橋梁有效預應力檢測及施工工藝控制分析

陸學村 廖建春

(廣州和立土木工程有限公司，廣東廣州 510630)

預應力是預應力混凝土橋梁的質量控制核心和長久生命線。橋梁結構中預應力的準確建立和持久生效，一方面取決于預應力設計的合理性，另一方面取決于施工過程材料、器具、設備、人員、工藝以及質量檢驗控制等多個環節。因此，預應力工程往往是橋梁工程中設計、施工技術難度相對較大，質量、安全風險因素較多，過程控制要求較高的部分。通過對近年來全國部分大橋的運營觀測，為數眾多的大跨徑預應力混凝土連續梁和連續剛構橋由于在設計和施工上存在一定的不足，致使這些橋梁在投入營運幾年后，普遍暴露出預應力管道壓漿不飽滿或漏壓漿、后期預應力損失偏大，主梁跨中下撓過大、梁體斜向和縱橫向開裂等危及橋梁正常使用與耐久性的缺陷與病害。上述種種觀測結果顯示近年來在各地橋梁運營和管養過程中暴露出來的預應力病害早發、頻發的現象日趨嚴峻，不僅直接推動橋梁維護加固成本上升，而且嚴重妨礙交通正常運行、降低橋梁經營效益，其經濟、社會影響巨大，應用有效的預防措施，開展預應力施工的跟蹤檢測與控制，工程實踐中及時解決預應力施工與控制的技術問題，對預應力施工進行全過程的跟蹤控制，確保預應力施工優質高效地進行，從根本上消除預應力隱患。

1 預應力施工現狀

1．1 錨具與鋼絞線質量

錨具與鋼絞線在預應力中有著重要的作用，如其質量不合格，在預應力張拉過程中容易引起飛錨、滑絲和斷絲等事故，特別是無粘結筋，張拉錨固后，錨具將作為主要的受力裝置維持鋼絞線的應力而終身受力，直接危及預應力安全。

永久性錨具對于預應力施工質量、預應力耐久可靠性具有決定性意義，然而目前限于檢測手段落后，相關規范對其進場驗收項目規定不明確，給預應力混凝土的質量帶來難以預計的隱患。

1．2 梳編穿束

目前施工現場梳編穿束工藝普遍較為粗糙，以預應力鋼絞線束為例，常見不當做法有:1)采用單根鋼絞線逐次穿過預應力管道的方法，其嚴重后果有:施加預應力時各根鋼絞線受力嚴重不均勻，容易引發斷絲、滑絲;2)采用粗放的整束穿束方法，未進行梳理綁扎，將整束鋼絞線的一端焊接在一起，再用鋼絲繩牽引，使整束鋼絞線穿過預應力管道。由于鐓頭外徑與剛度較大，在牽引過程中容易劃破彎曲的預應力波紋管道壁，鋼絞線易絞亂堵塞在管道內。按照這樣的梳編穿束工藝在整束張拉時無法做到各根絞線同步、均勻受力。部分受力較大的預應力筋可能已接近或超過屈服強度，極易斷裂;部分受力較小的預應力筋極易滑絲;這種施工過程引入的額外的預應力喪失將直接導致后期梁體裂縫和結構下撓。

1．3 張拉施工過程

目前國內預應力張拉施工普遍采用傳統的手控油泵—千斤頂組成的張拉系統，其施工工藝為:1)手工驅動油泵;2)肉眼讀油壓表控制張拉力;3)人工鋼尺測量預應力筋伸長值;4)人工記錄數據。該施工工藝的質量控制手段稱“雙控法”，過程控制手段主要依賴于人手和感官。

