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摘 要：文章简要介绍了预应力混凝土箱梁张拉过程中，对张拉材料性能的要求与机具设备的选择、预应力筋的安装、张拉力与伸长量的计算、张拉的实施和孔道压浆等的施工技术。
关键词：预应力混凝土箱梁；张拉；压浆
中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）14－0078－02
1 前言
在混凝土施工中，使用预应力混凝土可提高构件的抗裂性和耐久性，增大构件的刚度，同时可以节省材料，减轻构件自重，因此，随着预应力施工技术的不断完善，预应力混凝土在桥梁结构中被广泛应用。
后张法预应力箱梁就是在制作梁体构件时，在构件内按设计要求预先留出预应力筋孔道，当梁体构件混凝土强度达到设计要求时，把预应力筋穿入孔道内进行张拉，在预应力筋受拉的同时，梁体构件获得预压应力，当张拉至设计控制应力后，利用锚具进行锚固。最后进行孔道压浆，以防止预应力筋的锈蚀，同时在水泥浆的黏结作用下使预应力筋与梁体构件形成一个整体。
2 工程概况
商州至丹凤高速公路SDN5标段棣花丹江大桥全长428 m，设计桥跨为17 m×25 m预应力混凝土连续箱梁，共计136片，全部在预制场内采用后张法集中预制。
梁体预应力钢束由腹板束、顶板束和底板束组成，张拉顺序为先腹板束，后底板束，最后顶板束。在施工过程中，为了保证施工质量，预应力张拉要求采用双控，即应力控制为主，伸长量控制为辅。
3 主要材料及机具设备的选择
3.1 主要材料
3.1.1 水泥浆
孔道压浆采用纯水泥浆，水灰比控制在0.35左右。水泥浆的配制强度为40 MPa，符合设计要求，泌水率不超过3%，稠度控制在14～18 s之间，并加入适量膨胀剂（发气铝粉）和减水剂。水泥采用52.5的高品质硅酸盐水泥，经检验水及减水剂对预应力筋无腐蚀。
3.1.2 预应力钢绞线
根据设计及相关规定，本桥采用抗拉强度标准值Ryb＝1 860 MPa，公称直径φj＝15.2 mm，公称截面积Ag＝139 mm2，弹性模量Eg＝1.97×105 MPa的低松弛高强度钢绞线，其力学性能指标符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224－2003）的规定。
3.2 机具设备
3.2.1 锚具
本桥正弯矩采用OVM15－7型系列锚具及其配件，预应力管道采用圆形金属波纹管，在墩顶连续端处的负弯矩钢束采用BM15－5型扁锚及其配件，管道采用扁形金属波纹管。
3.2.2 千斤顶及油压表的选用
本桥采用YCW250B型千斤顶，千斤顶与油压表进行配套校验，以确定张拉力与油压表读数之间的关系。
3.2.3 孔道压浆设备
采用电动活塞式压浆机，且配有搅拌机，保证灰浆搅拌均匀，压浆连续。
4 预应力筋下料与穿束
钢绞线的下料长度，等于孔道净长度加构件两端的预留长度。
钢绞线切断时，采用砂轮切割机，以保证切口平整，线头不散。不允许采用电弧切割下料，以免钢绞线可能因产生意外打火而造成损伤。
钢绞线可单根穿入孔道，也可整束同时穿入。采用单根穿入时，按一定的顺序进行，以避免钢绞线在孔道内人为的打叉现象。采用整束穿入时，将一根钢束中的全部钢绞线编束后整体装入管道中，沿长度方向每隔2～3 m用铁丝捆扎一道。
穿束前应全面检查锚垫板、孔道、灌浆孔及排气孔是否满足施工要求，锚垫板应位置准确，若锚垫板移位，造成垫板平面和孔道中轴线不垂直时，用楔形垫板加以纠正。孔道内应畅通、无水分和杂物，并保证孔道完整无缺。
5 预应力筋的张拉工艺
5.1 计算和确定张拉力
由于钢丝与锚具的锚圈口之间会产生摩阻力，从而造成应力损失，所以在张拉前应测定所选用的千斤顶、锚具及钢丝束产生的摩阻力大小，用于修正设计给定的张拉控制应力σk，但经过修正后的张拉控制应力不得超过钢丝极限抗拉强度Ryb的80%。
预应力筋张拉力按下式计算：
P＝（1＋锚圈口摩阻应力损失）×σk×Ag×n×（1/1000）
式中，P：预应力筋张拉力，kN；
