钢绞线对拉技术在京沪高铁大体积砼结构物施工中的应用

　　[摘 要]京沪高速铁路因其国内外重大影响而闻名于世，其在建设中的高标准、高要求催生出了新的施工工艺，比如大体积砼施工中的钢绞线对拉技术，模板对拉固定最常用的工艺便是拉杆配合PVC管对拉工艺，拉杆材料一般采用抗拉强度较高的高强钢或者合金钢，笔者有幸在京沪高速铁路土建工程中参与了下部构造施工，本作业区的承台等大体积砼全部采用钢绞线对拉施工工艺，达到了很好的效果。钢绞线对拉施工工艺具有如下优点:钢绞线受拉强度高；通过钢绞线的预张拉力可以抵消新浇注砼的侧压力及施工荷载，确保模板浇注过程中不变形，另外钢绞线所具有的柔韧性使其重复利用率非常高，极少出现拆模后拔不出的情况，杜绝了常规对拉杆经常遗留在砼结构中的弊病，从而使施工质量和100年的耐久性要求得以保证，成本也会相应降低。

　　[关键词] 大体积砼构造物; 预张拉; 拉力平衡; 伸长量; 重复利用

　　Abstract: Beijing-Shanghai high-speed rail is famous for its significant impact on domestic and foreign, in the construction of high standard, high demand gave birth to a new construction technology, such as the strand on the pull of mass concrete construction technology,template pull fixed the most commonly used process is the rod with the PVC pipe pulling process, the rod material is generally tensile strength of high strength steel or high alloy steel, I had the honor to participate in the Beijing-Shanghai high-speed railway civil engineering construction of the lower part of the construct, thepile cap of the operation area of mass concrete used in all the strand to pull construction process to achieve good results. Strand on the pull-construction process has the following advantages: strand high tensile strength; strand pre-tension can counteract the lateral pressure of the new casting of concrete and construction loads to ensure that no deformation in the template casting process, the other steel twist line with the flexibility to reuse is very high, very rare form removal could not pull, to eliminate the drawbacks of conventional rod often left in the concrete structure, so that the quality of construction and a 100-year durability The requirements can be guaranteed, the cost will be reduced accordingly.

　　Repeated use of

　　Key Words：mass concrete structures; pre-tension; tension balance; the elongation;

　　中图分类号：    F235.3     文献标识码：A            文章编号：

　　1  工程概况

　　本项目部为中交股份京沪高速铁路土建工程六标段五工区三作业区，本作业区施工范围为丹阳至昆山特大桥阳澄湖桥段(2)DK1245+829～DK1252+017.79段桩基、承台、墩柱、上部连续梁施工。总长6.189km。

　　本作业区高架桥包括承台193个，最小尺寸为10.5m×5.6m×2m，最大为:18.2m×10.4m×3.5m，属大体积砼施工，大体积砼施工对模板和模板施工工艺要求较高，因此我作业区全部使用大块组合钢模板，对拉方式全部采用钢绞线对拉新工艺。

　　2  传统对拉工艺

　　传统的对拉工艺采用高强钢或者合金钢拉杆，强度和刚度都能满足施工要求，但其致命缺点是，高强钢或合金钢对拉杆不能弯曲，在大体积砼构造物或者作业面限制的情况下，经常出现对拉杆穿不进或拔不出来的现象，穿不进则影响施工，拔不出则会带来如下缺陷:

　　2.1 大体积砼施工质量无法保证，遗留对拉杆会在构造物内部形成一条很长的锈蚀通道，极大的损害了砼结构物质量和耐久性；

　　2.2增加工程施工成本，带来资源浪费。

　　3  钢绞线对拉工艺

　　承台模板安装时采用对拉钢绞线进行固定，对拉钢绞线采用φ15.24钢绞线，两端用锚具夹片固定，用通心螺杆、螺母调整钢绞线伸长量和预张力。

　　钢绞线对拉工艺的优点：

　　3.1 对拉钢绞线具有极强的对拉力；

　　3.2 对拉钢绞线柔韧性和弯曲度很大，特别适用于大体积砼结构物和作业空间限制的情况，杜绝了拉杆遗留在结构物中的弊病，保证砼构造物的质量和耐久性。

　　3.3 通过对拉钢绞线的预张，钢绞线的张拉力可以抵消砼荷载和施工荷载（浇筑前钢绞线的张拉力由内撑钢管、地脚钢筋等平衡），从而可以保证浇筑时钢绞线零伸长，模板不变形，保证大体积砼的尺寸和外观；

