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摘要：碛塄黄河大桥为本项目与山西省忻州至保德高速公路衔接的控制性重要工程。碛塄黄河大桥主桥桥型为连续刚构，第二联主桥上部结构箱梁采用挂篮悬臂现浇法施工，介绍其超长预应力束张拉、压浆及施工质量控制措施，供同类型桥梁施工参考。
关键词：超长预应力 张拉 压浆 质量控制
1 工程概况
第二联主桥上部结构采用（61+4×110+61）m六跨预应力混凝土变截面连续刚构体系。箱梁采用单箱单室截面，纵、横、竖三向预应力体系。全桥共有4个T构，为三向预应力设计。箱梁采用挂篮悬臂现浇法施工，各单T箱梁除0、1号块外为13对梁段。箱梁底板、腹板、顶板设有纵向预应力束，最长钢束约为110m。箱梁腹板上设有竖向预应力筋，采用Φ32精轧螺纹钢筋。箱梁顶板上设有横向预应力钢束，规格为3Φj15.24。压浆施工采用真空辅助压浆工艺。
2 工程特点
2.1 该桥上部结构14号块纵向预应力束T14规格为22Φj15.24，为最长，预应力束长达110m。需解决纵向超长预应力钢束的穿束、张拉、压浆质量等关键性技术问题。
2.2 真空辅助压浆工艺和传统的压浆工艺相比，有其独特的优越性，在长束方面更为突出，但可供借鉴的经验不多，必须加强施工控制。
2.3 该桥预应力束布置复杂。预应力施工质量将决定工程的总体质量，对桥梁结构的安全性、耐久性至关重要。
3 超长预应力钢束张拉质量控制
3.1 方案
T14采取整束通长一次穿束，二次张拉、一次整体锚固、一次压浆的方法进行施工，此种方法同普通短束预应力钢束施工工艺一样，两端对称张拉、整体锚固，一次压浆，其工艺简单，施工工作量大大减少，对预应力张拉质量控制较好。
3.2 超长预应力钢束的穿束
3.2.1 穿束牵引力计算
T14一束22Φj15.24钢束重4818.7Kg，钢束与混凝土桥面摩阻系数取0.17，摩阻力为0.9KN，考虑管道不顺直等因素，增加摩阻力系数1.2，穿束摩阻力即为1.08KN，因此牵引设备采用现场已有的2.5t卷扬机，进行人工辅助穿束。
3.2.2 钢束下料
下料长度考虑千斤顶的工作长度，总下料长度为109.42m。下料时注意对钢束保护，以免钢束受伤报废。
3.2.3 穿束方案
T14采用卷扬机辅助人工穿束。即在第一个合龙段穿束方向一侧安放卷扬机，用一根钢绞线从穿束端孔道人工穿入，直至第一个合龙段端口，将卷扬机钢丝绳固定在钢绞线上，再将钢绞线抽回，边抽边放卷扬机钢丝绳，直至绳头从边跨直线段管道口引出。将待穿钢束端头用穿束靴帽固定牢固，帽顶与卷扬机钢丝绳连接好，然后启动卷扬机，慢慢将钢束拉入孔道，直至钢束从第一个中跨合龙段端口拉出，停止卷扬机，完成穿束。
3.3 超长预应力钢束的张拉
3.3.1 钢束伸长量计算方法。
①预应力钢绞线张拉理论伸长量计算公式
ΔL=（PpL）/（ApEp）
式中：Pp——预应力筋的平均张拉力（N）；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）。
②Pp=P（1-e-（kx+μθ））/（kx+μθ）
式中：Pp——预应力筋平均张拉力（N）；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（0.0015）；μ——预应力筋与孔道壁的摩擦系数 （0.17）。
取最长的预应力束长110m具有代表性，即为第14号块T14。查有关数据L=10750cm，Ap=140mm2，Ep=1.95x10^5MPa，钢束张拉控制应力为P=0.75Fpk
=1395Mpa，X=10761.8cm，θ=4x5.6074x3.14/180=0.391rad，代入公式Pp=1395x140x（1-e^-（0.0015x
107.618+0.17x0.391））/（0.0015x107.618+0.17x0.391）=174649.68N，伸
长量ΔL=（174637.26X107500）/（140x1.95x10^5）=68.8cm。
