大跨度預應力橋梁結構中的張拉控制應力問題及其施工控制技術研究

張旭明

（寧夏路橋工程股份有限公司，寧夏 銀川750001）

0 引言

預應力混凝土小橋涵修建比較早，技術相對較成熟，解決這些病害問題的能力也就相對較成熟。但是，隨著跨度的增大，跨中下撓與梁體跨中斷垂直裂縫或大量斜裂縫伴隨出現，其下撓可達到相當大的數值，病害較為嚴重。

1 張拉控制應力的大小對構件的影響

在制作預應力構件時，常常會出現張拉控制應力不準的問題。張拉控制應力的大小對于預應力混凝土構件的設計和以后的工作有著極為重要的影響。張拉控制應力σcon越高，構件混凝土中建立的預壓應力σpc就越大，這類構件的特征是張拉后反拱很大，抗裂性能反常地高，即構件的抗裂檢驗系數實測值遠遠大于構件的抗裂檢驗系數容許值[γcr]，破壞前沒有明顯的預兆，為典型的脆性破壞。張拉控制應力σcon越低，構件混凝土中建立的預壓應力σpc越小，即有效預壓應力在構件混凝土受拉區并沒有真正建立起來。在結構性能檢驗中，抗裂檢驗一般不滿足要求，即構件的抗裂檢驗系數實測值小于構件抗裂檢驗系數容許值[γcr]。其特征是構件在整個檢驗中產生很大的撓度和裂縫寬度，屬于正常的延性破壞。一般呈現為撓度達到L0/50，這說明構件變形過大，已無法正常使用，即使還能繼續增加荷載也認為已喪失承載能力了。有時也呈現為受拉主筋拉斷，而由于主筋拉斷前構件產生較大的變形和裂縫，破壞時有明顯的預兆，是不同于脆性破壞的，此類構件在結構性能撓度檢驗中是不滿足要求的。因此，張拉控制應力σcon建立得過高或過低，對預制構件結構性能檢驗影響特別大，雖然構件破壞時表現為兩種不同的破壞狀態，一種是脆性破壞，另一種是延性破壞，但都直接影響結構的使用安全。

2 預應力張拉技術在施工中常遇的問題

2.1 預應力筋張拉實測伸長值超出《橋規》的要求

預應力張拉施工是采取張拉應力控制與預應力筋張拉伸長值控制這兩個指標進行“雙控”施工。《橋規》規定，預應力筋的實測伸長值與理論伸長值的偏差不得超過±6%。但在施工中常會出現不能滿足這一要求的現象：（1）預埋的管道不順直，或局部凸起，致使預應力筋與管道壁的摩阻力增大，雖然張拉控制應力未變，但實際平均張拉應力降低，導致伸長量不足；（2）預埋管道局部區域漏漿，部分預應力筋被漏漿粘結牢固，在張拉時該段預應力筋處于拉應力基本為零的狀態，相應的伸長值也就基本為零，使得總伸長量不足；（3）預應力筋在管道內不順直，相互纏繞，后張拉的鋼束受到前張拉鋼束的約束，造成應力不足，伸長值減小；（4）材料的物理特性存在差異，即預應力筋的實際彈性模量與理論計算伸長量時所采用的彈性模量數據有一定的差異，造成理論伸長值有誤；（5）張拉千斤頂長期反復使用(或出現故障)，致使壓力機張拉荷載與壓力表讀數與原效驗標定的對應關系發生變化，雖然壓力表讀數未變，但壓力機所施加的實際荷載已變。

2.2 預應力筋的預埋管道堵塞

在混凝土澆筑完成往預埋管道穿入預應力筋時，常常會遇到預埋管道堵塞導致預應力筋無法穿入的問題，這是由于預埋管道的管道接頭處理不好、管壁有小孔或在振搗混凝土時不注意將波紋管振漏（或碰扁），產生漏漿，這些漏入管道的砂漿或水泥漿已經凝固或穿入預應力筋時，端頭將波紋管接頭管壁刺破產生卷曲而引起的。

2.3 預應力筋張拉時滑脫或斷裂

造成預應力筋張拉時滑脫或斷裂的原因主要有以下幾點：（1）千斤頂內鎖固夾具磨損嚴重，無法咬合鎖固預應力筋；（2）自錨式錨具夾片絲口內有油漬污物，使得錨具夾片“打滑”無法錨固預應力筋；（3）限位器構造(或使用)不當，造成錨具夾片損傷及預應力筋損傷：在張拉千斤頂無強制錨固功能時，使用限位器可以很有效的發揮自錨式錨具的自錨功能，但限位器卡槽的長度要有所選擇。卡槽長度過短，會損傷錨具夾片絲口；卡槽長度過長，限位器失去作用，易造成預應力筋滑脫。以上這些原因都會使預應力鋼筋在張拉時發生斷裂或滑脫，從而影響預應力效應，對預應力混凝土結構產生影響。

