浅谈铁路箱梁产品预应力张拉作业

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【摘要】：本人通过自己的施工实践和总结，阐述了现在铁路箱梁产品预应力张拉作业过程中的操作步骤及质量控制要点，对于可能出现的问题进行了阐述，采取相应的手段满足铁路箱梁产品暂行技术条件的要求。

【关键词】：铁路箱梁预应力张拉

中图分类号：F530.3 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

中交第二航务工程局有限公司海阳制梁场布置在新建青荣城际客运专线DK149+300右侧，位于烟台海阳市徐家店镇李新庄村，庇邻204国道，总占地面积约150亩，负责预制范围DK133+291.2-- DK159+622.05简支箱梁437榀。梁体最大吊重近750t，制梁场与线路平行布置。共有制梁台座8个（其中1个32m、24m梁共用），存梁台座55个(双层存梁台座31个，其中32m箱梁存梁台座30个，1个32m与24m梁共用台座；单层存梁台座24个，其中32m箱梁存梁台座18个，6个32m与24m梁共用台座),1个静载试验台座；本梁场共安装箱梁外模8套，内模6套；45T龙门吊4台,内模拼装存放区6处,整体式钢筋绑扎胎具4套，整体式钢筋吊具2套；钢筋加工棚2个，内各设1台10t龙门吊；本梁场共有HZS120搅拌机2台，1台900t提梁机，箱梁用运梁车通过便线上桥架设。

2、预应力张拉作业介绍

2.1、铁路箱梁预施应力按预张拉、初张拉、终张拉三个阶段进行。预张拉为了消除混凝土早期裂缝；初张拉为了加快制梁循环，初张拉后箱梁方可吊出制梁台位至存梁区；终张拉对箱梁进行预施应力，满足结构荷载要求。

2.2、预制梁带模张拉时，内模应松开，不应对梁体压缩造成阻碍。

2.3、生产初期，至少对两榀梁进行管道摩阻、喇嘛口摩阻、等预应力瞬时损失测试，确定预应力管道摩阻系数K、μ、锚口和喇叭口摩阻，由设计院根据摩阻试验数据对锚外控制应力进行调整，以保证预施应力准确。

2.4、预应力管道应深入锚垫板内螺纹口径，当采用抽拔棒成孔时，必须在锚垫板内螺纹口径内设置一段过渡管，其长度不小于[(D-d)/2]/tg5°，其中D为锚垫板内螺纹直径，d为橡胶棒直径。

3、预应力工艺及技术要求

3.钢绞线的制作和穿束

3.1下料与编束

钢绞线下料场地平坦，钢绞线的下料采用砂轮切割机切割。

（1）备料：领取经试验检测合格的钢绞线，整捆吊放至现场，按正确的顺序放入放盘架中。正确的顺序为：放盘架出盘端与钢绞线卷盘内腔的钢绞线头的方向一致，确保放盘时由内盘开始按照钢绞线卷盘的方向顺序放盘，绝对不能放反，在首次放盘前操作人员必须检查确认后才允许放盘。每盘钢绞线装入放盘架后不再取出，直至用完。放盘架必须做好放盘时防止钢绞线松盘的措施。备料时要遵循弹模“批接口”的管理和使用：同一批次的钢绞线要穿入同一孔道中。同一批钢绞线穿束时，若出现不能穿完整束的情况，要将剩余的钢绞线按规定存放，和另外一批弹模与之接近（3Gpa内），抽检直径在同一级的钢绞线穿入同一孔道，严禁弹模相差超过3GPa、线径不在同一直径范围的钢绞线穿入同一束管道。弹模相差超过3GPa、线径不在同一直径范围的钢绞线穿入同一榀梁内要特殊标记清楚，按工程部张拉通知单领取相应的限位板，计算时对应相应弹性模量计算钢绞线伸长量。

（2）下料：在下料平台上做出显著准确的下料长度标记。预应力筋下料长度＝工作长度+1640mm。

（3）编束：编束时先将钢绞线理顺，并尽量使各根钢绞线松紧一致。按每束规定根数、规定长度，用扎丝绑扎，两头距端5～10cm处用双根扎丝绑扎，其余每隔1.5m绑扎一道，成束后，将钢绞线束人工抬移至堆放地点，分开堆放并标识。

