后张法预应力张拉质量分析和控制措施

孙强

（福建省交建集团工程有限公司，福建 厦门 361000）

近年来，我国处于经济高速发展中，这与国家大兴基础建设密密相关，特别是交通工程方面的建设，一方面，促进了国家经济高速发展；另一方面，也促使自身领域技术不断突破，造就了各种超级工程。但就在经济及技术不断发展过程中，桥梁的施工质量及使用安全越来越受到国家和社会各界的关注与重视。近年来，不少桥梁出现安全隐患，甚至发生安全事故，在事故原因分析中，在危桥拆除中或城市桥梁提升改造过程中经常发现问题出在预应力混凝土质量上，比如，钢绞线锈蚀、预应力张拉质量差、孔道压浆不饱满等问题。在预应力施工中，很多技术人员都知道预应力张拉时采用张拉力和伸长量进行双控，却忽视了规范还有几个重要参数控制要求；或者说忽略了如何进行过程有效地控制来达到真正的双控指标，而是通过编制漂亮的记录表来实现双控。《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011（文中简称“桥规”）在预应力混凝土工程7.12节中对质量控制与检验对千斤顶同步误差、持荷时间、张拉控制应力的精度、锚下有效预应力、有效预应力的不均匀度都提出具体要求参数。本文结合碧溪大桥现浇预应力混凝土实际施工过程及经验总结，就施加预应力阶段进行预应力张拉质量分析和提出相应质量控制措施。

1 工程概况

碧溪大桥采用双幅桥布置，桥梁跨径布置为2联（3×40m+2×40）共5跨，每跨40m。第一联3跨共120m，第二联2跨共80m。上部采用现浇等截面连续箱梁，单箱双室，梁高2.2m，箱梁共有三道腹板，中间一道腹板竖直布置，两侧腹板倾斜布置。第一联预应力采用两端张拉，第二联预应力采用单端张拉，张拉方式为智能张拉。

2 本次工程中的主要材料

（1）混凝土：箱梁采用C50混凝土，预应力孔道压浆材料强度等级同结构强度。（2）预应力筋：预应力钢绞线采用高强度低松驰钢绞线，公称直径15.2mm，标准强度1860MPa。箱梁纵向预应力腹板束采用15-Φs15.2，顶、底板束采用12-Φs15.2。

3 后张法预应力混凝土张拉质量分析

预应力是一座桥梁的灵魂，它在提高梁体工作性能的同时减轻了梁体的自重，带来了很强的实用性和经济性。但预应力并不是越大越好，而是依据设计计算的应力值去精准的施加。如果施加的有效预应力值过小，结构刚度不足，不足以平衡自重和行车重载，结构可能过早出现裂缝、向下挠度超限等质量问题。如果施加的有效预应力值过大，虽然结构的抗裂性较好，但因此预应力筋在承受使用荷载时经常处于过高的应力状态，结构上拱过大导致变形和裂缝，甚至产生脆性破坏；也可能造成预应力筋的安全储备不够，产生更严重的危害。在预应力施工中，设备的局限性、技术人员对规范内涵的理解不足、人为操作的正常误差及不正常误差都对预应力施工的质量产生了很大影响，主要影响因素有：

（1）传统人工张拉和智能设备张拉的选择，分别代表了低效的管理、落后的思维和科学的管理、先进的思维。（2）预应力混凝土的张拉时机不对，仅单一，以混凝土强度来控制张拉时机对结构是不利的。（3）两端张拉时，两台千斤顶的同步性、对称性难以协调和控制，各千斤顶之间同步张拉偏差超规范允许值。（4）预应力施加的精度受设备及人工技能影响，精度低，难以提高。（5）实际伸长量的计算和校核不够科学，误差比较大，偏差率离散，质量不稳定。桥规中初应力σ0宜为张拉控制力σcon的10%～25%，初应力σ0以下的推算伸长值采取相邻级的伸长值，很多技术人员不解其中涵义，为了图操作方便和计算方便不管实际预应力筋长短，都统一选取初应力σ0为10%σcon来操作，这是很不科学的，对实际建立的预应力值是有较大误差的。在张拉前，预应力筋在孔道内的弯曲程度、松紧程度都不一致，在伴随着预应力筋越来越长、孔道弯曲越来越复杂的情况下，初应力10%σcon可能只够抵消孔道、锚头的摩阻力及预应力束在孔道内缠绕紊乱带来的摩擦力。只有科学地选择初应力值，才能正确地计算实际伸长量，从而进行有效地伸长量校核，以控制预应力施加质量。（6）张拉过程中停顿点、加载速率、卸载速率控制不稳定，持荷时间不足造成预应力损失大，有效预应力不足。很多工人和现场技术人员对持荷时间认识不足，总以为达到控制应力值就可以了，持荷时间多了也是浪费。多年的施工实践及研究表明，持荷时间是完全必要的，特别是在超长预应力筋，管道弯曲段多，弯角和大的预应力体系中，预应力的传递是需要时间的，持荷时间增加有利于调整预应力筋的松弛和均匀性。桥规原对持荷时间规定是2分钟，新版修订改为5分钟，可见持荷时间的重要性，但5分钟也仅仅是对一般长度预应力筋的一个基本要求，如像本工程120m超长预应力筋，将持荷时间延长至7分钟。（7）张拉数据记录不真实，人为影响因素大。只是为了满足规范要求而编制出一张张漂亮的数据表，这是行业的乱象。

