預應力混凝土后張梁張拉施工質量問題及控制措施

孫金更

(1.中國鐵道科學研究院標準計量研究所，北京100081;2.國家鐵路產品質量監督檢驗中心，北京100081)

預應力混凝土后張梁張拉施工質量問題及控制措施

孫金更1，2

(1.中國鐵道科學研究院標準計量研究所，北京100081;2.國家鐵路產品質量監督檢驗中心，北京100081)

預應力混凝土后張梁張拉施工是保證橋梁質量的重要環節之一，本文從材料、設備、工藝等方面總結了張拉質量控制措施，歸納提煉出“張拉前的三控”、“張拉中的三控”、“三同心”、“兩同步”等張拉技術綱要。針對作者從事橋梁產品標準制定以及橋梁生產許可證審查中發現的常見問題給出了解決措施，以期引起預制梁場的重視，從而保證預應力張拉質量。

后張梁 預應力 張拉 質量控制

在我國客運專線橋梁中，主要采用的是后張法預應力混凝土簡支箱梁，因其具有抗扭剛度大、受力明確、預制施工方便、建成后的橋梁養護工作量小以及低噪聲等優勢而被廣泛采用。在預應力混凝土橋梁生產中，張拉預應力筋是決定其使用性能的關鍵工序，也是技術性很強的工序。由于我國高速鐵路建設規模大，地域范圍廣，專業的預應力施工隊伍較少，各施工隊伍技術水平也參差不齊，因而在預應力施工中易出現各種問題，給鐵路運營安全帶來隱患。如不及時發現問題和采取各種預防措施，將嚴重影響預應力混凝土梁的抗裂性，危及橋梁結構的使用安全，甚至造成重大事故及巨大的經濟損失。為了使后張梁張拉問題引起各制梁企業的高度重視，作者結合從事橋梁產品標準制定、橋梁生產許可證審查工作的經驗，對預應力張拉質量問題及控制措施進行論述，以供技術人員參考。

1 張拉材料和設備的質量控制

1.1 鋼絞線

目前預應力梁所使用的鋼絞線為低松弛高強度鋼絞線，規格為1×7-15.2—1860-GB/T 5224，70%荷載松弛率為2.5%，彈性模量為(195±10)GPa。每一批鋼絞線在使用前必須抽樣檢測，檢測不合格的不得使用。鋼絞線每30 t為一個批次，分別進行破斷負荷、屈服負荷、彈性模量、極限伸長率和直徑檢驗。鋼絞線應上蓋下墊存放于干燥處，防止銹蝕。

1.2 錨具

錨具為夾片式，應符合設計規范要求，錨墊板應能安裝密封蓋帽。錨具技術指標應符合《鐵路工程預應力筋用夾片式錨具、夾具和連接器技術條件》(TB/T 3193—2008)的規定。進場檢驗批次為每批不大于2 000套。各種規格的錨具在進場時均應有材質證書及探傷報告等技術證件，首批應進行靜載錨固性能、錨板強度的進場檢驗。錨具生產廠家應提供“三匹配”:鋼絞線直徑與張拉限位擋板槽深、喇叭口直徑與預埋膠管管徑、回縮量與外露量的匹配。限位擋板和工具錨應采用同一生產廠的配套產品，不得使用不同生產廠的產品，工具錨和工作錨不得互相替代使用。預應力錨、夾具要靜載錨固性能可靠，承載能力足夠和適用性優良，使用前應進行外觀、硬度檢驗。

1.3 張拉設備的質量控制

根據張拉所用千斤頂和鋼絞線的聯結關系，分為穿心式千斤頂和牽卡式千斤頂。在預應力張拉過程中使用的千斤頂應滿足以下要求:千斤頂性能良好，使用過程中不得出現漏油現象，張拉千斤頂噸位應在錨外張拉控制力的1.25～1.5倍，最大行程不得小于預應力筋的伸長量加初始張拉時預留行程量。千斤頂必須與計量檢定合格的壓力表配套標定、配套使用，與校準線性回歸方程對應的相關系數不小于0.999 9。千斤頂校準周期應符合下列規定之一:千斤頂首次使用前必須經過校準，千斤頂使用限期一個月或張拉作業達200次，千斤頂漏油或拆修等，均需重新配套標定。千斤頂的校正系數應在1.0～1.05之間，如校正系數大于1.05則重新校正。