σk：预应力筋的张拉控制应力，取0.75×1 860＝1 395 MPa；
Ag：每根预应力筋的截面面积，取139 mm2；
n：同时张拉预应力筋的根数，取n＝7；
锚圈口摩阻应力损失经测定取2.5%。
经计算P＝1 391.27 kN，该值小于钢丝极限抗拉强度Ryb的80%，符合要求。
5.2 油压表读数的计算与确定
确定油压表表盘读数：通过千斤顶与油压表配套校验，形成张拉曲线图，根据最小二乘法原理确定回归方程。
由试验得回归方程为Y＝0.061 34＋0.020 67 X
式中，X：压力，kN；
Y：油压表读数，MPa。
当超张拉时，X＝1.05 P＝1 460.83 kN，则Y＝0.061 34＋0.020 67 X＝30.26 MPa，此即为与张拉力相对应的油压表表盘读数。
5.3 伸长值计算
理论伸长值按以下公式计算：
△L＝σk×L0/Eg
式中，△L：预应力筋理论伸长值，cm；
σk：预应力筋的张拉控制应力，取0.75×1 860＝1 395 MPa；
L0：预应力梁孔道长，取L0＝2 496 cm；
Eg：预应力筋的弹性模量，取1.97×105 MPa；
经计算△L＝17.67 cm。
5.4 张拉程序
按照设计要求，采用油压千斤顶对钢绞线施加张拉力，各阶段的应力控制值为：0→初应力（0.1σk）→超张拉1.05σk（持荷5 min）→σk，然后锚固。张拉时进行张拉力与伸长值双控。 5.5 张拉过程与方法
（1）清除锚垫板上的水泥浆等污物，在锚垫板上准确描绘锚圈轮廓，把钢丝束穿入锚圈孔内后紧贴锚垫板。
（2）把锚塞插入锚圈，并使钢丝均匀分布在锚塞周围。为避免锚固时发生断丝现象，钢丝束不得扭转，且两根钢丝不得交错排列。用手锤轻敲锚塞，避免锚塞脱出。
（3）千斤顶就位后，把钢丝按顺序嵌入千斤顶内，调整其位置，使孔道、锚圈与千斤顶处在同一轴线上。
（4）梁体两端同时张拉，待钢丝绷紧后将其固定，以保证钢丝在以后的张拉中能均匀受力。继续张拉至初应力（0.1 σk），在千斤顶的分丝盘槽沟处的钢丝上刻划钢丝伸长量的基点标记，并辨认是否有滑丝现象。
（5）两端同时分级加载，每级加载值为油压表读数50 kg/m2的倍数，每级加载后都要测量钢丝伸长量，张拉两端作业人员要互报油压表读数和钢丝伸长量，尽量使两端平衡。
（6）当两端同时张拉至1.05 σk时，持荷5 min，使预应力筋在锚固前完成部分徐舒，以减少钢丝锚固后的应力损失。测量钢丝伸长量，并做好记录。
（7）计算出钢丝的总伸长量，与理论值核对，其误差应在±6%范围之内。
5.6 预应力筋锚固及切割要求
当预应力筋在张拉控制应力稳定后即可锚固。预应力筋锚固后的外露长度不宜小于30 mm，锚具用封端混凝土保护。当需长期外露时，应采取相应措施防止锈蚀。锚固完毕并经检验合格后即可切割端头多余的预应力筋，严禁用电弧焊切割，应采用砂轮机切割。
6 孔道压浆
孔道压浆就是将水泥浆用压浆机压入孔内，使之填满预应力筋与孔道间的空隙，以防止预应力筋的锈蚀，同时在水泥浆的黏结作用下使预应力筋与梁体构件形成一个整体。按照设计要求，预应力筋张拉完毕后，应尽早对孔道进行压浆，同时对边跨伸缩端部实施封端，其他部位在体系转换过程中封端。
孔道压浆前应用高压水冲洗孔道，以排除孔内粉渣等杂物，保证孔道畅通。
6.1 水灰比的确定
压浆所用水泥全部采用强度等级为52.5的高品质硅酸盐水泥。经过配合比的比选后确定水灰比为0.35，按此水灰比配制的水泥浆的稠度在14～18 s，符合规范要求。
6.2 水泥浆的拌制及压浆工艺
水泥浆用小型灰浆搅拌机拌制，每次拌制量视使用量而定，不宜过多，随用随拌。水泥浆拌好后存放在备好的储浆桶内，在压浆过程中，桶内水泥浆要不断低速搅动，防止水泥浆沉淀、结块，影响压浆质量。
由于梁体孔道布置为两端高中间低，所以孔道压浆顺序应先下层孔道后上层孔道，集中在一处的孔道应一次压完。压浆的压力以保证压入孔内的水泥浆密实为准，开始压力要小，逐步增加，一般为0.5～0.7 MPa。当压浆的另一端出浆口由最初的清水变至稀浆，最后溢出浓浆时，关闭出浆口阀门，此时继续施压至0.7 MPa，维持此压力1～2 min后关闭注浆口阀门，使水泥浆在有压状态下凝结，以保证压浆密实。
