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1、连续梁桥钢绞线长束张拉施工技术的应用赵继红 刘志远 韩振江 李增刚(单位：中国建筑第六工程局基础设施事业部 通讯地址：湖北省武汉市汉阳区技术经济开发区东荆河路中国建筑第六工程局西四环项目经理部 邮编：430056)摘要：预应力技术是现代桥梁建设中越来越重要的施工方法，确保预应力施工的质量，是连续梁桥施工质量和安全的关键，本文阐述了连续粱桥钢绞线长束张拉施工中容易出现的问题，及采取有效的预应力张拉施工工艺，提高预应力施工质量的控制措施。关键词：连续梁桥 钢绞线长束 预应力张拉 质量控制1 工程概述本工程为河北省唐山市滨海大道第八标段溯河大桥。大桥位于第八标段东部沿海滩涂地带，距离溯河河口约1km
2、，桥址断面水位受潮水控制，100年一遇标准设计水位为2.89m，最高通航水位为2.39m，最低通航水位为0.3m，通航尺寸1-458.5m。其里程为K35+406K36+134，中心里程为K35+770，跨径为1030m T梁+（33+55+33）m 现浇变截面连续箱梁+1030m T梁，总长728m。本桥平面位置位于直线接半径R-3000m的右偏圆曲线上，纵面位于R-12000m的凸形竖曲线。梁上部结构主跨采用33m+55m+33m的变截面连续箱梁结构，引桥为30米装配式预应力混凝土连续T梁。主跨为预应力混凝土变截面连续箱梁1联，分左右两幅，上部结构断面为单箱双室箱梁，箱梁根部梁高3.3m，
3、中跨跨中梁高2.3m，边跨支撑点梁高2.0m，顶板厚28cm，底板厚由跨中至根部由28cm变化为40cm，腹板从跨中至根部分两段采用40cm、60cm两种厚度，箱梁高度和底板厚度按二次抛物线变化，变化段长均为26.5m。箱梁顶板横向宽15.5m，箱梁底宽10m，翼缘悬臂长2.75m。箱梁根部设一道厚2.0m的横隔梁，边跨梁端设一道1.2m的横隔梁。2 导言在桥梁结构领域中，预应力技术既是一种结构手段又是节段式的施工方法。随着跨越江河湖海的多跨连续梁桥、连续刚构桥或刚构一连续梁组合桥的跨度越来越大，预应力钢绞线束的长度也越来越长，其长束的张拉施工质量显得愈加重要。应将预应力施工提高到一个特别重要
4、的地位，选择正确的施工工艺和采取严格的质量控制措施，是保证长束的预应力施工质量的基础。在笔者从事施工及监理的几座 (主跨55150 m) 连续梁桥、连续刚构桥或刚构一连续梁组合桥中，上部结构箱梁为单箱单室或单箱双室断面的三向或二向预应力混凝土结构，采用满堂支架现浇或轻型挂篮悬臂平衡逐段浇筑施工。溯河大桥箱梁纵向钢束采用s15.2012和s15.2015低松弛高强度预应力钢绞线束，同时采用了OVM15-12 及OVM15-15预应力张拉锚固体系，纵向预应力束设置为平竖弯相结合的空间曲线，采用高密度聚乙烯塑料波纹管成孔，采取两端张拉的N1至N4钢束长达122m，单端张拉的N5至N8钢束长为32-6
5、8m。在这些桥梁的预应力施工过程中，笔者对预应力长束(两端张拉的钢束长100 m以上， 单端张拉的钢束长30m以上)的张拉施工体会较深，在实践中采取了一些有效的张拉工艺和质量控制措施，取得了良好的效果，现结合本工程总结如下，供大家在类似工程施工中参考。3 长钢束张拉施工时容易出现的问题及原因分析预应力钢绞线束张拉时，为达到设计的预期有效应力值，采用张拉力控制、伸长值校核的双控措施，当张拉力达到设计张拉力时，实际张拉伸长值的偏差值应在理论计算伸长值6范围内，且每束钢绞线断丝或滑丝数控制为1丝、每个截面的断丝之和不超过该断面钢丝总数的1。在钢绞线长束张拉施工时，容易出现的问题主要有：（1）随着钢绞
