浅谈悬浇连续梁预应力工程施工技术

2019-07-20周生年

建材发展导向 2019年23期

周生年

（沪昆客专浙江公司，浙江杭州 310000）

1 铁路系统预应力混凝土桥梁发展现状

据公开的资料显示，近几年新建成的铁路，桥梁工程占线路长度70%-80%间，占比非常的大，桥梁上部结构一般地段采用32 米单室简支预应力箱梁，跨河流、公路、铁路的跨越工程通常采用悬臂浇筑混凝土预应力连续梁，而且跨度越来越大。悬臂浇筑混凝土桥梁的关键就是预应力工程施作和控制，它的施工质量的优劣关系到整座桥梁的成败和使用寿命，鉴于预应力工程各单位间，铁路、公路行业间各有特点，本文以铁路悬臂浇筑混凝土连续梁施工为对象基础，介绍预应力施工技术的特点，探讨有关质量问题以及控制措施。

2 悬臂浇筑混凝土连续梁预应力施工技术

悬臂浇筑混凝土连续梁预应力施工技术，是通过预埋管道、穿筋、张拉、灌浆等工序为混凝土结构建立预应力以满足设计和使用要求。其原理是通过张拉预应力筋，在混凝土构件中产生预压应力，张拉完后灌浆，使预应力筋与混凝土可靠粘结，充分发挥材料强度并使所建立的预压应力有更好的保障。其特点是可以充分发挥钢筋抗拉特性和混凝土的抗压特性，节省材料。铁路悬臂浇筑混凝土连续梁根据跨度不同设置有纵向、横向、竖向预应力筋，横向预应力筋采用偏管穿钢绞线预埋，单向张拉，竖向预应力筋采用铁皮管穿精轧螺纹钢预埋，单向张拉。本文主要介绍纵向预应力筋的施工技术和质量控制措施。

2.1 纵向预应力筋张拉施工工艺流程

2.2 悬臂浇筑混凝土连续梁纵向预应力施工控制要点

1）准备工作就位，准备工作包括作业指导书的编制，班组人员组织培训，使用材料的检验检测，使用设备的检测标定等。

2）纵向预应力筋及其管道的安装：纵向预应力波纹管安装要求一是定位准确，二是安装牢固不能在浇筑混凝土时发生移位，三是管道中心线与锚垫板垂直中心一致。波纹管固定采用坐标定位，￠8“井”字钢筋直接挂在主筋上，然而用电焊将“井”字钢筋点焊固定，定位筋间距控制在0.5 米，在管道弯曲处，加密固定筋间距至0.3 米，“井”字钢筋内径比波纹管外径大3-5mm，确保波纹管不能上、下、左、右移动，并确保波纹管顺直、圆顺无死弯，波纹管中心线与锚垫板垂直中心一致，波纹管接长采用同向套接接长，接头管采用大一号的同型波纹管，接头管长度不少于30cm，波纹管安装完成后穿入PE 内衬管，内衬管的直径比波纹管内径小3～5mm，放入波纹管后长出50cm 左右，在终凝后将内衬管拔出。

纵向预应力波纹管安装中还要注意：①波纹管的检查：波纹管使用前应进行认真的检查，是否存在破损，检查波纹管端头是否有毛刺、卷边、折角，发现损伤无法修复的禁止使用。②锚垫板的安装：锚垫板在安装时，压浆孔应向上，波纹管插入锚垫板中，波纹管与锚垫板同心，锚垫板端口应用海棉或者棉纱堵死，压浆嘴用棉纱堵死。③波纹管的接头：波纹管接头管应将2/3 部分即约20cm 左右放入本次浇筑的混凝土中，另外1/3 露出本次浇筑的泥凝土以外，波纹管接头要用塑料胶带缠绕以免在此漏浆，如果接头管外露10cm 被破坏，接头需用水泥砂浆封堵密实。④排气孔道的安装，为了保证压浆质量，在管道中部间隔一定间距增设了三通管排气，排气管安装一般在管道最高处，跨中等部位。

3）穿束

钢绞线下料，下料长度根据预应力筋长度加两端工作长度确定，钢绞线切割使用砂轮机切割，禁止使用氧气切割

现场穿束可以一根一根地穿，也可以整束穿，视现场条件而定。钢绞线下料时切割头用铁丝绑扎，防止散头而导致穿束困难。整束穿需将整束钢绞线理顺编号绑扎防止扭结緾绕。

4）张拉

预应力张拉时混凝土强度要求。TB10424-2018t 第7.4.2条规定，后张法预应力筋预张拉或初张拉时，混凝土强度符合设计要求，设计无要求时，混凝土强度达到设计强度的80%。现场操作一般张拉时控制标准为：混凝土强度达到设计强度的95%，弹性模量达到设计值的100%，且龄期大于5天。

张拉程序。张拉程序应当符合设计要求。不同类型的预应力筋和不同类型的锚具，张拉程序稍有不同，如张拉钢筋、钢筋束，张拉时需要超张拉达1.05σK，采用普通松弛钢绞线作为预应力筋时超张拉1.03σK，铁路连续桥梁通常采用低松弛的钢绞线和自锚式夹片，其张拉程序按0→20%σK→100%σK 控制。锚具不同、采用预应力筋不同，张拉程序不完全一样，张拉前一定要熟悉图纸，掌握张拉程序。