3.3.2 第14号块纵向T14预应力张拉。
①待梁段的混凝土强度及弹性模量达到设计值的90%后可张拉预应力筋。②施加预应力必须采用张拉吨位和钢束引申量双控，以张拉力为主，伸长值进行校核。当预应力钢束张拉吨位达到设计吨位时，实际伸长值与理论伸长值之差应控制在6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因，并采取措施加以调整后，方可继续张拉。③每束钢绞线断丝或滑丝不多于1根，每个断面滑丝或断丝之和不超过该断面钢丝总数的1%。④T14为22Φj15.24，一束钢绞线的截面积为140cm2，钢束张拉锚下的控制应力为1395Mpa，一束钢绞线的控制拉力为1395x140=1953t，22束钢绞线的张拉吨位为1953x22=4296.6t，所以采用两个500t的液压千斤顶两端对称张拉满足要求，钢绞线理论伸长量为68.8cm，由于千斤顶工作长度为20cm，所以张拉过程中需要倒顶一次才能满足伸长量要求。张拉应力控制为0→10%σcon→20%σcon→50%σcon→倒顶→50%σcon→100%σcon（持荷2min锚固）。
3.3.3 实际伸长量计算
主桥2#墩第14号块T14纵向张拉预应力伸长量记录如下表：
■
实际控制中2#墩、3#墩、4#墩、5#墩、6#墩、量得的实际伸长量分别为67.2cm、70cm、71.5cm、68cm、68cm。根据计算统计结果，在张拉力控制下，实际伸长量与设计伸长量偏差均在2%偏差以内，完全在规范允许范围内。也未出现断丝、滑丝、错牙情况，夹片外露量符合规范要求。 4 真空辅助压浆施工质量控制
4.1 真空辅助压浆的工艺原理及特点
传统的压浆方法是在混凝土内预埋波纹管，用压浆机将水泥浆压入波纹管的施工工艺，普遍存在压过的管道内浆体不密实，不饱满，容易产生离析，干硬收缩，泌水等通病，真空辅助压浆很大程度上提高了压浆质量。真空辅助压浆工艺是在传统压浆的基础上将金属波纹管改进成PT-PLUS塑料波纹管，将孔道系统密封；一端用抽真空机将孔道内80%以上的空气抽出，并保证孔道真空度在80%左右，同时压浆端压入水灰比为0.29～0.35的水泥浆。当水泥浆从真空端流出且稠度与压浆端基本相同，再经过特定的排浆（排水及微末浆）、保压以保证孔道内水泥浆体饱满。管道中间不设观察孔。当然也可以根据需要设置一定数量的观察孔，但一定要注意保证观察孔在抽真空时的密封性能，以防止观察孔漏气导至抽真空失败。
真空辅助压浆工艺特点：①可以将孔道中的气体抽出，同时孔道中残留的水珠在接近真空的情况下被汽化，随同空气一起被抽出，增强了浆体的密实度，保证了浆体质量。②削除混在浆体中的气泡。这样就避免了有害水积聚在预应力筋附近的可能性，防止预应力筋的腐蚀。③孔道在接近真空状态下，减小了由于孔道高低弯曲而产生的浆体自身压头差，便于浆体充盈整个孔道，对于弯形、U型预应力筋更能体现其优越性。
4.2 压浆作业
4.2.1 压浆前准备工作
①切割锚具外的超长钢铰线。切割时，应采用砂轮切割机切割。切割后，钢绞线头应伸出锚具夹片外3～4cm，切割钢绞线工作应在检查人员检查张拉记录并批准后方可进行。②以压力水冲洗管道，并以压缩空气清除管道内积水及污物。③压浆前应将锚环与夹片间的空隙填实，防止孔道压浆时冒浆。④压浆作业之前检查压浆机具能否正常工作，检查压浆端、抽真空端和观察孔的连接装置是否完全达到要求；检查孔道内是否有积水，如有，可用空压机将其吹出；确认孔道的所有阀门能正常打开和关闭；确认对应束号的观察孔，并将其管口用塑料带缠上，涂上密封胶后将盖拧上。关闭压浆端阀门进行试抽孔道，在抽真空端接上抽真空机，将其开启一段时间后，真空机面板指针在-0.08MPa左右时可认为管道系统密封可靠。
4.2.2 压浆