6、线束长度的不断增加，实际伸长值的偏差呈现出由正值向负值变化的趋势，钢束越长，负偏差值越大，甚至超出允许偏差值的下限。（2）出现滑丝时，一般会出现一束当中某根钢绞线（7支钢丝一起）滑移现象。张拉阶段预应力钢束的伸长值取决于张拉力的大小，在一定条件下，对应于某一张拉伸长值，就有确定的张拉力，梁体中每一截面就有确定的有效预应力值，这是一一对应的关系。这样，一旦同一截面中预应力筋的平均应变和理论值比较出现负偏差，就可能出现预应力不足的情况，这对连续梁这样的大型桥梁结构是十分不利的。因此，有必要分析出现上述两个问题的原因，以采取保证张拉施工质量的工艺和措施。从钢绞线的理论伸长值计算公式中，可以得知影响张
7、拉实际伸长值最主要的因素是预应力筋的截面面积、弹性模量与孔道壁摩阻。3.1 钢绞线的截面面积同一批次的钢绞线本身的截面面积数值也在140-143 mm2之间变化，与参考截面积Sn=140 mm2存在着差异，从厂家的材料报告及钢绞线进场后的试验检测报告中看出每一盘的钢绞线截面面积都不相同。由于截面面积值偏大，表现出来的实际张拉伸长值出现负偏差。3.2 钢绞线的弹性模量钢绞线在成束使用时，由于每根钢绞线安装顺直程度的差异，加上锚孔与夹片的制作允许偏差，实际上存在着同束各根的长度参差不齐与应力不均现象，反映出的钢绞线束弹性模实质上是一种表观变形模量。另外，同一批次的钢绞线本身的弹性模量数值也在194
8、105-205l05 MPa之间，与标准值EP=195105 MPa存在着较大差异，可从厂家的材料报告及钢绞线进场后的试验检测报告中看出每一批每一盘的钢绞线弹性模量都不相同。由于弹性模量值偏大，表现出来的实际张拉伸长值出现负偏差。3.3 孔道壁摩阻实际张拉的伸长值偏差呈现负值的情况，大体可以反映出孔道实际摩阻的增大。一般来说，下列几个方面都会使张拉伸长值出现负偏差的趋势。未考虑钢束平弯角度增加的孔道实际摩阻；钢绞线有锈蚀或者粘附上泥砂、灰浆使钢束与孔道之间的摩擦系数增大；张拉锚具的喇叭管内有毛刺；张拉端的喇叭管末端与波纹管形成了折角，张拉垫板平面与孔道中心末端切线不垂直；孔道存在着设计曲线以外
9、的弯曲，导致实际的曲率半径变小；孔道出现漏浆现象；波纹管由于挂篮锚杆预留孔的原因或振捣原因发生了局部的弯曲或变小；逐段悬浇施工的钢束波纹管在节段的分段处连接出现弯折角。后面两点是逐段悬臂施工时最容易和经常出现的。除了上述原因外还包括锚圈口摩阻损失、千斤顶摩阻损失和应力筋回缩引起的应力及伸长值损失。由于上述各种原因造成实际张拉伸长值超出偏差下限的几率增大。3.4 钢绞线束滑丝或断丝分析对于钢绞线束出现滑丝或断丝现象进行分析，究其原因主要有：钢绞线粘附有油污；钢绞线在施工过程中碰到了电焊火花或者作电焊机导线用，致使其力学性能改变，锚具夹片在受热后失效；夹片与锚板的锚孔粘附有灰尘或其它脏物；限位板的
10、限位槽深度偏大；喇叭管末端与波纹管形成了夹角，未能保证两者之间的轴心同心顺直；限位板的限位槽深度偏小。4 长钢束张拉工艺为解决预应力筋长束张拉时容易出现的问题，保证其张拉质量，经过现场张拉施工的探索，采取了下面的长钢束张拉工艺：4.1 确定理论计算伸长值的计算长度张拉前根据厂家提供的每卷号的钢绞线实际的弹性模量值和截面面积，同时比对每批进场预应力筋试检报告的相应检测值，对设计图纸提供的理论引伸量进行修正；根据公施规的要求首先计算出理论伸长值，理论计算伸长值的计算长度应以两张拉千斤顶工具锚夹片之间的实际波纹管道轴心长度为准，曲线段要分段计算(见表-1、表-2)。整体张拉时遵循先长束后较短束的张拉
