淺談懸澆連續梁預應力工程施工技術

周生年

（滬昆客專浙江公司，浙江 杭州 310000）

1 鐵路系統預應力混凝土橋梁發展現狀

據公開的資料顯示，近幾年新建成的鐵路，橋梁工程占線路長度70%-80%間，占比非常的大，橋梁上部結構一般地段采用32 米單室簡支預應力箱梁，跨河流、公路、鐵路的跨越工程通常采用懸臂澆筑混凝土預應力連續梁，而且跨度越來越大。懸臂澆筑混凝土橋梁的關鍵就是預應力工程施作和控制，它的施工質量的優劣關系到整座橋梁的成敗和使用壽命，鑒于預應力工程各單位間，鐵路、公路行業間各有特點，本文以鐵路懸臂澆筑混凝土連續梁施工為對象基礎，介紹預應力施工技術的特點，探討有關質量問題以及控制措施。

2 懸臂澆筑混凝土連續梁預應力施工技術

懸臂澆筑混凝土連續梁預應力施工技術，是通過預埋管道、穿筋、張拉、灌漿等工序為混凝土結構建立預應力以滿足設計和使用要求。其原理是通過張拉預應力筋，在混凝土構件中產生預壓應力，張拉完后灌漿，使預應力筋與混凝土可靠粘結，充分發揮材料強度并使所建立的預壓應力有更好的保障。其特點是可以充分發揮鋼筋抗拉特性和混凝土的抗壓特性，節省材料。鐵路懸臂澆筑混凝土連續梁根據跨度不同設置有縱向、橫向、豎向預應力筋，橫向預應力筋采用偏管穿鋼絞線預埋，單向張拉，豎向預應力筋采用鐵皮管穿精軋螺紋鋼預埋，單向張拉。本文主要介紹縱向預應力筋的施工技術和質量控制措施。

2.1 縱向預應力筋張拉施工工藝流程

2.2 懸臂澆筑混凝土連續梁縱向預應力施工控制要點

1） 準備工作就位，準備工作包括作業指導書的編制，班組人員組織培訓，使用材料的檢驗檢測，使用設備的檢測標定等。

2） 縱向預應力筋及其管道的安裝：縱向預應力波紋管安裝要求一是定位準確，二是安裝牢固不能在澆筑混凝土時發生移位，三是管道中心線與錨墊板垂直中心一致。波紋管固定采用坐標定位，￠8“井”字鋼筋直接掛在主筋上，然而用電焊將“井”字鋼筋點焊固定，定位筋間距控制在0.5 米，在管道彎曲處，加密固定筋間距至0.3 米，“井”字鋼筋內徑比波紋管外徑大3-5mm，確保波紋管不能上、下、左、右移動，并確保波紋管順直、圓順無死彎，波紋管中心線與錨墊板垂直中心一致，波紋管接長采用同向套接接長，接頭管采用大一號的同型波紋管，接頭管長度不少于30cm，波紋管安裝完成后穿入PE 內襯管，內襯管的直徑比波紋管內徑小3～5mm，放入波紋管后長出50cm 左右，在終凝后將內襯管拔出。

縱向預應力波紋管安裝中還要注意：①波紋管的檢查：波紋管使用前應進行認真的檢查，是否存在破損，檢查波紋管端頭是否有毛刺、 卷邊、 折角，發現損傷無法修復的禁止使用。②錨墊板的安裝：錨墊板在安裝時，壓漿孔應向上，波紋管插入錨墊板中，波紋管與錨墊板同心，錨墊板端口應用海棉或者棉紗堵死，壓漿嘴用棉紗堵死。③波紋管的接頭：波紋管接頭管應將2/3 部分即約20cm 左右放入本次澆筑的混凝土中，另外1/3 露出本次澆筑的泥凝土以外，波紋管接頭要用塑料膠帶纏繞以免在此漏漿，如果接頭管外露10cm 被破壞，接頭需用水泥砂漿封堵密實。④排氣孔道的安裝，為了保證壓漿質量，在管道中部間隔一定間距增設了三通管排氣，排氣管安裝一般在管道最高處，跨中等部位。

3） 穿束

鋼絞線下料，下料長度根據預應力筋長度加兩端工作長度確定，鋼絞線切割使用砂輪機切割，禁止使用氧氣切割

現場穿束可以一根一根地穿，也可以整束穿，視現場條件而定。鋼絞線下料時切割頭用鐵絲綁扎，防止散頭而導致穿束困難。整束穿需將整束鋼絞線理順編號綁扎防止扭結緾繞。

4） 張拉

預應力張拉時混凝土強度要求。TB10424-2018t 第7.4.2條規定，后張法預應力筋預張拉或初張拉時，混凝土強度符合設計要求，設計無要求時，混凝土強度達到設計強度的80%。現場操作一般張拉時控制標準為：混凝土強度達到設計強度的95%，彈性模量達到設計值的100%，且齡期大于5天。

