公路桥预制梁先张法施工工艺.docx

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公路桥预制梁先张法施工工艺

浅谈公路桥预制梁先张法施工工艺

摘要:

本文简明的阐述了公路桥施工中预制梁先张法的施工技术的运用,力求全面,并重点阐述了先张法中的钢筋张拉施工、张拉台座的制作、砼的浇筑等技术。

结合“铁路装车站公路桥”的实际情况，说明各项技术的运用情况。

关键词：

框架式张拉台座、张拉、模板施工、砼浇筑、放张、质量通病。

一、前言：

先张法的施工特点

先张法施工是在浇筑混凝土前在台座上或钢模上张拉预应力筋，并用夹具将张拉完毕的预应力筋临时固定在台座的衡量上或钢模上，然后进行非预应力筋的绑扎，支设模板，浇筑混凝土，养护混凝土至规定强度，保证预应力筋与混凝土之间有足够的粘结力时，放张或切断预应力筋，使预应力筋弹性回缩，通过混凝土与预应力筋之间的粘结力传递预应力，使之对钢筋混凝土构件受拉区的混凝土产生预压应力。

二、先张法施工技术在铁路装车站公路桥工程中的运用

1、工程概况：

本工程为王家岭煤矿工业场地进场道路跨越煤矿装车站铁路装车线的中桥，桥梁中心Ⅶ道的里程桩号为DK11+644.1924，桥梁全长57.566米。

该桥位于曲线段上，于铁路交角118°，为斜交桥。

本桥上部采用16m+20m+16m预应力砼空心板，下部用桩柱式墩台。

主要技术指标

A：

设计荷载：

公路-Ⅰ级，地震动峰值加速度：

0.15g。

B：

结构形式：

上部16m+20m+16m预应力砼空心板，下部用桩柱式墩台。

C：

交角：

30度斜交直线桥。

D：

桥面宽度：

2×（净10.5+2×0.5米防撞护栏）。

E：

线形：

平面位于缓和曲线段内，纵面位于纵坡3.0%的坡道上。

2、张拉台座施工技术

台座是先张法施加预应力的主要设备之一，它承受预应力筋在预制梁制作时的全部张拉力。

张拉台座必须在受力后不倾覆、不移动、不变形。

本次施工采用框架式台座。

此类台座由压柱、横梁、横系梁组成框架，承受张拉力。

底板采用砼底板，底板标高严格控制，保证底板平整、光滑。

定位板采用50mm厚钢板，平面尺寸为1.3×0.3m，用来固定预应力筋的位置，连接在横梁上，孔的位置按照梁体预应力筋的位置设置，孔径比力筋大2mm～4mm，以便于穿筋。