11、顺序，并按设计要求进行。4.2 张拉前的准备工作对两端对称张拉的钢束，在正式张拉前(此时未装工作锚夹片)采用一端千斤顶对钢绞线束进行松动张拉，最好采用YDC240Q型单根钢绞线张拉千斤顶进行，以验证钢绞线在孔道内是否平顺及可变形状态，然后采用与钢绞线颜色反差较大颜色的胶带缠在每根钢绞线上标注出一个断面，以校验量测的伸长值和判别是否出现滑丝或断丝现象。钢束在穿束前首先对每根钢绞线进行编号后再进行编束。4.3 预应力张拉双控措施张拉采用张拉力控制及伸长值校核的双控措施。应力筋的张拉采用穿心自锚式双作用千斤顶，张拉千斤顶的额定张拉力为实际张拉力的1.5倍左右，与千斤顶配套使用的压力表采用标定精度为0
12、.4级油浸防震型表，压力表首先要在经过国家授权的具有相应资质的法定计量技术机构进行标定,满足精度要求后再和千斤顶进行配套标定、配套使用。根据张拉设备配套校验标定得出张拉力与油泵压力表读数之间的关系，计算出回归方程，按回归方程计算出张拉力和压力表之间的的对应关系，通过油泵压力表读数控制钢绞线的张拉应力值（见表一、表二）。4.4 确定初应力值根据钢绞线束的长度不同及线形选择合适的初应力值。由于长束孔道长，摩阻大，预应力损失大，作为量测伸长值零点的初应力值o保证此时钢绞线束已处于弹性变形状态。对于长钢束，初应力取值o一般可取张拉控制应力con的15%-25%，甚至可达30% (con为张拉时的控制应
13、力，含应力损失值)。4.5 推算伸长值根据初应力o一70%con之间实测的张拉伸长值，推算钢绞线束到达张拉控制应力时的伸长值是否超出偏差范围下限，判断是否继续进行钢束的张拉，以便及时采取纠正措施。4.6 确定张拉程序由于N1至N4设计为s15.2015预应力钢绞线束，根据公施规要求选用YCW400A型千斤顶。因千斤顶张拉行程为200mm，钢绞线束的长度为122m，理论计算伸长值为741-742mm，据以上情况确定张拉施工工艺为对称三次张拉程序，张拉程序按如下步骤进行：第一次张拉程序：O初应力o (取15%con、) 30%con40%con持荷5min第一次卸荷锚固；第二次张拉程序：O40%c
14、on70% con持荷5min第二次卸荷锚固；第三次张拉程序：O70%con100%con持荷5min第三次卸荷锚固。4.7 实际伸长值的量测与校核钢束张拉时实际伸长值的量测是一项重要的操作，按要求应以梁端为基点，量测张拉过程中钢束的实际伸长值，以免使滑丝现象及应力筋回缩被忽略。但此量测方法具体操作时大多较为困难，而仍以量测千斤顶张拉缸的外伸量来计算钢束的实际伸长值，量测及计算方法如下：4.7.1 张拉量测参数第一次张拉量测参数：当千斤顶加油至初应力o时，应力筋划线、标识并量测划线点至千斤顶的距离L1、量测张拉缸外伸量C1、量工具锚夹片外露量S1；张拉到相邻级30%con时，量测划线点至千斤顶
15、的距离L2、量测张拉缸外伸量C2；继续张拉到预计应力40%con时，量测张拉缸外伸量C3、量工具锚夹片外露长度S2，第一次卸荷锚固后，量工作锚夹片外露量，可算出第一次应力筋回缩量1。第二次张拉量测参数：从零点开始张拉到40%con时，量测张拉缸外伸量C4、量工具锚夹片外露量S3；张拉到70%con时，量测张拉缸外伸量C5、量工具锚夹片外露量S4，第二次卸荷锚固后，量工作锚夹片外露量，可算出第二次应力筋回缩量2。第三次张拉量测参数：从零点开始张拉到70%con时，量测张拉缸外伸量C6、量工具锚夹片外露量S5、；张拉到100%con时，量测张拉缸外伸量C7、量工具锚夹片外露量S6，量测划线点至千斤
