城市桥梁工程现浇箱梁后张法预应力施工技术探讨

摘 要：通过对城市桥梁中预应力施工中病害事项进行分析，并列举桥梁问题进行说明，总结病害形成原因以及对策措施等，梳理分析预应力施工中的精细化管理和总体质量的智能化管控，为预应力施工方案提供参考。

关键词：城市桥梁；预应力施工；病害分析；质量控制；技术措施

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）08-0028-04

0 引言

目前，满堂支架现浇箱梁、挂篮悬浇箱梁施工具有较高难度，满堂支架搭设与预压，挂篮施工中0#块模板搭设、临时固结，挂篮拼装与移动，预应力管道布设、张拉压浆等均是质量安全控制的重点。尤其是预应力施工质量控制不到位，存在张拉应力不符合（欠拉、过拉、未按规定复拉、未平行张拉等）、压浆不及时造成力筋松弛、管道内浆体不密实（浆液保水性差、透气孔设置不规范、管道破损漏浆造成堵管、浆液持荷稳压压力与时长不符合、低浓度初浆未全部排出等因素造成）。通过对预应力体系施工方案的优化，施工过程中精细化管理、智能化监控，实体质量的精确检测，全面提高预应力体系施工品质，确保预应力桥梁耐久性、安全性。

1 病害事例

某市一城市特大桥梁，全长1 691.78 m，全宽26 m，分左右幅，为（3×30）m 组合箱梁+第二联（3×35）m 组合箱梁+第三联（50+85+50）m 变截面连续箱梁+第四联（3×34.75）m 组合箱梁+第五联（5×34.75）m 组合箱梁+第六联（5×34.75）m 组合箱梁+第七联（4×34.75）m 组合箱梁+第八联（42+70+42）m 变截面连续箱梁+第九联（5×35）m 组合箱梁+第十联（5×35）m 组合箱梁+第十一联（5×35）m组合箱梁。

该桥建成于2014年，第三联主桥（第7～9孔）上部结构为变截面连续箱梁（见图1），近年来定期检查中发现主桥箱梁存在大量裂缝，且部分呈发展趋势。2022 年 5月第三联主桥进行外观检测（见图2），主要病害包括箱梁顶板纵向裂缝（见图3）、底板纵向裂缝、底板横向裂缝以及腹板竖向裂缝、斜向裂缝（见图4）等，病害等级评定为4类。

2023年6月，管养单位组织该项目主桥变截面连续箱梁病害情况专家论证会，初步判断主桥结构性病害是腹板竖向预应力损失、桥面重载车通行、预应力体系存在施工质量等因素造成。根据主跨病害情况及评定等级（4类），需及时进行限载并维修加固处理。加固采用箱内增设体外预应力束方案，以限制受力裂缝进一步发展。本项目（含全部桥梁与接线工程）造价约1.96亿元，其中主跨（7～9孔）变截面箱梁段造价约8 800万元，本次加固费用约380万元。桥梁主跨出现较多结构病害，加固修复造成较大经济损失，且社会影响较坏，加固后桥梁受力状态与新建桥梁仍有较大差距。

2 桥梁预应力体系主要病害因素分析

一是预应力张拉值计算时孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数（k）、预应力筋与孔道壁的摩擦系数（μ）只参照规范建议值，未在预应力张拉前对不同类型的孔道进行摩阻测试，并通过测试确定的μ值和k值对设计张拉控制应力进行修正。对于长度大于60 m的孔道、双峰孔道、多曲线孔道应适当增加摩阻测试的数量[1]。

二是预应力孔道不顺直，摩擦阻力增大，降低预应力筋实际力值。预应力锚垫板与孔道不配套、不同心、不垂直，造成张拉时偏心受力，张拉值未达设计值时局部锚下混凝土开裂而中止张拉，造成力值明显不足。现浇梁顶板扁锚式横向预应力筋单根分别张拉时存在漏拉现象，未考虑逐根张拉时预应力损失对控制应力的影响。

三是预应力筋张拉时，设计值输入错误，校对。竖向预应力筋未拉，预应力筋批号变化、生产厂家变化后未根据弹性模量数据及时调整伸长值，致使现场量测伸长值偏差较大。

四是张拉顺序不合理，未根据设计规定顺序进行。设计未规定时，未采用分批、分阶段的方式对称张拉。难以控制力筋在张拉后48 h完成压浆（如表1、2，图5、6，根据多次检测数据分析结果，力筋张拉后随时间的增加应力不断降低，且张拉后力筋表面镀层破坏，锈蚀速度较未张拉力筋增加3倍以上，特别是48 h后锈蚀速度明显加快，对力筋受力影响较大）。故力筋张拉后超过规定时间压浆越长，力筋锚下有效应力受松弛因素影响损失越多，表面锈蚀后与浆体握裹力下降，影响力筋向梁体应力的有效传递。不同时对称张拉造成梁体单侧受压，另一侧受拉开裂，导致梁体出现不可逆的损害。

