現澆后張預應力混凝土結構施工常見病害與防治措施*

昆山交通發展控股有限公司 昆山 215300

采用預應力技術可以減少構件的截面尺寸，減少材料用量，降低結構自重，且具有節材、節能的優點，近年來在橋梁和建筑工程中得到了廣泛應用。但由于預應力施工專業性強，技術要求高，施工工藝復雜，需要專門的施工機具和專業的施工隊伍，而目前預應力施工隊伍技術水平普遍不高，加之監理單位、總承包及業主方等對預應力技術在工程中的重要性認識不夠，預應力施工過程缺乏有效監督，導致預應力施工質量隱患較多，且質量缺陷在施工完成后很難加以彌補，對預應力混凝土結構的安全性和耐久性將產生嚴重的影響，也給進一步推廣應用預應力技術帶來了障礙[1-3]。本文以昆山市中環快速化改造工程后張預應力施工中碰到的各種病害為例，提出了切實可行的預防和處理方法。

1 材料驗收階段病害與防治

1）預應力鋼絲、鋼絞線表面有浮銹、銹斑、麻坑等。

產生原因：

（1）鋼絲或鋼絞線出廠包裝時，未采取有效的防潮、防銹措施；

（2）運輸與存放過程中，鋼絲或鋼絞線盤卷包裝破損，遭受雨露、濕氣或腐蝕介質的侵蝕，易發生銹蝕；

（3）預應力筋在混凝土澆筑前穿入孔道，未采取有效防銹保護措施。

防治措施：

（1）每盤鋼絲、鋼絞線包裝時，加防潮紙、麻片等，用鋼帶捆扎結實；

（2）預應力鋼絲、鋼絞線運輸時，應采用篷車或油布嚴密覆蓋；

（3）預應力鋼絲、鋼絞線儲存時，應架空堆放在有遮蓋的棚內或倉庫內，其周圍環境不得有腐蝕介質；如儲存時間過長，宜用乳化防銹油噴涂表面；

（4）宜采用后穿束方案；當采用先穿束方案時，除對外露預應力筋采取有效防銹措施外，還應對預留孔道進行封閉，防止水分和潮氣進入孔道。

治理方法：

對于輕度銹蝕（銹斑）的預應力鋼絲和鋼絞線，應做力學性能試驗。試驗合格者，應采取除銹處理后方可使用；對不合格者，應降級使用或不得使用；對嚴重銹蝕（麻坑）者，不得使用。

2）預應力鋼絲、鋼絞線的抗拉強度、伸長率、反復彎曲次數（鋼絲）等有一項或多項指標達不到國家標準的要求。

產生原因：

（1）原材料的通條性能不好，強度偏低；

（2）鋼絞線捻制過程中出現捻損，根據統計計算捻損為鋼絞線破斷力的1.5%；

（3）生產過程中，中頻回火的溫度達不到工藝要求，低于380 ℃±5 ℃，有殘余應力存在，影響其塑性、韌性性能。

防治措施：

（1）加強原材料和半成品鋼絲的質量檢驗；

（2）加強生產過程中工藝操作管理；

（3）按規定、按批量對產品進行認真檢查與試驗后，方可出廠。

治理方法：預應力鋼絲、鋼絞線進場后，按現行規范規定進行抽樣，送有資質的檢測機構進行試驗。如有一項試驗結果不符合國家標準的要求，則該盤鋼絲或鋼絞線為不合格品，并從同一批未經試驗的盤中再取雙倍的試樣進行復驗，如仍有一個指標不合格，則該批鋼絲或鋼絞線為不合格產品，或逐盤試驗，取用合格品。

3）波紋管材質及制作質量較差，徑向剛度和抗滲漏性能均不滿足現行規范要求，在安裝和澆筑混凝土時易變形和破損，產生漏漿導致孔道堵塞（圖1）。

圖1 波紋管變形

防治措施：嚴把波紋管的進貨質量關，選擇質量信譽優良的生產廠家的產品，驗收時除檢查出廠合格證和出廠檢驗報告外，還應對其質量按現行規范要求進行復驗，不合格產品不能進場使用。

