高速公路预应力连续箱梁的施工与质量控制

摘要 结合互通立交预应力连续箱梁施工的工程实例，浅谈预应力连续箱梁的施工过程，重点介绍张拉程

序、伸长量计算与量测，回缩损失与控制。

关键词 连续箱梁 张拉 伸长量 回缩损失

1 工程概况

桥梁总长度4000多米，其中跨主线桥1585m。跨主线桥上部结构为预应力连续箱梁，为单箱多室断面，箱梁高1.5m、2.0m，逐孔张拉逐孔浇注，预应力束布置复杂、多样。 2 施工技术 2.1 支架

2.1.1基底处理 该互通区绝大部分位于稻田区，综合现场情况及地材实情，采用清淤回填方案。 2.1.2支架搭设 支架材料: 竖向荷载分配采用 350cm×20cm×20cm的枕木;立杆、横杆采用 φ48mm，壁厚3.5mm的碗扣架。剪刀撑采用普通钢管；支架顶底部分别采用可调式顶底托； 2.1.3组架方法及技术要求 (1) 立杆间距按90cm×90cm布置（翼缘板部分采用90cm×120cm）横杆间距为120cm。 (2) 按施工要求选定组架尺寸，测量框架底脚高程，安放底托。 (3) 拼装时随时检查横杆的水平度，立杆的垂直度，水平框的直角度。不致使脚手架偏

扭。

(4) 在无荷载的情况下要逐个检查立杆

底座是否浮地松动，如有不平或松动要旋紧。 (5) 每隔一排沿全高设置纵横双剪刀撑，与地面夹角为45°～ 60°。用扣件与立杆连

接牢固。

2.1.4支架预压 为消减变形，避免因地基不均匀沉降及支架非弹性变形引起的梁体线形失控，根据本工程设计及支架施工的特点采用等重荷载压砂法。 （1）沉降观测：在1/2、1/4、1/8跨处设置观测点，并在该处底模下挂垂球，垂球下埋设水泥桩，进行“双向观测”，观测频率每8

小时一次。 （2）预压卸载：当沉降观测值连续2天无明显变化时即可卸载，卸载后及时进行末次观测以确定支架的弹性变形。

（3）预拱度设置：设置预拱度的目的是

为获得理想的线形避免跨中出现下挠现象。根

据沉降观测数据跨中预拱度由跨中向两侧线形布置，如下：

δ=δ1+δ2+δ3 δ1：支架弹性压缩值 δ2：支架非弹性压缩值

δ3：地基沉降值 2.2模板 模板由内模和外模组成。 2.2.1外（侧）模 根据本工程的特点，外（侧）模采用

2400mm×1200mm×15mm的竹胶板。拼装时除控制好接缝的线形、错台，拼装面的平整度外，

还要根据当地的气候情况（特别在多雨的季节），预留一定的间隙，以防止因模板遇水膨

胀，而引起翘曲。 角钢方木混凝土面模拆模器板图一 内模示意图2.2.2 内模

内模除保证内断面尺寸外，还必须保证易于拼装与拆除。我们采用框架结构(图一)，其竖向尺寸要比设计小3～ 5cm，下部用拆模器支撑，以便于拆模。

2.3普通钢筋

按图纸要求进行施工

2.4混凝土施工

本工程为C50混凝土,为保证混凝土质量，必须注意下列事项: 2.4.1混凝土配合比

上部结构为高标号混凝土，因而必须仔细的选用材料，进行最佳配合比设计与实验。集料具有良好的级配，且砂率合理则能组成坚实的骨架，有利于混凝土强度的提高；混凝土具有良好的泵性，则有利于混凝土的施工。 2.4.2混凝土浇注

(1) 要严格控制混凝土塌落度。塌落度过大影响混凝土内在及外观质量，底板倒角处混凝土容易“外翻”，增加施工控制难度及混凝土用量；塌落度过小，加大泵车的泵送难度，且难于振捣，容易出现空洞及蜂窝。

(2) 控制好混凝土分层厚度及分段长度。分层厚度由振动器作用部分长度确定；分段长度由混凝土的初凝时间、气温及天气情况决定。分层过厚或分段过长，容易导致层面明显，分段面出现“泛白”现象。