4 后张法预应力混凝土张拉质量控制

（1）选取先进的智能张拉设备。智能张拉相比传统人工张拉具有压倒性优势，解决了传统张拉的低效性，更解决了传统张拉的局限性。智能张拉在作业过程中依据预设指令自动完成，作业过程不受人为因素影响和干扰，全过程依据规范要求自动完成。智能的张拉能有效地解决下列问题：①由电脑精确控制两台或多台千斤顶同时、同步张拉，能满足桥规7.12.2第1条各千斤顶同步张拉力的允许误差宜为±2%的要求。②张拉控制应力精准，精度高，偏差极小，完全符合桥规7.12.2第2条精度±1.5%的要求。③张拉过程中停顿点、加载速率、卸载速率控制精准，采集的数据精度高、有效性高，可自动计算伸长量，及时校核实际伸长量和理论伸长量的差值是否符合±6%的要求。④持荷时间由系统控制，不受人为干扰，减少了预应力的损失。⑤锚固时自动采集回缩量，计算预应力损失值，真正实现张拉应力和伸长量双控的目标。

（2）预应力混凝土张拉的时机应由混凝土强度和弹性模量两个指标进行双控，设计未规定时，混凝土强度不低于设计强度的80%，同时，弹性模量不低于28d弹性模量的80%。在实际施工中，弹性模量检测较为复杂，通常情况下，C40砼3d弹性模量可达28d弹性模量的84%，7d弹性模量可达95%，C50砼3d弹性模量可达90%，7d弹性模量可达95%，因此，可用龄期代替弹性模量指标来控制，通常情况下，龄期不宜少于7d，最短不宜少于5d。但在现浇预应力混凝土结构中，在混凝土浇筑后7d如不张拉，则结构发生开裂的可能性将持续增加，对结构是非常不利的，因此，在龄期的控制上，还是以7d为宜，过长的龄期对结构并无好处。在实际施工时，应当安做好计划安排，并严格执行，以保证预应力结构的最佳质量。

（3）张拉设备必须配套标定，千斤顶、油泵、压力表必须依据标定时配套使用，不得混用，两端张拉时，选择两套一样型号、一样性能参数的设备来尽量保证两端张拉的同步性、对称性。同时，张拉顺序、张拉程序和施工技术交底应经批准，操作人员应经培训掌握预应力施工知识并持证上岗。

（4）对初应力的确定，应当是在初应力施加使得预应力筋在孔道内的伸长消除了非线性影响因素，进入线性伸长阶段，此时，选取的初应力值才能建立起准确、符合设计要求的最终预应力值。根据此基本理论，对预应力筋长度30m以下，初应力宜取10%～15%σcon；预应力筋长度30～60m时，初应力宜取15%～25%σcon；预应力筋长度大于60m时，初应力宜取上限25%σcon；当预应力筋超过100m时或管道弯曲段多，弯角和大的预应力体系中，25%的上限仍可能达不到初应力的目的，此时，则应当根据前面的理论现场试验来确定初应力的大小。现场需要试验确定初应力值的，建议采用智能张拉设备来进行试验和张拉，这对试验的精度、效率及张拉质量和后续的有效预应力值建立都可以得到很好的控制。

5 结语

综上所述，在当今的桥梁工程建设施工过程中，后张法预应力混凝土施工技术是一项关键技术，通过该技术的应用，可以实现桥梁工程施工效率、质量、安全等级和经济效益的全面提升。在预应力混凝土结构中，预应力张拉的质量好坏，建立的预应力是否准确，关系结构的安全，故对此应引起足够的重视。在具体施工中，施工单位一定要对预应力张拉技术深入理解、合理应用，结合工程实际的情况来分析质量控制关键点，对各个工艺流程和关键技术进行良好把握，并推行新技术、新设备，科学地提高工程质量。通过这样的方式，才可以全面提升施工效果，让整体工程质量与安全性得到有效保障。