4）鋼絞線張拉時或錨固后，錨環或夾片出現裂紋或碎裂，造成預應力效應降低或消失，嚴重的還會發生碎片飛出傷人事故。

防治措施：嚴格按現行規范和標準要求對錨夾具進行外觀檢查、硬度檢查和靜載錨固試驗，杜絕不合格產品進場使用。張拉過程中如發現錨環或夾片開裂，應停止張拉并退錨，待更換新的錨環或夾片后重新張拉。

2 安裝階段病害與防治

1）預應力曲線孔道豎向坐標不到位。在實際施工中，檢查孔道曲線豎向坐標時經常遇到跨中處坐標偏高、支座處坐標偏低的現象，這樣會減少預應力束的力臂，降低構件的承載力和抗裂性能。

防治措施：

（1）在設計圖會審期間，應復核曲線預應力筋的坐標高度是否會引起波紋管與梁鋼筋相沖突，并繪制波紋管與梁鋼筋排列詳圖；

（2）在預應力施工前，應將預應力筋曲線坐標圖、支座（跨中）處鋼筋與預應力筋孔道排列圖發給現場施工人員。并加強施工期間的監督檢查，嚴格按圖紙施工。

2）波紋管接頭不規范，或接頭搭接長度過短，波紋管與錨墊板喇叭口接頭處，灌漿孔及排氣孔連接處密封不好，波紋管銹蝕或出現電火花熔洞，均會造成波紋管在混凝土澆筑時漏漿，堵塞孔道。

防治措施：認真做好錨口處、管身連接處、灌漿口及排氣孔連接處的密封工作。在波紋管附近焊接時，必須做好對波紋管的防護措施。

3）預應力預埋孔道軸線與錨墊板不垂直，預埋波紋管線形不平順、形成彎曲折角等現象。

防治措施：

（1）預埋管道和錨墊板應按設計規定的坐標進行定位，當預埋管道和錨墊板與普通鋼筋相沖突時，應調整鋼筋的位置，端部錨墊板與預埋管道接頭應仔細對中，確保管道軸線與錨墊板相垂直；

（2）錨墊板與預埋管道定位后應固定牢靠，確保混凝土澆筑過程中不產生移動。

4）無黏結預應力筋護套有破損，其兩端與錨墊板連接處有裸露現象，張拉端沒有防護措施或防護措施達不到全密封要求，影響無黏結預應力筋的耐久性。

防治措施：

（1）無黏結預應力筋在裝卸和鋪設過程中如有破損，應及時用防水膠帶修補；

（2）無黏結預應力筋與端埋件組裝時，必須用塑料套管或黏膠帶嚴密包纏，防止水分進入護套；

（3）在張拉后的錨具夾片和無黏結預應力筋端部，應涂滿防腐油脂，并套上塑料帽達到全密封的要求。錨頭封閉后的凹口應采用微膨脹細石混凝土密封。

3 張拉事故與防治

1）張拉設備未進行定期的保養和檢修，張拉設備使用混亂，未經標定、檢驗或超期使用，隨意配套組合使用，造成張拉力不準確，影響結構的承載力。張拉力過大，也會埋下預應力筋在運行中應力過大、突然破壞的隱患。

