體外預應力混凝土橋梁的施工質量問題淺析

劉雷雷 （安徽省海通建設集團有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引 述

體外預應力技術具有十分獨特的優點，正廣泛應用于新橋梁建設，同時也應用于舊有的混凝土結構的重建、加固及維修。然而，其在實際運用和發展中也會遇到一些問題，如橋梁設計欠妥問題、結構耐久性問題以及施工工藝和質量問題等，需要進行嚴格的控制。

1 體外預應力混凝土橋梁設計注意事項

橋梁規范對混凝土和鋼材的強度、截面的受壓區高度限值、承載能力（強度）、裂縫和撓度指標、施工期和運營期截面的應力控制均有明確的要求和規定，應逐一滿足。隨著計算機技術的發展，對于大跨預應力混凝土橋梁應多采用空間計算分析軟件進行分析，同時加強對計算結果的分析判斷能力。

許多設計人員設計時習慣簡單模仿，造成結構方案、結構尺寸和構造措施的不合理。而橋梁規范實際上給出的是最低要求，且具有一定的時效性和局限性，不可能將各類橋梁在設計中遇到的或可能遇到的問題都能給予明確的答復，具體設計時應根據結構的具體情況和計算分析結果具體處理。

混凝土的收縮徐變效應本身較難正確估計，實際施工時又常過于追求進度，導致混凝土的早期徐變增大且彈性模量的增長滯后于強度的增長，各種外摻劑混用、濫用，施工控制和施工養護不當，預設立模標高不足，混凝土材料強度不足或材料變異太大，超方現象嚴重，預應力損耗和失效過多等等，都為預應力混凝土橋梁出現病害埋下伏筆，也嚴重影響到結構的耐久性。設計時也宜適當考慮這些超出設計范疇的實際現狀，適當加強關鍵部分強度并對材料及施工工藝提出嚴格要求。

2 預應力材料耐久性問題及解決方案[2]

在使用過程中，橋梁受到自然因素（物理化學腐蝕等）、荷載因素（重力、風、地震等）以及人為因素（前期施工缺陷、超載等）的影響。橋梁結構材料力學性能不斷退化，橋梁各部分構件不同程度損傷和劣化，這些橋梁的老化現象統稱為橋梁的耐久性問題。

預應力混凝土結構的耐久性問題除了混凝土的堿一集料反應、凍融循環、硫酸鹽侵蝕和鋼筋的腐蝕（一般基于混凝土的碳化及氯離子侵蝕）等與普通混凝土結構類似的破壞之外，還包括錨具和埋設件的腐蝕、預應力鋼筋中的高應力引起腐蝕乃至應力腐蝕破斷等特有的破壞形式。體外預應力技術在早期由于體外索的防腐問題尚未解決,致使橋梁的維修、養護費用很高,從而阻礙了體外預應力橋梁的發展。如今體外索的防腐措施有了較大的改進,國內外目前常用的防腐方法有以下幾種。

①無套管鋼束表面防腐法,即在裸露預應力束上鍍鋅和涂環氧樹脂。這類方法適用于干燥、周圍無腐蝕性氣體的環境。

②套管加填充材料防腐法。此法是在索的外面加套管,待張拉完預應力筋后,在套管內壓注填充材料。套管常用鋼管和高密度聚乙烯管,填充材料常用水泥漿或黃油石蠟等軟材料。因此現在常采用此法防腐。

③采用單股無粘結鋼絞線或鋼絲束。這種方法是直接用工廠生產的單股無粘結預應力筋作體外束,靠無粘結筋的套管和填充料防腐。

④CFRP材料的應用，CFRP材料具有很好的耐腐蝕性,在橋梁等結構工程的應用正愈來愈受到人們的關注。CFRP作為結構增強材料能增加高速公路橋梁的服役期限,并相應地減少與建造有關的安全和每年的維修費用。

針對耐久性問題的建議：加強預應力橋梁結構耐久性研究，主要包括結構在使用過程中性能受到弱化的原因和其發生的機理、規律等。工程設計人員也應建立耐久性設計思想，充分考慮到現階段的施工、管理水平和材料工藝水平，不斷提高施工管理水平和施工質量。在施工時，要做到工藝先進可行、工序嚴格控制。要解決橋梁耐久性問題，還應加強對使用階段的管理和維護，要充分考慮超載對于預應力橋梁結構耐久性的影響，如加強對車輛超載的管理，定期對橋梁進行檢查等。

3 施工質量問題

①張拉階段初應力的不足，使有效預應力難以按設計要求建立對于預應力鋼束的張拉程序和初應力的建立問題，施工規范中雖然給出了初應力大小的范圍，但這僅僅是一個范圍，在實際的張拉操作中，應依據實際情況進行取舍。②濫用超張拉方法，會使結構處于不安全的狀態。而對預應力混凝土結構而言，最重要的是如何在結構中建立準確的、符合設計要求的有效預應力值。在近年來的工程實踐中，有不少工程技術人員不論工程采用何種預應力體系、何種材料和機具設備，為了保險起見，一律采用超張拉方法，對張拉時的控制應力采取了一種“寧大勿小”的錯誤做法，往往使預應力筋在承受使用荷載時經常處于過高的應力狀態，破壞前沒有明顯的預兆，即產生脆性破壞，將嚴重危及結構的使用安全，另一方面，如果控制應力過大，會導致結構的反撓度過大或張拉區出現裂縫，對結構同樣也是不安全的。③鋼絞線滑絲、斷絲。④橋梁裂縫。

4 施工及質量控制要點

4.1 施工控制[5]