3.2穿束

（1）穿束的顺序:由上向下、由里向外。

（2）穿束注意事项

①同一束内的钢绞线要为同一检验批次的，若不同批，须满足备料中相关要求。

②钢绞线从下料场地搬运时，应按图纸规定复查：编束后的钢绞线长度、每束根数和编束的质量是否符合要求。

③在搬运过程中，支点距离不大于3m，端部悬出长度不大于1.5m。要防止出现死弯，其最小弯曲半径不得小于1m。

④穿束前钢绞线不得沾上油渍、泥土，并应顺直、无死弯。

⑤穿束前，清除梁体孔道内杂物和积水。

⑥穿束前必须检查锚垫板周围及锚垫板内和压浆孔内的灰浆是否清除和畅通，检查锚垫板与孔道接入部位是否有错台。

⑦穿束时5人一组将钢绞线抬至梁端穿束，在穿束过程中，地上垫方木，避免穿束过程中钢绞线拖动与混凝土地面摩擦，破坏钢绞线表面保护层。同一孔道穿束整束整穿。

3.3钢绞线的张拉

3.3.1工艺流程

制束穿束预张拉初张拉终张拉锚具外钢绞线切割。

3.3.2张拉设备及仪表

（1）张拉所用的机具设备及仪表配套标定，配套使用并定期维护，且千斤顶校正系数大于1.0且不大于1.05。张拉设备选型：

①液压千斤顶：YCW350-B5台、YCW200-B5台；②耐压压力指示器：0.4级（0-60MPa）共10块；

③电动油泵：ZB4-500共5台。

④油压表的选用

油压表精度为0.4级；防震型；油压表测量范围为60MPa，读数分辨为0.5Mpa，表盘直径为15cm。

（2）千斤顶、油压表校验

①千斤顶在下列情况下必须重新进行校验：

张拉了200次；

千斤顶校正期限已达一个月；

在常用油压下千斤顶夹缸活塞若有漏油或串缸现象，经修理以后。

②油压表在下列情况下必须重新校正：

油压表技术监督局标定期限已达1个月（梁场每周校准1次）；

油压表使用时超过允许误差或发生故障。

3.3.3预应力张拉

（1）张拉准备：清理锚垫板安装工作锚环及夹片安装限位板安放过渡套千斤顶就位安装工具锚和打紧工具锚夹片。

（2）预应力张拉分预张拉、初张拉和终张拉。张拉时两端两侧共计四个千斤顶同时进行，并以张拉力为控制，以伸长值为校核。

（3）在梁体混凝土同条件养护试块的抗压强度≥33.5MPa后拆除端模、松开内模，并进行预张拉；当梁体混凝土同条件养护试块的抗压强度≥43.5MPa后进行初张拉，初张拉后移出内模，并用900t搬梁机移梁出台位。在梁体混凝土同条件养护试块的抗压强度≥53.5MPa、弹性模量≥35.5GPa、且龄期不少于10天时进行终张拉，终张拉前要先检查跨中区段有无明显可见及潜在空洞。

（4）两端、两侧4台千斤顶同步张拉，两端油泵并肩放置，四台油泵可以互视，通过对讲机沟通。张拉顺序按设计要求进行（见表2），张拉过程中保持钢绞线两端的不同步率不大于5%，控制时，两端每1MPa呼应一次。测量活塞伸出量人员使用标定过的30cm钢板尺，两端活塞每伸出5mm测量人员呼应一次，保证两端伸长量缓慢、同步。测量人员在油泵稍稍送油紧固后松开千斤顶上导链，重新打紧工具夹片。