防治措施：

（1）張拉千斤頂與壓力表要編號配套標定，標定期限不宜超過半年。在使用過程中，一旦某種設備發生故障，需要更換時，仍須再行配套標定。

（2）凡經配套標定的張拉設備，必須配套使用。不許隨便更換、隨意搭配組合使用。

2）張拉伸長值超過了允許偏差范圍。

產生原因：

（1）預應力筋理論伸長值計算時，計算參數如彈性模量Ep、截面面積Ap或孔道摩阻k、μ值與實測值相差較大，導致理論伸長值計算結果不準確；

（2）孔道成孔質量較差，加大了孔道實際摩擦阻力，導致預應力筋實測伸長值偏小；

（3）張拉設備與壓力表未按規定進行配套標定或標定期限失效，導致壓力表讀數不準確；

（4）實測伸長值量測或計算有誤差。

防治措施：

（1）理論伸長值計算時，預應力筋彈性模量Ep、截面面積Ap及摩阻k、μ值應采用實測值；

（2）加強成孔階段和混凝土澆筑過程的質量控制，確保預埋孔道流暢、不漏漿、不堵孔等；

（3）加強對張拉設備的管理，千斤頂與壓力表應配套標定且在有效期內；

（4）張拉操作人員應加強責任心，讀數應準確無誤，對有懷疑的數據要復查糾正。

3）預應力筋張拉時，預應力鋼絲和鋼絞線發生斷絲和滑絲，使得構件的預應力筋受力不均勻或使預應力筋的有效應力達不到設計值，影響結構安全（圖2）。

圖2 鋼絞線發生斷絲

防治措施：

（1）在預應力筋張拉過程中如發生異常響聲、壓力表劇烈抖動等異常現象，應及時停止張拉，并緩慢回油，再進行仔細檢查。如發現工具錨滑絲，應拆換工具錨；如果系工作錨滑絲或破損，必須卸荷并將已滑絲的夾片取出；如發現預應力筋有嚴重損傷，應更換新束。

（2）后張預應力構件同一截面內，若斷絲量不超過總量的3%，可繼續緩慢張拉錨固；若超過3%，則應換束重新張拉。

4）預應力筋張拉時，錨固區混凝土爆裂（圖3）。

圖3 錨固區混凝土爆裂

防治措施：

（1）提高錨固區混凝土澆筑和振搗質量，混凝土強度達到設計值后方可進行張拉；

（2）嚴格按圖紙要求施工，保證錨墊板的位置和方向正確，局部承壓鋼筋數量和位置準確、綁扎牢固；

（3）錨固區混凝土爆裂后，鑿除端部損壞的混凝土，放置足夠的局部承壓鋼筋，再用高強度等級的細石混凝土澆筑并振搗密實。

5）現場操作人員未按施工方案的張拉順序進行張拉，使構件或整體結構受力不平衡，造成構件側彎、扭轉或起拱不均等異常變形或出現有害裂縫，嚴重時會使構件失穩。

防治措施：

（1）根據對稱張拉、受力均勻的原則，在施工方案中明確整體結構的張拉順序與單根構件預應力筋的張拉次序及張拉方式；

（2）張拉前應作好施工交底，操作人員應嚴格按照施工方案要求施工；

（3）質檢人員應加強現場的質量監督。

6）在預應力筋改變方向處，會產生局部橫向力，使混凝土出現裂縫、撕裂甚至出現預應力筋崩出現象。

防治措施：

（1）預應力混凝土構件在預應力筋改變方向處應加密箍筋或增加附加鋼筋以控制裂縫；

（2）對預應力混凝土曲梁，由于預應力筋張拉時在梁內側產生徑向壓力，因此必須在梁腹內設置防崩裂的構造鋼筋。

7）預應力混凝土結構施工階段出現裂縫。此類裂縫種類較多，成因不一，有未張拉拆除梁底支撐產生的裂縫，也有因構造設計不當，張拉后出現的裂縫等。

防治措施：

（1）對每種裂縫進行仔細分析，找出裂縫形成的原因，然后采取對應的措施；

（2）裂縫處理：凡裂縫寬度超過0.10 mm，都要進行修補。對寬度小于0.15 mm的微裂縫，可采用環氧樹脂進行封閉處理；對寬度0.15～0.30 mm的裂縫，可采用開槽填補法，將裂縫鑿成V形口，嵌入環氧膠泥或乳膠水泥，再抹環氧砂漿找平；對寬度大于0.30 mm的裂縫，可采用環氧樹脂漿液進行壓力注漿；