與千斤頂配套使用的壓力表宜采用防振型，其精度等級不低于1.0級。按千斤頂面積計算量程，應在工作最大油壓的1.25～2.0倍之間，一般最大量程為60 MPa，表盤最小刻度值應為0.5 MPa，表盤直徑不小于150 mm。宜采用精密壓力表。壓力表使用前應經國家計量管理部門進行計量檢定。油壓表的檢定/校準周期應符合下列規定:①1.0級壓力表檢定周期為一周，0.4級壓力表檢定周期為一個月(每周自行校準);②壓力表用于張拉作業達200次;③更換液壓油規格、超過允許偏差、發現異常故障時。張拉壓力表自校準應具備:活塞壓力計+標準母表+標準砝碼(用母表校準張拉表;以砝碼督察母表)。

張拉油泵性能必須良好。若兩端對稱同時張拉，則兩端的張拉油泵的型號、規格、性能必須一致。張拉油泵額定油壓為使用油壓的1.4倍，油泵容量不得小于張拉千斤頂總輸出油量的1.5倍。

為確保張拉質量，宜采用最新研發的符合《后張梁自動張拉系統技術條件》的自動張拉設備。

2 張拉工藝方面的質量控制

2.1 張拉工藝控制

預應力張拉是預應力橋梁預制的關鍵工序。在施加預應力前應委托有資質單位進行管道摩阻和錨口、喇叭口摩阻的預應力損失測試，并由橋梁設計單位根據測試結果調整張拉應力。根據千斤頂與油壓表配套標定的回歸方程計算各級張拉油表讀數，還應根據實測摩阻系數、彈性模量計算鋼絞線理論伸長量。后張箱梁預施應力按預張拉、初張拉和終張拉三個階段進行，T梁按初張拉和終張拉兩個階段進行。終張拉前進行“三控”:混凝土強度、彈性模量、齡期(T梁14 d，箱梁10 d)，此三者必須達到設計要求方可張拉。另外，張拉前應對混凝土的澆筑質量進行檢查，若有輕微缺陷可先張拉后修補，但若有嚴重削弱截面的缺陷，如跨中區段存在明顯可見空洞或潛在空洞(列檢錘敲擊檢測)，必須先修補且強度達到標準要求后，才可張拉。同孔梁澆筑和張拉時間差應不超過6 d，尤其是4片式T梁，以保持徐變變形的一致。

在預應力鋼絞線的使用過程中，經常會發生在一榀梁上穿入兩批鋼絞線的情況，且兩批鋼絞線的線徑、彈性模量有較大差異，此時應做到批接口“三對應”:限位擋板槽深與線徑相對應，伸長量計算與彈模相對應，兩批鋼絞線實際穿入的孔道與指定的相對應。否則將會出現嚴重刮絲或實測伸長率與計算值不一致，甚至超標。多年來，批接口“三對應”及鋼絞線纏繞問題一直未引起橋梁界的重視，它是造成預應力損失的重要原因，同束各根鋼絞線應力相差過大，可能導致某一根拉到甚至超過屈服強度，發生“多米諾”破壞。

千斤頂安裝時，應做到“三同心”，即預應力孔道、錨具、千斤頂三者同心同軸。工具錨應與工作錨對正同心，工具錨與工作錨之間的鋼絞線不得錯位，扭絞。應采用兩端同步張拉，并左右對稱進行，最大不平衡束不應超過1束，張拉順序按照設計圖紙要求進行。開始張拉前應再次檢查工具夾片安裝是否牢固，夾片安裝完好即可開始預應力張拉。張拉時應做到“三同”，即兩端張拉油泵應同時開始、同速供油、同時達到設計張拉應力。預應力終張拉程序為:0→初應力(20% σcon)→σcon→持荷3～5 min錨固。

