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中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山1后张法预应力体系施工控制技术2013年11月·杭州中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山2各位同仁，大家好！在座的各位对桥梁施工并不陌生，各位都是中隧集团桥梁施工的技术精英、骨干及未来。由于各位所参建过的桥梁结构形式、施工方法、施工工艺不尽相同。集团公司为了提高全集团的桥梁施工水平，集团工程部特主办本桥梁施工技术培训班，邀请集团内有现场施工经验的精英授课，从而达到相互学习、相互交流、共同提高的目的。由于部分桥梁施工人员对预应力的重要性不甚了解，对预应力体系的施工工艺及操作要求只知其然而不知其所以然，在施工中存在一定的安全或质量隐患，为此，我给大家重点讲一讲后张法预应力体系施工控制技术，即张拉设备的选用及其校验，钢绞线、锚具的检验及钢索伸长值计算，预应力制孔、钢绞线制束及穿束，张拉，压浆”等的具体方法及技术控制措施。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山3所谓预应力是指在工程结构构件承受外荷载之前，对构件受拉区施加预压应力，以改善结构使用的性能，提高构件的刚度，增加构件的耐久性，增强结构的抗裂性能等。如木桶，在还没装水之前采用铁箍或竹箍套紧桶壁，便对木桶壁产生一个环向的压应力，若施加的压应力超过水压力引起的拉应力，木桶就不会开裂漏水。在圆形水池上作用预应力就像木桶加箍一样。同样，在受弯构件的荷载未加上去之前给构件施加预应力、就会产生一个与荷载作用产生的变形相反的变形，荷载要构件沿作用方向发生变形之前必须先把这个与荷载相反的变形抵消，才能继续使构件沿荷载方向发生变形。这样，预应力就像给构件多增加了一道防护一样。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山4预应力钢筋混凝土桥梁正是在桥梁承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善结构的使用性能，充分发挥钢绞线抗拉强度高，混凝土抗压能力强的特点。因此，预应力体系的施工质量是决定预应力钢筋混凝土桥梁使用年限的关键，是使梁在承受巨大运营荷载后梁体混凝土始终受压而不受拉，改善结构的使用性能，提高构件的刚度，增加构件的耐久性，增强结构的抗裂性能等。由此，其预应力施加必须实行严格的双控，确保恰到好处。若预应力过大会使梁上拱度增加，梁顶板(受压区)混凝土将被拉裂；若预应力不足会使梁上拱度减少，梁在承受外荷载之后梁底板(受拉区)混凝土将被拉裂。孔道压浆必须饱满密实，采用真空辅助压浆工艺。其控制标准要求高，工艺操作精准度要求严格，而且施工安全风险大。故此，在预应力体系施工的全过程中都应认真、严格、科学、合理地控制和操作，不得有半点马虎和大意的现象。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山51.张拉设备的选用及其校验为了确保桥梁工程施工质量，使预应力钢索准确地张拉到设计控制应力，并保证操作安全，在张拉前应根据桥梁结构特点、生产工艺、钢索张拉吨位等因素，合理选用张拉设备。一般情况下，主要选择张拉设备的吨位、行程及压力表规格、精度等，并且其型号、规格、性能应与所选用的锚具相匹配。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山61.1张拉设备的选用1.1.1张拉千斤顶的吨位选择为了确保张拉力的计量准确和操作的安全可靠，选用张拉千斤顶的吨位数一般为钢索张拉力的1.5倍左右。张拉千斤顶所需的吨位Q（吨），由下式确定：Q＝1.5NY/1000(其中NY＝σk×AY×n)式中NY—钢索设计控制张拉力（kg）σk—钢绞线张拉控制力（kg/cm2）AY—单根钢绞线截面积（cm2）n—钢索的钢绞线根数。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山71.1.2张拉千斤顶的行程选择张拉千斤顶所需的行程长度，应满足预应力钢索张拉时的伸长要求。