体外预应力混凝土桥梁的施工质量问题浅析

2015-08-15刘雷雷安徽省海通建设集团有限公司安徽合肥230088

安徽建筑 2015年4期

刘雷雷（安徽省海通建设集团有限公司，安徽合肥 230088）

0 引述

体外预应力技术具有十分独特的优点，正广泛应用于新桥梁建设，同时也应用于旧有的混凝土结构的重建、加固及维修。然而，其在实际运用和发展中也会遇到一些问题，如桥梁设计欠妥问题、结构耐久性问题以及施工工艺和质量问题等，需要进行严格的控制。

1 体外预应力混凝土桥梁设计注意事项

桥梁规范对混凝土和钢材的强度、截面的受压区高度限值、承载能力（强度）、裂缝和挠度指标、施工期和运营期截面的应力控制均有明确的要求和规定，应逐一满足。随着计算机技术的发展，对于大跨预应力混凝土桥梁应多采用空间计算分析软件进行分析，同时加强对计算结果的分析判断能力。

许多设计人员设计时习惯简单模仿，造成结构方案、结构尺寸和构造措施的不合理。而桥梁规范实际上给出的是最低要求，且具有一定的时效性和局限性，不可能将各类桥梁在设计中遇到的或可能遇到的问题都能给予明确的答复，具体设计时应根据结构的具体情况和计算分析结果具体处理。

混凝土的收缩徐变效应本身较难正确估计，实际施工时又常过于追求进度，导致混凝土的早期徐变增大且弹性模量的增长滞后于强度的增长，各种外掺剂混用、滥用，施工控制和施工养护不当，预设立模标高不足，混凝土材料强度不足或材料变异太大，超方现象严重，预应力损耗和失效过多等等，都为预应力混凝土桥梁出现病害埋下伏笔，也严重影响到结构的耐久性。设计时也宜适当考虑这些超出设计范畴的实际现状，适当加强关键部分强度并对材料及施工工艺提出严格要求。

2 预应力材料耐久性问题及解决方案[2]

在使用过程中，桥梁受到自然因素（物理化学腐蚀等）、荷载因素（重力、风、地震等）以及人为因素（前期施工缺陷、超载等）的影响。桥梁结构材料力学性能不断退化，桥梁各部分构件不同程度损伤和劣化，这些桥梁的老化现象统称为桥梁的耐久性问题。

预应力混凝土结构的耐久性问题除了混凝土的碱一集料反应、冻融循环、硫酸盐侵蚀和钢筋的腐蚀（一般基于混凝土的碳化及氯离子侵蚀）等与普通混凝土结构类似的破坏之外，还包括锚具和埋设件的腐蚀、预应力钢筋中的高应力引起腐蚀乃至应力腐蚀破断等特有的破坏形式。体外预应力技术在早期由于体外索的防腐问题尚未解决,致使桥梁的维修、养护费用很高,从而阻碍了体外预应力桥梁的发展。如今体外索的防腐措施有了较大的改进,国内外目前常用的防腐方法有以下几种。

①无套管钢束表面防腐法,即在裸露预应力束上镀锌和涂环氧树脂。这类方法适用于干燥、周围无腐蚀性气体的环境。

②套管加填充材料防腐法。此法是在索的外面加套管,待张拉完预应力筋后,在套管内压注填充材料。套管常用钢管和高密度聚乙烯管,填充材料常用水泥浆或黄油石蜡等软材料。因此现在常采用此法防腐。

③采用单股无粘结钢绞线或钢丝束。这种方法是直接用工厂生产的单股无粘结预应力筋作体外束,靠无粘结筋的套管和填充料防腐。

④CFRP材料的应用，CFRP材料具有很好的耐腐蚀性,在桥梁等结构工程的应用正愈来愈受到人们的关注。CFRP作为结构增强材料能增加高速公路桥梁的服役期限,并相应地减少与建造有关的安全和每年的维修费用。

针对耐久性问题的建议：加强预应力桥梁结构耐久性研究，主要包括结构在使用过程中性能受到弱化的原因和其发生的机理、规律等。工程设计人员也应建立耐久性设计思想，充分考虑到现阶段的施工、管理水平和材料工艺水平，不断提高施工管理水平和施工质量。在施工时，要做到工艺先进可行、工序严格控制。要解决桥梁耐久性问题，还应加强对使用阶段的管理和维护，要充分考虑超载对于预应力桥梁结构耐久性的影响，如加强对车辆超载的管理，定期对桥梁进行检查等。

