后张法预应力张拉技术在桥梁工程上的应用

刘君达

（北京路星沥青制品有限公司，北京 101300）

1 后张法预应力张拉的施工技术

后张法是先制作构件，并在构件中按预应力筋（束）的位置预留出相应的孔道并进行预应力筋穿束（或者浇注混凝土之后再穿束），待构件混凝土的强度达到设计规定的数值后进行张拉，并利用锚具把张拉后的预应力筋（束）固定在构件的端部，预应力筋（束）的张拉力主要靠构件端部的锚具传给构件混凝土，使其产生压力。张拉锚固完毕后，尽快压浆并封锚，使预应力筋（束）不受到锈蚀，并与构件连成整体。

1.1 后张法预应力钢绞线

后张法预应力所用的钢绞线要根据设计要求选质量合格的钢绞线厂家。选用的钢绞线要进行检查验收，从每批钢绞线中任取3盘，并从每盘所选的钢绞线端部正常部位截取一根试样进行表面质量、直径偏差和力学性能试验。

1.2 后张法预应力锚具、夹具和连接器

锚具、夹具和连接器进场时核对其出厂合格证和质量证明书，并按桥涵施工技术规范及现行国家标准进行锚固性能类别、型号、规格及数量核查，同时从每批中抽取10%且不少于10套进行外观尺寸检查，并从每批中抽取5%且不少于5套进行硬度检查。对于大桥等重要工程，若出现质量证明书不齐全、不正确或有疑点时，则还需要进行静载锚固性能试验，检验其合格与否。

1.3 后张法预应力孔道

预应力孔道可采用塑料波纹管和金属波纹管，目前普遍采用塑料波纹管，其与金属波纹管相比具有以下优点：

（1）SGB塑料波纹管的原材料是HDPE，它的腐蚀性能远远优于金属，为预应力筋提供屏障保护，不怕酸碱腐蚀，它本身不腐蚀。

（2）同等条件下，塑料波纹管的摩擦系数明显小于金属波纹管预留孔道的摩擦系数，减少了张拉过程中预应力的摩擦损失。塑料波纹管的摩擦系数一般取0.14，而金属波纹管的摩擦系数一般取0.25。

1.4 预应力筋穿入孔道

根据穿束与浇筑混凝土的先后关系，分为先穿束法和后穿束法，在浇筑混凝土前穿束为先穿束法，穿束省力但占用工期；反之为后穿束法，穿束费力但不占工期。穿束时可以整束穿或单根穿，钢绞线优先采用整束穿。

1.5 预应力筋（束）的张拉

混凝土强度必须达到设计规定值是预应力筋张拉的一般原则，设计无规定时则应不低于设计标号的75%。张拉前，必须检查混凝土的振捣质量，若发现预压区有蜂窝等严重缺陷时按规程进行补强，补强强度达到要求强度时再进行张拉。

预应力筋张拉顺序，中心预压构件则对称进行，偏向预压构件则应先张拉受预压力较小区的预应力筋。需要分批张拉时，张拉顺序应符合设计的规定。

1.6 后张法孔道压浆

后张预应力筋张拉作业完成后要尽早压浆，孔道压浆所用的材料要符合设计规定及桥涵施工技术规范的规定。

2 后张预应力钢筋张拉时伸长量的计算与量测

（1）《公路桥涵施工技术规范》中规定“：预应力钢筋以应力控制方法张拉时，应以伸长量进行校核，实际伸长量与理论伸长量差值应控制在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。”