张拉施工完成后，必须采用不带水汽的高压风把孔道吹干，同时清洁孔道，然后抽真空、压浆：①关闭阀门1、3和排气孔，打开阀门2和4，启动真空泵，当真空度达到并维持在负压0.08 MPa左右时，打开阀门1，启动压浆泵，开始压浆；②当浆体经过闭真空泵；③压浆过程应连续透明高压管并准备到达三通接头时，关闭阀门1，并打开阀门3，直至水泥浆从出浆端接往负压容器的透明喉管压出时止，排浆直到流出合格的水泥浆时，并关闭压浆泵，关闭阀门2。④马上打开排气孔，启动压浆泵，观察排气孔处的出浆情况，当出浆流畅、稳定且稠度与盛浆桶浆体基本一致时，关闭排气孔，以0.4～0.6Mpa的压力继续压浆2-3min ，最后关掉压浆泵，关闭阀门1，压浆完成。⑤拆除阀门1、2外的设备，并清洗，即完成压浆工作。真空压浆示意图如下：
■
真空吸浆必须确保在管道真空，在导管和大气之间或导管和导管之间无裂缝，浆体中无空气，导管中无积水。浆体由水泥、水、专用助剂组成，其混合体应达到下列指标：①水灰比为0.4-0.45，一般控制在0.4左右；②水泥浆在拌和3小时后的泌水率应小于2%，泌水应在24h内被浆体完全吸收，采用1.725L流锥测定流速宜在14-18s；③水泥浆搅拌及压浆时浆体温度应不超过35℃，冬季压浆时应采取保温措施，水泥浆应掺入防冻剂；④缓凝时间：其初凝时间应>4h，终凝时间应<24h；⑤膨胀率：浆体的自由膨胀率应<10%；⑥密度：不小于2t/m3；⑦28d龄期抗压强度：不小于50MPa。
当完成压浆后48h，打开管道上预留观测孔，看孔道内浆体是否饱满密实。经过对多条孔道观测，可以看出孔道内浆体是否饱满密实，达到规范要求。
5 结语
碛塄黄河大桥主桥纵向超长预应力钢束采用的卷扬机辅助人工一次穿束、二次张拉、一次锚固、一次压浆质量控制及真空辅助压浆技术，成功解决了超长束预应力钢束张拉质量难以保证、及普通压浆工艺压浆质量不饱满、不密实的问题，为今后类似工程提供参考。
参考文献：
[1]郑晓芬.超长预应力混凝土梁板结构温度收缩裂缝控制研究[D].同济大学，2003.
[2]顾炜，熊学玉，黄鼎业.超长预应力混凝土结构收缩徐变敏感性分析[J].建筑材料学报，2008（05）.
[3]周悌丰.东江特大桥主桥二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力设计与施工[J].价值工程，2012（17）.
关键词：超长预应力 张拉 压浆 质量控制
1 工程概况
第二联主桥上部结构采用（61+4×110+61）m六跨预应力混凝土变截面连续刚构体系。箱梁采用单箱单室截面，纵、横、竖三向预应力体系。全桥共有4个T构，为三向预应力设计。箱梁采用挂篮悬臂现浇法施工，各单T箱梁除0、1号块外为13对梁段。箱梁底板、腹板、顶板设有纵向预应力束，最长钢束约为110m。箱梁腹板上设有竖向预应力筋，采用Φ32精轧螺纹钢筋。箱梁顶板上设有横向预应力钢束，规格为3Φj15.24。压浆施工采用真空辅助压浆工艺。
2 工程特点
2.1 该桥上部结构14号块纵向预应力束T14规格为22Φj15.24，为最长，预应力束长达110m。需解决纵向超长预应力钢束的穿束、张拉、压浆质量等关键性技术问题。
2.2 真空辅助压浆工艺和传统的压浆工艺相比，有其独特的优越性，在长束方面更为突出，但可供借鉴的经验不多，必须加强施工控制。
2.3 该桥预应力束布置复杂。预应力施工质量将决定工程的总体质量，对桥梁结构的安全性、耐久性至关重要。
3 超长预应力钢束张拉质量控制
3.1 方案
T14采取整束通长一次穿束，二次张拉、一次整体锚固、一次压浆的方法进行施工，此种方法同普通短束预应力钢束施工工艺一样，两端对称张拉、整体锚固，一次压浆，其工艺简单，施工工作量大大减少，对预应力张拉质量控制较好。
3.2 超长预应力钢束的穿束
3.2.1 穿束牵引力计算
T14一束22Φj15.24钢束重4818.7Kg，钢束与混凝土桥面摩阻系数取0.17，摩阻力为0.9KN，考虑管道不顺直等因素，增加摩阻力系数1.2，穿束摩阻力即为1.08KN，因此牵引设备采用现场已有的2.5t卷扬机，进行人工辅助穿束。
3.2.2 钢束下料