4.1.1 施工控制的內容

預應力混凝土橋梁的施工控制包括結構變形控制、結構應力控制和結構穩定性控制。變形控制就是嚴格控制每一節段的豎向撓度及其橫向位移，保證成橋后的線形趨于設計線形；內力控制則是控制主梁在施工過程中以及成橋后的應力，尤其是合攏時的控制，使其不至過大而偏于不安全，并符合設計要求。橋梁的穩定性不僅包括橋梁的穩定計算，還包括施工各階段結構構件的局部和整體穩定。

4.1.2 施工控制要點

施工要點包括：①結構參數。結構參數是結構施工模擬分析的基本資料，會直接影響分析結果的準確性。結構參數主要包括：結構構件截面尺寸、結構材料彈性模量、材料容重、材料熱膨脹系數、施工荷載和預應力或索力等。②施工工藝。施工的好壞直接影響控制目標的實現。③施工監測。監測是橋梁施工監控的最重要手段之一。監測包括應力監測、變形監測。④結構計算分析模型。⑤溫度變化。溫度變化對橋梁結構的受力與變形影響很大，這種影響隨溫度的改變而改變。⑥材料收縮、徐變。

4.2 質量控制[1]

4.2.1 混凝土澆筑質量控制

混凝土的澆筑質量是保證橋梁耐久性的主要因素之一。必須注意加強混凝土的養護，保證混凝土達到設計強度，同時具有良好的和易性以及良好的質量均勻性。

可采取如下具體措施：①控制水泥用量，選用優質水泥；②降低水膠比；③限制混凝土中的氯離子含量；④限制氯離子的滲透速率；⑤提高混凝土保護層厚度；⑥增加混凝土表面涂層。

4.2.2 預應力鋼筋質量控制

增強預應力鋼筋的防護力和耐久性。首先，盡量避免采用含有對應力腐蝕敏感的金屬材料。其次，應盡量減少應力集中和避免積存腐蝕介質，減少介質的腐蝕性，添加緩蝕劑，采用保護層和陰極保護。在預應力鋼筋的加工制作和張拉施工中，注意采取適當的措施控制和減少預應力筋的應力損傷腐蝕。

4.2.3 預應力錨具質量控制

預應力筋用錨具、夾具和連接器應具有可靠的錨固性能、足夠的承載能力和良好的適用性，并應符合現行國家標準《預應力筋錨具、夾具和連接器》的要求。

4.2.4 預應力張拉質量控制

準備工作：體外預應力筋安裝過程需要多次轉向，是工藝難點。穿束前將鋼筋編束后整體穿入無縫的保護鋼管內；穿束時，理順鋼筋束排列，保持平行走向以防止互相扭絞，并每隔2～3m用鐵絲綁扎好；穿束順序是先固定端后張拉端。

注意要點：應等混凝土達到設計要求的強度后才張拉預應力，減小預應力損失及裂縫病害。其次要嚴格按照國內外相關規定，如跨度大于30m的預應力橋梁，要求采用兩端對稱張拉工藝。這樣才能保證跨中有效預應力和抵抗彎矩的建立，否則產生正截面裂縫。再者要避免盲目的超張拉，應根據梁的跨徑合理的選擇初應力及張拉控制應力。

步驟如下：①張拉前檢查混凝土抗壓強度，張拉時嚴格按照設計要求和有關規范執行。張拉采用雙控，即應力控制和伸長量控制。②施工中如因千斤頂工具式夾片磨損造成夾持不緊，出現滑絲，處理方法為壓力機立即回油，更換工具式夾片，檢查錨具錐孔與夾片間是否有雜物，清除錨墊板喇叭口內混凝土重新張拉。如果仍有滑絲現象，則應對鋼絞線、錨具進行重新檢測，對千斤頂油壓表進行重新標定，確保萬無一失。③張拉過程中隨時觀測梁的上拱度和梁體的側向變形，避免梁體變形過大而產生裂紋，并及時觀測各項數據。

4.2.5 轉向塊安裝質量控制

體外預應力混凝土結構的預應力筋必須通過轉向塊改變方向,從而形成預應力折線配筋。在轉向塊與預應力筋的接觸區域,由于摩擦和橫向力的擠壓作用,如果轉向塊設計不合理或構造措施不當,預應力鋼材容易產生局部硬化和摩阻損失過大。轉向塊的設計要求預應力筋在折角點的位置必須高度準確(避免產生附加應力),轉向塊在結構使用期內也不應對預應力鋼材有任何損害。體外束通過折角點產生集中荷載,這個荷載應能通過轉向塊安全地傳遞至混凝土結構。

5 結 語[4]

工程實踐表明，采用體外預應力技術加固舊橋和建設新橋是非常有效的，其具有加固、卸載及減小結構內力的作用；自重增加少，施工簡單，工期短，經濟效益明顯而且施工過程不中斷或少中斷交通；對原結構損傷小，不影響橋下凈空而且應力可調整，預應力束可更換。

我們應從橋梁試驗、設計、計算程序編制、結構加固等方面對其深入研究。需在設計理論和施工方法、設計規范、預應力材料、施工技術上不斷完善，為體外預應力橋梁技術在國內的推廣應用打下堅實的基礎。

[1]楊和禮.土木工程施工[M].武漢：武漢大學出版社，2004.

[2]胡佐平，盛瑜暉，海鈞.預應力混凝土橋梁質量控制及其耐久性研究[J].山西建筑，2010(9).

[3]謝慕龍，曹星亞.淺談預應力混凝土橋梁應用及發展[J].公路橋梁，2010(13).

[4]孫寶俊,周國華.體外預應力結構技術及應用綜述[J].東南大學學報(自然科學版),2001(1).

[5]楊宗放.現代預應力混凝土施工[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.