压浆过程要缓慢、均匀连续进行，中途不得停歇。若因故障出现压浆中断且中断时间较长时，要及时将孔道内存留的水泥浆冲洗干净，以保证重新压浆时，孔道畅通无阻。
每一工作班制作三组70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方体标准水泥浆试件，其中一组试件用标准养护28 d后的强度评定水泥浆强度，另外两组随梁体进行同条件养护，经评定强度均满足设计要求。
孔道压浆结束后立即冲洗梁端及锚垫板上粘附的水泥浆和其他污物，梁端混凝土凿毛后，即可进行封端混凝土作业，并做好混凝土养护工作。
7 结束语
本桥预应力混凝土箱梁在制作前，对施工人员、技术人员、质检人员等进行了相关培训，制作过程中对各道工序包括配合比选定，张拉压浆设备的检定检测，张拉压浆的现场施工记录、梁体的养护工作等进行了严格监控，确保了施工质量。
（编辑：王昕敏）
Tensioning and Grouting Construction of Prestressed Concrete Box Girder
Feng Zhiqiang
Abstract: This paper briefly describes the requirements of machinery and equipment, material properties of the tension in prestressed concrete box girder tension during the selection, installation of the prestressing tendons, tensile force and elongation calculations, the implementation of tension and pore pressure pulp, and construction technology.
Key words: prestressed concrete box girder; tension; grouting
关键词：预应力混凝土箱梁；张拉；压浆
中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）14－0078－02
1 前言
在混凝土施工中，使用预应力混凝土可提高构件的抗裂性和耐久性，增大构件的刚度，同时可以节省材料，减轻构件自重，因此，随着预应力施工技术的不断完善，预应力混凝土在桥梁结构中被广泛应用。
后张法预应力箱梁就是在制作梁体构件时，在构件内按设计要求预先留出预应力筋孔道，当梁体构件混凝土强度达到设计要求时，把预应力筋穿入孔道内进行张拉，在预应力筋受拉的同时，梁体构件获得预压应力，当张拉至设计控制应力后，利用锚具进行锚固。最后进行孔道压浆，以防止预应力筋的锈蚀，同时在水泥浆的黏结作用下使预应力筋与梁体构件形成一个整体。
2 工程概况
商州至丹凤高速公路SDN5标段棣花丹江大桥全长428 m，设计桥跨为17 m×25 m预应力混凝土连续箱梁，共计136片，全部在预制场内采用后张法集中预制。
梁体预应力钢束由腹板束、顶板束和底板束组成，张拉顺序为先腹板束，后底板束，最后顶板束。在施工过程中，为了保证施工质量，预应力张拉要求采用双控，即应力控制为主，伸长量控制为辅。
3 主要材料及机具设备的选择
3.1 主要材料
3.1.1 水泥浆
孔道压浆采用纯水泥浆，水灰比控制在0.35左右。水泥浆的配制强度为40 MPa，符合设计要求，泌水率不超过3%，稠度控制在14～18 s之间，并加入适量膨胀剂（发气铝粉）和减水剂。水泥采用52.5的高品质硅酸盐水泥，经检验水及减水剂对预应力筋无腐蚀。
3.1.2 预应力钢绞线
根据设计及相关规定，本桥采用抗拉强度标准值Ryb＝1 860 MPa，公称直径φj＝15.2 mm，公称截面积Ag＝139 mm2，弹性模量Eg＝1.97×105 MPa的低松弛高强度钢绞线，其力学性能指标符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224－2003）的规定。