下料长度考虑千斤顶的工作长度，总下料长度为109.42m。下料时注意对钢束保护，以免钢束受伤报废。
3.2.3 穿束方案
T14采用卷扬机辅助人工穿束。即在第一个合龙段穿束方向一侧安放卷扬机，用一根钢绞线从穿束端孔道人工穿入，直至第一个合龙段端口，将卷扬机钢丝绳固定在钢绞线上，再将钢绞线抽回，边抽边放卷扬机钢丝绳，直至绳头从边跨直线段管道口引出。将待穿钢束端头用穿束靴帽固定牢固，帽顶与卷扬机钢丝绳连接好，然后启动卷扬机，慢慢将钢束拉入孔道，直至钢束从第一个中跨合龙段端口拉出，停止卷扬机，完成穿束。
3.3 超长预应力钢束的张拉
3.3.1 钢束伸长量计算方法。
①预应力钢绞线张拉理论伸长量计算公式
ΔL=（PpL）/（ApEp）
式中：Pp——预应力筋的平均张拉力（N）；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）。
②Pp=P（1-e-（kx+μθ））/（kx+μθ）
式中：Pp——预应力筋平均张拉力（N）；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（0.0015）；μ——预应力筋与孔道壁的摩擦系数 （0.17）。
取最长的预应力束长110m具有代表性，即为第14号块T14。查有关数据L=10750cm，Ap=140mm2，Ep=1.95x10^5MPa，钢束张拉控制应力为P=0.75Fpk
=1395Mpa，X=10761.8cm，θ=4x5.6074x3.14/180=0.391rad，代入公式Pp=1395x140x（1-e^-（0.0015x
107.618+0.17x0.391））/（0.0015x107.618+0.17x0.391）=174649.68N，伸
长量ΔL=（174637.26X107500）/（140x1.95x10^5）=68.8cm。
3.3.2 第14号块纵向T14预应力张拉。
①待梁段的混凝土强度及弹性模量达到设计值的90%后可张拉预应力筋。②施加预应力必须采用张拉吨位和钢束引申量双控，以张拉力为主，伸长值进行校核。当预应力钢束张拉吨位达到设计吨位时，实际伸长值与理论伸长值之差应控制在6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因，并采取措施加以调整后，方可继续张拉。③每束钢绞线断丝或滑丝不多于1根，每个断面滑丝或断丝之和不超过该断面钢丝总数的1%。④T14为22Φj15.24，一束钢绞线的截面积为140cm2，钢束张拉锚下的控制应力为1395Mpa，一束钢绞线的控制拉力为1395x140=1953t，22束钢绞线的张拉吨位为1953x22=4296.6t，所以采用两个500t的液压千斤顶两端对称张拉满足要求，钢绞线理论伸长量为68.8cm，由于千斤顶工作长度为20cm，所以张拉过程中需要倒顶一次才能满足伸长量要求。张拉应力控制为0→10%σcon→20%σcon→50%σcon→倒顶→50%σcon→100%σcon（持荷2min锚固）。
3.3.3 实际伸长量计算
主桥2#墩第14号块T14纵向张拉预应力伸长量记录如下表：
■
实际控制中2#墩、3#墩、4#墩、5#墩、6#墩、量得的实际伸长量分别为67.2cm、70cm、71.5cm、68cm、68cm。根据计算统计结果，在张拉力控制下，实际伸长量与设计伸长量偏差均在2%偏差以内，完全在规范允许范围内。也未出现断丝、滑丝、错牙情况，夹片外露量符合规范要求。 4 真空辅助压浆施工质量控制
4.1 真空辅助压浆的工艺原理及特点
传统的压浆方法是在混凝土内预埋波纹管，用压浆机将水泥浆压入波纹管的施工工艺，普遍存在压过的管道内浆体不密实，不饱满，容易产生离析，干硬收缩，泌水等通病，真空辅助压浆很大程度上提高了压浆质量。真空辅助压浆工艺是在传统压浆的基础上将金属波纹管改进成PT-PLUS塑料波纹管，将孔道系统密封；一端用抽真空机将孔道内80%以上的空气抽出，并保证孔道真空度在80%左右，同时压浆端压入水灰比为0.29～0.35的水泥浆。当水泥浆从真空端流出且稠度与压浆端基本相同，再经过特定的排浆（排水及微末浆）、保压以保证孔道内水泥浆体饱满。管道中间不设观察孔。当然也可以根据需要设置一定数量的观察孔，但一定要注意保证观察孔在抽真空时的密封性能，以防止观察孔漏气导至抽真空失败。
