楊愛(ài)云

(湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三〇四大隊(duì),湖南長(zhǎng)沙 410600)

后張法預(yù)應(yīng)力張拉施工與計(jì)算中幾個(gè)問(wèn)題分析

楊愛(ài)云

(湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三〇四大隊(duì),湖南長(zhǎng)沙 410600)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在現(xiàn)代橋梁工程中已普遍采用，施工工藝比較成熟，但是由于施工過(guò)程比較復(fù)雜，在張拉施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到各種問(wèn)題，給施工帶來(lái)困擾。本文對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力施工和計(jì)算中，在張拉應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值、施工等三個(gè)方面常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行了分析，并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，提出了預(yù)防措施和解決辦法。

后張法 張拉力 伸長(zhǎng)值 滑絲

在現(xiàn)代橋梁工程中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)已被普遍采用，司空見(jiàn)慣的就是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的張拉方式分為先張法和后張法兩種。在張拉施工過(guò)程中，經(jīng)常遇到各種問(wèn)題，給施工帶來(lái)困擾。下面以施工中普遍使用的OVM型錨固體系、YCW型系列穿心式千斤頂為例，對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力張拉施工與計(jì)算中常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析，提出預(yù)防措施和解決辦法。

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的要求，預(yù)應(yīng)力筋采用應(yīng)力控制方法張拉時(shí)，應(yīng)以伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核，這就是預(yù)應(yīng)力張拉施工中常說(shuō)的“雙控”。因此，無(wú)論是設(shè)計(jì)要求還是施工措施，在預(yù)應(yīng)力張拉方面都是圍繞張拉應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)值來(lái)進(jìn)行控制的。預(yù)應(yīng)力張拉施工中常見(jiàn)問(wèn)題也就可以分為以下三類：（1）張拉應(yīng)力方面的問(wèn)題（2）預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值方面的問(wèn)題（3）其他施工方面的問(wèn)題。

1 張拉應(yīng)力方面的問(wèn)題

1.1 對(duì)設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力的認(rèn)識(shí)

一般設(shè)計(jì)文件都規(guī)定，張拉控制應(yīng)力δcon=0.75fpk，在施工過(guò)程中，經(jīng)常把該值誤認(rèn)為就是千斤頂油泵上油壓表的讀數(shù)?！豆蜂摻罨炷良邦A(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定，預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力值對(duì)于后張法構(gòu)件為梁體內(nèi)錨下應(yīng)力。《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中更是明確說(shuō)明，張拉時(shí)的控制應(yīng)力δcon包括預(yù)應(yīng)力損失值。因此，在預(yù)應(yīng)力張拉施工過(guò)程中，實(shí)際張拉控制應(yīng)力（千斤頂油泵上油壓表顯示的值）應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)定的張拉控制應(yīng)力基礎(chǔ)上再加上錨圈口摩阻損失。錨圈口摩阻損失可由試驗(yàn)得出，或按經(jīng)驗(yàn)取設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力的2%～3%，但最大張拉控制應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)0.8fpk。

1.2 預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失修正

1.3 持荷時(shí)間的意義

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的張拉程序作出了明確規(guī)定，使用夾片式等具有自錨性能的錨具在鋼絞線、鋼絲束預(yù)應(yīng)力張拉錨固時(shí)，應(yīng)持荷5min。在張拉施工時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，錨固前油泵停止加壓后油壓表讀數(shù)都會(huì)有一定程度的下降，說(shuō)明停止加壓這一瞬時(shí)或短時(shí)內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋所受拉力尚未均勻傳遞，張拉力只是在張拉端局部預(yù)應(yīng)力筋上得到了保證。因此，在預(yù)應(yīng)力張拉錨固前，應(yīng)對(duì)張拉力及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)壓，確實(shí)保證“持荷”5min。

1.4 超張拉控制

預(yù)應(yīng)力張拉施工中，有一種錯(cuò)誤的觀念，認(rèn)為張拉力超出設(shè)計(jì)規(guī)定值對(duì)構(gòu)件的受力總是有利的，故而在施工中隨意進(jìn)行超張拉。殊不知，張拉如超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的最大張拉控制應(yīng)力，則預(yù)應(yīng)力筋的安全儲(chǔ)備為0，對(duì)結(jié)構(gòu)是非常不利的。

即使為減少預(yù)應(yīng)力松弛損失而對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行短時(shí)超張拉時(shí)，超張拉值也不得超過(guò)0.8fpk。