五是孔道内浆体存在不密实、孔洞等病害。泌水严重。压浆前未采用高压气泵对孔道内杂质与积水进行清除。混凝土浇筑前因电焊、振捣等原因致使孔道破损从而漏浆，影响浆体通过截面。中部凸起孔道（见图7）透气孔或气孔堵塞，部分透气孔未设置在孔道最高点等影响排气效果造成空洞。大直径凹曲线孔道（如图8）最低点未设置排水孔，孔道内积水无法排出，压浆时浆液水胶比大幅增大，成型后形成较多孔洞。压浆过程中压力未达规定值及稳压时长不足，造成压浆孔、出浆孔内浆液面明显回缩形成空洞，同时浆体与力筋握裹性能降低。

3 预应力施工中容易疏忽事项

具体有以下7点易疏忽事项：①预应力筋穿入孔道后两端未进行封闭，雨水、湿气进入孔道导致预应力筋表面锈蚀。②孔道长度较短的预应力束未使用低回缩锚具，造成锚下有效应力较设计值相差较大。③部分项目仍使用淘汰的人工控制张拉、压浆设备，智能设备未能得到全面推广使用。④部分项目孔道压浆设备（搅拌机）性能不符合，其转速不符合1 000 r/min，搅拌叶的形状与转速不匹配，叶片的线速度不符合10 m/s的要求。⑤临时储存浆液的储料罐无搅拌功能，出料口未设置尺寸不大于3 mm的过滤网。⑥预应力筋张拉结束后，切割预留长度存在低于30 mm及1.5倍力筋直径的情况，影响预应力筋与夹具的锚固性能与施工安全。⑦张拉油顶使用频次达规定检校限额时不及时校准，张拉力值精准度得不到保证。

4 后续桥梁施工中的管控措施

4.1 重视施工技术方案编制

从人力、设备、材料等方面合理配置，施工工艺（各级主管部门规定的淘汰工艺禁止使用）。严格执行首件认可制，首件总结完成后根据首件完成情况对施工方案进行二次优化。

4.2 关键工序全时监管

对预应力张拉、压浆工作，施工单位技术员应全过程参与实施，监理人员应对张拉、压浆施工全过程进行旁站，对各阶段数值等进行计算复核。确保张拉过程正确、数值满足设计要求，孔道内浆体充实饱满。

4.3 推广应用“四新”技术

优先使用工厂化制造生产的专用合成压浆材料，使用性能优的智能张拉与压浆（搅拌）设备，确保力值准确，持荷稳定，成品优良。对平直管道优先采用真空辅助压浆工艺，提高孔道压浆的充盈度和密实度。孔道两端高差较大时，仍以压浆、排浆、稳压、恒压的工艺进行压浆施工。

4.4 合理安排张拉顺序

4.4.1 长束和短束张拉顺序

由于长束较长，张拉应力也就较大，较大的应力同样也会施加在短束钢绞线周围的混凝土上，会造成短束预应力钢束应力松弛损失，短束则达不到设计的张拉力。

如果同时进行长短束的张拉，由于长短束的长度不同，其初始应变也不同。长束的初始应变较大，可能会导致短束过早达到设计张拉力，而长束仍未达到预定的张拉力。这样会导致预应力的偏斜和不均匀分布，进而影响混凝土构件的力学性能和整体稳定性。

通过先张拉长束预应力后张拉短束预应力的顺序，可以控制长短束的张拉应变差异，使得长束和短束能够相对均匀地达到设计张拉力，可以更好地控制和调整张拉力的施加速度和幅度。

4.4.2 纵束、横束、竖向束张拉顺序

首先进行横束张拉。横束是布设在结构的横向方向的预应力钢束，起到抗弯、抗剪和抗扭的增强作用。横束的张拉顺序可根据结构的特点和需要进行调整，通常是从上到下、从外到内进行。

在完成横束的张拉后，再进行纵向钢束的张拉。纵束是沿着结构的纵向方向进行布设的预应力钢束，主要用于抗弯和抗剪的增强。通过纵向张拉，可以使纵束达到预定的张拉力，并保持其均匀分布。

