13.1.3 预应力混凝土简支梁桥的施工技术
1.施加预应力的方法
施加预应力一般是靠张拉在混凝土中配置的高强度钢筋来实现的。目前，在桥梁工程中常用的方法有先张法和后张法两种。
2.先张法施工
先张法生产工序少、效率高，适宜工厂化大批量生产。张拉钢筋时，只需夹具，不需锚具，预应力钢筋自锚于混凝土之中。但先张法需要专门的张拉台座，构件中钢筋一般只能采用直线配筋，施加的应力较小，一般只适合于制作跨径在25 m内的中小跨径梁（板）。
1）张拉台座
张拉台座是先张法生产的主要设备之一，它承受预应力筋的全部张拉力，因此，须有足够的强度、刚度和稳定性。台座按构造形式分为墩式和槽式两类。
（1）墩式台座。
墩式台座是靠自重和土压力来平衡张拉力所产生的倾覆力矩，并靠土的反力和摩擦力来抵抗水平位移。其适用于地质条件良好、张拉线较长的状况，由台面、承力架、横梁和定位钢板等组成。
台面是制作构件的底模，要求平整、光滑。一般采用在夯实平整的土基上浇一层5～8 cm的C15～C20素混凝土，并每隔10～20 m留伸缩缝，且沿长度方向有0.3%的坡度，以利于排水。
承力架也叫传力墩，它要承受全部的张拉力，须保证变形小、经济、安全和操作方便，可因地制宜。横梁是将预应力筋张拉力传给承力架的构件，常用型钢设计制成，应保证其刚度和稳定性，避免受力后产生变形和挠曲。定位钢板用来固定预应力筋的位置，其圆孔位置按梁体预应力筋的设计位置确定，孔径比预应力筋大2～5 mm，以便穿筋。
（2）槽式台座。
当现场地质条件较差、台座又不很长时，可采用由台面、传力柱、横梁、横系梁等组成的槽式台座。传力柱和横系梁一般用钢筋混凝土做成，其他部分与墩式台座的相同。槽式台座与墩式台座不同之处在于，预应力筋张拉力由传力柱承受而得到平衡。
2）预应力筋的张拉
（1）张拉前的准备工作。
张拉前应先在端横梁上安装并检查定位钢板，其孔位和孔径应符合设计要求；然后，将定位钢板固定在横梁上。安装定位板时，要保证最下层和最外侧预应力筋的混凝土保护层尺寸。进而在台座上安装预应力筋，将其穿过端横梁和定位板后，用锚具固定在板上，沿台面每隔一定距离放置钢筋头，垫起预应力钢筋。对于长线台座，预应力筋或者预应力筋与拉杆、拉索的连接，必须先用连接器串联后才能张拉。
（2）张拉工艺。
先张法张拉预应力筋，分单根张拉和多根整批张拉，单向张拉和双向张拉。单根张拉设备比较简单，吨位要求小，但张拉速度慢。为避免台座承受过大的偏心力，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋，然后向两侧对称张拉。多根同时张拉，需1个或2个大吨位千斤顶，张拉速度快，但控制要求较高，要保证每根钢筋的初始长度一致，活动横梁与固定横梁保持平行。如遇钢筋的伸长值大于千斤顶油缸最大工作行程，可采用重复张拉的办法解决。
（3）一般操作。
①调整预应力筋长度。
采用螺栓杆锚具拧动端头螺母，调整预应力筋长度，使每根预应力筋受力均匀。
②初始张拉。
初始张拉一般施加10%的张拉应力，将预应力筋拉直，锚固端和连接器处拉紧。在预应力筋上选定适当的位置刻画标记，作为测量延伸量的基点。
③正式张拉。
a.一端固定，一端单根张拉。张拉顺序由中间向两侧对称进行，如横梁、承力架受力安全，也可从一侧进行。单根预应力筋张拉，吨位不可一次拉至超张拉应力。