张拉控制应力σK。铁路系统设计图中张拉控制应力σK，是有效预应力加上了根据理论测算的管道摩阻力、喇叭口摩阻损失和锚具摩阻损失。施工中正式张拉预应力筋前需要进行管道摩阻试验和喇叭口摩阻、锚具摩阻试验，经过试验得出预应力损失值与设计中根据理论测算的损失值进行对比，如果试验值与设计值偏差过大（±5%）就需要报设计院进行调整张拉控制应力σK。锚固束中标注X 的为测试束，管道测试的主要目的是确定管道偏差系数k 和管道的摩擦系数μ，试验采用两台压力传感器，分级测试预应力束张拉过程中主动端与被动端的荷载，通过线性回归确定管道被动端和主动端荷载的比值，利用二元线性回归方法确定预应力管道的管道偏差系数k 和管道的摩擦系数μ 值。锚口与喇叭口摩阻试验在试件上进行。管道摩阻试验与喇叭口试验、锚具试验一般由专业的试验单位实施。

张拉控制。预应力筋张拉采用张拉力与伸长量双控制，以张拉力控制为主。张拉到20%σK 测量钢绞线的伸长量△L2，张拉到100%σK 时持荷2 分钟，测量钢绞线伸长量△L1，计算实际伸长量△L=（△L1-△L2） ∕0.8，钢绞线实际伸长与理论伸长量相比，超过±6%时，根据规范需要查找原因，采取相应措施。

预应力筋的理论伸长量根据公式△L= (PP×L) ∕(AP×EP)计算，PP为预应力筋平均张应力，AP为预应力筋截面面积，EP为预应力筋弹性模量。

预应力筋平均涨应力PP的计算，

根据公式PP=P [1-e-（kx+μθ）] ∕(kx +μθ)。

张拉要做到三同心两同步：锚垫板与管道同心（这步在管道安装时实现）锚具与锚垫板同心，千斤顶与锚具同心（这二步在安装张拉设备时控制），两同步是指张拉，左右对称的预应力筯同时进行张拉和预应力筋的两端同时张拉（指两端张拉的预应力筋）。

张拉顺序：先腹板束，后顶板、底板束，从外向内左右对称双向张拉，同一节段按纵—竖—横顺序进行。

5）压浆

预应力筋张拉后，孔道应尽早压浆，压浆应在预应力终张拉后24 小时内完成。

压浆前应将管道内杂物用水冲洗干净，冲洗后用压缩空气将积水吹净，清除锚垫板上的杂物浮浆。

压浆浆体的强度、流动度、凝结时间、泌水率、膨胀率、含气量等符合设计要求和相关标准的规定，同配合比，同工艺每作业班至少检验一次。水泥浆试件，在现场随机抽样制作，每工作班至少留置一组（6 块）标准养护试块，必要时增加一组同条件养护试块，强度必须达到设计要求。压浆浆体水胶比低于本体混凝土，不大于0.35，组成浆体的水与水泥经检测满足质量要求。同一管道压浆必须连续一次完成，浆体开始拌制至压入孔道时间需要控制，一般控制在40分钟以内，时间过长会导致浆体流动度降低，禁止为了增加流动度在过程中加水。

压浆宜采用真空辅助压浆工艺，压浆先压下层孔道，纵向预应力筋从一端向另一端压浆。压浆达到另一端饱满出浆，出浆浓度、排气孔出浆浓度与进浆浓度一致，方可封闭保压，保压期压力应当不低于0.5MPa，时间不少于3 分钟。

压浆时浆体温度5℃到30℃间，混凝土结构压浆后三天内不低于5℃

6）封锚

锚固完成后经检验合格，切除多余的预应力筋，禁止使用电弧、氧气切割，切割后外露长度30mm～50mm。

封锚用混凝土采用无收缩混凝土，标号符合设计要求。封锚前将梁端凿毛，对锚具进行防腐处理，然而安装封锚端钢筋网，钢筋网安装要考虑混凝土保护层厚度，钢筋网安装完成后浇筑封锚混凝土，混凝土浇筑完成后涂涮防水涂料。

3 悬臂浇筑混凝土连续梁预应力施工常见的质量问题

据有关部门的研究，建成投入使用20～30 年的预应力混凝土桥梁，是病害集中暴露期，预应力钢筋承载力衰弱速度加快，由此影响桥梁的正常使用甚至导致桥梁的坍塌，每年桥梁坍塌事故国内国外均有发生。这其中悬浇预应力混凝土连续梁的质量问题较多，分析其根源导致预应力衰弱因素非常复杂，1992 年英国运输部鉴于几次桥梁坍塌事故，发布了暂时在设计中停止采用后张法预应力混凝土桥的禁令，直至1996 年才恢复采用后张法预应力混凝土桥。我们悬浇预应力混凝土连续梁桥涉及预应力工程常见的质量问题主要有：