2 理論伸長(zhǎng)值計(jì)算方面的問(wèn)題

預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算公式為：

式中：PP──預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力(N)，直線筋取張拉端的拉力，兩端張拉的曲線筋，計(jì)算方法見(jiàn)公式（2-2）；L──預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度(mm)；AP──預(yù)應(yīng)力筋的截面面積(mm2)；EP──預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量(N/mm2)。

式中：P──預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力(N)；x──從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度(m)；θ──從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和(rad)；k──孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)；μ──預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)。

2.1 對(duì)設(shè)計(jì)提供的伸長(zhǎng)值進(jìn)行復(fù)核

在設(shè)計(jì)文件中，一般都提供了預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值，但這僅供參考，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)使用材料、張拉設(shè)備等情況重新進(jìn)行計(jì)算。施工時(shí)，有人認(rèn)為計(jì)算得出的伸長(zhǎng)值與設(shè)計(jì)提供的伸長(zhǎng)值相差不了多少，沒(méi)有必要重新計(jì)算，但這對(duì)于計(jì)算伸長(zhǎng)值偏差是不夠精確的，尤其對(duì)于短束伸長(zhǎng)值偏差的計(jì)算誤差較大。

2.2 曲線筋分段計(jì)算

在計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長(zhǎng)值時(shí)，對(duì)由直線段與曲線段或由多曲線段組成的預(yù)應(yīng)力筋，應(yīng)分段計(jì)算，然后疊加。分段計(jì)算過(guò)程可參照下表所示的步驟進(jìn)行。

表中，平均張拉力PP有以下兩種計(jì)算方法，其計(jì)算結(jié)果相差不大，均可采用：

2.3 計(jì)算參數(shù)采用材料的實(shí)測(cè)值

在計(jì)算理論伸長(zhǎng)值時(shí)應(yīng)該注意，預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量EP和截面面積AP應(yīng)采用材料檢測(cè)實(shí)測(cè)值，特別是彈性模量EP的實(shí)測(cè)值與理論值的偏差往往較大，對(duì)伸長(zhǎng)值的計(jì)算結(jié)果影響也較大，如Φj15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量理論值為1.95×105MPa，而實(shí)際檢測(cè)值經(jīng)常為2.02×105MPa。

2.4 預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度包含工作長(zhǎng)度

在計(jì)算過(guò)程中還應(yīng)該特別注意，預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度L應(yīng)包含工作長(zhǎng)度，因?yàn)閷?shí)測(cè)伸長(zhǎng)值量測(cè)時(shí)也包含了工作長(zhǎng)度段的伸長(zhǎng)量，計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值偏差時(shí)方有可比性。

工作長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)施工實(shí)際情況進(jìn)行量測(cè)，一般可采用張拉端混凝土面至工具錨中心的長(zhǎng)度，如圖3-1所示。工作長(zhǎng)度段的伸長(zhǎng)值應(yīng)單獨(dú)計(jì)算。

3 實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的量測(cè)與計(jì)算方面的問(wèn)題

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，預(yù)應(yīng)力筋張拉的實(shí)際伸長(zhǎng)值，可按式（3-1）計(jì)算：

式中：ΔLl──從初應(yīng)力至最大張拉應(yīng)力間的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值(mm)；

在后張法施工中，千斤頂?shù)膹埨κ且揽抗ぞ咤^夾片鎖緊鋼絞線而作用于預(yù)應(yīng)力筋上的，從理論上來(lái)說(shuō)，鋼絞線的伸長(zhǎng)值就是張拉端工具錨夾片與錨固端錨固處（兩端張拉時(shí)即為兩端工具錨夾片）之間鋼絞線長(zhǎng)度在張拉前與張拉后的變化。因梁體彈性壓縮量可以忽略不計(jì)，因此在實(shí)際量測(cè)鋼絞線伸長(zhǎng)值時(shí)，可以將梁端作為工具錨夾片相對(duì)位移量的參照物，但是由于工作段的鋼絞線被千斤頂、錨具等包裹，鋼絞線伸長(zhǎng)值不易直接準(zhǔn)確量測(cè)，必須尋找其他間接方法進(jìn)行量測(cè)和計(jì)算。

在施工中，實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的量測(cè)和計(jì)算方法常見(jiàn)的有兩種：（1）直接量取張拉過(guò)程中千斤頂活塞的行程作為預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值，（2）量取張拉過(guò)程中千斤頂活塞的行程后扣減錨固回縮量。其實(shí)這兩種量測(cè)和計(jì)算方法都是不正確的，第（1）種方法是沒(méi)有將張拉過(guò)程中工具錨夾片的回縮量考慮在內(nèi)，第（2）種情況是不應(yīng)將錨固時(shí)工作錨夾片的回縮量扣除。實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的量測(cè)和計(jì)算可以采取千斤頂活塞的行程扣除工具錨夾片回縮量的方法。