3.3.4张拉步骤

预施应力按预张拉、初张拉和终张拉三个阶段进行。预应力束张拉前，应清除管道内的杂物及积水。预制梁带模预张拉时，混凝土强度达到33.5MPa，内模板松开，以免对梁体压缩造成阻碍。张拉预应力束及张拉力值按设计控制。

a、预张拉

当梁体混凝土强度达到33.5MPa后，拆除端模、松开内模不拆，为防止梁体早期裂纹，应尽早进行预张拉。

张拉程序如下：

00.2σk（初始应力）（测初始伸长值，测工具锚夹片外露）σk1（测伸长值，测工具锚夹片外露）回油锚固。

注：σk—指张拉控制应力

σk1—指预张控制应力

预张拉预应力钢束张拉顺序如下：N1bN6N2b

b、初张拉

当梁体混凝土强度达到43.5MPa，，按照设计要求对梁体进行初张拉。初张拉在预制台座上进行，初张拉结束后，脱出内模，将梁体移出台座。

张拉程序如下：

00.2σk（初始应力）（测初始伸长值，测工具锚夹片外露）σk1（测伸长值，测工具锚夹片外露）回油锚固。

注：σk—指张拉控制应力

σk1—指初张控制应力

初张拉预应力钢束张拉顺序如下：N8N1aN9N4N7

c、终张拉

当梁体混凝土强度53.5MPa，弹模达到35.5GPa，且混凝土龄期不小于10天时，进行终张拉。

张拉程序如下：

A、经过预、初张拉的终张拉：0预、初张拉控制应力(测油缸外露量、测工具锚夹片外露量) σK（静停持荷5分钟、测油缸外露量、测工具锚夹片外露量）保持控制应力，随时补油同时回油至1MPa（测油缸外露，现场快速计算实际钢绞线伸长值与理论计算伸长之间的偏差、不同步率、每端钢绞线回缩量）回油锚固。

B、未经预、初张拉的终张拉：0初始应力（0.2σK） (测油缸外露量、测工具锚夹片外露量) σK（静停持荷5分钟、测油缸外露量、测工具锚夹片外露量）保持控制应力，随时补油同时回油至1MPa（测油缸外露，现场快速计算实际钢绞线伸长值与理论计算伸长之间的偏差、不同步率、每端钢绞线回缩量）回油锚固。

终张拉预应力钢束张拉顺序如下：N2bN10N1aN2aN5N1bN3N6N9N4N7N2cN8

3.3.5张拉数据

a、油表读数(MPa)

张拉过程以油表读数控制为主，油表读数根据各束钢绞线各张拉阶段张拉力和千斤顶、油表配套标定的回归线性方程计算而得。

b、钢绞线实际伸长值

按下式计算：

式中： 为初始应力到控制应力阶段伸长值；

,分别为张拉完毕时张拉缸，工具夹片外露长度（mm）；

,分别为张拉缸，工具夹片在初应力时的外露长度（mm）。

c、钢绞线的理论伸长值

按下式计算：

式中：

（非投影长度）

（钢绞线公称面积）

（实测弹性模量）

预应力筋平均张拉力按下式计算：

每段终点力与起点力关系：

P终=P起*

式中：

；

P终-每段钢绞线终点张拉力；

P起-每段钢绞线起点张拉力。

d、钢绞线伸长量偏差δ=（L-l）/L×100%≤6%

其中L- 钢绞线的理论伸长值mm；l- 钢绞线的实际伸长值mm。

e、钢绞线回缩量

钢绞线每端回缩量不得大于 6mm，否则应重新张拉。张拉后回油卸顶，并测量工作锚夹片外露量。

张拉到位后测量千斤顶油缸伸出量L1

回油1MPa时测千斤顶油缸伸出量L2

计算工作夹片与工具夹片间钢铰线拉伸值L3

回缩量L＝L1-L2-L3≤6mm

3.3.6张拉控制要点

张拉按照设计的张拉顺序，即四台张拉千斤顶两端两侧同时对称张拉。

a、张拉前的三控：强度、弹模、龄期。预张拉：混凝土强度≥33.5MPa；初张拉：混凝土强度≥43.5MPa；终张拉：混凝土强度≥53.5MPa、混凝土弹性模量≥35.5GPa、龄期不少于10d。

b、张拉中的三控：应力、应变、持荷时间。在张拉过程中，每1MPa呼、应一次，工人用对讲机随时取得联系，保持油压上升速度相等，同时达到控制张拉吨位。工人用对讲机随时取得联系，基本保持两端应变保持一致，以控制张拉应力（油压表读数）为主，以预应力筋伸长值进行校核，不同步率=≤5%，伸长率=两端总伸长量之和与理论伸长值相差≤±6%。同时达到控制张拉吨位持荷5min，在持荷的过程中，随时观察油压表油压读数，若油压稍有下降，应及时补油到设计吨位的油压值。