式中：P:预应力钢绞线张拉端的张拉力，N；

L:从张拉端到计算截面的孔道长度，m；

θ:从张拉端到计算截面曲线的孔道部分切线的夹角之和，r a d；

K:孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；

μ:预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数，查表；

Eg:预应力钢筋弹性模量，MPa；

Ay:预应力钢筋截面面积，m m2。

（3）伸长量的量测与计算。伸长量是在建立初应力后开始量测，量得的伸长值还应加上初应力以下的推算伸长量。张拉过程中混凝土构件的弹性压缩值，一般可省略。

实际伸长值ΔL＝ΔL1+ΔL2

式中：ΔL1：从初应力到最大张拉应力间的实际伸长量，m；

ΔL2：初应力以下的推算伸长量，m。

3 后张法密兴路改建工程大王庄桥上的应用

3.1 简述

大王庄桥桥梁全长127 m，宽10.5 m。上部结构为4×30 m箱梁，梁高1.6 m，C 45混凝土现浇，纵向预应力束为9×7 Φ5钢绞线，由天津春鹏预应力钢绞线有限公司生产，采用后张法，共24束。预应力钢绞线公称直径15.2 m m，公称面积为139.0 m m2，标准抗拉强度为1860 MPa，每束张拉控制应力为1357.8 MPa，每束张拉力为1698.6 k N，锚具采用15-9型柳州生产，共48套，混凝土强度达到设计规定值后两端对称张拉。锚具、钢绞线第三方由北京市建设工程质量第三检测所检测合格，采用单壁塑料波纹管D内=8.0 m m。

3.2 设备

见表1。

表1 设备表

4 后张法预应力张拉的质量通病分析与措施

4.1 混凝土浇注时的质量通病

4.1.1 孔道塌陷

（1）问题：预留孔道局部塌陷，严重时与邻孔串通。

（2）原因分析：人为非人为的外力及混凝土振捣时的影响。

（3）危害：局部塌陷导致穿束不能正常进行；增大了孔道摩阻值；压浆不密实。

（4）治理措施：混凝土浇筑时，对振捣工人做好交底，加强对波纹管的保护。

4.1.2 孔道位置偏移

（1）问题：孔道偏移设计坐标。

（2）原因分析：安装不准确或未固定牢固，或“#”字架固定间距过大。

（3）危害：增大摩阻系数或造成构件侧弯和开裂。

（4）治理措施：选用强度好的波纹管，管壁厚度均匀，准确安装，平顺连接；预埋波纹管时，用“#”字架固定在钢筋骨架上，间距不宜过大。浇筑混凝土时，振捣棒切勿触碰波纹管，以防波纹管偏移。

4.1.3 孔道堵塞

（1）表现：混凝土堵塞孔道。

（2）原因分析：钢筋焊接时火花击穿后形成小孔，未及时发现。混凝土浇筑时，振捣棒触碰波纹管，导致波纹管偏移、塌陷甚至破裂，混凝土渗入。波纹管与锚垫板喇叭管连接不严密，波纹管之间连接不严密，混凝土从接口处渗入孔道内。

（3）危害：预应力钢束无法穿过。

（4）治理措施：安装前逐根对波纹管进行检查；垫板预先用螺栓固定在整体端模上，缝隙夹紧海绵胶条，以防漏浆；严格控制电焊机的使用，以防电焊火花击穿波纹管。浇筑混凝土过程中和浇筑完都要用钢丝缠海绵反复拉孔，海绵要缠紧，不能在钢丝上滑动。

4.1.4 预应力锚具锚固的质量通病

（1）表现：锚垫板位置不准确，锚固区漏埋锚固构造钢筋，张拉锚固端松动或封锚区混凝土不密实。

（2）原因分析：预应力施工经验不足或施工管理不严格，浇筑混凝土前，未进行钢筋及预埋件位置的隐蔽检验，以致没有发现锚垫板移位漏置锚固构造钢筋；由于预留孔道位置发生变化，造成锚垫板不垂直波纹管轴线或偏离设计位置过大，影响锚头正常安装；封锚区由于锚区钢筋空隙小，振捣措施不适当，造成混凝土不密实。

（3）危害：锚垫板位置不准，影响锚具安装位置的准确；锚区漏埋构造钢筋，使锚垫板下混凝土在张拉时易开裂损害；张拉锚固端松动造成预应力损失加大；封锚区混凝土不密实，不能有效保护锚头和有发生崩锚事故的危险。

（4）治理措施：钢筋绑扎及预埋件安装工作要交底清楚，责任到人，加强过程控制；经专业隐检后方可浇筑混凝土；封锚区采用粒径较小的骨料配制混凝土，隐检时认为锚区如有不能充分振捣处，应重新布设钢筋，加强振捣工作，确保该区域混凝土密实。