3.1 工具錨夾片引起的回縮量

表1

圖3-1 預(yù)應(yīng)力筋工作長(zhǎng)度量測(cè)示意圖

圖3-2 工作錨夾片錨固鋼絞線示意圖

預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中，在量測(cè)千斤頂活塞行程的同時(shí)，應(yīng)量測(cè)工具錨夾片回縮量，其量測(cè)方法如下：①?gòu)埨脸鯌?yīng)力時(shí)，精確量取工具錨錨杯外露端面至鋼絞線外露段端部（也可以在鋼絞線上打上固定標(biāo)記的位置)的距離b1；②張拉至設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力時(shí)，再次量取工具錨錨杯外露端面至鋼絞線外露段端部（或固定標(biāo)記的位置)的距離；③工具錨夾片回縮量

3.2 工作錨夾片回縮引起的回縮量

鋼絞線的回縮量主要體現(xiàn)在工作錨自錨過(guò)程中的回縮，這部分回縮值會(huì)引起預(yù)應(yīng)力損失，在《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的內(nèi)縮量明確提出了控制要求，所以，在預(yù)應(yīng)力張拉施工過(guò)程中，必須對(duì)回縮量進(jìn)行量測(cè)、檢查和控制。但是，回縮量是否參與實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值的計(jì)算呢？其實(shí)不應(yīng)參與，道理很簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谟?jì)算理論伸長(zhǎng)值時(shí)采用的是張拉時(shí)的應(yīng)力（非錨固時(shí)的應(yīng)力），所以實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值也應(yīng)在達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力時(shí)量測(cè)（非錨固后產(chǎn)生回縮應(yīng)力損失時(shí)量測(cè)）。

工作錨錨固鋼絞線的瞬間過(guò)程是這樣的：在千斤頂與工作錨之間設(shè)有一塊限位板，鋼絞線在張拉時(shí)工作錨夾片隨鋼絞線的拉伸向后位移至限位板凹槽底部，對(duì)鋼絞線失去約束，在千斤頂回油放松鋼絞線的瞬間，鋼絞線彈性收縮，工作錨夾片跟隨鋼絞線向錨環(huán)孔內(nèi)位移，隨即將鋼絞線錨固（如圖3-2）。由此可以看出，鋼絞線回縮量就是千斤頂回油過(guò)程中工作錨夾片在限位板凹槽內(nèi)的位移量，量測(cè)方法如下：張拉前量測(cè)限位板凹槽深度d1，張拉完畢卸下千斤頂后量測(cè)工作錨夾片在錨杯處的外露長(zhǎng)度d2，二者之差即為鋼絞線回縮量d。

在實(shí)際施工中，對(duì)回縮量的量測(cè)常采用的方法是，在張拉至設(shè)計(jì)張拉力時(shí)，量測(cè)鋼絞線外露尾端（或鋼絞線標(biāo)記位置）至千斤頂缸體尾端的距離C1，千斤頂回油錨固后再次進(jìn)行量測(cè)C2，兩次量測(cè)數(shù)據(jù)的差值即為鋼絞線回縮值。其實(shí)這種量測(cè)方法是不正確的，因?yàn)榍Ы镯敾赜湾^固過(guò)程中除了鋼絞線錨固回縮外，還包括了夾片滑絲的位移量，可以統(tǒng)稱為內(nèi)縮量C。

4 張拉施工方面的問(wèn)題

4.1 滑絲

在《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋滑絲的控制僅提出了數(shù)量的要求，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的滑移量及量測(cè)方法沒(méi)有具體指標(biāo)和要求，因此，預(yù)應(yīng)力張拉施工中對(duì)滑絲很多時(shí)候都沒(méi)有充分重視，甚至沒(méi)有進(jìn)行量測(cè)與檢查。

滑絲主要是因?yàn)楣ぷ麇^夾片在自錨過(guò)程中沒(méi)有對(duì)鋼絞線瞬時(shí)錨固，鋼絞線在彈性回縮時(shí)出現(xiàn)了滑移?；屏康牧繙y(cè)可以先量測(cè)鋼絞線的內(nèi)縮量C，再量測(cè)鋼絞線的回縮值d，二者之差即為鋼絞線的滑絲量e，如（4-1）式。