我项目部在制作台座时充分考虑平衡两种型号梁板制作问题以及张拉台受力验算，根据现场占地情况和以往经验及受力情况分析张拉台距离最好不超过80米为佳。

我项目部考虑16米梁板同时张拉4片的话，

（1）梁板长度为15.96×4=63.84米，还有梁板为斜交30°端部伸长50cm，4片梁板共伸长2米

（2）同时梁板与梁板之间要有1米的工作长度以保证施工需要及梁板放张时受力均匀，4片梁板共有4道工作间隙为4米，施工中考虑施工安全张拉位置延长8m。

（3）张拉台座两端各为1米宽共2米宽，综合以上因素考虑梁板张拉台座设计为80米。

考虑定型模板的安装，在底板每隔1m预埋一根Ø20的PVC管，用于定型模板安装时的对拉螺栓安装。

由于台座的重复使用，为防止底板掉角而造成预制梁底面不平，在底板两边采用预埋角钢∠75×50进行包角。

张拉台座的施工如下：

张拉台采用台式张拉台，共3排，每排80m，台座之间相距（π包括台座尺寸）1.5m，以便拆装模板和施工畅通。

台座用水磨石磨光磨平，并涂抹脱模剂，使空心板梁底面平整，光滑美观。

台座预设外模对拉螺栓套孔，并用L75×50的角钢包角。

张拉台设置在台座两端，并与空心板预制台座相连为一体，两端台座采用框架式张拉台。

张拉台台座基坑深3m，底宽3m，上宽1.0m，上面用工36的工字钢作成活动的张拉底座，砼底座内布置钢筋，使其能保证足够的强度和刚度。

其抗倾覆安全系数应大于1.5，上部横梁受力后挠度不大于2mm。

张拉台布置见图1。

3、钢筋张拉施工技术

（1）张拉前的准备工作

先张法梁的预应力筋是在底模整理后，在台座上进行张拉已加工好的预应力筋。

对于长线台座，预应力筋或者预应力筋与拉杆、拉索的连接，必须先用连接器串连后才能张拉。

本施工采用一端张拉，另一端在张拉前要设置好固定装置或安放好预应力筋的放松装置。

张拉前，先安装定位板，检查定位板的力筋孔位置和孔径大小是否符合设计要求，然后将定位板固定在横梁上。

在检查预应力筋数量、位置、张拉设备和锚具后，方可进行张拉。

由于预制梁的板底支座处有楔形垫块，且角度各不相同，每片梁制作时，在底板处采用角磨机进行切割、打磨。

考虑梁放张时，会产生滑移，并固定方向一侧延长50mm。

考虑图纸中预应力筋的失效长度，采用确定预应力失效段，对预应力钢绞线有效长度以外的部分，采取黑铁套管进行失效处理。

套管两端务必用塑料管或橡胶管封闭紧密，不得漏浆，确保预应力筋与砼不结合。

（2）张拉工艺

预应力筋的张拉工作是预应力施工中的关键工序，应严格按设计要求进行。

预应力筋张拉控制应力的大小直接影响预应力效果，影响到构件的抗裂度和刚度，因而控制应力不能过低。

但是，控制应力也不能过高，不允许超过其屈服强度，以使预应力筋处于弹性工作状态。

否则会使构件出现裂缝的荷载与破坏荷载很接近，这是很危险的；此外过大的超张拉会造成反拱过大，预拉区出现裂缝也是不利的。

因此，预应力筋的张拉控制应力应符合设计要求。

当施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高5%,但其最大张拉控制应力不得超过下表的规定。

最大张拉控制应力允许值（N/mm2

钢筋种类

张拉方法

先张法

后张法

碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线

冷拔低碳钢丝、热处理钢筋

冷拉热轧钢筋

0.80fptk

0.75fptk

0.95fpyk

0.75fptk

0.70fptk

0.90fpyk

钢丝、钢绞线属于硬钢，冷拉热轧钢筋属于软钢。

硬钢和软钢根据它们是否存在屈服点划分的，由于硬钢无明显屈服点，塑性较软钢差，所以其控制应力系数较软钢低。

预应力钢绞线按设计要求张拉力为1395MPa乘钢绞线截面积后的张拉吨位和设计伸长量双向控制。

先张法张拉程序：

0初应力（10%张拉力）105σk（持荷5min）

0.9σkσk（锚固）

（1）张拉力计算（以20m预应力砼空心板设计要求的钢绞线为例）

1860×0.75=1395MPa，单根钢绞线截面面积A=140mm2

张拉力F=1395×140=195300N

（2）伸长量理论计算

σL=（F×L）÷（Ap×Ep）=195300×84×103÷（140×1.95×105=600.9mm

（3）实际伸长值测量公式

σL实=σL1+σL2-σL3

σL1——从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值；

σL2——初应力以下的推算伸长值。

σL3——砂箱受压缩短长度，以现场测量为准。

具体操作：

A：

调整预应力筋长度：

采用螺丝杆锚具，拧动端头螺帽，调整预应力筋长度，使每根预应力筋受力均匀。

B：

初始张拉：

一般施加10%的张拉应力，将预应力筋拉直，锚固端和连接器处拉紧，在预应力筋上选定适当的位置刻画标记，作为测量延伸量的基点。

采用定位板中间向两侧对称进行单根张拉的方式。

采用30t前卡式张拉千斤顶（型号QYC300）进行张拉，配合使用量程80MPa的油压表，单孔工具环（15—1G），并进行配套检验，划出张拉力油表读数曲线确定不同控制张拉力的油表读数。