b.一端固定，一端多根张拉，千斤顶必须同步顶进。保持横梁平行移动，预应力筋均匀受力，分级加载，拉至超张拉应力。
c.一端单根张拉，一端多根张拉。先张拉单根预应力筋，由延伸量和油表压力读数又控制施加30%～40%的张拉力；同时，使预应力筋受力均匀，先顶锚锚固一端，再张拉多根预应力筋至超张拉应力。
④持荷。
按预应力筋的类型选定持荷时间2～5 min，使预应力筋完成部分徐变，完成量为全部量的20%～25%，以减少钢丝锚固后的应力损失。
⑤锚固。
补足或放松预应力筋的拉力至控制应力。测量、记录预应力筋的延伸量，并核对实测值与理论计算值，其误差应在±6%范围内；如不符合规定，则应找出原因及时处理。张拉满足要求后，锚固预应力筋，千斤顶回油至零。
3）预应力筋的放松
当混凝土强度达到设计规定的放松强度后（若设计无规定，一般应不小于设计强度的70%），可放松受拉的预应力筋，然后再切割端部的预应力筋。常用的放松方法有以下几种。
（1）螺杆放松。
放松时只要将螺母反向拧动即可，此法一般用于放松用螺丝端杆或工具式张拉螺杆固定的预应力筋。
（2）千斤顶放松。
在台座固定端的承力架与横梁之间，张拉之前预先安放千斤顶。放松时，两个千斤顶同时回程，使拉紧的预应力筋徐徐回缩，张拉力被放松。
（3）砂箱放松。
用砂箱代替千斤顶。使用时从进砂口灌满烘干的砂子，加上压力打紧。放松时，打开出砂口，砂子慢慢流出，预应力筋徐徐回缩，张拉力被放松。
钢筋放松后，可用氧炔焰切割，但应防止烧坏钢筋端部。钢丝放松后，可用割断、锯断或剪断的方法切断。切割后的外露端应用砂浆封闭，以防生锈。
4）安全技术和注意事项
（1）安全技术。
①张拉前要对张拉设备、锚具做认真检查。张拉时要有统一指挥，按操作程序施工。
②使用千斤顶时不准超载，张拉时，台座两端不得站人，操作人员应站在放在台座侧面的油泵外侧进行工作。
③钢筋拉到张拉力后，要停2～3 min，待稳定后再锚固。
④台座两端应有防护措施。张拉时沿台座长度方向，每隔4～5 m应放一防护架。
（2）注意事项。
①当多根钢筋同时张拉时，必须先调整初应力，确保应力一致。
②预应力筋张拉完毕后，位置偏差不得大于5 mm，亦不得大于构件截面最短边长的4%。
③用三横梁、四横梁整批张拉时，千斤顶应对称布置，防止活动横梁倾斜。
④张拉时，张拉方向与预应力钢材在一条直线上。
⑤顶紧锚塞时，用力不要过猛，以防钢丝折断；在拧紧螺母时，应注意压力表读数始终保持在控制张拉力上。
3.后张法施工
后张法的张拉设备简单。不需要专门台座，便于在现场施工，预应力筋可布置成直线和曲线，施加的力较大，适合预制大型构件。后张法是一种极有效的拼装手段，在大跨度桥梁施工中广泛应用。但需要大量锚具且不能重复使用，施工工序多，工艺复杂。
后张法制作预应力混凝土构件，常采用抽拔芯管成型孔道。
1）张拉前准备
张拉前，需要完成梁内预留孔道、制索、制锚、穿索和张拉机具的准备工作。
（1）预留孔道工艺。
预留孔道是后张构件制作的特殊工序，孔道的形状、尺寸和质量对后张构件的质量有直接影响，其预留孔道主要有直线和曲线两种形式。
①制孔的方法。
a.埋设管道法。埋设管道法主要用于曲线管孔的制作。一般采用薄铁皮管和铝合金波纹管。它在梁体制成后留在梁内，使用后不能回收，成本高，金属材料耗用量大。