1．4 傳統預應力施工存在的問題

1)千斤頂張拉力值誤差較大。傳統預應力筋張拉工藝依靠肉眼讀機械式油壓表指針來控制千斤頂張拉力，人為誤差較大，壓力表讀數不穩定;油壓表讀數后需換算才能得到張拉力的大小，不能形成張拉力的直觀概念，不便于控制張拉操作;手工驅動油泵操作誤差大，分辨率低，難于精確控制張拉力。2)伸長值測量不準確。傳統預應力筋張拉工藝通過人工鋼尺測量預應力筋伸長值，存在讀數誤差大、測量效率低、人為因素影響大、信息反饋不準確等問題;同時張拉數據記錄人工痕跡明顯，可信度低。3)無法實現張拉力和張拉伸長值的雙重同步控制。傳統預應力筋張拉工藝采用同時控制張拉力和張拉伸長值的“雙控法”，以保證設計預應力的準確實現。然而，實踐中張拉伸長值是在油壓表讀數達到預定值后，再用鋼尺人工測量得到的;油壓表和預應力筋伸長值的測讀由不同的人、分先后操作完成。如果測得張拉伸長值誤差超出規范要求，就再也難以補救。4)預應力多頂張拉的同步性、對稱性無法保證。受到現有落后測控手段的限制，預應力多頂同步張拉一般采用步話機人工控制，其同步精度難以保證，基本上還處于感官控制的階段。然而，針對預應力多頂張拉的同步性、對稱性，現行公路橋涵施工技術規范已明確了質量控制量化指標和檢測評估標準。

2 錨下有效預應力檢測研究

通過上述預應力施工現狀分析，要解決預應力施工存在的問題就需要通過檢測加以控制。在預應力精細化施工基礎上根據彈模效應與最小應力跟蹤原理研發了錨下預應力檢測儀。能準確測出預應力筋錨下有效預應力，該儀器包含一體化系統(含泵站、組合閥、三通接頭、電磁閥)、計算機系統(含檢測軟件)和千斤頂系統，見圖1。原理是根據彈模效應與最小應力跟蹤，當千斤頂帶動絞線與夾片沿軸線移動0．5 mm時，即測出錨下有效預應力值。由于鋼絞線是彈性體，在比例極限內，力放松后，鋼絞線會恢復原狀，其錨下有效預應力也不會發生變化。

圖1 錨下預應力檢測儀系統

3 實例驗證

通過某條高速公路部分典型連續鋼構、小箱梁及T梁的預應力檢測，驗證了檢測控制的實用性及可靠性。首先在開展檢測工作前期結果不容樂觀，同束不均勻度超差嚴重(遠遠超過±5%，有的高達35%以上)。隨后，通過結果追蹤施工技術工藝，加以交底與指導，并通過后續檢測，即判斷施工質量，進行問題分析，即時加以指導，細化成套張拉工藝，使施工單位逐漸形成良好的施工作風，預應力施工質量大大改觀，均達到規范要求。表1為前期的張拉效果不佳，有效預應力同束不均勻度很差;表2為經有效預應力張拉檢測控制，并采用精細化梳編穿束工藝進行施工后，取得了明顯效果，同束有效預應力不均勻度大為改觀。

隨著檢測逐步推進，梳編穿束工藝得到強化，張拉力的控制也得到提高，有效預應力大小和不均勻度逐漸達到要求，經過長期的檢測控制工作，同束有效預應力不均勻度趨于穩定，合格率達到88．50%，有效預應力大小偏差合格率達到97．35%，圖2為梁體實測質量走勢圖，從圖2中可見梁體質量是一個逐步提升的過程，隨著精細化施工工藝的應用，中間偶有反復，說明新工藝的全面掌握需要一個過程。

表1 有效預應力檢測(前期)

表2 有效預應力檢測(后期)

圖2 梁體實測質量走勢圖

4 結語

在預應力施工期間，采用有效預應力檢測控制，能推進預應力張拉“精細化”施工，確保結構有效預應力達到設計和規范要求，并顯著延長結構的大修周期、縮小結構大修規模。因此本技術的成功應用，將有效降低大型工程建設項目的結構全壽命使用維護成本、提高工程項目運營效益，其間接經濟、社會效益十分顯著。

［1］吳延平．國內預應力混凝土橋梁的發展狀況［J］．橋梁建設，1997(4):33-34．

［2］顧 飛．基于自適應系統的預應力混凝土橋梁施工控制研究［J］．21 世紀建筑材料，2010(12):66-69．

［3］向中富．橋梁施工控制技術［M］．北京:人民交通出版社，2003．

［4］王繼成，向中富．橋梁預應力及索力張拉測控技術［M］．北京:人民交通出版社，2010．

［5］黃慶龍．預應力錨索有效預應力及其檢測方法研究［D］．重慶:重慶交通大學碩士學位論文，2009(3):25-30．