现浇箱梁锚下有效预应力控制施工工艺探讨

现浇箱梁锚下有效预应力控制施工工艺探讨

盘训学郑初杰

中交第二航务工程局有限公司

摘要：简述锚下有效预应力损失概念，结合工程实例分析造成现浇箱梁锚下有效预应力损失的原因，因地制宜，提出适用于现场的解决方案及措施，验证提出解决方法的可行性与可靠性。

关键词：现浇箱梁，锚下有效预应力，损失，检测

引言

预应力锚索锚固作为解决桥梁工程问题最直接、高效、经济的技术措施，在桥梁结构工程中广泛使用，锚索锚固质量是表征锚索安全性和耐久性的重要指标，而锚索的有效预应力是影响锚固质量的关键因素。桥梁工程中，预应力锚固工程属于长期、隐蔽性工程，因此，如何在施工阶段保证锚下有效预应力是保证预应力施工质量的关键。

2.锚下有效预应力的概念

公路桥涵施工规范JTG/TF50-2011关于预应力张拉质量控制与检验第7.12小节第3条规定：张拉锚固后，预应力筋在锚下的有效预应力应符合设计张拉控制应力，两者的相对偏差不超过±5%，且同意断面中的预应力束其有效预应力的不均匀度应不超过±2%。

在预应力张拉过程中，由于施工、材料性能和环境条件等因素的影响，预应力束内的实际应力将低于张拉控制应力σcon，这些减少的应力称为预应力损失l。预应力束内实际存余的预应力就称之为有效预应力pe，其数值取决于张拉时的控制应力con和预应力损失l。pe=con-l。

3.控制锚下有效预应力施工工艺探讨

本文选取佛山市乐从至龙江公路主干线工程第LL-05标段龙良路跨线桥预应力现浇箱梁作为研究对象。预应力体系采用φS15.2高强度低松弛预应力钢绞线，其标准强度fpk＝1860MPa，锚下张拉控制应力为0.73fpk=1357.8MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa。腹板束为15-φS15.2钢绞线，采用内径φ100mm金属波纹管成孔，不设顶、底板束。锚具均采用M15系列锚具。预应力箱梁锚索分布如图3-1～图3-3所示。

3.1现场施工工艺流程

1、波纹管安装

波纹管安装时根据设计图纸所给管道坐标定位准确牢固。

2、钢绞线制作、穿束

钢绞线的下料长度等于孔道净长加两端的预留长度。预留长度要考虑锚板及千斤顶工作所需长度。钢绞线的切割采用砂轮切割机，以保证切口平整，丝头不散，不能用电焊或气焊切割，以免损伤钢绞线或影响钢绞线的力学性能。

3、预应力钢束张拉

主要张拉设备采用YCD-400型穿心式千斤顶2台、高压油泵2台。张拉方式采用人工张拉，按照0→25%con→50%con→100%con进行加载张拉。

4、管道压浆及封锚封端

3.2有效预应力检测及存在问题

《广东省交通质监站关于进一步加强桥梁预应力张拉施工质量管理的通知》中要求现浇及悬浇结构按预应力束总数的10%进行抽检，且不少于2束。同时对检测标准作出两点要求：1、张拉锚固后的有效预应力应符合设计锚下有效预应力标准值；如设计无相关规定，则按下条执行。2、对后张法曲线形配筋，长度不小于16m、抗拉强度fpk=1860MPa、公称直径为15.2mm的低松弛钢绞线。

2015年8月15日，佛山市交通工程质量检测站对我部龙良路跨线桥右幅第二联现浇箱梁进行了锚下有效预应力抽检，抽检N2-a，N2-f两束预应力束，检测结果表明，共检测的2束应力束（共24根预应力筋），在现有施工工艺下，单根有效预应力超出允许偏差共8根，超出极限偏差共6根；2束预应力束整束偏差均偏小；同束不均匀度偏差极大。

3.3原因分析

1、张拉工艺问题

本项目施工采用传统的人工张拉方式进行预应力张拉施工，张拉力控制难以精确。这是预应力束整束偏差较大的主要原因。

2、钢绞线下料及穿束问题

由于现浇箱梁预应力筋下料长度基本都在90m-120m，下料长度较长，限于施工场地及钢绞线穿束设备，施工时均采用单根穿束，致使每根钢绞线松弛程度不一致，进而导致整束张拉时每根钢绞线受力状态不一致。这是预应力束同束不均匀度不合格的主要原因。