b.抽芯管法。抽芯管法主要用于直线管孔制作，是预先将其安放在预应力筋的设计位置上，待混凝土终凝后将它拨出。构件内即具有孔道，它能周转使用，应用较广。抽拔式制孔器有橡胶、金属伸缩和钢管三种形式。抽拔制孔器的时间，与预制所处环境的气温有关，必须严格掌握；否则，将会出现塌孔或拔不出的情况。一般以混凝土抗压强度达到0.4～0.8 MPa时为宜。
抽拔制孔器的顺序宜先上后下，先曲后直，分层浇筑的混凝土应根据各层凝固情况确定抽拔顺序。芯管采用橡胶管或钢管时，可用机械抽拔。抽拔时施拉方向应和管道轴线重合，胶管先抽出芯棒，再抽胶管，抽出后清洗干净，卷盘存放。
②制孔器和通孔器制孔器可采用橡胶管、无缝钢管、铁皮管、金属伸缩套管、金属波纹管。几种常见的制孔器简介如下。
a.橡胶管。此法应用较普遍。常见的胶管有：外径48 mm±2 mm、内径26 mm的六层布筋橡胶管；外径51 mm、内径21 mm的纯橡胶管等。一般胶管抗拉力约5 kN，在拉力作用下管道径向收缩不小于2 mm，取消拉力后残余变形小，有良好的挠曲性和耐磨性。它不仅适用于直线孔，也能用于曲线孔中。制孔时，胶管位置靠定位架固定，定位架间距为40～60 cm，沿箍筋间隔设置，曲线孔道适当加密。为增加胶管的刚性和防止浇筑混凝土过程中胶管挠曲离开设计位置及局部变形，应在橡胶管内置一圆钢筋或钢丝束（称芯棒），芯棒直径应较胶管内径小8～10 mm，长度较胶管长1～2 m，以便先抽拔芯棒。对于曲线束的孔道，宜由两端胶管在跨中对接，对接接头处套一段长为0.3～0.5 m的铁皮管，也可用塑料布包裹后并用铁丝绑扎。接头要牢固、严密，以防浇筑混凝土时脱节和漏浆，胶管从梁的两端抽拔，铁皮管则留在架内。
为易于胶管拔出，也有采用胶管内充气、充水的方法，充气后胶管径向扩张3～5 mm。通常需气压0.7～0.8 MPa，混凝土初凝后、终凝前即可放气，使胶管收缩抽出。
b.无缝钢管。无缝钢管用于直线孔道制孔。钢管要求平直，表面应光滑，焊接接头处应仔细清理干净，保持平顺，过长孔道的中间活动接头，可用白铁管套接，钢管架立间距以钢管无下垂为度，活动接头处至少要架立两点，使白铁套管不受力。结构混凝土浇筑完成后，应定时转动钢管，防止钢管与混凝土黏结，钢管长度以混凝土浇筑后能使钢管转动为宜，钢管预埋前应除锈、刷油。
c.铁皮管。预埋在孔道内成为孔道一部分，常用0.5～0.75 mm厚黑铁皮卷制而成。为防止漏浆，纵向采用咬口接缝，并与节之间采用套接，大头直径放大2 mm。接头间用氧焊焊接。曲线管道在木模上压制成型。为便于穿过预应力钢束，各管节均按同向套接。为防止咬口处漏浆，可涂热沥青一道。铁皮管架设应符合孔道形状，绑扎在钢筋骨架上要牢固，防止平移或上浮。预埋铁皮管成孔方法需要大量铁皮，故多用于抽拔胶管有困难的梁体上或管道十分密集的部位，以防互相串浆。
d.金属伸缩套管。主要由铝锌合金等制作而成，为防止漏浆，增加套管可靠度，伸缩套层数至少两层。操作时，将伸缩套管穿入定位架或孔道筋位置后，将套管孔径扩大到预留孔径，使其与孔道筋绑牢，接头处可用铁皮管处理。