3.2 机具设备
3.2.1 锚具
本桥正弯矩采用OVM15－7型系列锚具及其配件，预应力管道采用圆形金属波纹管，在墩顶连续端处的负弯矩钢束采用BM15－5型扁锚及其配件，管道采用扁形金属波纹管。
3.2.2 千斤顶及油压表的选用
本桥采用YCW250B型千斤顶，千斤顶与油压表进行配套校验，以确定张拉力与油压表读数之间的关系。
3.2.3 孔道压浆设备
采用电动活塞式压浆机，且配有搅拌机，保证灰浆搅拌均匀，压浆连续。
4 预应力筋下料与穿束
钢绞线的下料长度，等于孔道净长度加构件两端的预留长度。
钢绞线切断时，采用砂轮切割机，以保证切口平整，线头不散。不允许采用电弧切割下料，以免钢绞线可能因产生意外打火而造成损伤。
钢绞线可单根穿入孔道，也可整束同时穿入。采用单根穿入时，按一定的顺序进行，以避免钢绞线在孔道内人为的打叉现象。采用整束穿入时，将一根钢束中的全部钢绞线编束后整体装入管道中，沿长度方向每隔2～3 m用铁丝捆扎一道。
穿束前应全面检查锚垫板、孔道、灌浆孔及排气孔是否满足施工要求，锚垫板应位置准确，若锚垫板移位，造成垫板平面和孔道中轴线不垂直时，用楔形垫板加以纠正。孔道内应畅通、无水分和杂物，并保证孔道完整无缺。
5 预应力筋的张拉工艺
5.1 计算和确定张拉力
由于钢丝与锚具的锚圈口之间会产生摩阻力，从而造成应力损失，所以在张拉前应测定所选用的千斤顶、锚具及钢丝束产生的摩阻力大小，用于修正设计给定的张拉控制应力σk，但经过修正后的张拉控制应力不得超过钢丝极限抗拉强度Ryb的80%。
预应力筋张拉力按下式计算：
P＝（1＋锚圈口摩阻应力损失）×σk×Ag×n×（1/1000）
式中，P：预应力筋张拉力，kN；
σk：预应力筋的张拉控制应力，取0.75×1 860＝1 395 MPa；
Ag：每根预应力筋的截面面积，取139 mm2；
n：同时张拉预应力筋的根数，取n＝7；
锚圈口摩阻应力损失经测定取2.5%。
经计算P＝1 391.27 kN，该值小于钢丝极限抗拉强度Ryb的80%，符合要求。
5.2 油压表读数的计算与确定
确定油压表表盘读数：通过千斤顶与油压表配套校验，形成张拉曲线图，根据最小二乘法原理确定回归方程。
由试验得回归方程为Y＝0.061 34＋0.020 67 X
式中，X：压力，kN；
Y：油压表读数，MPa。
当超张拉时，X＝1.05 P＝1 460.83 kN，则Y＝0.061 34＋0.020 67 X＝30.26 MPa，此即为与张拉力相对应的油压表表盘读数。
5.3 伸长值计算
理论伸长值按以下公式计算：
△L＝σk×L0/Eg
式中，△L：预应力筋理论伸长值，cm；
σk：预应力筋的张拉控制应力，取0.75×1 860＝1 395 MPa；
L0：预应力梁孔道长，取L0＝2 496 cm；
Eg：预应力筋的弹性模量，取1.97×105 MPa；
经计算△L＝17.67 cm。
5.4 张拉程序
按照设计要求，采用油压千斤顶对钢绞线施加张拉力，各阶段的应力控制值为：0→初应力（0.1σk）→超张拉1.05σk（持荷5 min）→σk，然后锚固。张拉时进行张拉力与伸长值双控。 5.5 张拉过程与方法
（1）清除锚垫板上的水泥浆等污物，在锚垫板上准确描绘锚圈轮廓，把钢丝束穿入锚圈孔内后紧贴锚垫板。
（2）把锚塞插入锚圈，并使钢丝均匀分布在锚塞周围。为避免锚固时发生断丝现象，钢丝束不得扭转，且两根钢丝不得交错排列。用手锤轻敲锚塞，避免锚塞脱出。
（3）千斤顶就位后，把钢丝按顺序嵌入千斤顶内，调整其位置，使孔道、锚圈与千斤顶处在同一轴线上。
（4）梁体两端同时张拉，待钢丝绷紧后将其固定，以保证钢丝在以后的张拉中能均匀受力。继续张拉至初应力（0.1 σk），在千斤顶的分丝盘槽沟处的钢丝上刻划钢丝伸长量的基点标记，并辨认是否有滑丝现象。
（5）两端同时分级加载，每级加载值为油压表读数50 kg/m2的倍数，每级加载后都要测量钢丝伸长量，张拉两端作业人员要互报油压表读数和钢丝伸长量，尽量使两端平衡。
