)制小箱梁以25m 和35m 梁為主，本項目共需架設(shè)預(yù)制梁2642片，占項目總投資額的28%。在項目實施過程中，遇到了同束不均勻度超標(biāo)、有效錨下應(yīng)力不足、內(nèi)縮值、回縮量計算錯誤，缺少計算依據(jù)等問題，必須引起重視并采取措施。

2 預(yù)應(yīng)力設(shè)計

該項目裝配式混凝土預(yù)制小箱梁采用廣東省標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計成果，結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了剛性橫梁法、剛接板（梁）法和梁格法3種計算方法進(jìn)行對比分析。

預(yù)制小箱梁設(shè)計為先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)形式，25m預(yù)制小箱梁預(yù)應(yīng)力布置為4φs15.2及5φs15.2，35m預(yù)制小箱梁預(yù)應(yīng)力布置為6φs15.2 及7φs15.2，采用夾片式錨具錨固體系。施加預(yù)應(yīng)力采用后張法兩端張拉的形式。預(yù)制梁內(nèi)正彎矩鋼束錨下張拉控制應(yīng)力為1395MPa，預(yù)應(yīng)力張拉時還需考慮鋼束與錨圈口的摩擦損失，暫按3%考慮錨口摩阻損失，即鋼束錨外張拉控制應(yīng)力為1437MPa，根據(jù)試驗情況確定錨口摩阻損失具體數(shù)值。

3 預(yù)應(yīng)力計算

3.1 設(shè)計伸長量校核

3.1.1 張拉力計算

預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉力的公式：

以25m 預(yù)制小箱梁為例，通過計算得知：YM15-4錨具對應(yīng)張拉力為781.2kN，YM15-5 錨具對應(yīng)張拉力為976.5kN。

3.1.2 預(yù)應(yīng)力筋工作長度計算

預(yù)應(yīng)力鋼絞線根據(jù)直線段和曲線段進(jìn)行分段計算，鋼絞線豎彎半徑為30000mm，豎彎角度5°。預(yù)應(yīng)力鋼絞線縱斷面如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線縱斷面示意圖

圓弧段BC長度計算公式：

斜線段AB長度計算公式：

實測千斤頂長度370mm、過渡環(huán)長度250mm、限位板高度30mm（承壓部分），合計千斤頂工作段（工作錨至工具錨之間）的長度為650mm。CD段為圖紙設(shè)計長度，分別為：2642mm、4246mm、5847mm、7447mm、9915mm。

3.1.3 預(yù)應(yīng)力筋理論伸長量計算

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/3650-2020），預(yù)應(yīng)力筋理論伸長量計算公式如下：

鋼絞線、管道、錨具等原材料進(jìn)場后均進(jìn)行原材料送檢，復(fù)核試驗數(shù)據(jù)。由鋼絞線測試報告結(jié)果取鋼絞線彈模平均值EP=196000MPa，通過金屬波紋管管路摩阻測試數(shù)據(jù)得出管路偏差系數(shù)K取0.00154，管路摩擦系數(shù)μ取0.236。

通過試驗數(shù)據(jù)及伸長量計算值，與設(shè)計伸長值偏差最大值為1.2%，滿足設(shè)計±6%允許偏差。

3.2 張拉控制力計算

3.2.1 計算施工時的平均張拉力P'

張拉施工控制應(yīng)力須按設(shè)計考慮實際錨圈口損失，根據(jù)實驗報告YM15-4、YM15-5 錨具錨口損失3.3%，根據(jù)地方質(zhì)檢部門要求錨口損失按照3%計算，張拉施工控制應(yīng)力和施工張拉力計算結(jié)果如下：

3.2.2 計算千斤頂工作段的預(yù)應(yīng)力伸長量LG

實測千斤頂長度370mm、過渡環(huán)長度250mm、限位板高度30mm（承壓部分），合計千斤頂工作段（工作錨至工具錨之間）的長度為650mm；

計算施工控制應(yīng)力時的千斤頂工作段長度的預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長量LG，按照直線段計算。