張拉程序。張拉程序應當符合設計要求。不同類型的預應力筋和不同類型的錨具，張拉程序稍有不同，如張拉鋼筋、鋼筋束，張拉時需要超張拉達1.05σK，采用普通松弛鋼絞線作為預應力筋時超張拉1.03σK，鐵路連續橋梁通常采用低松弛的鋼絞線和自錨式夾片，其張拉程序按0→20%σK→100%σK 控制。錨具不同、采用預應力筋不同，張拉程序不完全一樣，張拉前一定要熟悉圖紙，掌握張拉程序。

張拉控制應力σK。鐵路系統設計圖中張拉控制應力σK，是有效預應力加上了根據理論測算的管道摩阻力、喇叭口摩阻損失和錨具摩阻損失。施工中正式張拉預應力筋前需要進行管道摩阻試驗和喇叭口摩阻、錨具摩阻試驗，經過試驗得出預應力損失值與設計中根據理論測算的損失值進行對比，如果試驗值與設計值偏差過大（±5%） 就需要報設計院進行調整張拉控制應力σK。錨固束中標注X 的為測試束，管道測試的主要目的是確定管道偏差系數k 和管道的摩擦系數μ，試驗采用兩臺壓力傳感器，分級測試預應力束張拉過程中主動端與被動端的荷載，通過線性回歸確定管道被動端和主動端荷載的比值，利用二元線性回歸方法確定預應力管道的管道偏差系數k 和管道的摩擦系數μ 值。錨口與喇叭口摩阻試驗在試件上進行。管道摩阻試驗與喇叭口試驗、錨具試驗一般由專業的試驗單位實施。

張拉控制。預應力筋張拉采用張拉力與伸長量雙控制，以張拉力控制為主。張拉到20%σK 測量鋼絞線的伸長量△L2，張拉到100%σK 時持荷2 分鐘，測量鋼絞線伸長量△L1，計算實際伸長量△L=（△L1-△L2） ∕0.8，鋼絞線實際伸長與理論伸長量相比，超過±6%時，根據規范需要查找原因，采取相應措施。

預應力筋的理論伸長量根據公式△L= (PP×L) ∕(AP×EP)計算，PP為預應力筋平均張應力，AP為預應力筋截面面積，EP為預應力筋彈性模量。

預應力筋平均漲應力PP的計算，

根據公式PP=P [1-e-（kx+μθ）] ∕(kx +μθ)。

張拉要做到三同心兩同步：錨墊板與管道同心（這步在管道安裝時實現） 錨具與錨墊板同心，千斤頂與錨具同心（這二步在安裝張拉設備時控制），兩同步是指張拉，左右對稱的預應力筯同時進行張拉和預應力筋的兩端同時張拉（指兩端張拉的預應力筋）。

張拉順序：先腹板束，后頂板、底板束，從外向內左右對稱雙向張拉，同一節段按縱—豎—橫順序進行。

5） 壓漿

預應力筋張拉后，孔道應盡早壓漿，壓漿應在預應力終張拉后24 小時內完成。

壓漿前應將管道內雜物用水沖洗干凈，沖洗后用壓縮空氣將積水吹凈，清除錨墊板上的雜物浮漿。

壓漿漿體的強度、流動度、凝結時間、泌水率、膨脹率、含氣量等符合設計要求和相關標準的規定，同配合比，同工藝每作業班至少檢驗一次。水泥漿試件，在現場隨機抽樣制作，每工作班至少留置一組（6 塊） 標準養護試塊，必要時增加一組同條件養護試塊，強度必須達到設計要求。壓漿漿體水膠比低于本體混凝土，不大于0.35，組成漿體的水與水泥經檢測滿足質量要求。同一管道壓漿必須連續一次完成，漿體開始拌制至壓入孔道時間需要控制，一般控制在40分鐘以內，時間過長會導致漿體流動度降低，禁止為了增加流動度在過程中加水。

壓漿宜采用真空輔助壓漿工藝，壓漿先壓下層孔道，縱向預應力筋從一端向另一端壓漿。壓漿達到另一端飽滿出漿，出漿濃度、排氣孔出漿濃度與進漿濃度一致，方可封閉保壓，保壓期壓力應當不低于0.5MPa，時間不少于3 分鐘。