e.金属波纹管。金属波纹管一般是用厚0.3～0.6 mm的镀锌钢带，由制管机卷制而成，管分为“通用段”和“连用段”。钢带的厚度根据管径而定，管表面有螺旋状的凸肋，既增加了管的刚性，又可在接头处旋入直径稍大的连接管段。成型后的管沿纵向和径向具有一定的刚度，沿长度又有较好的柔性，而且便于排布各种曲线孔道，故称为半刚性管。管的直径通常以25 mm为起点，按5 mm的模数递增直到130 mm。在需要接长时，两段管之间旋入一段长约40 mm的连接管段作为搭接头，在接缝处缠绕塑料胶带密封，以防漏浆。“连接段”与“通用段”两种管的形状相同，“连接段”仅直径增大3～5 mm。
金属波纹管的连接。用金属波纹管做孔道预埋管，可提高孔道位置的准确度和防止孔道间掉浆。通孔器是检查制孔质量的仪器，用圆钢制作，长100～120 mm，中间一段呈圆柱形，直径比预应力筋孔道小4～7 mm，两端为截头圆锥形，并各钻一小孔，通过小孔来固定牵引钢丝。
③制孔器的安装。
安装制孔器时，可先将其沿梁体长度方向顺序穿越各定位钢筋的“井”字网眼，然后，在梁中部安装好接头，最后穿入钢筋芯棒。“井”字定位钢筋的位置，可依预应力筋坐标图来确定，其间距一般为0.4～0.6 m，曲线管道应适当加密。接头布置在跨中附近，但不同孔道接头不宜在同一断面上（同一断面是指顺制孔器长度方向为1 m的范围内）。
④压浆孔及排气孔的预留。
除锚具上已设置外，无论何种管道或孔道，均须设置压浆孔及排气孔。一般排气孔应设在孔道最高位置，压浆孔直径不小于20～25 mm，排气孔直径为8～10 mm，可用木塞或钢筋头顶紧预留，混凝土初凝后拔出。螺丝端杆、锥形螺杆锚具的垫板上有槽口，只留灌浆孔，可不留排气孔，锥形锚具、JM锚具在锚塞正中留有小孔，能灌浆及排气，不需留灌浆孔和排气孔。
（2）孔道检查。
制孔后，应用通孔器检查；若发现孔道堵塞，应清除孔道内的杂物，为力筋穿孔创造条件。检查时，一般用大小不一的两种直径通孔器（相差10 mm左右），先用大直径的试通，若通不过，再用小直径的试通，用芯棒检查堵孔位置并做标记。对仅能通过小直径的孔道，可采取用螺纹钢筋在孔内通捣（或来回拉孔）；对不通的孔，查明原因后，分别采取措施；若是由于断胶管、水泥浆或铁皮头堵塞，则可在芯棒上焊制钢钩将其钩出或用力将其导通；若是金属伸缩套管或其他接头因拉断残留在孔中等原因，堵塞严重，则应标出准确位置，从侧面凿开取出，疏通孔道，重设制孔器，修补缺口。
（3）穿束。
穿束前应全面检查锚垫板和孔道，锚垫板应位置正确；若锚垫板移位，造成垫板平面和孔道中轴线不垂直，应用楔形垫板加以纠正；孔道内应畅通，无水分和杂物，孔道应完整无缺。制好的钢丝束应检查其绑扎是否牢固、端头有无弯折现象；钢丝束按长度和孔位编号，穿束时核对长度，对号穿入孔道。穿束工作一般采用人工直接穿束，较长的预应力筋可借助一根长钢丝作为引线，用卷扬机进行穿束。
2）预应力筋的张拉
（1）张拉原则。
①对曲线预应力筋或长度大于等于25 m的直线预应力筋，宜在构件两端同时张拉。如设备不足，可先在一端张拉，补足预应力值。
②为避免张拉时构件截面呈过大的偏心受压状态，应分批、分段对称张拉。先张拉靠近截面重心处的预应力筋，再张拉截面重心较远处的预应力筋。
（2）张拉程序。
张拉程序与预应力钢材的类别和锚具的形式有关，各种张拉程序可按具体规定进行。
（3）张拉前的准备工作。
