论渡槽三向预应力张拉施工控制
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摘要：南水北调中线工程某渡槽设计流量为235m3/s，加大流量为265m3/s，为水工Ⅰ级大型渡槽，采用三向预应力技术施工，因此在张拉施工中对预应力的控制是一项重要工作。张拉施工中张拉钢筋束的次序、张拉力的大小、张拉机具的选择等都会对张拉产生影响，因此施工中通过对影响张拉力各个因素的改进，从而达到设计要求张拉力，以此提高渡槽槽身混凝土的抗裂性能。
关键字：张拉 控制 预应力
1 工程概括
渡槽槽身纵向为4跨简支梁结构，槽身为预应力混凝土结构，单跨长30m。槽身横断面为3槽一联矩形槽，净宽7m×3槽，渡槽总宽25.5m。槽身纵梁总高8.6m，中纵梁腹板厚0.7m，顶缘板宽3.0m，厚度由0.5m变化为0.6m，底托梁部分尺寸为1.4×1.5m，与腹板联系部位设置0.5×0.35m肋角；边纵梁腹板厚0.6m，顶缘板宽2.7m，厚度由0.5m变化为0.6m，外悬0.95m，底托梁部分尺寸为1.3×1.5m，与腹板联系部位设置0.5×0.35m肋角；边、中纵梁在支座部位加高至9.1m。渡槽底板厚0.40m，二期混凝土部分悬臂板加厚至0.6m。底板下设横梁，断面为0.7×0.45m，间距2.5m。墙顶每2.5m设0.5×0.3m（高×宽）拉杆。
2 预应力筋布置
槽身每跨由边纵梁、中纵梁各2根，其中边纵梁由16束钢绞线束组成，每束由7根预应力钢绞线组成，共计32束；中纵梁由15束钢绞线束组成，其中每束由12根预应力钢绞线组成的有12束，另外3束由7根预应力钢绞线组成，共计30束。每跨有横梁12道，每道横梁有6束钢绞线，每束由7根预应力钢绞线组成，共计72束。纵向槽身底板有扁锚预应力钢绞线组成，共3道，每道有10束，共30束。槽身竖向预应力束采用PSB785MPa级ФPS32螺纹钢筋，共计832根。
详见以下预应力筋编号图。
槽身纵向预应力筋编号图（单位：厘米）
槽身横向预应力筋编号图（单位：厘米）
槽身竖向预应力筋编号图（单位：厘米）
3 张拉机具
千斤顶：共10套，其中YDC3000液压千斤顶4台，对槽身中墙纵向12束钢绞线进行张拉；YDC2000液压千斤顶4台，对槽身边墙纵向7束钢绞线及横向72束钢绞线进行张拉；YDC1100液压千斤顶8台，对竖向精扎螺纹钢进行张拉；YDC270液压千斤顶4台，对槽身纵向底板30束钢绞线进行张拉。
4 预应力张拉原则
先张拉边墙和中墙的曲线钢绞线，然后张拉边墙和中墙底部40%直线和底板50%的钢绞线，以此确定张拉顺序：（1）张拉边墙和中墙曲线部分；（2）张拉边墙和中墙底部40%直线（边墙和中墙底部四个角上的钢绞线）及边墙和中墙顶部中间钢绞线；（3）张拉底板纵向50%的钢绞线；（4）张拉底板横向50%的钢绞线；（5）张拉竖向精轧螺纹钢筋；（6）张拉边墙和中墙底部60%的钢绞线；（7）张拉底板剩余50%的钢绞线及顶部剩余钢绞线；（8）张拉后浇带部分预应力筋。
鉴于竖向φps32精轧螺纹钢筋在槽身纵向分布较为密集，因此采取竖向φps32精轧螺纹钢筋从南北两侧向中间方向每隔1m（2道25cm间距）进行张拉；横断面方向先边墙进行张拉，再中墙进行张拉；最后对槽身剩余φps32精轧螺纹钢筋依然按前两个张拉原则进行张拉。
纵横竖向张拉基本原则：同时、同步、两端对称
5 预应力筋的张拉控制
5.1预应力筋的张拉程序控制
三向预应力筋的张拉按照设计文件执行，具体张拉程序按以下几条进行控制：
（1）锚外张拉力的计算方法按下列公式计算：
（2）按照张拉顺序，采取单根预紧10% 后，再进行分级张拉施工。对每束预应力筋分五级张拉，依次张拉到20% 、40% 、60% 、80% 、100% （直线段107% ），每级之间持荷5min，并分别记录预应力钢筋延伸量。
（3）张拉控制应力值 取0.7fPtK，在预紧应力均匀条件下，超张拉控制应力提高0.05 fPtK，总控制应力不得大于0.8fPtK 。
（4）张拉时依次同时、对称、同步逐级张拉至100% 。张拉时分别记录预应力钢筋延伸量，并与理论延伸量比较，如果在允许误差范围内，持载5min后锚固，张拉下一组。
5.2张拉速率控制
在张拉施工中，张拉时应力增加的速率控制在0.1 /min。
5.3钢绞线伸长量控制