c、批接口三对应。伸长量与钢绞线弹性模量相对应，限位板限位高度与钢绞线直径相对应，前批剩余钢绞线穿入管道编号的技术指定与实际操作对应。

d、三同心。预应力管道、锚具、千斤顶三同心。人工推动千斤顶使千斤顶、限位板、工作锚连接在一起，并确保管道、锚具、千斤顶三者同心。之后将工具锚上的工具夹片用专用工具打紧。限位板和工具锚采用同一锚具生产厂的配套产品，千斤顶使用专门吊架提升。

e、初调：梁体两端同时张拉，千斤顶充油到达初应力时(20%的σk)，测量千斤顶油缸伸长值，作为测钢绞线伸长量的起点。

f、每端锚具夹片回缩量控制在6mm以内，否则分析原因退锚后再重新进行张拉，然后须测量锚具夹片外露量满足2～3mm和夹片错牙量满足1～2mm。

实际张拉伸长值为20%应力到预、初张或终张应力的累计长度。累计长度与计算值对比来计算实际伸长量偏差。每端锚具夹片回缩量控制在6mm以内，否则应使用25t千斤顶对超差钢绞线进行退锚处理，分析原因后再进行张拉。

g、滑丝检查：张拉完后，应在锚圈外钢绞线上用彩笔划线，24 小时后检查钢绞线无滑动时，才允许切丝、进行压浆工作。

（8）钢束理论和实际伸长量计算

①钢束理论伸长量计算

本指导书不具体介绍钢绞线理论伸长量计算。具体计算方法及结果见《钢绞线理论伸长量计算书》。钢绞线理论伸长量在以下情况下必须重新计算：

a）钢绞线弹性模量发生改变；

b）因更换锚具夹片、锚垫板生产厂家或孔道成孔工艺而需要调整孔道摩阻系数或锚口及喇叭口控制应力损失。

②钢束实际伸长量及回缩量计算

a）本次张拉钢绞线伸长值Δ

式中：，,分别为本次张拉控制应力及其下千斤顶工作油缸行程和工具夹片外露长度（mm）；

，,分别为初应力及其下千斤顶工作油缸行程和工具夹片外露长度（mm）；

b）预、初张拉及未进行过预初张拉的钢绞线在终张拉时实测伸长值按上式计算即可；

c）已进行过预初张拉的钢绞线的终张拉实测伸长值=预初张拉时的伸长值+终张拉时的伸长量-第一次张拉钢绞线回缩量。

e）伸长量校验：-6%≤（实测伸长值—理论伸长值）/ 理论伸长值≤6%

f）工作夹片回缩量=张拉至时千斤顶油缸伸出量—回油至1MPa时千斤顶油缸伸出量—工作夹片至工具夹片钢绞线理论伸长值。张拉后夹片回缩量不大于6mm。

（9）终张拉完成后滑、断丝标记方法

每孔预应力筋终张拉完成后，用内径为φ16mm长度为35mm～38mm的钢套管抵紧工作夹片（同一孔道用同一长度套管），用磨尖的石笔沿钢绞线圆周划线，每根钢绞线均作标记，24小时后，确认该标记无变化（同一孔道各钢绞线标记均在同一截面且同一钢绞线各丝标记均在同一截面）后，才可沿着标记线切割。

4、结束语

随着我国铁路市场的迅速发展，铁路箱梁预应力的应用也会越来越来广泛，更为先进的理念和工艺操作也会得到更大的发展。本文介绍了铁路箱梁预应力张拉作业的工艺流程及注意事项，仅为个人结合工作实际的浅谈，如有不妥之处还请提出改进。

参考文献:

[1] TB10002. 322005，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范。

[2] 铁科技函[2004 ]120号文，客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件。

[3] TB10203–2002，铁路桥涵施工规范。

[4] GB／T 5224-2003，预应力混凝土用钢绞线。