再进行竖向束的张拉。竖向束是布设在结构的竖向方向的预应力钢束，用于增强结构的抗压性能。竖向束的张拉顺序可以根据具体情况进行调整，通常是从下到上、从内到外进行。

纵束和横束的张拉可以同时进行或依次进行，而竖向束的张拉一般在纵束和横束完成后进行。根据具体结构的需要，施工过程中可能会有一些微调或特殊情况需要考虑。因此，在实际施工中，需要根据设计要求、结构特点以及工程经验来确定最佳的张拉顺序。

4.4.3 同一截面张拉顺序

在同一截面内，采用先腹板张拉后顶板最后底板张拉的顺序，可以保证结构的稳定性和受力均衡。这种分批分段对称张拉的方法，可以减少在张拉过程中产生的变形和应力集中。

腹板位于结构的中间位置，通过先进行腹板的张拉可以引导并分散预应力，使其逐渐传递到上部和下部结构，从而降低结构变形。腹板的张拉也可以起到调整和平衡整个结构应力的作用。

在腹板张拉完成后，进行顶板的张拉。顶板位于结构的顶部，顶板张拉可以进一步调整和平衡预应力的传递。通过逐层进行张拉，可以保证结构的稳定性，并提高整个结构的受力均衡。

最后进行底板的张拉。底板位于结构的底部，底板张拉可以使底部结构逐渐承受预应力的作用，进一步调整和平衡整个结构的应力分布。底板的张拉也能够控制和限制底部结构的变形，确保结构的稳定和安全性。

先腹板张拉、后顶板、最后底板张拉的顺序，可以有效地控制结构的变形和应力分布，保证结构的稳定性和受力均衡。这种分批分段对称张拉的方法已被广泛应用于预应力结构的施工中。

4.5 严格控制压浆时间

公路桥涵施工技术规范中规定，应在张拉锚固后的48 h内完成[2]，否则应采取避免预应力筋锈蚀的措施。但也不宜过早压浆，应保证混凝土封锚形成强度后进行压浆，避免浆液通过夹片、钢绞线间隙冲破混凝土封锚，使得管道内的注浆压力无法保持，造成管道内浆液不密实。

合理编制张拉方案，采用多台千斤顶左右对称同步进行张拉，以缩短张拉时间。对于钢绞线布置较多，所需张拉的总时间也就较长的项目，不必等到全部张拉完成后一起进行压浆。工程技术人员需合理的协调好张拉与压浆之间的工序，防止压浆人员将还未张拉的钢绞线孔道进行注浆，造成质量事故[2]。

4.6 加强预应力施工工后质量检测工作

在预应力管道布设的同时在预应力筋关键部位设置检查孔，便于观察压浆质量。在张拉完成后，采用复拉法检测锚下有效应力，达到设计值的95%为合格；在压浆完成且浆液龄期不小于7 d时，采用冲击回波定位法、冲击弹性波定性法、内窥镜法等检测方法，对浆体密实性进行检查。

4.7 重视施工现场记录的真实性、可溯源性

智能张拉以控制电脑中导出的力值、伸长值数据作为原始数据。压浆中水胶比以现场配方记录、压力与持荷时长以智能设备导出为准。

4.8 采取智能化管控措施实施有效监管

大型（重点）桥梁工程结构预应力施工张拉设备配备数据采集传输功能，为此张拉前做好网络链接，以将张拉数据实时上传至管理中心数据库。预应力管道张拉后，将压浆视频实时上传至管理中心数据库。管理系统设有预警机制，张拉力、伸长值超出规定值时，可向建设单位、监理单发出预警信息，便于及时发现并解决问题。数据管理中心对采集的数据保存期限应不小于30年或长期保存。

管理系统设有建设单位、质量监督单位、行业管理单位数据查询端口，质量检查中可集合数据库数据对施工、监理单位质量资料进行核查。管理人员通过端口随时查看现场张拉、压浆情况。对桥梁结构出现预应力施工等方面病害的，调取数据库数据结合质保资料进行综合研判。

5 结束语

预应力张拉以及压浆的环节是桥梁施工中最为重要的环节，直接决定了工程实体是否能满足设计要求，对桥梁的耐久性与安全性起着关键作用。为此，工程技术人员要了解每一个工序顺序的变化对实体造成的影响，按施工技术方案规定的工艺流程客观的把规范与设计要求落实到项目中去。桥梁预应力施工技术总体较为复杂，影响预应力结构实体质量的因素很多，本文主要从预应力桥梁的事例，具体布设、张拉技术和压浆技术等方面进行阐述，期望以此提升大家对桥梁预应力施工的重视程度，提高桥梁工程施工质量。

参考文献

[1] JTG 3650—2020，公路桥涵施工技术规范[S].2020.

[2] CJJ 2-2008，城市桥梁工程施工与质量验收规范[S].2008.