后張法預應力張拉質量分析和控制措施

孫強

（福建省交建集團工程有限公司，福建 廈門 361000）

近年來，我國處于經濟高速發展中，這與國家大興基礎建設密密相關，特別是交通工程方面的建設，一方面，促進了國家經濟高速發展；另一方面，也促使自身領域技術不斷突破，造就了各種超級工程。但就在經濟及技術不斷發展過程中，橋梁的施工質量及使用安全越來越受到國家和社會各界的關注與重視。近年來，不少橋梁出現安全隱患，甚至發生安全事故，在事故原因分析中，在危橋拆除中或城市橋梁提升改造過程中經常發現問題出在預應力混凝土質量上，比如，鋼絞線銹蝕、預應力張拉質量差、孔道壓漿不飽滿等問題。在預應力施工中，很多技術人員都知道預應力張拉時采用張拉力和伸長量進行雙控，卻忽視了規范還有幾個重要參數控制要求；或者說忽略了如何進行過程有效地控制來達到真正的雙控指標，而是通過編制漂亮的記錄表來實現雙控。《公路橋涵施工技術規范》JTG/T F50-2011（文中簡稱“橋規”）在預應力混凝土工程7.12節中對質量控制與檢驗對千斤頂同步誤差、持荷時間、張拉控制應力的精度、錨下有效預應力、有效預應力的不均勻度都提出具體要求參數。本文結合碧溪大橋現澆預應力混凝土實際施工過程及經驗總結，就施加預應力階段進行預應力張拉質量分析和提出相應質量控制措施。

1 工程概況

碧溪大橋采用雙幅橋布置，橋梁跨徑布置為2聯（3×40m+2×40）共5跨，每跨40m。第一聯3跨共120m，第二聯2跨共80m。上部采用現澆等截面連續箱梁，單箱雙室，梁高2.2m，箱梁共有三道腹板，中間一道腹板豎直布置，兩側腹板傾斜布置。第一聯預應力采用兩端張拉，第二聯預應力采用單端張拉，張拉方式為智能張拉。

2 本次工程中的主要材料

（1）混凝土：箱梁采用C50混凝土，預應力孔道壓漿材料強度等級同結構強度。（2）預應力筋：預應力鋼絞線采用高強度低松馳鋼絞線，公稱直徑15.2mm，標準強度1860MPa。箱梁縱向預應力腹板束采用15-Φs15.2，頂、底板束采用12-Φs15.2。

3 后張法預應力混凝土張拉質量分析

預應力是一座橋梁的靈魂，它在提高梁體工作性能的同時減輕了梁體的自重，帶來了很強的實用性和經濟性。但預應力并不是越大越好，而是依據設計計算的應力值去精準的施加。如果施加的有效預應力值過小，結構剛度不足，不足以平衡自重和行車重載，結構可能過早出現裂縫、向下撓度超限等質量問題。如果施加的有效預應力值過大，雖然結構的抗裂性較好，但因此預應力筋在承受使用荷載時經常處于過高的應力狀態，結構上拱過大導致變形和裂縫，甚至產生脆性破壞；也可能造成預應力筋的安全儲備不夠，產生更嚴重的危害。在預應力施工中，設備的局限性、技術人員對規范內涵的理解不足、人為操作的正常誤差及不正常誤差都對預應力施工的質量產生了很大影響，主要影響因素有：