2.4 張拉拱度或放張拱度出現異常

預應力構件在張拉(后張法)或放張(先張法)時，其起拱度是很直觀的評測構件施工質量的綜合性數據。這個數據反映了構件混凝土的整體強度、變形特點、彈性模量、預應力大小及施加均衡程度等，是一個綜合性的實際指標。但是在施工過程中會出現張拉拱度或放張拱度異常的情況：（1）起拱度偏大。未能在施工中嚴格執行混凝土施工配比，造成混凝土強度降低；混凝土養生不足，混凝土早期強度上升緩慢；張拉(或放張)時混凝土齡期不夠，混凝土未達張拉(或放張)規定強度；張拉設備出現故障或張拉操作出現失誤，導致張拉應力失控；原材料發生變化，如砂石料級配不良、含泥量過大等。（2）起拱度偏小。其主要原因是施加應力不夠，或局部應力不均。張拉時沒有拉夠規定的控制張拉應力值；未能嚴格按照“雙控”施工，預應力筋伸長量不足；對預應力損失考慮不足(或忽略)，控制張拉應力變小。

3 預應力張拉的控制措施

預應力筋張拉實測伸長值不能滿足《橋規》的要求時，應采取的處理方法：（1）在預埋預應力筋管道時，對每個坐標位置都要嚴格按照設計數據準確定位，牢固可靠，且定位間距不宜大于40厘米，整個管道線形要保證圓滑順直。并在混凝土澆筑振搗時要特別注意振搗棒不得直接碰撞管道，以免使預埋管道發生位移。（2）采用先將預應力筋穿入管道而后澆筑混凝土的施工方法時，在混凝土澆筑和振搗時要特別注意保護管道，以免將管道振漏。可派專人負責每隔10～20分鐘將各束預應力筋作推拉活動，直至最后澆筑的混凝土達到初凝。（3）在往管道穿入預應力筋時，應整束全部穿入并理順，不得一根一根單根穿入，以免筋束在管道內相互纏繞。（4）在計算預應力筋理論伸長值時，預應力筋的彈性模量要采用通過實驗檢測取得的實際數據。（5）檢查油壓泵、千斤頂、錨具、油壓表等設備是否運轉正常，必要時重新對千斤頂和壓力表進行配套效驗標定。

鋼絞線滑絲、斷絲，一般是由于錨固錐孔與夾片之間有雜物、鋼絞線上有油污、錨下墊板喇叭口內有雜物、錨具偏離下墊板企口，以及錨具生產質量等問題造成的。在張拉前應對將要使用的預應力筋進行預張拉，以避免或減少預應力筋在張拉時出現斷絲現象，并增加其延性。同時檢查其表面是否存在浮皮、銹蝕、泥污、油漬等雜質，在使用前用鋼絲刷清除干凈。待檢驗無誤后進行鋼絞線的編束工作，編束時要把鋼絞線理順，并在不同的鋼絞線線端涂上不同顏色作記號(在以后穿錨時，同一條鋼絞線只能穿入兩端錨具相對應的孔道內)。張拉時為便于對之進行處理，嚴格檢查錨具夾片,發現油澤污物應清洗干凈，檢查千斤頂內鎖固夾具的絲口,出現鈍損,應立即更換，再者施工現場應配備小噸位單根鋼絞線張拉千斤頂和與工作錨相適應的卸荷座。處理方法為：將卸荷座穿過鋼絞線套在工作錨上，再將小噸位千斤頂安裝到滑絲或斷絲的鋼絞線上，待錨固好后張拉，使夾片松動，用釬子從卸荷座出口處撥出夾片，然后慢慢回油使鋼絞線松動，若為滑絲且鋼絞線只有輕微損傷，則可更換夾片，重新用小頂張拉到設計應力，若為斷絲，則需更換鋼絞線和夾片，換好后用小頂張拉到設計應力。

關于鋼絲滑、斷絲的處理方法。（1）對有滑、斷絲的鋼束，在其兩端安裝千斤頂，將鋼絲楔緊在卡盤上，張拉一端，待錨塞退出錨圈后，用扁鋼絲釬從對中套的缺口處插入錨具擋住錨塞小頭，然后主缸慢慢回油，將鋼束放松，錨塞即可取出。但是，當繼續放松并把卡盤的鋼絲退出時，錨塞很可能又被楔緊，此時再照上述方法二次放松。第二次退楔后拆卸千斤頂，將鋼束晃動，錨塞即可取出，而后拉出鋼束換裝新的。（2）單根滑絲單根補拉。將滑進的鋼絲楔緊在卡盤上，張拉到設計應力后頂壓楔緊。（3）錨塞過緊，鋼絲張拉不動。遇此情況如強行張拉，則會把楔塊與錨塞間的鋼絲拉斷。解決方法為安上千斤頂并楔緊各鋼絲，張拉到相當大的應力仍拉不出錨塞時，打掉1個千斤頂卡盤上卡鋼絲的楔子，迫使1～2根鋼絲產生抽絲，這樣，錨塞與錨圈的錨固力就小了，再拉錨塞就容易拉出了。

4 結束語

總之，影響大跨徑預應力混凝土橋梁病害的因素眾多，涉及設計計算、施工、材料、防治技術等一系列環節，其中一些影響因素很復雜且相互耦合，一些因素也尚不完全清楚，要全面解決我國大跨徑預應力混凝土橋梁下撓過大的問題，還有大量艱苦的理論與技術研究工作。

［1］李國平.橋梁預應力混凝土技術及設計原理[M].北京：人民交通出版社，2004.

［2］盧維華.大跨PC連續梁病害評估及加固方法研究[D].成都：西南交通大學，2002.