C：

正式张拉：

一端固定，一端多根张拉。

采用两个250t的台座式千斤顶（型号YDC—2500）进行张拉。

千斤顶必须同步顶进，配合使用油泵（ZBZXZ/50），并进行配套检验，保持横梁平行移动，预应力筋均匀受力。

分级加载拉至超张拉应力。

D：

持荷：

按预应力筋的类型选定持荷时间2min～5min，使预应力筋完成部分徐舒，完成量约为全部量的20%～25%，以减少钢丝锚固后的应力损失。

E：

锚固：

补足或放松预应力筋的拉力至控制应力。

测量、记录预应力筋的延伸量，并核对实测值与理论值，其误差应控制在±6%范围内，如不符合规定，则应找出原因及时处理。

张拉满足要求后，锚固预应力筋，千斤顶回油至零。

（3）模板制作与安装

梁体的侧模、端模均采用定型钢模板。

模板必须清理干净，并均匀的涂上脱模剂。

安装模板需在钢筋安装完成后进行，安装时严禁在台座上进行焊接，以免影响钢绞线。

梁体的模板安装均用边包底办法。

上口、下口用螺杆拉接，用斜撑将模板调直调顺。

侧模间及侧模与底模之间、侧模与端模之间的缝隙用海绵条密封，模板间用螺栓连接。

为了保证胶囊不上浮，每40cm设一道Ø8箍筋，并与底板钢筋扎牢。

模板位置靠定位钢筋控制；模板内部支撑用钢筋定型架支牢，在施工中有专人负责检查加固定位。

采用气囊作为内模，为保证内模的顺利拆除，内模每次使用前必须清理并刷脱模剂。

浇注完空心板底板后，穿入气囊，充气达到要求后，继续浇注。

待混凝土浇注完成后，控制好气囊的拆除时间，在四小时左右拆除气囊，拆除时，要缓慢进行放气。

（4）混凝土的浇筑

混凝土拌制必须按照事先确定的配合比进行配料，其强度和弹性模量均需满足设计要求，拌制时掌握好最佳搅拌时间（2～3min）和混凝土，保证骨料粒径和清洁，计量要准确。

梁内模采用充气橡胶囊，待梁完成底板部分混凝土后，穿入气囊后充气，压力保持在0.03～0.05MPa,再继续浇注梁其它部分上下层浇筑间隔时间应控制在底层混凝土的初凝时间之内。

浇注梁时应注意预埋伸缩缝、防撞栏等预埋件和预埋泄水孔。

施工时振捣砼采用交频插入式振捣棒，必须从两侧同时振捣以防充气橡胶芯模、内模左右移动，并避免因振捣棒接触芯模而出现穿孔漏气现象。

顶板砼振实后，用木搓板找平，平整度控制在6mm以内，在初凝前再用铁板抹平一次，防止砼裂缝的产生。

终凝前用竹扫把顺横桥向进行拉毛处理。

为防止砼裂缝和边缘破损，梁砼强度达到15MPa后方可拆模（拆模时间由试验结果确定）。

拆模后立即对梁板进行编号，以便架梁时对号入座。

拆模后及时将绞缝处钢筋凿出，以利于以后浇筑砼。

根据施工外界条件，用手指压迫表面混凝土，如无明显指印，即可抽拔橡胶芯模，芯模使用后冲洗干净，防止日晒及油、酸、碱等有害物质的损蚀。

（5）混凝土养护

混凝土凝结应立即进行浇水养护，保证足够的水分、温度以及防止日晒、大风、冲击造成的不良影响。

养护时间不少于7天。

（6）预应力筋的放张

先张法施工的预应力筋放张时，预应力混凝土构件的强度必须符合设计要求，设计规定其强度不得低于设计混凝土强度标准值的90％。

重叠生产的构件，需待最后一层构件的强度达到90％的设计强度后方可进行预应力筋放张。

过早放张会引起较大的预应力损失。

预应力混凝土构件在预应力筋放张前要对试块进行试压。

放张前，应将限制位移的侧模、翼缘模板或内模板拆除，使预应力筋放松时，构件能自由压缩，否则将损坏模板或使构件开裂。

放张顺序

预应力筋的放张顺序应符合设计要求。

对承受偏心预压应力的构件（如梁），应先同时放张预应力较小区域的预应力筋，再同时放张预应力较大区域的预应力筋。

如不能满足上述要求时，应分阶段、对称、相互交错进行放张，以防止在放张过程中，构件产生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。