張拉過程中的“三控”:應力、時間、應變，以控制張拉應力(油壓表讀數)為主，以預應力筋總伸長值進行校核。張拉應力偏差不得超過±1%，兩端總實際伸長值與按進場檢驗鋼絞線實際彈性模量計算的理論計算伸長值的誤差不得超過±6%，兩端張拉不同步率按伸長量(大－小)/(大+小)計算應≤5%;同時保證在張拉控制應力σcon作用下持荷3～5 min后回油錨固。張拉后“三控”:滑斷絲率、夾片外漏及錯牙、鋼絞線回縮。在整個張拉過程中，嚴密注意鋼絞線及錨具滑絲情況，全梁斷絲、滑絲總數不得超過鋼絲總數的0.5%，且不得在同束、同側。若伸長量超過±6%，或一束內滑斷絲超過一根時均須采用整體退錨套筒進行退錨、重拉處理。錨固后夾片表面應平整，夾片外露不超過3 mm，錯牙差不超過1 mm。張拉完成后對鋼絞線做標記線，測量鋼絞線24 h的回縮量，每端鋼絞線回縮量不大于1 mm。張拉錨固24 h后測量無回縮，方可切除多余鋼絞線。鋼絞線割絲長度采取“雙控”:鋼絞線外露量為30 mm、鋼絞線端頭距梁端面≥40 mm，以保證力筋有足夠的保護層厚度。采用砂輪機切割，防止對錨具造成損害。嚴禁使用電氣焊切割。

2.2 張拉過程中引起預應力損失的原因

預應力張拉是橋梁生產的關鍵工序，而預應力損失是橋梁生產技術的核心，保證實存有效預應力符合設計要求，是橋梁生產質量控制的目標。若張拉環節控制不當，將增大預應力損失，而影響到最終的實存有效預應力，甚至危及到梁體抗裂性。常見的導致預應力損失的六大原因如下:①端模孔位不準確。加工、安裝所致孔位上抬，改變了合力中心，引起抗彎截面矩量值劇減。②預埋膠管不平順。管道上下/左右偏離設計位置，管道摩阻超出測試值及調整范圍。③喇叭口進漿不同心，鋼絞線與錨具不同心。折角產生錨口、喇叭口摩阻。④端模板錨穴的水平角和豎直角偏離設計角度，造成千斤頂與鋼絞線不同心，產生折角摩阻。⑤張拉限位擋板槽深不匹配引起刮絲或空放。⑥兩端張拉不同步，近似單端張拉，加大了管道摩阻。

3 張拉控制環節常見問題及解決措施

3.1 材料問題及解決措施

3.1.1 主要問題

1)同批鋼絞線彈性模量差值過大。

2)鋼絞線未執行批接口“三對應”，尤其是鋼絞線直徑與張拉限位擋板不匹配。

3)未特別設計、定制同心橡膠護套，造成錨墊板喇叭口進漿，預應力管道偏心，導致鋼絞線與錨具不同心，與錨板產生折角，增大了錨口摩阻。

4)端模板錨穴的水平角、豎直角偏差過大，造成張拉千斤頂與鋼絞線產生折角而不同心。

5)夾片使用鋼絲圈套聯，因經常發生鋼絲跳出溝槽，阻礙夾片跟進錨固，僅個別牙吃力，易造成夾片倒牙或刻斷鋼絞線。

6)錨墊板問題:①喇叭口長度不足，小口直徑不合格。如配套90型膠管直徑達105 mm，＞95 mm;且鋼絞線4°折角無法保證。②承壓板面積過小，造成梁端部壓應力過大，甚至塌陷進去。因承壓板面積過小而導致梁端側面錨下部位產生沿管道的縱向開裂。