钢绞线实际伸长值与理论伸长值的差值控制在±6%以内，否则暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，可继续张拉。
钢绞线预应力筋在张拉前应进行初张拉，初应力采用张拉控制应力10%σcon
预应力筋的理论伸长值 （mm）可按下式计算：
式中：Pp──预应力筋的平均张拉力（N），直线筋取张拉端的拉力，两端张拉的曲线
筋计算方法见《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）附录G-8；
L──预应力筋的长度（mm）；
Ap──预应力筋的截面面积（mm2）；
Ep──预应力筋的弹性模量（N/mm2）。
PP= P（1-e-（kx+uθ））
Kx+ uθ
P-预应力筋张拉端的张拉力（N）；
X-从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；
θ-从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）；
k-孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；
u-预应力筋与孔道壁的摩擦系数；
注：当预应力筋为直线时，pp=p
预应力筋张拉的实际伸长值 （mm），可按下式计算：
= l+ 2
式中： l──从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值（mm）；
2——初应力以下的推算伸长值（mm）。
具体计算附表
5.4持荷时间控制
持荷时间为油泵开启、油压表读数稳定后的稳压时间，按5分钟进行控制。
5.5张拉同步性控制
预应力筋张拉同步性控制包括：单束钢绞线两端张拉同步性、多束钢绞线对称张拉同步性、张拉过程同步性、张拉停顿点同步性。
5.6 竖向精轧螺纹钢筋预应力控制
（1）精轧螺纹钢筋竖向预应力筋张拉后伸长量很小，伸长量的量测采用千斤顶上转数表记录换算值与实际测量活塞杆伸长度（用游标卡尺进行测量）相结合的方法。（2）为消除构件间的接缝压缩、锚具压缩、预应力筋回缩等非弹性变形引起的预应力损失，保证有效预应力的建立，竖向预应力筋采用二次张拉，两次张拉均采用测力扳手拧紧螺母，施加扭矩为1500kN·m，以保证拧紧质量。
6 张拉机具质量控制
（1）预应力张拉机具设备及仪表（压力表精度>1.5级）必须有合格证书。（2）张拉设备配套标定并配套使用，标定时活塞的运行方向要与实际使用时一致。（3）千斤顶、压力表和油泵要结合施工现场整体静态标定，同时尽量满量程标定以降低摩阻影响。（4）为保证静态标定和张拉时能持荷保压，千斤顶不得有明显内泄漏现象，即加压时进油表显示压力读数，回油表读数接近为零。（5）长期不使用、标定时间超过6个月、6个月内正常使用超过两百次、使用中预应力机具设备或仪表出现反常现象、千斤顶检修后重新标定。（6）采用测力传感器计量张拉力时，测力传感器按国家相关规定的检验周期检定，千斤顶和压力表不做标定。（7）施加预应力所用的机具设备及仪表由专人使用和管理，并定期维护和校验。
7 结束语
渡槽槽身各部位预应力张拉控制，涉及张拉次序、张拉机具、张拉力的现场控制等诸多因素。另外张拉时间和张拉材料的选择也对张拉存在一定的影响，施工过程中，要从影响张拉的各个因素来采取措施以减少张拉时的应力损失，达到在一定程度上减少裂缝的目的。张拉过程中必然存在各个环节交叉进行，我们不仅要通过模型验算模拟张拉时应力变化的过程，更要根据现场情况测试数据及时微调相应施工参数，以最大程度的减少应力损失对槽身整体强度的影响。以上这些措施不是孤立的，而是相互联系，相互制约的，必须结合实际，全面考虑合理采纳，才能达到张拉应力的理想效果。
参考文献
[1] 水工混凝土结构设计规范（SL 191-2008）
[2] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）
[3] 预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程（JGJ 85-2010）
作者：王洪辉，男，1980年生，2005年毕业于河南省黄河水利职业技术学院，现工作于中国水利水电第十三工程局有限公司，助理工程师。