16、顶的距离L3，第三次卸荷锚固后，量工作锚夹片外露量，可算出第三次应力筋回缩量3。4.7.2 实测伸长值的计算钢束第一次张拉的实测伸长值为L1-1=(C3- C1-S1-2) (式中S1-2为工具锚夹片从初应力至40%con时之间锲紧钢绞线而引起的回缩值，S1-2= S1- S2 ，约1-2 mm，S1-2值可从工具锚板外钢绞线的前后外露量得到校核)。钢束第二次张拉的实测伸长值为L1-2=(C5- C4-S3-4) (式中S3-4为工具锚夹片从40%con至70%con时之间锲紧钢绞线而引起的回缩值，S3-4 = S3- S4 ，约2-3 mm，S3-4值可从工具锚板外钢绞线的前后外露量得到校核
17、)。钢束第三次张拉的实测伸长值为L1-3=(C7- C6-S5-6) (式中S5-6为工具锚夹片从70%con至100%con时之间锲紧钢绞线而引起的回缩值，S5-6 = S5- S6 ，约2-3 mm，S3-4值可从工具锚板外钢绞线的前后外露量得到校核)。4.7.3 实际伸长值LS的计算L1=L1-1+L1-2+L1-3L1从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值（mm）；L2=C2-C1L2初应力以下的推算伸长值（mm）,采用相邻级的伸长值。预应力筋张拉的实际伸长值LS(mm)可按公施规（7.6.3-2）计算： LS=L1+L2 （7.6.3-2）4.7.4 实际伸长值与理论计算伸长值的比较比
18、较(LS -L)/ L是否在6之间(式中L为修正后的理论计算伸长值)，即可判断长钢束的实际伸长值是否满足要求，同时将LS与在钢绞线上作划线点的标记相对于千斤顶的伸长值Lj=L3+L2-2L1进行比较，判断伸长值的量测是否准确，从实践情况看这两种读数方法较好地吻合。4.8 钢束滑丝的判断与处理由上述可知，钢绞线束锚固时的总回缩量=1+2+3 ,回缩量可由下式进行复核：限位板深度一工作锚夹片的外露量。查看测得的每根钢绞线回缩量是否大于6 mm，如果大于6 mm则说明钢绞线束有可能出现了整根滑丝，应更换工具锚夹片或限位板，再对钢绞线束进行补张拉，如果回缩量比较大，很可能工作锚夹片的性能不符合要求或受
19、到了损伤，需对钢束作退锚处理，查明原因后装上新的工作锚夹片再重新张拉。而钢绞线束尾端标记的划线点断面是否仍为一个断面则是判断有无个别滑丝的标准，如断面出现了变化，则说明有个别钢绞线出现了滑丝现象，用YDC240Q小型千斤项进行补张拉，或退锚处理后装上新的工作锚夹片重新张拉到位。如果回缩量比较大需要对应力筋回缩产生的应力损失作出补偿的话，可从以下三个方面进行：1）对预应力筋进行超张拉，应力筋的最大控制应力（千斤顶配套油表读数反映的数值）对钢绞线不应超过0.80 pk（pk为预应力筋的强度标准值）,然后锚固，可以抵消部分预应力损失；2）从锚夹具的结构上考虑，采用回缩量小的螺纹式锚夹具；3）在回缩量
20、较大的锚夹具外圈加上螺纹、螺帽，采用二次张拉，同样可以克服由于回缩造成的应力损失。5 提高长钢束张拉质量的控制措施梁体内建立的最终有效预应力是通过预应力钢束的实测伸长值来校核的，特别是对于连续梁桥来说，要使其长钢束的张拉质量满足要求，就必须从影响钢束伸长值的各个因素、各个环节出发，即从施工前的准备阶段、孔道成型阶段以及预应力长束的张拉阶段采取措施加以控制。5.1 施工前把好设备关千斤顶与油泵及压力表应定期或根据张拉次数配套校验标定，建立起张拉力与压力表读数的曲线关系，即回归方程；压力表首先要在经过国家授权的具有相应资质的法定计量技术机构进行标定,满足精度要求后再和千斤顶进行配套标定。在施工过程