(3) 加强混凝土的养护

3 预应力体系施工

预应力体系包括张拉体系和锚固体系, 其组成部分见（图二）

工作夹片工作锚环千斤顶工作波纹管回程张拉夹片工作锚环图二 预应力体系示意图3.1张拉工艺及施工注意事项

3.1.1张拉施工工艺

安装锚具 安装限位板 安装千斤顶 千斤顶进油张拉 伸长量校核 持荷 卸荷锚固 记录 3.1.2施工注意事项

(1) 除去锚垫板、喇叭口、钢绞线上的灰浆。锚环、夹具必须清洁，不允许钢绞线、锚环、夹具上有浮锈、油污、混凝土等杂物。

(2) 根据每批钢绞线的实际直径随时调整千斤顶限位板的限位尺寸，最标准的尺寸应

使钢绞线只有夹片的牙痕而无刮痕。

(3) 安装锚具时，锚环必须装在锚下垫板止口环内，工作锚环要对中，夹片均匀打紧并外露一致；千斤顶上的工具锚孔位与构件端部工作锚的孔位排列一致，以防钢绞线在千斤顶穿心孔内交叉；安装张拉设备时，做到孔道、锚环、千斤顶三对中。

(4) 张拉前要空转油泵、千斤顶，至少两次。并检查有无泄漏现象。

(5) 张拉时必须注意安全，操作千斤顶和测量伸长值人员应站在千斤顶侧面操作，严守操作规程。同时千斤顶后面应设防护.

(6)每根构件张拉完毕后，要检查端部或其他部位是否有裂缝。并填写记录。

3.2张拉程序

同类型束左右两侧对称张拉 2外2内2内2外31外3内1内1内3内外1外3外图三 张拉顺序示意图1内1外2内2外3内3外 3.3伸长量计算、量测与校核

3.3.1伸长量计算

钢绞线的理论伸长值可按下式计算1

： (1)精确计算法

△L=PpL∕ApEp （一）

其中 P-(kx+μθ)

p=P(1-e)∕(kx+μθ)

P—预应力筋张拉端的张拉力，N； Pp—预应力筋平均张拉力，N； L—预应力筋长度，m；

A2

p—预应力筋截面面积，mm； Ep—预应力筋的弹性模量，Mpa；

x—从张拉端到计算截面孔道长度，m； θ—从张拉端到计算截面曲线孔道部分切角之和（rad）；

k—孔道每米局部偏差对摩擦影响系数； μ—预应力筋与孔道之间的摩擦系数； (2)简化计算法

△L=PpL∕ApEp

其中P-(k x+μθ)

p=P(1+e)/2 (符号意义同前)

对由多段线或直线段与曲线段组成的曲线筋伸长量应分段计算，然后迭加，计算时将

每段两端扣除孔道摩阻损失后的拉力求出，然后在按精确或简化法计算每段的张拉伸长值。

采用精确计算法或简化计算法相比，计算结果差值很小，在一般情况下简化计算法可满足要求。

3.3.2张拉伸长值的量测

张拉伸长值使用精度不大于±1mm标尺量测。

方法：量测千斤顶油缸的行程

在初始应力下，量测油缸的外露长度，在相应分级荷载作用下量测相应的外露长度，将多级伸长值叠加，即为初始应力至终应力间的实测伸长值。 △L=△L1+△L2-A-B

△L1——从初始应力到终级应力间的伸长值 △L2——初始应力以下的推算伸长值 A——千斤顶夹具、预应力筋回缩值 B——工作长度伸长值

(1) △L2的推算

a：采用相邻级的伸长值 如初始应力10%，二级应力20%，则△L2可采用10%—20%之间的伸长值。

b：根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系计算

如初始应力为10%的张拉应力，与终应力差为90%的张拉应力，相应伸长值为△L1，则

△L2=△L1/9

(2) A、B值的确定

预应力筋、夹具的回缩，设计人员在计算因回缩引起预应力损失（δs2）时已考虑，其取值一般为6mm。而在实际施工中，因限位板槽口的深浅，预应力直径的偏差的大小，往往会造成回缩值大于6mm。因此要根据现场实情量测。