真空辅助压浆工艺特点：①可以将孔道中的气体抽出，同时孔道中残留的水珠在接近真空的情况下被汽化，随同空气一起被抽出，增强了浆体的密实度，保证了浆体质量。②削除混在浆体中的气泡。这样就避免了有害水积聚在预应力筋附近的可能性，防止预应力筋的腐蚀。③孔道在接近真空状态下，减小了由于孔道高低弯曲而产生的浆体自身压头差，便于浆体充盈整个孔道，对于弯形、U型预应力筋更能体现其优越性。
4.2 压浆作业
4.2.1 压浆前准备工作
①切割锚具外的超长钢铰线。切割时，应采用砂轮切割机切割。切割后，钢绞线头应伸出锚具夹片外3～4cm，切割钢绞线工作应在检查人员检查张拉记录并批准后方可进行。②以压力水冲洗管道，并以压缩空气清除管道内积水及污物。③压浆前应将锚环与夹片间的空隙填实，防止孔道压浆时冒浆。④压浆作业之前检查压浆机具能否正常工作，检查压浆端、抽真空端和观察孔的连接装置是否完全达到要求；检查孔道内是否有积水，如有，可用空压机将其吹出；确认孔道的所有阀门能正常打开和关闭；确认对应束号的观察孔，并将其管口用塑料带缠上，涂上密封胶后将盖拧上。关闭压浆端阀门进行试抽孔道，在抽真空端接上抽真空机，将其开启一段时间后，真空机面板指针在-0.08MPa左右时可认为管道系统密封可靠。
4.2.2 压浆
张拉施工完成后，必须采用不带水汽的高压风把孔道吹干，同时清洁孔道，然后抽真空、压浆：①关闭阀门1、3和排气孔，打开阀门2和4，启动真空泵，当真空度达到并维持在负压0.08 MPa左右时，打开阀门1，启动压浆泵，开始压浆；②当浆体经过闭真空泵；③压浆过程应连续透明高压管并准备到达三通接头时，关闭阀门1，并打开阀门3，直至水泥浆从出浆端接往负压容器的透明喉管压出时止，排浆直到流出合格的水泥浆时，并关闭压浆泵，关闭阀门2。④马上打开排气孔，启动压浆泵，观察排气孔处的出浆情况，当出浆流畅、稳定且稠度与盛浆桶浆体基本一致时，关闭排气孔，以0.4～0.6Mpa的压力继续压浆2-3min ，最后关掉压浆泵，关闭阀门1，压浆完成。⑤拆除阀门1、2外的设备，并清洗，即完成压浆工作。真空压浆示意图如下：
■
真空吸浆必须确保在管道真空，在导管和大气之间或导管和导管之间无裂缝，浆体中无空气，导管中无积水。浆体由水泥、水、专用助剂组成，其混合体应达到下列指标：①水灰比为0.4-0.45，一般控制在0.4左右；②水泥浆在拌和3小时后的泌水率应小于2%，泌水应在24h内被浆体完全吸收，采用1.725L流锥测定流速宜在14-18s；③水泥浆搅拌及压浆时浆体温度应不超过35℃，冬季压浆时应采取保温措施，水泥浆应掺入防冻剂；④缓凝时间：其初凝时间应>4h，终凝时间应<24h；⑤膨胀率：浆体的自由膨胀率应<10%；⑥密度：不小于2t/m3；⑦28d龄期抗压强度：不小于50MPa。
当完成压浆后48h，打开管道上预留观测孔，看孔道内浆体是否饱满密实。经过对多条孔道观测，可以看出孔道内浆体是否饱满密实，达到规范要求。
5 结语
碛塄黄河大桥主桥纵向超长预应力钢束采用的卷扬机辅助人工一次穿束、二次张拉、一次锚固、一次压浆质量控制及真空辅助压浆技术，成功解决了超长束预应力钢束张拉质量难以保证、及普通压浆工艺压浆质量不饱满、不密实的问题，为今后类似工程提供参考。
参考文献：
[1]郑晓芬.超长预应力混凝土梁板结构温度收缩裂缝控制研究[D].同济大学，2003.
[2]顾炜，熊学玉，黄鼎业.超长预应力混凝土结构收缩徐变敏感性分析[J].建筑材料学报，2008（05）.
[3]周悌丰.东江特大桥主桥二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力设计与施工[J].价值工程，2012（17）.