即Ls≥△L＝L×σk/E式中Ls—千斤顶的行程长度（mm）△L—钢索张拉伸长值（mm）σk—钢绞线张拉控制力（kg/cm2）E—钢绞线的弹性模量（kg/cm2）L—钢绞线张拉时的有效长度（mm）当张拉千斤顶的行程不够时，亦可采取分级重复张拉和锚固，但锚具夹片应适应重复张拉的性能要求。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山81.1.3张拉油压表的选用油压表上指示的压力读数是指张拉千斤顶工作油压面积(活塞面积)上每单位面积承受的压力，它与钢索的张拉力及千斤顶油缸的面积大小有关。即:Pu＝NY/Au式中Pu—张拉油压表读数（kg/cm2）NY—预应力钢索张拉力（kg）AU—张拉千斤顶油缸的油压面积（cm2）为了保证压力表的使用安全，使其不易损坏，实际选用的压力表最大量程应为(1.3～2.0)Pu；精度应不低于1.0级(现一般使用0.4级精密仪表做张拉表)。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山91.1.4张拉高压油泵的选择高压油泵的额定压力应与所选千斤顶的额定压力相匹配，即：高压油泵的额定压力≥千斤顶工作油缸的额定压力。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山101.2张拉设备的校验1.2.1张拉压力表的校验张拉工作表在第一次使用前必须经国家法定计量单位校验合格后方可投入使用，张拉工作表的精度不得低于1.0级，其工作表校验周期为一周。当使用1.0级油压表为张拉工作表时，亦可由工地试验室、用国家法定计量单位校验合格的0.4级精密仪表、校表仪对1.0级的工作表逐个校验，符合精度要求后用于张拉。校验精度要求不得低于1.0级，以最大量程为60Mpa(600kg/cm2)的工作表为例，与标准表比较误差不超过±0.6Mpa(±6kg/cm2)认定精度合格，否则不得用于张拉。当使用0.4级精密仪表为张拉表时，每次必须送国家法定计量单位校验。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山111.2.2张拉千斤顶的校验⑴校验方法：送国家法定计量单位进行，校验应模拟千斤顶张拉受力状态进行，即千斤顶主动去顶标准检测仪器，分别读出油泵油压表及标准检测仪器读数，并作详细记录，一般重复进行三次，再以(油压表读数×活塞面积)为千斤顶的理论吨位，以标准检测仪器读数换算的吨位为千斤顶的实际输出吨位，将(千斤顶的理论吨位)÷(千斤顶的实际输出吨位)＝千斤顶的校正系数(K)，求其平均值作为千斤顶的张拉校正系数。但1.0≤校正系数(K)≤1.05，否则，千斤顶不能用于张拉。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山12注：现不少单位在千斤顶标定时不采用校正系数法，而采用回归方程。在施工中根据设计张拉吨位求得油压表读数，这样使得张拉油压表的读数与千斤顶油缸面积不发生关系，同时与油压表的精度、千斤顶的摩阻等也无明显的关系，从理论上来说，这种方法是正确可行的。而在实际施工中，用回归方程得出张拉力与油压表读数误差较大，也与施工规范要求的不符，在施工中应采用施工规范要求的校正系数法，即Pu(张拉油压表读数)＝K(千斤顶校正系数)×NY(钢索张拉吨位)÷Au(千斤顶油缸面积)，这样便于施工资料的校对与分析。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山13⑵校验注意事项①所用油压表必须已校验且精度符合要求；②千斤顶、油压表、油泵必须配套校验并配套使用，不得混用；③千斤顶、油压表、油泵连接好后应先空载往复运行后进行校验；④油泵带压工作时不得拆卸接头、管路及压力表；⑶在下列情况下千斤顶应配套校验：①出厂后初次使用；②张拉时钢绞线连续断丝；③千斤顶发生故障、漏油或经过拆开检修、更换某一部件；④油压表指针不能回零或其它失灵现象；⑤钢索实测伸长值与理论计算值相比限差超过±6%；⑥校验后已使用一个月或已张拉200次；中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山142.钢绞线、锚具的检验及钢索伸长值计算钢绞线、锚具是后张梁承担预应力的主要材料，是保证梁体质量的关键。