3.1 预应力施工设备、设施主要问题有

1）张拉设备未按规定标定、配套使用、定期检定。根据“TB10415-2003 铁路桥涵工程施工质量验收标准”中“9.1.9 条”，千斤顶校正有效周期为1 个月且不超过200 次张拉作业；压力表精度不低于1.0 级（检定期一周），当使用0.4 级时，检定有效期可为一个月。在施工中发生下列情况之一时，应重新校验张拉设备：预应力筋连续崩断，千斤顶严重漏油，千斤顶更换油压部件或使用修复后的测力仪表或更换油的规格，油压表指针不能回零，油压表在高压时指针稳不住；

2）张拉设备各部件与锚具配套问题，工作锚与工具锚混用，限位板与工作锚不配套。

3.2 预应力管道及预应力筋的安装常见问题主要有：

1）预应力孔道定位不准、不牢，浇筑后偏位。预应力管道安装偏差应符合《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）第7.3.5 条”预应力孔道位置允许偏差4mm”的要求。

2）管道不通顺、杂物不清理。3）锚垫板倾斜、扭转。

3.3 预应力孔道上浮

原材料的质量问题主要有：

2）钢绞线弹模不实测，应按《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003） ; 《预应力混凝土用钢丝》（GB/T5223-2002） ; 《预应力混凝土用螺纹钢筋》（GB/T20065-2006）的要求实测。

3）锚垫板刚度（强度）不足，应按《铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器技术条件》（TB/T3193-2008) 中第4.5 条进行检查、检验。

4）仓库管理乱，锚环与夹片不匹配，不同厂家的产品混用。

5）压浆材料不合格。

6）预应力筋受到损伤，表面有斑疤、裂缝等缺陷或有弯折。

张拉中主要问题有：

1）未履行摩阻测试、张拉力和伸长量调整报批程序。后张法预应力筋张拉前，应对孔道摩阻损失、喇叭口摩阻损失和锚口摩阻损失进行实测，摩阻实测不做或者流于形式，实测后并未履行报批手续，不符合《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）第7.1.7 条之规定。

2）张拉时选择的初应力值δ0 不合适初始应力偏小影响：预应力筋未被拉紧，存在非受力变形，各根钢束受力不均，致使张拉完成后量测的实际伸长值不准（偏大）。 δ0 的确定方法：依据设计（控制应力的10%～25%），或绘制张拉过程中的P-L 曲线，选取该曲线中直线段的起点，对应的应力即可做为δ0。

3）张拉力与锚下控制力混淆锚外张拉控制应力直接采用锚下控制应力，没有考虑锚下应力损失（喇叭口和锚圈口应力损失合计约为5～6%，根据实测调整），相反的情况也存在，设计张拉控制应力已经考虑喇叭口和孔口摩阻，但施工单位在预应力张拉时又增加了此部分摩阻，造成预应力比设计值偏大。

樊142块孔隙度12%～23%，平均17.1%；测井解释渗透率（8～45）×10-3μm2。主要储集空间为直径7～31μm的微孔隙，最大孔喉半径0.77 μm，平均孔喉半径0.228μm，与前面分析的几个区块相比具有较好的油藏条件。该块可能存在天然裂缝，增加了基质渗流通道，实际渗透率应大于1.5×10-3μm2，有利于该块高效开发。樊142块沙三下为浊积岩储层，储层水平扩展稳定性较好，有多层发育，但多层纵向相对集中；油藏应力分析可知，油藏上下遮挡层应力值较高，油层纵向分布集中，适合开展直井长缝压裂。

4）预应力实际伸长值与设计值偏差超标，未查明原因，资料做假，继续张拉。

5）钢绞线滑丝。

6）钢绞线断丝。（注：后张法预应力筋断或滑脱数量不得超过预应力筋总数的5‰，并不得位于结构的同一侧，且每束内断丝不得超过1 根；）

7）张拉工艺存在较多缺陷，如张拉前锚环安装与锚垫板不密贴；张拉前锚环安装不居中，没有进入锚垫板的环形槽内；张拉前两瓣夹片缝隙没有调均匀; 张拉时千斤顶、锚环、孔道不在一条直线上。

8）预应力筋切割不符合要求。现场采用火焰切割预应力筋的现场时有发生，导致预应力筋材质发生变化，须要坚决杜绝。此外，钢绞线外露长度不符合《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）第7.5.7 条之规定，已切割钢绞线外露部分长度不足30mm，存在质量安全隐患。

9）锚下混凝土被拉裂。

10）夹片错台、夹片破碎、钢绞线咬伤。

11）两端张拉不同步，导致应力损失。对于曲线预应力筋和长度大于等于25m 的直线预应力筋，要采取两端同时张拉。

12）竖、横向预应力施加滞后。不符合《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10752-2010） 10.7.1 条第6 款“横向和竖向预应力筋张拉滞后纵向预应力筋张拉不宜大于3个悬臂梁段”。

13）不重视预应力束梳理问题预应力钢绞线束未梳理，钢绞线束发生交叉或长短不一，张拉后钢绞线受力不均匀。