张拉前，应检验构件的外观和尺寸，构件端部预埋铁板与锚具和垫板接触处的焊渣、毛刺、混凝土残渣应清除干净。混凝土强度应不低于设计强度的70%。穿筋前，螺丝端杆的丝扣部分要用水泥袋或破布缠绕两三层，并用细铁丝扎牢或用套筒保护，防止损伤螺口。钢丝束、钢绞线束、钢筋束等穿束时，将一端打齐，顺序编号并套上穿束器。穿束器的引线穿束时，将一端打齐，顺序编号并套上穿束器，将穿束器的引线穿过孔道，然后向前拉动，直至两端均露出所需长度为止。
（4）操作方法。
预应力筋张拉操作方法与配用的锚具及千斤顶的类型有关，现介绍两种常见的操作示例。
①钢绞线束、钢筋束配JMI2型穿心式千斤顶的张拉操作步骤和方法。
a.穿束前，先将JMI2型锚具圆锚环用电焊固定在构件预埋铁板上。锚具的位置应与孔道中心对正，焊接时可用木塞固定其位置，以保证位置准确。对曲线孔道，当端头面与孔道中心线不垂直时，可在锚环下另加斜垫板调整准确。
b.穿束时，将每一束内的各根钢材顺序编号，在构件两端对号检查，防止其在孔内交叉、扭结。
c.将清洗过的夹片，按原来在锚具中的片位号依次嵌入预应力钢材之间。此时，注意当预应力钢材为螺纹钢筋时，应将其两条纵肋放在两夹片的空隙间，不可将其夹在夹片中；否则，容易造成钢筋滑动。夹片嵌入后，随即用手轻轻敲击，将其夹紧预应力钢筋，但夹片外漏长度应整齐一致。
d.安装千斤顶。将预应力钢筋束穿入千斤顶，锚环对中，并将张拉油缸先伸出2～4 cm，再在千斤顶尾部安上垫板及工具锚，将预应力钢材夹紧。为便于松开销片，工具锚环内壁可涂少量润滑油。
e.使顶压油缸处于回油状态，向张拉油缸供油，开始张拉。同时，注意工具锚和固定端的工作锚，使夹片保持整齐（一般差3 mm时影响不大）；张拉至初应力，做好标记，作为测量伸长值的起点。
f.按规定程序张拉至规定吨位或换算的油压值，并测量预应力钢材的伸长值，以校核应力。
g.在保持张拉油缸调压阀阀口开度不变的情况下，向顶压缸供油，直至需要的顶压力。在顶压过程中，如张拉油缸升压超过最大张拉力规定，应使张拉油缸适当降压。
h.在保持继续向顶压油缸供油的情况下，使张拉油缸缓缓回油，完成油缸回油动作。
i.打开顶压阀的回油缸，油泵停车，千斤顶借助其内部回程弹簧作用，顶压活塞自动回程，张拉锚固结束。
②钢丝束配用钢质锥形锚具，锥锚式千斤顶的张拉操作步骤和方法。
a.张拉前的准备工作。先把锚环套在钢丝束外面，锚塞放在钢丝束中央，并将钢丝均匀分布在锚塞周围，用手锤轻敲锚塞；装上对中套，千斤顶就位，将钢丝按顺序嵌入千斤顶的分丝盘槽沟和卡环槽口内，再用楔块卡住；然后，调整千斤顶的位置，使管道、锚圈、千斤顶处在一条轴线上。轻敲楔块，使钢丝初步固定在卡环上。
b.初始张拉。使千斤顶大缸进油，两端同时张拉至初应力。由于钢丝在卡环上未楔紧，允许钢丝有滑移现象，从而可调整钢丝长度，使张拉过程均匀受力。滑丝停止后，打紧楔块或工具锚锚塞（用穿心千斤顶时），使钢丝牢牢地固定在卡环上或工具锚上；然后，两端同时补足张拉至初应力。在分丝盘沟槽处的钢丝上刻画标记，作为测量钢丝伸长量的基点；并在卡环前端的钢丝上刻画标记，用以辨认是否滑丝。
c.正式张拉。初拉调整后，继续开动油泵，稳步使千斤顶大缸进油；当张拉到超张拉值时，稳住进油量，持荷调整5 min，大缸回油，使张拉力退到控制张拉力为止。此时，测量钢筋伸长量。