3.1.2 解決措施

1)鋼絞線彈性模量:考慮到同束應力差，同束鋼絞線彈性模量差不能超出3 GPa。同批鋼絞線彈性模量差≤5 GPa(橋梁生產最新要求彈性模量(195±5) GPa，已列入新標準《高速鐵路后張梁》(報批稿))。

2)張拉錨具的槽深允差±0.05 mm。錨具生產廠家應提供“三匹配”:線徑與槽深、喇叭口與管徑、回縮量與外露量。特別強調槽深必須與本批實測鋼絞線直徑相對應，否則刮絲直接造成預應力損失。槽深、線徑進場檢驗，配套發放。夾片采用耐油橡膠圈套聯。錨墊板尺寸、重量嚴格執行CRCC錨具認證規則。

3)采用錨穴角度檢測儀對進場端模板錨穴的水平角、豎直角嚴格檢驗。

4)特別設計定制同心橡膠護套，且采用三色區分三種規格:φ90紅色、φ80黃色、φ70綠色，并安裝到位，嚴控喇叭口進漿。

3.2 設備儀表問題及解決措施

3.2.1 主要問題

1)張拉千斤頂噸位不符合張拉力的1.25～1.5倍的要求。

2)張拉油表問題:①使用非耐振型油表;②耐振型油表虧油量達1/3～1/2;③最小刻度(分度值)為1.0 MPa，視讀誤差大不符合標準要求;④標準母表拿出實驗室做靜載試驗等，之后未采取任何措施又直接用于張拉油表校準。