3、锚固回缩及夹片摩阻造成的有效预应力损失

锚索张拉锁定后，有效预应力短时间内会出现较大损失，故短期因素造成的应力损失也称为锁定损失。锁定损失有2类:锚夹具回缩引起的损失;锚夹具摩擦力引起的损失。

1)锚夹具回缩引起的有效预应力损失可采用以下公式计算

式中：A为钢绞线截面面积，Ep为钢绞线弹性模量，ΔL为锚夹具回缩量，L为钢绞线自由端长度。

钢绞线截面面积取140mm2，钢绞线弹性模量Ep=1.95×105MPa,锚夹具回缩量按经验值一般可取1-6mm，施工过程中，用钢尺量取的回缩量在2mm-5mm之间。此处按最不利状态取6mm，右幅第二联钢绞线长度为78.5m，采用两端对称张拉，因此自由端长度取钢绞线长度一半为39.25m，计算得锚具回缩引起的有效预应力损失

Ns1=140×10-6×1.95×105×106×6×10-3/39.25=4.173KN

2)锚夹具摩擦力引起的损失引起的应力损失比例经验值为张拉控制应力的2.53%，则有有效预应力损失值

Ns2=con•A•2.53%=0.73fpk•A•2.53%=0.73×1860×106×140×10-6×2.53%=4.809KN

则锚下有效预应力计算标准值

N=Ncon－Ns1－Ns2=con•A－Ns1－Ns2

=0.73×1860×106×140×10-6－4.173×103－4.809×103

=181.11KN

计算得出的锚下有效预应力设计标准值大于检测所取标准值174KN，由此可知，检测所取标准值已考虑了锚夹具回缩及锚夹具摩擦力引起的预应力损失，且考虑较为充裕。而检测结果显示锚下有效应力检测结果普遍小于174KN，因此锚夹具回缩及锚夹具摩擦力引起的预应力损失并非影响检测结果的主要原因。

由上述原因分析，造成此次检测结果不合格的主要原因集中在张拉工艺及钢绞线穿束问题上。

3.4处理方法

根据上述原因分析，结合现场实际情况，提出以下处理方法：

1、由于现场剩余张拉工作较少，仅剩余3联现浇箱梁，从成本角度出发，此时增加智能张拉设备成本过高，为了减小人工张拉对检测结果的影响，对张拉作业工人重新进行交底，明确各项指标，规范操作。

2、张拉过程中各阶段增加持荷时间，其中在张拉至25%、50%控制张拉力时，持荷3分钟，待油表读数稳定后继续送油，在张拉至100%控制张拉力时持荷7分钟。

3、为防止人工读数时造成的偏差，超张拉2MPa，减少有效预应力的负偏差，如存在偏差，尽量保证都是正偏差。

4、钢绞线穿束按《广东省交通质监站关于进一步加强桥梁预应力张拉施工质量管理的通知》粤交监督[2014]126号文中提出，钢绞线穿束原则上采用整束穿束工艺，对预应力筋进行梳束，编束，逐根理顺并绑扎成束，绑扎间距应控制在1.5m之内。穿束时对每根钢绞线进行编号处理，在整束钢绞线张拉之前，使用26t千斤顶两端对称对相同编号的钢绞线进行预张拉，每根钢绞线预张拉至控制张拉力的10%，使得每根钢绞线在整束张拉开始是处于同样受力状态。

4.结论

张拉施工过程中锚具回缩及锚夹具的摩阻造成的锚下有效预应力损失为不可避免部分，而选取不同的张拉施工工艺及钢绞线穿束工艺同样会对锚下有效应力造成较大的影响，应尽量选取只能张拉工艺及整体编束、穿束的钢绞线穿束工艺，在采取上述方法时，还可采取单根钢绞线预张拉的方法以消除钢绞线在张拉前处于不同的紧绷状态造成的同束不均匀度不合格问题。

参考文献

［1］王业刚．大吨位预应力混凝土箱梁施工关键技术研究［D］．山东大学，2010．

［2］高亚军．现浇预应力混凝土连续箱梁的监理控制要点［J］．山西建筑，2010，(13):215－216．