壓漿時漿體溫度5℃到30℃間，混凝土結構壓漿后三天內不低于5℃

6） 封錨

錨固完成后經檢驗合格，切除多余的預應力筋，禁止使用電弧、氧氣切割，切割后外露長度30mm～50mm。

封錨用混凝土采用無收縮混凝土，標號符合設計要求。封錨前將梁端鑿毛，對錨具進行防腐處理，然而安裝封錨端鋼筋網，鋼筋網安裝要考慮混凝土保護層厚度，鋼筋網安裝完成后澆筑封錨混凝土，混凝土澆筑完成后涂涮防水涂料。

3 懸臂澆筑混凝土連續梁預應力施工常見的質量問題

據有關部門的研究，建成投入使用20～30 年的預應力混凝土橋梁，是病害集中暴露期，預應力鋼筋承載力衰弱速度加快，由此影響橋梁的正常使用甚至導致橋梁的坍塌，每年橋梁坍塌事故國內國外均有發生。這其中懸澆預應力混凝土連續梁的質量問題較多，分析其根源導致預應力衰弱因素非常復雜，1992 年英國運輸部鑒于幾次橋梁坍塌事故，發布了暫時在設計中停止采用后張法預應力混凝土橋的禁令，直至1996 年才恢復采用后張法預應力混凝土橋。我們懸澆預應力混凝土連續梁橋涉及預應力工程常見的質量問題主要有：

3.1 預應力施工設備、設施主要問題有

1） 張拉設備未按規定標定、配套使用、定期檢定。 根據“TB10415-2003 鐵路橋涵工程施工質量驗收標準”中“9.1.9 條”，千斤頂校正有效周期為1 個月且不超過200 次張拉作業；壓力表精度不低于1.0 級（檢定期一周），當使用0.4 級時，檢定有效期可為一個月。在施工中發生下列情況之一時，應重新校驗張拉設備： 預應力筋連續崩斷，千斤頂嚴重漏油，千斤頂更換油壓部件或使用修復后的測力儀表或更換油的規格，油壓表指針不能回零，油壓表在高壓時指針穩不住；

2） 張拉設備各部件與錨具配套問題，工作錨與工具錨混用，限位板與工作錨不配套。

3.2 預應力管道及預應力筋的安裝常見問題主要有：

1） 預應力孔道定位不準、不牢，澆筑后偏位。預應力管道安裝偏差應符合《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB10424-2010） 第7.3.5 條”預應力孔道位置允許偏差4mm”的要求。

2） 管道不通順、雜物不清理。3） 錨墊板傾斜、扭轉。

3.3 預應力孔道上浮

原材料的質量問題主要有：

2） 鋼絞線彈模不實測，應按《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-2003） ; 《預應力混凝土用鋼絲》 （GB/T5223-2002） ; 《預應力混凝土用螺紋鋼筋》 （GB/T20065-2006）的要求實測。

3） 錨墊板剛度（強度） 不足，應按《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/T3193-2008) 中第4.5 條進行檢查、檢驗。

4） 倉庫管理亂，錨環與夾片不匹配，不同廠家的產品混用。

5） 壓漿材料不合格。

6） 預應力筋受到損傷，表面有斑疤、裂縫等缺陷或有彎折。

張拉中主要問題有：

1） 未履行摩阻測試、張拉力和伸長量調整報批程序。后張法預應力筋張拉前，應對孔道摩阻損失、喇叭口摩阻損失和錨口摩阻損失進行實測，摩阻實測不做或者流于形式，實測后并未履行報批手續，不符合《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》 （TB10424-2010） 第7.1.7 條之規定。

2） 張拉時選擇的初應力值δ0 不合適 初始應力偏小影響：預應力筋未被拉緊，存在非受力變形，各根鋼束受力不均，致使張拉完成后量測的實際伸長值不準（偏大）。 δ0 的確定方法：依據設計（控制應力的10%～25%），或繪制張拉過程中的P-L 曲線，選取該曲線中直線段的起點，對應的應力即可做為δ0。

3） 張拉力與錨下控制力混淆 錨外張拉控制應力直接采用錨下控制應力，沒有考慮錨下應力損失（喇叭口和錨圈口應力損失合計約為5～6%，根據實測調整），相反的情況也存在，設計張拉控制應力已經考慮喇叭口和孔口摩阻，但施工單位在預應力張拉時又增加了此部分摩阻，造成預應力比設計值偏大。

樊142塊孔隙度12%～23%，平均17.1%；測井解釋滲透率（8～45）×10-3μm2。主要儲集空間為直徑7～31μm的微孔隙，最大孔喉半徑0.77 μm，平均孔喉半徑0.228μm，與前面分析的幾個區塊相比具有較好的油藏條件。該塊可能存在天然裂縫，增加了基質滲流通道，實際滲透率應大于1.5×10-3μm2，有利于該塊高效開發。樊142塊沙三下為濁積巖儲層，儲層水平擴展穩定性較好，有多層發育，但多層縱向相對集中；油藏應力分析可知，油藏上下遮擋層應力值較高，油層縱向分布集中，適合開展直井長縫壓裂。