（3）對結構性裂縫寬度較大、數量較多的構件，應采用加固措施確保構件的安全性。

8）無黏結預應力筋張拉錨固時，承壓鋼板發生凹陷，張拉力下降，預應力損失大甚至失效。

預防措施：

（1）預應力筋張拉前，應提供混凝土試件強度試驗報告，合格后方可進行張拉；

（2）單孔承壓鋼板的尺寸不小于80 mm×80 mm，厚度不小于12 mm，多孔鋼板的厚度不宜小于14 mm；

（3）檢查內埋式承壓鋼板的埋設情況，承壓鋼板之間不得重疊，并要有可靠固定；

（4）梁板端模要密合并釘牢；混凝土振搗要適度，以確保密實；

（5）預應力筋張拉前，應檢查承壓鋼板后面的混凝土質量，如有空鼓現象，應及時修補。

9）在張拉時或錨固過程中，鋼絞線突然從千斤頂的工具錨夾片中、張拉端錨具中或固定端夾片錨具中滑脫，造成夾片損壞，或夾片飛出，應力消失。

防治措施：

（1）不同體系的夾片和錨具，不得混用；

（2）內埋式固定端不得采用夾片錨具，以防止鋼絞線滑脫；

（3）安裝錨具前，應清除鋼絞線夾持段的表面浮銹和塵砂；

（4）保持夾片和錨板的表面干凈，不得沾有砂土等雜物；對工具錨夾片，應經常將齒槽清洗干凈；

（5）夾片的齒型不得有任何缺陷，夾片安裝時應采用套管打緊，縫隙均勻，并外露一致；

（6）選用合適的限位板及限位槽深；

（7）張拉錨固時，千斤頂應緩慢卸壓，使鋼絞線帶著夾片緩慢楔緊。

4 孔道灌漿病害與防治

1）澆筑混凝土時，波紋管孔道漏漿導致孔道堵塞。

防治措施：

（1）對后穿筋的孔道，在混凝土澆筑過程中及混凝土凝固前，可用通孔器通孔或用水沖孔，及時將漏進孔道的水泥漿散開或沖出；

（2）對先穿筋的孔道，應在混凝土終凝前，用倒鏈拉動孔道內的預應力筋，以免水泥漿堵孔；

（3）如波紋管孔道堵塞，應查明堵塞位置，鑿開疏通。對后穿筋的孔道，可采用細鋼筋插入孔道探出堵塞位置。對先穿筋的孔道，細鋼筋不易插入，可改用千斤頂從一端試拉，利用實測伸長值推算堵塞位置。試拉時，另一端預應力筋要用千斤頂楔緊，防止堵塞砂漿被拉裂后，張拉千斤頂飛出。

2）孔道灌漿不通暢，另一端灌漿排氣管不出漿或排氣孔不冒漿，灌漿泵壓力過大（＞1 MPa），這樣易造成灌漿槍頭堵塞。

防治措施：

（1）灌漿前檢查灌漿排氣管（孔）是否通暢，如有堵塞，設法疏通后方能灌漿；

（2）灌漿過程中如出現預應力孔道堵塞，應設法更換灌漿口再灌入，但所灌的水泥漿數量應能將第1次灌入的水泥漿和第2次灌入水泥漿之間的氣體排出；

（3）如上述治理方法實施困難，應在孔道堵塞位置鉆孔，待孔道完全疏通后方可繼續灌漿。

3）孔道灌漿不密實，使預應力筋與混凝土間不能有效粘結，影響預應力結構的耐久性。

防治措施：

（1）孔道灌漿是后張有黏結預應力施工的關鍵工序，不僅需要采用泌水率小、流動性能好的灌漿材料，而且需要使用性能好的高速攪拌制漿設備和灌漿設備，另外還需經過專業培訓的熟練工人按照嚴格的工藝流程進行施工操作以及質量監督人員的旁站監督，方能實現灌漿密實的效果；

（2）灌漿后應從檢查孔觀察灌漿的密實情況，如孔道內月牙形空隙較大（深度＞3 mm）或有露筋現象，應及時用人工補漿。

（3）對灌漿質量有懷疑的孔道，可用沖擊鉆打孔檢查；如孔道內灌漿不足，可用手動泵補漿。

5 結語

后張預應力施工過程包括材料進場驗收、制作與安裝、混凝土澆筑、預應力張拉、孔道灌漿等幾個主要工序，質量缺陷可能出現在任一工序中，且上一工序的質量缺陷在下一工序中很難進行彌補。事實證明預應力施工質量缺陷會對工程的安全造成嚴重的后果，因此應樹立預應力施工質量全過程控制的理念，重點在事前預防、事中加強質量檢查和控制，使每一階段的質量缺陷消失在萌芽中，這樣才能取得事半功倍的效果，才能確保工程的安全性和耐久性[4-6]。