　　钢绞线对拉承台的浇注

　　钢绞线对拉使用的锚具                       钢绞线锚固端

　　4  钢绞线对拉工艺受力及伸长量验算

　　4.1 承台钢绞线对拉受力验算（依据《路桥施工计算手册》）：

　　选10.5m×7.5m×2m的承台计算示意。拉杆采用φ15.24钢绞线，拉杆横向间距为3.25m，纵向间距为0.75m,施工温度取25℃，砼浇筑速度保守取0.4m/h（根据实际经验，该种承台浇注时间为5小时左右）。

　　对承台的竖直模板来说，新浇筑的砼的侧压力是它的主要荷载，当砼浇筑速度在6m/h以下时，作用于侧面模板的最大压力按以下公式计算：

　　故有效压头高度为：

　　作用于侧面模板的最大压力：

　　则拉杆承受的拉力为：

　　钢绞线的容许拉力为：

　　，即砼施工荷载远远小于钢绞线极限抗拉力。

　　4.2 承台对拉钢绞线预张拉伸长量计算（依据《路桥施工计算手册》）：

　　模板调整完毕后，首先用钢管撑将模板上口支撑，将锚具及夹片固定打紧后，通过套在通心螺丝螺杆上的螺母的旋转张拉钢绞线，使钢绞线产生50KN的张拉力（根据4.1中计算），张拉力采用变形量控制。

　　50KN的张拉力对应变形量计算如下：

　　长边10.5m方向      即17.39mm

　　短边7.5m方向      即12.42mm

　　采用两端同时张拉的方法，为避免应力损失，在钢绞线拉紧（无悬垂）状态下每端的螺母在通心螺丝螺杆上旋进9mm(长边方向)/7mm（短边方向），使钢绞线产生不小于浇注时砼荷载和施工荷载的张拉力。

　　此时，模板顶、中、底部每根钢绞线的张拉力50KN分别由模板顶部内撑钢管、固定在钢筋骨架上的砼垫块、模板底限位钢筋来平衡。

　　浇注前力平衡体系如下图所示：

　　F--钢绞线预张力；

　　F1--内撑钢管支撑力；

　　F2--钢架骨架保护块支撑力（通过垫块）；

　　F3--限位钢筋支撑力；

　　4.3 内撑钢管平衡张拉力计算：

　　内撑钢管长度为承台设计边长，内撑钢管放在骨架顶面，其自重由钢筋骨架承载，故受压和稳定性计算时不考虑自重。

　　4.3.1 钢管壁受压强度计算：

　　由[N]1=f*A

　　得

　　取φ127×4.5mm型号的钢管支撑，截面积为1732mm?。

　　满足要求。

　　4.3.2 钢管受压稳定性计算：

　　取承台长边方向计算，

　　[N]=

　　查《钢结构设计规范》（GB 500172003）附录C-1得： 0.144

　　则[N]=0.144×1732×215=53622.7N

　　取φ127×4.5mm型号的钢管1根，支撑在每根对拉钢绞线对应的模板上口，容许应力为53.6KN，大于50KN，满足要求。

　　4.4 钢筋骨架垫块受力计算

　　垫块均采用C50高强砼垫块，形状如上图所示，尺寸为2.5cm×4.5cm×7cm,钢筋直径为2cm，接触形状为半圆形，接触长度L为四分之一周长，L=2πr/4=1.57cm，计算取1cm，则最小承压面积为2.5cm?。

　　则一个垫块可以承受的力为N=50MPa×2.5 cm?=12.5KN

　　钢绞线分上、中、下3层布置，横向间距为3.25m，竖向间距0.75m。

　　每束钢绞线的力50KN分布在3.25m×0.75m=2.4 m?的范围内，垫块个数为9.6个，则每一个垫块分担的压力为5.2KN，小于垫块的可承受压力12.5KN，故垫块的抗压力足够。

　　4.5计算可知：

　　4.5.1钢绞线的对拉力远远大于新施工砼的侧压力及施工荷载；

　　4.5.2 对拉钢绞线的适量预张拉可以完全抵消浇注时产生的砼及施工荷载，保证浇注过程中模板位置的零变形；

　　4.5.3 浇筑前对拉钢绞线的张拉力利用内撑钢管、模板底限位钢筋来平衡，浇注过程中，砼侧应力及施工荷载逐渐增大，钢管内撑和模板底限位钢筋力逐渐减小，而模板始终处于受力平衡状态。