4） 預應力實際伸長值與設計值偏差超標，未查明原因，資料做假，繼續張拉。

5） 鋼絞線滑絲。

6） 鋼絞線斷絲。（注：后張法預應力筋斷或滑脫數量不得超過預應力筋總數的5‰，并不得位于結構的同一側，且每束內斷絲不得超過1 根；）

7） 張拉工藝存在較多缺陷，如張拉前錨環安裝與錨墊板不密貼； 張拉前錨環安裝不居中，沒有進入錨墊板的環形槽內； 張拉前兩瓣夾片縫隙沒有調均勻; 張拉時千斤頂、錨環、孔道不在一條直線上。

8） 預應力筋切割不符合要求。現場采用火焰切割預應力筋的現場時有發生，導致預應力筋材質發生變化，須要堅決杜絕。此外，鋼絞線外露長度不符合《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》 （TB10424-2010） 第7.5.7 條之規定，已切割鋼絞線外露部分長度不足30mm，存在質量安全隱患。

9） 錨下混凝土被拉裂。

10） 夾片錯臺、夾片破碎、鋼絞線咬傷。

11） 兩端張拉不同步，導致應力損失。對于曲線預應力筋和長度大于等于25m 的直線預應力筋，要采取兩端同時張拉。

12） 豎、橫向預應力施加滯后。不符合《高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》 （TB10752-2010） 10.7.1 條第6 款“橫向和豎向預應力筋張拉滯后縱向預應力筋張拉不宜大于3個懸臂梁段”。

13） 不重視預應力束梳理問題 預應力鋼絞線束未梳理，鋼絞線束發生交叉或長短不一，張拉后鋼絞線受力不均勻。

3.4 壓漿的主要質量問題有：

1） 計量設備精度不夠或未檢定，或設備合格而現場不嚴格計量。水泥、壓漿劑、水等的計量均應準確到±1%（均以質量計）。

2） 管道壓漿劑（料） 質量不達標。管道壓漿料性能指標不達標，特別是泌水率和膨脹率等指標不達標，造成漿體回縮大，出現空洞。

3） 設備老舊性能差。壓漿設備采用老式設備，攪拌機的轉速小，儲料罐無攪拌功能。驗標規定漿液攪拌設備轉速應不低于1000r/min，壓漿機采用連續式壓漿泵，儲料罐帶有攪拌功能。

4） 不能有效持壓。出漿端沒有持壓閥門，以木楔、鋼筋頭、棉紗等代替的現象仍然很多，不能實現有效持壓。關閉出漿口后，應保持0.5MPa 的壓力不小于3min。

3.5 封錨的質量問題主要有：

封錨不密實，收縮開裂，防水層厚薄不均，流淌明顯，涂層與混凝土粘結不牢。

4 提高施工質量控制的建議

懸臂澆筑預應力混凝土連續梁如果存在質量安全隱患，整改難度很大，勢必對運營產生較大影響，現澆連續橋梁施工工藝是一項成熟的工藝，但從現場了解，預應力工程施工的質量問題仍然較多，為提高預應力工程施工質量，建議：

1） 推進預應力施工專業化班組的建設，實現標準化作業。施工現場張拉壓漿作業往往出現各自為戰現象，因壓漿張拉作業任務不連續，任務不飽滿，人員臨時借用拼湊，達不到專業化、標準化的要求。

2） 推廣使用自動化程度高的預應力施工設備，壓漿設備自動化程度低，原材料計量不準，是影響壓漿質量的重要因素。建議積極推廣先進的、自動化程度高的壓漿設備。

3） 推進關鍵環節施工的管控。強化監理的旁站，提高關鍵環節的監控。

4） 減少懸臂澆筑預應力混凝土連續橋梁設計，連續橋梁預應力施工存在高空操作難度大，問題潛伏時間長，檢測驗證方法少，出現問題后不易治理等原因，建議減少懸臂澆筑預應力混凝土連續橋梁設計。

參考文選：

[1]《預應力混凝土用金屬波紋管》（JG225）.

[2]《預應力混凝土橋梁用塑料波紋管》（JT/T529）

[3]《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-2003）.

[4]《預應力混凝土用鋼絲》（GB/T5223-2002）.

[5]《預應力混凝土用螺紋鋼筋》（GB/T20065-2006）.

[6]《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/T3193-2008).

[7]《高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》（TB10752-2010）.

[8]《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB10424-2010）.

[9] 本單位杭長客專實施性施工組織設計（滬昆客專浙江公司編制）.