（6）当两端同时张拉至1.05 σk时，持荷5 min，使预应力筋在锚固前完成部分徐舒，以减少钢丝锚固后的应力损失。测量钢丝伸长量，并做好记录。
（7）计算出钢丝的总伸长量，与理论值核对，其误差应在±6%范围之内。
5.6 预应力筋锚固及切割要求
当预应力筋在张拉控制应力稳定后即可锚固。预应力筋锚固后的外露长度不宜小于30 mm，锚具用封端混凝土保护。当需长期外露时，应采取相应措施防止锈蚀。锚固完毕并经检验合格后即可切割端头多余的预应力筋，严禁用电弧焊切割，应采用砂轮机切割。
6 孔道压浆
孔道压浆就是将水泥浆用压浆机压入孔内，使之填满预应力筋与孔道间的空隙，以防止预应力筋的锈蚀，同时在水泥浆的黏结作用下使预应力筋与梁体构件形成一个整体。按照设计要求，预应力筋张拉完毕后，应尽早对孔道进行压浆，同时对边跨伸缩端部实施封端，其他部位在体系转换过程中封端。
孔道压浆前应用高压水冲洗孔道，以排除孔内粉渣等杂物，保证孔道畅通。
6.1 水灰比的确定
压浆所用水泥全部采用强度等级为52.5的高品质硅酸盐水泥。经过配合比的比选后确定水灰比为0.35，按此水灰比配制的水泥浆的稠度在14～18 s，符合规范要求。
6.2 水泥浆的拌制及压浆工艺
水泥浆用小型灰浆搅拌机拌制，每次拌制量视使用量而定，不宜过多，随用随拌。水泥浆拌好后存放在备好的储浆桶内，在压浆过程中，桶内水泥浆要不断低速搅动，防止水泥浆沉淀、结块，影响压浆质量。
由于梁体孔道布置为两端高中间低，所以孔道压浆顺序应先下层孔道后上层孔道，集中在一处的孔道应一次压完。压浆的压力以保证压入孔内的水泥浆密实为准，开始压力要小，逐步增加，一般为0.5～0.7 MPa。当压浆的另一端出浆口由最初的清水变至稀浆，最后溢出浓浆时，关闭出浆口阀门，此时继续施压至0.7 MPa，维持此压力1～2 min后关闭注浆口阀门，使水泥浆在有压状态下凝结，以保证压浆密实。
压浆过程要缓慢、均匀连续进行，中途不得停歇。若因故障出现压浆中断且中断时间较长时，要及时将孔道内存留的水泥浆冲洗干净，以保证重新压浆时，孔道畅通无阻。
每一工作班制作三组70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方体标准水泥浆试件，其中一组试件用标准养护28 d后的强度评定水泥浆强度，另外两组随梁体进行同条件养护，经评定强度均满足设计要求。
孔道压浆结束后立即冲洗梁端及锚垫板上粘附的水泥浆和其他污物，梁端混凝土凿毛后，即可进行封端混凝土作业，并做好混凝土养护工作。
7 结束语
本桥预应力混凝土箱梁在制作前，对施工人员、技术人员、质检人员等进行了相关培训，制作过程中对各道工序包括配合比选定，张拉压浆设备的检定检测，张拉压浆的现场施工记录、梁体的养护工作等进行了严格监控，确保了施工质量。
（编辑：王昕敏）
Tensioning and Grouting Construction of Prestressed Concrete Box Girder
Feng Zhiqiang
Abstract: This paper briefly describes the requirements of machinery and equipment, material properties of the tension in prestressed concrete box girder tension during the selection, installation of the prestressing tendons, tensile force and elongation calculations, the implementation of tension and pore pressure pulp, and construction technology.
Key words: prestressed concrete box girder; tension; grouting