21、中，张拉设备及压力表出现反常现象或发生与前期标定时的正常状态不同时，均应重新标定，以确保质量和安全。张拉设备设必须由专人使用和管理，做好千斤顶和油压表的编号，保证张拉设备的配套使用。5.2 施工前把好材料关长束的换束工作难度相当大，应避免因为使用不合格的钢绞线而进行换束，且长束张拉增加了千斤顶的张拉回程和锚具的临时锚固次数，必须加强对原材料锚固能力的检验，避免因原材料不合格而造成张拉失效。5.3 提高长束孔道的成型精度对于大量节段化悬浇施工的大跨度连续梁桥来说，长束孔道的成型精度显得尤为关键。孔道实际线形与设计线形偏差大，就无端增加了预应力损失，直接影响了梁体建立的有效预应力，降低结构的安全应
22、力储备，严重者将出现钢绞线拉断的现象。因此，更应重视孔道的成型质量，需做好如下工作：孔道的定位钢筋必须采用井字形，直线段定位钢筋的纵向间距不大于80cm，曲线段定位钢筋的纵向间距不大于40 cm，并将其点焊在稳定的结构钢筋上，确保孔道按设计线形定位牢固准确，孔道破损处和接管处用胶带缠裹密封，以免引起漏浆；孔道与挂篮锚杆预留孔发生位置干扰时，可经设计单位同意后进行调整，避免孔道发生局部弯曲变形现象。当普通钢筋与预应力孔道发生干扰时，可适当调整普通钢筋以保证预应力孔道位置准确；严格控制波纹管的接管连接质量，特别是梁段分段处孔道的连接质量。每一节段的外露波纹管必须采用大一号的外接管进行连接，被接管在
23、接管内的锚固长度应满足设计弯曲曲线的半径要求，严禁孔道在分段处出现折角的不平顺连接；保证孔道与端部喇叭管的顺直度，绝对不允许有折角存在。安装封头模板时，必须按喇叭管张拉平面的准确倾角进行固定；注意检查挂篮各锚杆的锚固程度，采取措施确保施工挂篮变形的稳定性，避免挂篮变形异常造成孔道在节段截面位置的连接不平顺；节段浇筑混凝土前，所有孔道应穿入比孔道内径小5 mm的塑料内衬管，内衬管要进入前一节段的孔道不小于50cm。混凝土浇筑时，在波纹管的两侧应尽量对称下料，振动棒不可碰撞到波纹管，注意控制波纹管上浮现象的发生，避免孔道的局部变形、偏位。在混凝土浇筑过程中，应时常短距离地抽动内衬管，减少因可能漏浆
24、而增大了孔道的摩阻。5.4 做好长束的编束和穿束工作编束和穿束工作对于短束来说较为容易操作，但对于长束，由于工作面窄、孔道长，须引起足够的重视，并做好以下几方面的工作：钢绞线下料前必须进行表面外观检查，不要过早下料，且应放置在远离电焊的区域，严禁用钢绞线作电焊机导线。下好料的钢绞线按设计及规范要求进行编号、编束，并覆盖防水帆布加以保护防止锈蚀；安排好钢束存放位置，便于穿束工作。编束时应避免束中各根钢绞线相互之间的缠绕现象，从而造成相互挤压，增大摩阻：长束采取穿束机或卷扬机拖拉穿束时，穿束前应先将钢绞线束前端进行包裹修整成锥形，防止穿束过程中将孔道内波纹管损坏、翘曲；牵引穿束时，在相应的梁面和箱
25、体内设置滚轮和木板铺成“地板”，避免损伤钢束和粘附上泥浆带入孔道，增加摩阻。5.5 专人管理设专人统一指挥，严格按既定的张拉工艺进行操作。长束张拉施工人员多，分布面广，容易造成施工混乱，影响质量，为了避免这一现象的发生，必须设专人进行统一指挥，固定张拉操作人员，两端张拉操作使用对讲机进行联系。在张拉过程中，精力要集中，注意是否有异常现象如响声、油压表指针抖动等，张拉完成后检查钢绞线上夹片留下的咬痕，对比钢绞线束上作标记的划线断面，以尽早发现有否滑丝、断丝问题。如出现滑丝、断丝按上述方法及时处理。经常检查工具锚夹片和限位板，以及时进行更换或改进。5.6 高度重视钢绞线束伸长值的量测与计算在长束的