4.2 穿束、张拉时的质量通病

4.2.1 钢束漏穿

（1）表现：张拉后或孔道压浆后发现所穿预应力筋漏掉一束或一根。

（2）原因分析：钢束编束时未编号，穿束人员责任心不够。

（3）危害：降低预应力筋承载能力，造成预应力不均匀。

（4）治理措施：穿束前，认真查阅设计图纸，钢束逐根排列理顺，按设计的不同规格依次编号；张拉后发现漏穿钢束，可以补救时，卸锚后补足钢束重新张拉，否则，须经设计验算，按设计提出的补强方案处理。

4.2.2 张拉中滑丝和断丝

表现：①预应力钢束在锚具处暂时锚固失效，钢束等随千斤顶回油而回缩；②预应力钢束在锚具处暂时锚固住，但当卸顶时却发生滑丝；③张拉时钢束断掉，其发生部位多在工具锚或工作锚夹片前端。

原因分析：①钢束贮存不好，表面存在油污、锈斑。采用电、气焊切割进行下料，使其材质变脆，张拉中断裂；②钢束编束时，因没有认真梳理，钢束交叉混乱；③锚具加工尺寸不准确，锥度误差大；④锚圈放样不准，支承垫板倾斜，千斤顶安装不正；⑤千斤顶位置不正、或限位板方向不对，造成夹片一侧刻入钢丝过深，而发生断丝。

危害：张拉中的滑丝和断丝，会导致预应力筋受力不均，使其不能达到足够的预应力

治理措施：施工中严格加强材料的检验，选择较好的锚具类型，遵守操作规程，张拉规范，以避免出现滑丝和断丝现象。

若滑丝和断丝现象发生在顶锚之前，应立即停止张拉，并使千斤顶回油，认真检查出现此现象的原因，更换已断的钢丝或更换已损伤的夹片，再重新张拉。

若滑丝和断丝现象发生在顶锚之后，则退出夹片，更换钢丝束，重新张拉并锚固。

4.3 压浆时的质量通病

4.3.1 孔道压浆不实

（1）表现：探测棒检查孔道内填充不饱满、有空洞，压浆时排气孔未冒浆。

（2）原因分析：①穿束后设计孔道空隙狭窄水泥浆不易压入；②孔道串孔，内漏、封锚不严，不能保压持荷；③排气孔设置不当，制浆、压浆的操作工艺不当；④压浆机性能不好，压力不够或无法保压持荷。

（3）危害：易产生预应力钢筋的锈蚀、断面锐减、断丝、内力损失。

（4）治理措施：①优选配合比，有效控制泌水率和膨胀系数；②慎用膨胀剂，一般选用铝粉作为膨胀剂；③压浆前，检查水泥浆质量是否符合要求、管道是否通畅，压浆前对孔道宜用压力水冲洗；④适当提高压浆稳压持荷压力，压力一般应保持在0.4～0.6之间，稳压持荷时间不少于5 min，稳压压力应保持在0.6～0.8之间。

4.3.2 管道压浆困难

（1）表现形式：预应力钢束张拉后，发现孔道无法压浆，或压浆过程中发生不能完全压注水泥浆。

（2）原因分析：①浇筑混凝土过程中，振捣棒将压浆管或排气管碰坏，混凝土进入管道内将管道堵塞；②振捣时将波纹管压扁，管道存有异物，压浆时水泥浆将异物聚集，妨碍水泥浆通过；③压浆前，未及时清洗管道，水泥浆失水沉积；水泥浆未过筛，混入的异物、颗粒堵塞管道；④先穿束，后浇筑混凝土，管道局部渗漏，导致压浆困难。

（3）危害：导致压浆不密实，预应力筋锈蚀。

（4）治理措施：①无法压浆时应避免强行压注，查明原因并进行处理，设法让水泥浆通过；②压浆前，必须让灰浆过筛，冲洗管道；另外，高温季节，压力水冲洗，可降低管道内温度并湿润管道，避免水泥浆失水出现早硬、沉积等现象；③当压浆中管道堵塞时，应中止压浆，立即由相反方向压入水，将已压水泥浆完全排出，直至管道畅通后，再重新压浆。

[1]公路桥涵施工技术规范（J T J041—2000），北京：人民交通出版社，2000.

[2]路桥施工计算手册，北京：人民交通出版社，2001.

[3]公路工程施工项目管理实务，北京，人民交通出版社，2005.

[4]公路工程质量通病防治指南，交通部公路司，北京：人民交通出版社出版，2001.