3)張拉油泵型號規格不一致，新舊程度不一致，維修換油不一致。

3.2.2 解決措施

1)按張拉力要求配備適宜噸位的千斤頂。一般應配置兩種規格的千斤頂，如250 t，350 t。

2)按前述規定選購適用、合格的張拉油表。

3)試驗、檢驗專用的儀器儀表等，如秤、母表等一般不應離開實驗室使用。

4)建議張拉使用0.4級油表，其分度值為0.2 MPa，可減小試讀誤差且使用壽命長。

5)保持油泵型號規格及設備狀態“三個一致”，為張拉同步提供條件。

3.3 計量問題及解決措施

3.3.1 主要問題

1)配套標定千斤頂用壓力環或傳感器的規格與實際張拉力不配套，缺少小(或大)噸位的傳感器。

2)使用0.4級油表未每周校準。

3)計量檢定區段與實際使用區段不對應。

4)標定千斤頂用壓力環或傳感器在有效期內使用過程中未進行“運行檢查”(定期校準)。

5)自校準分級過大。

6)活塞壓力計缺少標準砝碼裝置，張拉油表與標準母表直接對比，不具備標準母表校準功能。

3.3.2 解決措施

1)1.0級油表，須每周檢定一次;0.4級油表每月檢定一次，但必須每周校準。

2)張拉壓力表自校準應具備硬件(活塞壓力計+標準母表+標準砝碼)和軟件(檢定員證書)。

3)梁場未獲得當地計量管理部門普通壓力表的量值傳遞權，不得自行檢定。

4)用母表校準工作表，以砝碼督察母表。禁用無標準砝碼功能的活塞壓力計。

5)母表檢定有效期1年，但期間需用標準砝碼定期校準。母表禁止用于現場靜載試驗等。

6)當具備一定條件時，允許梁場對張拉千斤頂進行自校準。

7)加強計量管理，做好送檢計劃，不超期使用。

8)控制兩端伸長量相差不得大于5%，否則管道摩阻差別可能影響伸長量。特別強調理論伸長值的正確計算和實際伸長值的現場計算核對。

3.4 梁體問題及解決措施

3.4.1 主要問題

1)因水泥用量過低，致使早期強度偏低，不能保證10 d/14 d終張拉強度、彈性模量滿足設計要求。

2)彈模儀使用方法有誤。150 mm標距的頂針固定螺栓孔(粗牙間隙大)晃動，造成空隙“吃掉”變形，彈性模量試驗值失常。

3)強度試模變形造成強度測試不準，出現實際強度不足。

4)未使用列檢錘敲擊梁體跨中區段有無潛在空洞，存在質量風險。

5)因張拉設備、儀表不足等原因，造成同孔4片T梁的終張拉時間超過規定的6 d;張拉班組數量與日產量不匹配，致使同孔梁終張拉時間超過規定的6 d。

3.4.2 解決措施

1)彈性模量發展滯后于強度，故混凝土彈性模量控制生產周期。張拉前的“三控”依靠配合比保證。

2)配合比須保證在不利溫度(生產期間可能發生的最不利溫度)下的10 d/14 d的彈性模量，并保證臺座、模板數量、生產周期滿足施組及架梁要求。

3)水泥用量決定了早期強度。水泥用量宜360～380 kg/m3。箱梁、T梁有差別，T梁應略有增加。

4)鐵路橋梁業內規定:R終=fcu，k+σ。即:終張拉強度值=設計強度標準值+3.5 MPa。例如:箱梁C50齡期10 d時R終≥53.5 MPa，混凝土彈性模量Eh≥35.5 GPa。

5)張拉前指派專人使用列檢錘檢查跨中區段有無明顯可見空洞。

6)關注同孔梁澆筑、張拉的時間差，尤其是4片式T梁。當設計圖紙規定5 d，應按“就高”原則滿足高標準要求。

3.5 質量驗收問題及解決措施

3.5.1 主要問題

1)使用鋼絲套聯的夾片，造成外露量偏大，有的達到5 mm。

2)管道摩阻測試報告表明:鋼絞線(夾片)回縮量達7～8 mm，超出規定。

3)滑斷絲標記線每根鋼絞線僅劃了最外側的1絲。

4)張拉24 h后未查看滑斷絲情況。

5)錯用電焊切割鋼絞線。

6)鋼絞線切割，用砂輪機沿梁端面橫掃，最小處僅2～3 mm，保護層厚度嚴重不足40 mm，封錨混凝土易出現收縮裂縫，容易造成鋼絞線端頭的銹蝕，甚至降低使用壽命，危及運營安全。

3.5.2 解決措施

1)認真測量夾片“三量”，注重張拉限位擋板配套，防止槽深過大或過小，回縮量超標或刮絲。

2)認真畫好每絲回縮標識，24 h后需由專人仔細查看，鋼絞線內縮、滑斷絲超標，必須退錨重拉。

3)嚴禁使用電、氣焊切割。

4)無論何種圖紙，必須保證鋼絞線外露30 mm，預應力筋端頭保護層厚度不小于40 mm。

5)伸長量超標(±6%)，應使用整體退錨套筒退錨，竄動鋼絞線束后，重新張拉。嚴禁在同一夾片刻痕位置反復張拉。

4 結語

隨著我國客運專線的快速修建，為滿足橋梁抗裂性、剛度及100年使用壽命的要求，對橋梁預應力控制提出了更高的要求。如果預應力出現不足，直接影響到橋梁的抗裂性;剛度出現不足，直接影響高鐵的平穩性。混凝土耐久性及鋼絞線、預埋件的銹蝕問題，直接減少使用壽命。反之，如果預應力過大，可以滿足抗裂性要求，但很可能會出現較大的徐變拱度，直接影響到線路的平順，而客運專線以無砟軌道為主，使用期限內對橋梁變形的要求非常苛刻，徐變拱度過大將導致線路無法正常營運。因此，準確地控制預應力張拉值是非常必要的，同時，還應控制張拉階段的預應力損失，以確保有效預應力處在設計要求水平。本文從材料、設備及工藝三個方面，對保證預應力質量的控制措施進行了分析，并針對現場常見問題，給出了控制措施，以期為提高后張梁預應力張拉控制水平提供參考。

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(責任審編趙其文)

U448.35

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.06

1003-1995(2015)06-0020-04

2015-01-08;

2015-04-30

孫金更(1956—)，男，河北東光人，高級工程師，碩士。