3.3 伸長量測量計算方式

3.3.1 內(nèi)縮值量測

為滿足內(nèi)縮值的量測，項目部自制一種測量鋼絞線內(nèi)縮值的工具，選擇便于安裝測量的一根鋼絞線，采用螺栓進(jìn)行緊固安裝，如圖2所示。

圖2 內(nèi)縮值測量方式

張拉過程數(shù)據(jù)讀取為：張拉至初應(yīng)力σ0(15%σK')，持荷，系統(tǒng)自動測量并記錄預(yù)應(yīng)力筋伸長量L0=22.4mm，用鋼板尺測量標(biāo)尺距工具錨板端面的距離=26mm。千斤頂?shù)臏y量位置用筆作記號，后續(xù)的內(nèi)縮量測量均對應(yīng)此點。繼續(xù)張拉至相鄰級應(yīng)力σ1(30%σK')，持荷，系統(tǒng)自動測量并記錄預(yù)應(yīng)力筋伸長量L1=36.7mm，用鋼板尺測量標(biāo)尺距工具錨板端面的距離=24.5mm。繼續(xù)張拉至施工控制應(yīng)力(包含錨圈口3%應(yīng)力損失)，持荷5min 后，系統(tǒng)自動測量并記錄預(yù)應(yīng)力筋伸長量LK=104.7mm，用鋼板尺測量標(biāo)尺距工具錨墊板端面的距離=23mm。同時檢查油表的讀數(shù)，看清油表的讀數(shù)和計算值是否相符。施工前設(shè)定了智能張拉設(shè)備的張拉程序，在回油至初應(yīng)力時持荷，由系統(tǒng)自動測量錨固后的剩余伸長量LM=95.9mm。

3.3.2 預(yù)應(yīng)力筋錨固回縮量計算SM

式中：(1-σ0/)×LG——σ0～行程的千斤頂工作段長度的鋼絞線理論伸長量；

SM——預(yù)應(yīng)力筋錨固回縮量，應(yīng)不大于6mm，否則應(yīng)暫停施工并查明原因。

3.3.3 張拉過程中鋼絞線內(nèi)縮值計算

從初應(yīng)力σ0張拉至相鄰級應(yīng)力σ1時的鋼絞線內(nèi)縮值Ns1為：

從初應(yīng)力σ0張拉至控制應(yīng)力σK'時工具錨的鋼絞線內(nèi)縮值Ns2為：

張拉過程中的工具錨的鋼絞線名義內(nèi)縮值Ns為：

3.3.4 張拉伸長量計算

兩端同時張拉預(yù)應(yīng)力筋一端(A端)的張拉伸長量LA由σ0～行程的伸長量和0～σ0行程的伸長量(相鄰級σ0～σ1推算)組成，并扣除鋼絞線內(nèi)縮值和千斤頂工作段長度的理論伸長量。

兩端張拉實測總伸長量：LZ=LA+LB=87.3+90.2=177.5(mm)

3.3.5 伸長量偏差判定

4 鋼絞線有效應(yīng)力檢測

選取前兩片預(yù)制梁鋼絞線進(jìn)行錨下應(yīng)力檢測，錨口損失按3%計算，張拉控制應(yīng)力為1436.85MPa，分別對預(yù)制梁進(jìn)行12h 應(yīng)力檢測及24h 應(yīng)力檢測，12h 錨下應(yīng)力平均值171.9kN，24h 錨下應(yīng)力平均值170.9kN，如圖3所示，滿足廣東省交通質(zhì)監(jiān)站178kN 設(shè)計值允許偏差±6%的要求，但錨下有效應(yīng)力普遍偏低。

圖3 有效應(yīng)力檢測（3%錨口損失）

選取另外兩片預(yù)制梁鋼絞線進(jìn)行錨下應(yīng)力檢測，錨口損失按3.3%計算，張拉控制應(yīng)力為1441kN，同樣對預(yù)制梁進(jìn)行12h 及24h 的應(yīng)力檢測，12h 錨下應(yīng)力平均值177.6kN，24h 錨下應(yīng)力平均值176.5kN，如圖4 所示，滿足廣東省交通質(zhì)監(jiān)站178kN 設(shè)計值允許偏差±6%的要求，且12h 時錨下應(yīng)力非常接近設(shè)計要求的有效應(yīng)力。