26、张拉施工中，伸长值的量测和记录尤为重要。量测时应采用两种方法对伸长值进行测量，并对两种方法进行比对校核，最大偏差一般应在3mm左右。对于长钢束来说，选择合适的初应力值开始伸长值的量测尤为关键，选定第二次及第三次张拉时的张拉应力更为重要；并且可以减少伸长量的累计误差，使伸长值更趋向于合理。6 结语预应力施工特别是长钢束的预应力施工是一个系统工程，施工工艺是否合理，施工组织与管理水平是否先进，是有效预应力体系能否实现的关键，同时也是保证结构工程质量和安全的基础。因此，必须树立起全过程控制（事前、事中、事后控制相结合）、主动控制的理念，在整个预应力施工过程中，严格控制每一道工序的质量，以确保最终建立
27、的有效预应力符合设计要求。随着现代连续梁桥向大跨度方向发展，预应力长束的设计和施工是其一大特色，也是一大难点。在以后类似长钢束的预应力施工过程中，为了减少预应力的损失，使梁体最终有效预应力满足要求，以下几点可供参考和借鉴：(1)施工时长束的孔道摩阻损失通常大于采用规范推荐摩阻系数计算所得的值，最好选择有代表性的孔道进行、值实测，对钢束的设计张拉力、伸长值作适当的修正。(2)在梁体内的预应力钢束，必须有平顺的线形连接关系，并增大曲线钢束的曲率半径，如有平弯和竖弯发生在一束当中，尽可能设计为空间曲线束，设计中应注意在施工设备的能力允许的条件下，尽可能使分段数最小化，因为分段过多，施工中曲线孔道定位
28、比直线孔道困难要大得多，且增加了摩阻损失。(3)使用碳纤维棒作为预应力筋，具有强度高、重量轻、不怕酸碱盐腐蚀等优点。参考文献【1】公路桥涵施工技术规范(JTG/T F502011) 北京：人民交通出版社，2011.08【2】雷俊卿、桥梁悬臂施工与设计、 北京：人民交通出版社，2000.05【3】桥 涵 、 北京：人民交通出版社，2010.07【4】朱新实，刘效尧预应力技术及材料设备 北京：人民交通出版社，2005.01【5】徐岳预应力混凝土连续桥梁设计 北京：人民交通出版社，2005.01【6】公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004) 北京：人民交通出版社，2006.
29、09【7】公路桥涵设计通用规范(JTG D602004) 北京：人民交通出版社，2004.10【8】张南、桥梁结构质量控制技术与工程实例北京：中国电力出版社，2011.03作者简介： 赵继红，男，汉族，河北省秦皇岛市人，高级工程师。主要从事道路、桥梁的施工技术和项目管理工作。工作单位：中国建筑第六工程局基础设施事业部 联系电话：15131606208 电子邮箱：Z刘志远，男，汉族，河北省秦皇岛市人，高级工程师。主要从事道路、桥梁的施工技术和质量管理工作。工作单位：中国建筑第六工程局基础设施事业部 联系电话：18903355522 电子邮箱：L韩振江，男，汉族，山西省河津市人，高级工程师。主要从事道路、桥梁的施工技术和质量管理工作。工作单位：中国建筑第六工程局基础设施事业部 联系电话：15090992635 电子邮箱：Z李增刚，男，汉族，河北省秦皇岛市人，高级工程师。主要从事道路、桥梁的施工技术质量管理工作。工作单位：中国建筑第六工程局基础设施事业部 联系电话：13333317776 电子邮箱：L （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）