　　底部限位钢筋采用 16圆钢，打进垫层10cm，露出5cm，间距1.5m。限位钢筋与模板间用高强度砼垫块支垫，避免漏筋。限位钢筋受力在此不再计算，一般均能满足固定模板的作用，可根据经验设置。

　　5钢绞线对拉工艺施工工艺流程

　　5.1 钢筋骨架验收后模板吊装

　　钢筋骨架绑扎完毕，骨架周围按设计要求均匀设置高强预制垫块，密度不小于每平方米4个。然后用吊车吊装模板。模板整体初步稳固时采用绷线法将模板边口调直，消除错台，并采用吊垂球法控制其垂直度。

　　5.2 模板加固

　　模板加固方式：

　　5.2.1 模板底部采用限位钢筋支撑和钢绞线对拉的平衡体系来固定；

　　5.2.2 模板顶部采用钢管支撑和钢绞线对拉的平衡体系来固定；

　　5.2.3模板外部采用方木支顶。

　　5.2.4 模板中部，钢筋骨架上均布的高强砼垫块可以抵抗模板中间对拉钢绞线的张拉力。

　　5.2.5 钢绞线穿束、固定

　　钢绞线分上、中、下3层布置，横向间距为3.25m，竖向间距0.75m。

　　穿拉钢绞线前首先将PVC管准确接通对应的对拉孔并固定，PVC管保持水平顺直，接口处包缠多层塑料胶带以保证接口牢固和密封，如果PVC管太长，可加设多道铁丝将其悬挂固定于承台骨架顶面上。

　　PVC管道固定完毕后，将钢绞线缓速的穿入PVC管，钢绞线穿束过程中需要工人在行进端部进行方向引导并分担PVC管的压力，钢绞线穿入完毕后，两端等长外露，然后依次将垫块、通心螺丝螺杆和螺母、锚具和夹片安装到钢绞线两端，并将夹片打紧固定，锚具采用内侧锚固。

　　5.2.6 钢绞线预张拉

　　首先将内撑钢管合理就位，然后调节通心螺杆和螺母，采用伸长量控制对钢绞线提供不小于砼侧应力和施工应力的张拉力，顶层钢绞线张拉力由内撑钢管的支撑力来平衡，中层钢绞线张拉力由钢筋骨架上的高强砼的支撑力来平衡，底层钢绞线张拉力由限位钢筋的支撑力来平衡。

　　5.2.7模板上外部支护方木

　　模板按承台尺寸固定好后，承台模板外侧加设方木支顶模板，给模板的稳固再上一道保险，确保承台尺寸精确。

　　5.3 墩身预埋钢筋、预埋件的施工

　　6钢绞线对拉工艺施工方法小结

　　本作业区的193个承台全部采用这种工艺施工。实践证明，钢绞线对拉代替传统对拉杆有如下优点：

　　6.1钢绞线强大的周转性能使模板对拉材料成本投入变得很低；

　　6.2钢绞线对拉施工工艺不仅具有抗拉强度高的优点；

　　6.3通过对钢绞线预张拉可以抵消浇注过程中产生的砼荷载和施工荷载，避免模板在浇筑过程中产生变形，确保承台尺寸精确；

　　6.4钢绞线的柔软性使其应用非常广泛，特别适用于大体积砼构造物施工和施工作业空间狭窄的情况。

　　6.5钢绞线对拉杆代替传统对拉杆的应用，杜绝了对拉杆经常遗留在构造物中的弊病，极大的满足了京沪高速铁路设计承台施工的质量和耐久性。

　　我作业区所施工的承台由于外形漂亮、尺寸标准，受到了业主和集团公司领导的一致好评。钢绞线对拉施工工艺的使用既满足了京沪高铁要求的施工质量和100年的耐久性，又减少了材料浪费，降低了造价。钢绞线对拉施工工艺的应用是大体积砼构造物对拉施工工艺的一个创新点，有较大的推广价值。

　　参考文献

　　[1]《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）

　　[2]《京沪高速铁路设计暂行规定》（铁建设[2003]13号）

　　[3]《钢结构设计规范》（GB 500172003）