圖4 有效應(yīng)力檢測（3.3%錨口損失）

根據(jù)張拉完成后不同時間段的預(yù)應(yīng)力檢測發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力在張拉錨固后存在一定的預(yù)應(yīng)力損失，且與時間存在正比關(guān)系。規(guī)范設(shè)計要求在48h 內(nèi)完成管道壓漿，但在施工過程中，為提高有效應(yīng)力檢測一次合格率以及預(yù)應(yīng)力施工工程質(zhì)量，項目部將管道壓漿時間控制在12h進(jìn)行，最長不得超過24h。

5 張拉控制措施

5.1 編束、穿束施工工藝

預(yù)應(yīng)力鋼絞線的同束不均勻度與編束、穿束的施工質(zhì)量有很大關(guān)系。該項目采用整體穿束的施工方案，在梳編臺進(jìn)行鋼絞線梳理，每間隔1～1.5m 進(jìn)行交叉綁扎，將同束鋼絞線的相對位置固定好，每根鋼絞線的端部均有序號標(biāo)識。整理完成的鋼絞線進(jìn)行整體穿束，工作錨安裝時，須保持鋼絞線位置準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)鋼絞線扭曲纏繞，較之以前的單根穿束方式，能避免受力不均產(chǎn)生的斷絲、滑絲、同束不均勻度超限等問題[1]。

5.2 過渡環(huán)、墊環(huán)設(shè)備

預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計為后張法施工，張拉端需設(shè)置張拉槽口，后期進(jìn)行封錨施工[2]。由于千斤頂與張拉槽尺寸沖突，采用三個工作錨過渡方式進(jìn)行過渡，張拉時構(gòu)件同心同軸無法得到保證，錨具孔尺寸較小，極易與鋼絞線產(chǎn)生摩擦阻力，同時彈性變形不可控。采用過渡環(huán)、墊環(huán)方式進(jìn)行過渡，根據(jù)千斤頂、限位板及張拉槽口尺寸，委托專業(yè)廠家進(jìn)行生產(chǎn)，同時進(jìn)行硬度檢測，保證硬度指標(biāo)高于工作錨，減少預(yù)應(yīng)力損失。

5.3 內(nèi)縮值計算

采用位移傳感器自動測量千斤頂活塞形成的方式測定預(yù)應(yīng)力筋伸長量時，在張拉設(shè)備啟動、鋼絞線受力逐步增大后，工具夾片夾持鋼絞線共同向內(nèi)滑動，滑動的數(shù)值通稱為鋼絞線內(nèi)縮值，計算預(yù)應(yīng)力束張拉的總伸長量時應(yīng)扣除該數(shù)值。此數(shù)值需進(jìn)行前三片量的實測實量，取平均值作為后續(xù)計算依據(jù)，在鋼絞線、錨具等原材料發(fā)生較大變化時，需重新進(jìn)行內(nèi)縮值計算。

5.4 張拉力控制

根據(jù)預(yù)應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)總結(jié)，為保證工程質(zhì)量，在預(yù)應(yīng)力張拉完成12h后，進(jìn)行錨下應(yīng)力檢測及管道壓漿封錨，最長不得超過24h。同時需嚴(yán)格按照批次進(jìn)行材料檢測，保證預(yù)應(yīng)力相關(guān)材料性能可靠穩(wěn)定[3]。及時按照2%批次進(jìn)行預(yù)制梁日常檢測，做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。當(dāng)有效應(yīng)力出現(xiàn)允許范圍內(nèi)單向偏差時，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)及時進(jìn)行張拉力調(diào)整，保證預(yù)應(yīng)力100%合格率。

6 結(jié)束語

該項目中，通過編制預(yù)應(yīng)力計算書、伸長量校核、內(nèi)縮值測量工具使用、鋼絞線整體編束穿束工藝、優(yōu)化過渡環(huán)、墊環(huán)過渡方式、限位板選擇等方式，預(yù)制梁已完成620片，錨下有效應(yīng)力檢測合格率100%，為保證后續(xù)施工質(zhì)量、提高預(yù)應(yīng)力施工水平提供了可靠、可行的技術(shù)支撐，其施工經(jīng)驗可供參考。