因此、预应力体系所使用的锚具、钢绞线等必须是正规厂家生产，有出厂质量合格证明书，运到现场后应及时取样送法定试验检验单位进行验证，对无出厂质量合格证明书及试验合格报告单的钢绞线、锚具不得用于梁体施工。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山152.1钢绞线的检验预应力纲绞线的规格、数量、性能指标等应符合设计标准，进场后除按规范规定的频次取样进行屈服强度(σ0.2)、极限强度、延伸率等验证外，还应重点对钢绞线的弹性模量及截面积进行测试，测定其钢绞线的实际弹性模量和截面积，用于修正设计计算的预应力钢绞线索的理论伸长值。同时还应测试钢绞线的硬度。注：①检验频次按同牌号、同炉号、同规格、同生产工艺、同交货状态的预应力筋，每30t为一批，不足30t也按一批计。②当性能指标验证不达标时不得使用。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山162.2锚具的检验张拉过程中多因锚具热处理工艺质量达不到技术标准要求，而出现夹片碎裂、炸裂、钢绞线滑丝、断丝等事故。为了防止事故的发生，厂家在锚具生产过程中应严格控制锚具硬度、探伤等工序质量；施工单位在锚具、夹具和连接器进场时，应按批次进行外观检查和抽取试件做硬度、静载锚固性能试验。注：①检验批按同一种类、同种材料、同一生产工艺且连续进场的以每1000套为一批，不足1000套也按一批计；②外观检查：每批抽检10%，且不少于10套；③硬度试验：每批抽验5%，且不少于5套；④静载锚固性能试验：每批抽检3套。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山17若静载锚固试验后，夹片齿纹完好，钢绞线有明显刻痕，但夹片无碎裂、钢绞线无断丝、滑丝，则说明锚具与钢绞线两者的硬度相匹配（锚具夹片硬度略大于钢绞线硬度），锚具质量合格；若静载锚固试验后，夹片有碎裂现象，或钢绞线有断丝或滑丝现象，则说明锚具与钢绞线两者的硬度不匹配，质量不合格；对此，该批锚具可作退货处理，但也可逐套预拉(预拉力为设计控制张拉力的1.08倍并持荷5min)，经预拉检验无问题的锚具方可用于梁体张拉。说明：当锚具夹片硬度大于钢绞线硬度时，夹片易碎裂或卡断钢绞线；当锚具夹片硬度小于钢绞线硬度时，夹片齿纹有明显压痕，但钢绞线上无刻痕，甚至钢绞线滑丝、夹片被硬拉成槽。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山182.3钢绞线伸长值的计算或修正因为张拉是实行“双控”，以油压表读数控制为主，以钢索实际伸长值作校核，只有两者校核符合设计、验标要求，才能确认为张拉合格，否则应查明原因，重新张拉，因此钢索的理论计算伸长值必须符合工程实际，当相关参数发生变化时，就必须重新计算或修正。设计给定的钢索张拉伸长值，一般是采用设计张拉力与设计或规范给定的相关参数计算而得。但由于施工水平的差异，实际相关参数与设计或规范给定参数是有差异的，因此必须根据实际参数对伸长值进行修正或重新计算。为了双控更准确，现场一般应实测预应力孔道的摩擦系数、偏差系数，钢绞线的弹性模量、截面积。并将测试结果提供给设计单位，由设计单位对设计张拉力进行调整及钢索理论伸长值的计算或修正。中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山19但亦可自行用公式σx＝σke-(µθ+kx)计算出各曲、直段分界点的截面应力。式中σx—钢索任意点的应力（kg/cm2）；σk—锚下（起点）应力（kg/cm2）；µ—摩擦系数；θ—计算段弯起转角（red）；k—偏差系数（1/m）；x—锚下（起点）到钢索任意点的距离（m）中铁隧道集团有限公司安全隐患险于明火安全责任重于泰山20用“△Li曲＝[(σki-σ0i)÷E]×[R÷(µ+R)]×[1-e-(µθ+kLi)]×103(mm)”公式计算出各曲线段伸长值；用“△Li直＝[(σki-σ0i)÷E×k]×(1-e-kLi)×103(mm)”公式计算出各直线段伸长值；最后用“△L＝∑△Li＋(工作锚至工具锚段钢索弹缩值)”公式计算全束钢索的理论伸长值，以此作为张拉双控的依据。注：①一端张拉时，“工作锚至工具锚段钢绞线弹缩值”是指长度为“工作锚高度＋限位板有效高度＋千斤顶高度”的钢绞线弹性伸长值；两端张拉时，为一端张拉的2倍。②在两端对称张拉钢索伸长值计算时，对于直线和对称曲线可把孔长中心作为应