d.顶锚。当测量的钢丝伸长值与计算值相符合，即可进行顶压锚塞。顶锚时，关闭大缸油路，小缸进油，使小缸活塞猛顶锚塞，将钢丝锚紧；然后，大小缸同时回油，打去卡环上的楔块，退出千斤顶。顶锚后，钢丝因内缩而发生预应力损失，因此，应在另一端张拉时补足损失。如果在另一端顶锚时，回缩量大于3 mm，必须再张拉，以补回预应力损失。
3）孔道压浆及封锚
（1）压浆。
孔道压浆是用水泥浆填满孔道中预应力筋周围的空隙，目的是保护预应力筋不致锈蚀，并使预应力筋与梁体结成整体，从而提高梁的承载能力、抗裂性能和耐久性。孔道压浆是用专门的活塞式压浆机进行，要求张拉后尽快压浆（一般不宜超过14 d）。压浆时要求密实、饱满。
①准备工作。压浆前切割锚外钢丝时，应采取降温措施，以免锚具和预应力筋因过热而产生滑丝。用环氧砂浆或棉花和水泥浆填塞锚塞周围的钢丝间隙。用压力水冲洗孔道，排除孔内杂物并吹去孔内积水。
②水泥浆的技术条件。孔道压浆一般宜采用水泥浆，空隙大的孔道，水泥浆中可掺入适量的细砂。水泥浆的强度应不低于构件本身混凝土强度的80%，且不低于C30。水泥宜采用硅酸盐水泥或普通水泥，水泥的强度等级不宜低于42.5。水灰比宜采用0.4～0.45，掺入适量减水剂时，水灰比可减少到0.35。水泥浆的泌水率最大不超过3%，拌和后3h的泌水率应控制在2%。水泥浆中可掺入适当膨胀剂，如铝粉等，但其自由膨胀率应小于10%。水泥浆自调制至压入孔道的延续时间，一般不宜超过45 min。
③压浆方法。压浆的顺序，应先压下孔道，后压上孔道；应将集中的孔道连续一次压完，以免孔道串浆，将附近孔道阻塞；对于曲线孔道，应由最低点的压浆孔压入，由最高点的排气孔排气及溢出水泥浆。
压浆工艺有“一次压注法”和“二次压注法”两种，前者用于不太长的直线形孔道；对于较长的孔道或曲线形孔道，以“二次压注法”为好。二次压浆时，第一次从甲端压入直至乙端流出浓液浆时，将乙端的孔用木塞塞住，待灰浆的压力达到要求（一般为0.5～0.7 MPa），且各部无漏水现象时，再将甲端喷嘴拔出并立即用木塞塞住。待第一次压浆完成约30 min后，拔掉甲、乙端的塞子，自乙端再进行第二次压浆。重复上述步骤，待第二次压浆完成约30 min后，卸除压浆管，压浆工作即完成。
（2）封锚。
孔道压浆后应立即将梁端水泥浆冲洗干净，并将端面混凝土凿毛，绑扎端部钢筋和安装封锚模板后，浇筑锚端混凝土。封锚混凝土强度等级不宜低于构件混凝土强度等级的80%，亦不宜低于C30。浇完封锚混凝土并静置1～2 h后，应进行带模浇水养护。脱模后，在常温下一般养护时间不少于7 d。
4）安全技术及注意事项
（1）操作高压油泵人员应戴护目镜，防止油管破裂时或接口不严时喷油伤眼。
（2）高压油泵与千斤顶之间所有连接点、紫铜管的喇叭口或接口必须完好、无损坏并应将螺母拧紧。
（3）张拉时，构件两端不得站人，并应设置防护罩。高压油泵应放在构件端部的两侧；拧紧螺母时，操作人员应站在预应力钢材位置的侧面。张拉完毕后，稍等几分钟再拆卸张拉设备。
（4）雨期张拉时，应搭设防雨棚，防止张拉设备淋雨；冬期张拉时，张拉设备应有保暖措施，防止油管和油泵受冻，影响操作。
（5）孔道压浆时，掌握喷浆嘴的人必须戴护目镜、穿水鞋、戴手套。喷嘴插入孔道后，喷嘴后面的胶皮垫圈须压紧在孔洞上。堵压浆孔时应站在孔的侧面，以防灰浆喷出伤人。
（6）张拉地区应有明显标记，禁止非工作人员进入张拉场地。