放张方法

为避免预应力筋放张时对预应力混凝土构件产生过大的冲击力，引起构件端部开裂、构件翘曲和预应力筋断裂，预应力筋放张应符合下列规定：

多根整批预应力筋的放张，可采用千斤顶放张。

用千斤顶放张时，放张宜分数次完成。

预应力钢筋放张后，钢绞线放张后，可用砂轮切断。

 长线台座上预应力筋的切断顺序，应由放张端开始，逐次切向另一端。

（7）质量通病和预防措施

A：

“放张”时产生的端部裂缝。

“放张”时，预应力筋立即回弹，钢筋中巨大的拉力便转而作用在砼构件上，致使预应力筋周围的砼和其相邻的砼之间产生纵向水平裂缝。

为了防止这类裂缝的产生，应在端部10d（d为预应力筋直径）范围内设置3～5片钢箍或钢筋网片。

B：

钢丝滑动。

放松预应力筋时，钢丝与砼之间的粘结力遭到破坏，钢丝向构件内缩。

为此，在工艺上应做好以下几点：

保持钢丝表面洁净，严防油污。

冷拔钢丝在使用前，可进行4小时的汽蒸或水煮，温度保持在90℃以上；隔离剂宜用皂角类。

采用废机油时，必须待台面上的油稍干后，撒上滑石粉才能铺放钢丝，并以木条将钢丝与台面隔开；预应力筋的放松，一般应在砼达到设计强度的70%以上时进行，放松时，最好先试剪1～2根预应力筋，如无滑动现象，再继续进行，并尽量保持平衡对称。

ｃ：

构件翘曲。

由于台面不平，预应力筋位置不准确，以及砼质量低劣等，会使预应力筋对构件施加一个偏心荷载，在这种情况对截面较小的构件尤为严重。

解决这种问题的办法是：

保证台面平整，作为垫层，最好是用素土夯实后，铺碎石垫层，再浇筑素砼；严格防止温度变化而引起的台面开裂、起鼓，必要时可以对台面施加预应力；避免台面积水，一般台面应略高于地面；设置伸缩缝。

其间距应根据生产的构件类型组合确定，尽量避免构件跨越伸缩缝，一般以10～20m为宜，缝宽3～5cm，内嵌木条或浇筑沥青，必要时可选用3～10mm的钢板做活动台面，允许自由伸缩。

D：

构件刚度差。

这种情况表现为使用荷载下，实际挠度超过设计规定值或构件过早开裂。

产生的原因为砼强度低、台座变形、摩阻损失、夹具回缩量以及温差等造成预应力损失过大，超过定值。

为此，在工艺上要注意如下几点：

保证台座有足够的强度、刚度和稳定性，以防止产生倾覆、滑移和变形过大。

台座的抗倾覆安全系数不得小于1.5，抗滑系数不得小于1.3.如果利用台面作为承力结构的一部分与台墩浇筑成整体，可有效地抵抗倾覆和滑移；减少摩阻损失值。

张拉时应尽可能使张拉设备的轴线与钢丝中心线一致，以减少钢丝与锚固板孔洞之间的摩擦。

还应防止钢丝自重下垂增加与底模之间的摩擦。

为此，可每隔一定距离放置一根Ø8～10mm的圆钢筋头；蒸汽养护应分两阶段升温，第一阶段将温差（即升温的温度与张拉钢筋时的温差）控制在20℃以内，待构件砼强度达到100kg/cm2（对钢丝、钢绞线）以上时，再进行第二阶段升温。

三、结束语

此文只是我对先张法的一些施工体会，我把它整理出来，一则想通过总结使自己在施工技术层面上更上一个台阶，二则想与大家分享交流，取长补短，共同进步。