A=实测回缩值-6mm

B值根据公式（一）计算求得 3.3.3张拉伸长值校核、控制

预应力筋张拉时，实际伸长值与理论伸长值偏差控制在±6%范围以内，国内工程实践证明：只要在施工中精心操作，均能达到此设计

要求3

。当实测值与理论值之差超过±6%时，应根据其它同组预应力束张拉结果和结构对张拉力的灵敏度来判断是否采纳这一差值。其实，实测值与理论值之差在±6%范围内，并不

意味着张拉力的精确度就在±6%范围内，这是因为：

(1) 仪表的差异。同样的仪表测量同样的张拉力会测出不同的结果

(2) 千斤顶内部摩擦力的变化

(3) 预应力束在几何位置上的差异，及沿预应力束长度的拉应力分布实际值与假定值的差异

(4) 测量伸长值时的误差

(5) 预应力截面积和弹性模量的差异。 基于上述情况，在实际施工中要综合考虑各种因素，做好施工控制以确保设计意图的真正实现。

3.4预应力筋应力回缩损失的控制

油泵卸荷时，钢绞线锁紧在锚具内，夹片会内缩6mm，此距离不会为张拉设备和锚具的型号所左右。实际施工中受一些不确定因素的影响钢绞线内缩不止6mm。因此造成的预应力损失在施工中必须予以补偿。

假设正摩阻作用与反摩阻作用大小相等方向相反，内缩引起的损失为线性变化（多数情况如此），受内缩影响的距离Ls及应力损失

σ2

s可由下式计算：

L1/2

s=（△L×Ep/△σ）

σs=2× Ls×△σ 公式各符号意义

Ls—力筋回缩影响的距离 σk—力筋张拉时锚下控制力

△σ—单位长度预应力损失（摩阻产生） Ep—预应力筋的弹性模量 △L—预应力筋的回缩值

锚具内缩引起sk的力量损失钢绞线自身内缩引起的力量损失ssL张拉端固定端锚具锚具钢绞线长度L图四 锚具、钢绞线内缩损失示意图

标准允许最大过应力（=0.80Rb)sk最大力量点标准允许最大过应力后张力s(=0.75Rb)k-s正常应力力量增益图五 过应力对内缩作出补偿示意图

在张拉端施加短暂的过应力，可以补偿内缩造成的损失通过这种做法可以获得以下利益：

(1) 大量提高整段预应力束的后张力可以部分补偿摩擦造成的损失。

(2) 可以使距离Ls处达到最大允许力或使最大力量移至所需位置。

(3) 过应力的大小是由标准规定的极限值或需要最大力量点的位置决定。

4 孔道压浆

张拉完毕后利用压浆泵降水泥浆压到预应力筋孔道中。其作用：一是，保护预应力筋以免锈蚀。二是，保证预应力筋与混凝土有效粘结，使力均匀的传到构件上，以控制梁的裂 缝与宽度，并减轻梁端锚具的负荷状况。因此为保证压浆质量必须注意下列事项：

(1) 在高温季节，压浆前要将预应力孔道充分湿润，然后用气泵将积水排净。

(2) 张拉完毕后在24小时内压浆。灰浆 强度不小于40号，和易性要良好。并掺加一定比例的减水微膨胀剂。

(3) 压浆时，待最后一个出浆孔出浓浆后，封闭出浆孔，继续加压0.5～0.6Mpa，封闭进浆阀门。

(4) 温度较低时，孔道不易用水湿润，先用气泵检查是否堵孔。水泥要用早强硅酸盐水泥，并掺加一定量的防冻剂，用热水拌和。

5 结束语

预应力筋张拉程序，伸长值计算、量测、校核及应力回缩损失的控制，一直是预应力体系施工控制重点，其施工质量的好坏直接影响到桥梁的使用寿命,如何进行有效的施工控制，使预应力连续箱梁质量达到预期的设计要求，则是施工的关键。在施工过程中，我们按照本文所讲的程序和方法进行控制，取得了较好的效果。

参考文献

1 周水兴，何兆益，邹益松等. 路桥施工计算手册. 人民交通出版社，2001 P344 2 刘效尧，朱新时.预应力技术及材料设备. 人民交通出版社. 1997 P169

3 JTJ 041—2000 公路桥涵施工技术规范