3 施工质量问题

①张拉阶段初应力的不足，使有效预应力难以按设计要求建立对于预应力钢束的张拉程序和初应力的建立问题，施工规范中虽然给出了初应力大小的范围，但这仅仅是一个范围，在实际的张拉操作中，应依据实际情况进行取舍。②滥用超张拉方法，会使结构处于不安全的状态。而对预应力混凝土结构而言，最重要的是如何在结构中建立准确的、符合设计要求的有效预应力值。在近年来的工程实践中，有不少工程技术人员不论工程采用何种预应力体系、何种材料和机具设备，为了保险起见，一律采用超张拉方法，对张拉时的控制应力采取了一种“宁大勿小”的错误做法，往往使预应力筋在承受使用荷载时经常处于过高的应力状态，破坏前没有明显的预兆，即产生脆性破坏，将严重危及结构的使用安全，另一方面，如果控制应力过大，会导致结构的反挠度过大或张拉区出现裂缝，对结构同样也是不安全的。③钢绞线滑丝、断丝。④桥梁裂缝。

4 施工及质量控制要点

4.1 施工控制[5]

4.1.1 施工控制的内容

预应力混凝土桥梁的施工控制包括结构变形控制、结构应力控制和结构稳定性控制。变形控制就是严格控制每一节段的竖向挠度及其横向位移，保证成桥后的线形趋于设计线形；内力控制则是控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力，尤其是合拢时的控制，使其不至过大而偏于不安全，并符合设计要求。桥梁的稳定性不仅包括桥梁的稳定计算，还包括施工各阶段结构构件的局部和整体稳定。

4.1.2 施工控制要点

施工要点包括：①结构参数。结构参数是结构施工模拟分析的基本资料，会直接影响分析结果的准确性。结构参数主要包括：结构构件截面尺寸、结构材料弹性模量、材料容重、材料热膨胀系数、施工荷载和预应力或索力等。②施工工艺。施工的好坏直接影响控制目标的实现。③施工监测。监测是桥梁施工监控的最重要手段之一。监测包括应力监测、变形监测。④结构计算分析模型。⑤温度变化。温度变化对桥梁结构的受力与变形影响很大，这种影响随温度的改变而改变。⑥材料收缩、徐变。

4.2 质量控制[1]

4.2.1 混凝土浇筑质量控制

混凝土的浇筑质量是保证桥梁耐久性的主要因素之一。必须注意加强混凝土的养护，保证混凝土达到设计强度，同时具有良好的和易性以及良好的质量均匀性。

可采取如下具体措施：①控制水泥用量，选用优质水泥；②降低水胶比；③限制混凝土中的氯离子含量；④限制氯离子的渗透速率；⑤提高混凝土保护层厚度；⑥增加混凝土表面涂层。

4.2.2 预应力钢筋质量控制

增强预应力钢筋的防护力和耐久性。首先，尽量避免采用含有对应力腐蚀敏感的金属材料。其次，应尽量减少应力集中和避免积存腐蚀介质，减少介质的腐蚀性，添加缓蚀剂，采用保护层和阴极保护。在预应力钢筋的加工制作和张拉施工中，注意采取适当的措施控制和减少预应力筋的应力损伤腐蚀。

4.2.3 预应力锚具质量控制

预应力筋用锚具、夹具和连接器应具有可靠的锚固性能、足够的承载能力和良好的适用性，并应符合现行国家标准《预应力筋锚具、夹具和连接器》的要求。

4.2.4 预应力张拉质量控制

准备工作：体外预应力筋安装过程需要多次转向，是工艺难点。穿束前将钢筋编束后整体穿入无缝的保护钢管内；穿束时，理顺钢筋束排列，保持平行走向以防止互相扭绞，并每隔2～3m用铁丝绑扎好；穿束顺序是先固定端后张拉端。

注意要点：应等混凝土达到设计要求的强度后才张拉预应力，减小预应力损失及裂缝病害。其次要严格按照国内外相关规定，如跨度大于30m的预应力桥梁，要求采用两端对称张拉工艺。这样才能保证跨中有效预应力和抵抗弯矩的建立，否则产生正截面裂缝。再者要避免盲目的超张拉，应根据梁的跨径合理的选择初应力及张拉控制应力。

步骤如下：①张拉前检查混凝土抗压强度，张拉时严格按照设计要求和有关规范执行。张拉采用双控，即应力控制和伸长量控制。②施工中如因千斤顶工具式夹片磨损造成夹持不紧，出现滑丝，处理方法为压力机立即回油，更换工具式夹片，检查锚具锥孔与夹片间是否有杂物，清除锚垫板喇叭口内混凝土重新张拉。如果仍有滑丝现象，则应对钢绞线、锚具进行重新检测，对千斤顶油压表进行重新标定，确保万无一失。③张拉过程中随时观测梁的上拱度和梁体的侧向变形，避免梁体变形过大而产生裂纹，并及时观测各项数据。

4.2.5 转向块安装质量控制

体外预应力混凝土结构的预应力筋必须通过转向块改变方向,从而形成预应力折线配筋。在转向块与预应力筋的接触区域,由于摩擦和横向力的挤压作用,如果转向块设计不合理或构造措施不当,预应力钢材容易产生局部硬化和摩阻损失过大。转向块的设计要求预应力筋在折角点的位置必须高度准确(避免产生附加应力),转向块在结构使用期内也不应对预应力钢材有任何损害。体外束通过折角点产生集中荷载,这个荷载应能通过转向块安全地传递至混凝土结构。