目前，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉施工中的滑絲量控制標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有統(tǒng)一明確，但是施工中有些設(shè)計(jì)文件中已經(jīng)提出了控制指標(biāo)，比如江蘇某航道橋梁項(xiàng)目設(shè)計(jì)說(shuō)明中明確了千斤頂滑絲的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢查方法，“查看分別為張拉至設(shè)計(jì)張拉力和千斤頂回油后量測(cè)的預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值）是否大于8mm，如大于8mm則表明出現(xiàn)滑絲”，“檢查鋼絞線尾端標(biāo)記是否仍為一個(gè)平面，如平面出現(xiàn)了變化，說(shuō)明有個(gè)別鋼絞線出現(xiàn)了滑絲現(xiàn)象，必須采取措施及時(shí)處理”。當(dāng)然，該設(shè)計(jì)文件中所講的“滑絲”實(shí)際上是指鋼絞線的內(nèi)縮量，包含了工作錨夾片的回縮量和鋼絞線的滑絲量，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢查方法值得推薦使用。

4.2 工具錨夾片脫落工具錨夾片在預(yù)應(yīng)力張拉施工中往往被重復(fù)多次使用，使用過(guò)程中螺紋會(huì)出現(xiàn)磨損，使用次數(shù)愈多，螺紋磨損愈嚴(yán)重，張拉過(guò)程中夾片對(duì)鋼絞線的咬合力不足，失去錨固作用，隨著張拉力的逐步增加，夾片就會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。在工具錨安裝時(shí)，夾片沒(méi)有裝緊，或者夾片本身質(zhì)量問(wèn)題，張拉時(shí)也會(huì)產(chǎn)生夾片脫落現(xiàn)象。

出現(xiàn)夾片脫落現(xiàn)象是相當(dāng)危險(xiǎn)的，夾片彈出容易傷人，甚至可能導(dǎo)致鋼絞線彈出將更具危險(xiǎn)性了。同時(shí)，夾片脫落后會(huì)給預(yù)應(yīng)力張拉工作帶來(lái)嚴(yán)重影響，必須立即停止張拉進(jìn)行處理。

預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中出現(xiàn)夾片脫落現(xiàn)象后，應(yīng)做如下處理：（1）事故端的處理：根據(jù)設(shè)計(jì)張拉力和剔除事故鋼絞線后的鋼絞線束數(shù)對(duì)張拉千斤頂油壓表讀數(shù)進(jìn)行重新計(jì)算，對(duì)其余鋼絞線繼續(xù)完成張拉。如果仍按原來(lái)計(jì)算的油壓表讀數(shù)進(jìn)行張拉，可能出現(xiàn)嚴(yán)重的超張拉現(xiàn)象。（2）采用兩端張拉時(shí)，另一端按兩端張拉的正常程序完成張拉。（3）張拉完畢后，應(yīng)對(duì)事故鋼絞線進(jìn)行單束補(bǔ)張拉，使張拉力滿足設(shè)計(jì)要求。（4）該批工具錨夾片應(yīng)做報(bào)廢處理，更換新的夾片后方可繼續(xù)施工。

5 結(jié)語(yǔ)

后張法預(yù)應(yīng)力張拉雖然工藝比較成熟，但是施工過(guò)程比較復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)精細(xì)化施工。在張拉施工與計(jì)算中，必須注意或者明確以下問(wèn)題：①設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力為錨下控制應(yīng)力，施工張拉控制應(yīng)力不等同于設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力，還應(yīng)包括錨圈口預(yù)應(yīng)力損失、管道預(yù)應(yīng)力摩阻損失修正在內(nèi)。②張拉施工時(shí)，必須保證持荷時(shí)間后再錨固。③不可隨意進(jìn)行超張拉，張拉應(yīng)力不得超過(guò)0.8fpk。④張拉施工前，必須對(duì)預(yù)應(yīng)力筋理論伸長(zhǎng)值重新計(jì)算，進(jìn)行設(shè)計(jì)值的復(fù)核。理論伸長(zhǎng)值計(jì)算時(shí)，相關(guān)參數(shù)應(yīng)采用實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度應(yīng)包括工作長(zhǎng)度，曲線筋的伸長(zhǎng)值應(yīng)先分段計(jì)算然后疊加。⑤實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值等于千斤頂活塞行程扣除工具錨夾片回縮量。⑥張拉施工時(shí)，應(yīng)正確理解工具錨夾片回縮量、工作錨夾片回縮量、滑絲量的意義，并準(zhǔn)確量測(cè)。⑦張拉施工中出現(xiàn)工具錨夾片脫落時(shí)，應(yīng)正確處理，確保預(yù)應(yīng)力筋的張拉力。

[1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG_TF50-2011).

[2]公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)-預(yù)應(yīng)力技術(shù)及材料設(shè)備,主編:朱新實(shí).

[3]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD62--2004).