（1）傳統人工張拉和智能設備張拉的選擇，分別代表了低效的管理、落后的思維和科學的管理、先進的思維。（2）預應力混凝土的張拉時機不對，僅單一，以混凝土強度來控制張拉時機對結構是不利的。（3）兩端張拉時，兩臺千斤頂的同步性、對稱性難以協調和控制，各千斤頂之間同步張拉偏差超規范允許值。（4）預應力施加的精度受設備及人工技能影響，精度低，難以提高。（5）實際伸長量的計算和校核不夠科學，誤差比較大，偏差率離散，質量不穩定。橋規中初應力σ0宜為張拉控制力σcon的10%～25%，初應力σ0以下的推算伸長值采取相鄰級的伸長值，很多技術人員不解其中涵義，為了圖操作方便和計算方便不管實際預應力筋長短，都統一選取初應力σ0為10%σcon來操作，這是很不科學的，對實際建立的預應力值是有較大誤差的。在張拉前，預應力筋在孔道內的彎曲程度、松緊程度都不一致，在伴隨著預應力筋越來越長、孔道彎曲越來越復雜的情況下，初應力10%σcon可能只夠抵消孔道、錨頭的摩阻力及預應力束在孔道內纏繞紊亂帶來的摩擦力。只有科學地選擇初應力值，才能正確地計算實際伸長量，從而進行有效地伸長量校核，以控制預應力施加質量。（6）張拉過程中停頓點、加載速率、卸載速率控制不穩定，持荷時間不足造成預應力損失大，有效預應力不足。很多工人和現場技術人員對持荷時間認識不足，總以為達到控制應力值就可以了，持荷時間多了也是浪費。多年的施工實踐及研究表明，持荷時間是完全必要的，特別是在超長預應力筋，管道彎曲段多，彎角和大的預應力體系中，預應力的傳遞是需要時間的，持荷時間增加有利于調整預應力筋的松弛和均勻性。橋規原對持荷時間規定是2分鐘，新版修訂改為5分鐘，可見持荷時間的重要性，但5分鐘也僅僅是對一般長度預應力筋的一個基本要求，如像本工程120m超長預應力筋，將持荷時間延長至7分鐘。（7）張拉數據記錄不真實，人為影響因素大。只是為了滿足規范要求而編制出一張張漂亮的數據表，這是行業的亂象。

4 后張法預應力混凝土張拉質量控制

（1）選取先進的智能張拉設備。智能張拉相比傳統人工張拉具有壓倒性優勢，解決了傳統張拉的低效性，更解決了傳統張拉的局限性。智能張拉在作業過程中依據預設指令自動完成，作業過程不受人為因素影響和干擾，全過程依據規范要求自動完成。智能的張拉能有效地解決下列問題：①由電腦精確控制兩臺或多臺千斤頂同時、同步張拉，能滿足橋規7.12.2第1條各千斤頂同步張拉力的允許誤差宜為±2%的要求。②張拉控制應力精準，精度高，偏差極小，完全符合橋規7.12.2第2條精度±1.5%的要求。③張拉過程中停頓點、加載速率、卸載速率控制精準，采集的數據精度高、有效性高，可自動計算伸長量，及時校核實際伸長量和理論伸長量的差值是否符合±6%的要求。④持荷時間由系統控制，不受人為干擾，減少了預應力的損失。⑤錨固時自動采集回縮量，計算預應力損失值，真正實現張拉應力和伸長量雙控的目標。

（2）預應力混凝土張拉的時機應由混凝土強度和彈性模量兩個指標進行雙控，設計未規定時，混凝土強度不低于設計強度的80%，同時，彈性模量不低于28d彈性模量的80%。在實際施工中，彈性模量檢測較為復雜，通常情況下，C40砼3d彈性模量可達28d彈性模量的84%，7d彈性模量可達95%，C50砼3d彈性模量可達90%，7d彈性模量可達95%，因此，可用齡期代替彈性模量指標來控制，通常情況下，齡期不宜少于7d，最短不宜少于5d。但在現澆預應力混凝土結構中，在混凝土澆筑后7d如不張拉，則結構發生開裂的可能性將持續增加，對結構是非常不利的，因此，在齡期的控制上，還是以7d為宜，過長的齡期對結構并無好處。在實際施工時，應當安做好計劃安排，并嚴格執行，以保證預應力結構的最佳質量。

（3）張拉設備必須配套標定，千斤頂、油泵、壓力表必須依據標定時配套使用，不得混用，兩端張拉時，選擇兩套一樣型號、一樣性能參數的設備來盡量保證兩端張拉的同步性、對稱性。同時，張拉順序、張拉程序和施工技術交底應經批準，操作人員應經培訓掌握預應力施工知識并持證上崗。

（4）對初應力的確定，應當是在初應力施加使得預應力筋在孔道內的伸長消除了非線性影響因素，進入線性伸長階段，此時，選取的初應力值才能建立起準確、符合設計要求的最終預應力值。根據此基本理論，對預應力筋長度30m以下，初應力宜取10%～15%σcon；預應力筋長度30～60m時，初應力宜取15%～25%σcon；預應力筋長度大于60m時，初應力宜取上限25%σcon；當預應力筋超過100m時或管道彎曲段多，彎角和大的預應力體系中，25%的上限仍可能達不到初應力的目的，此時，則應當根據前面的理論現場試驗來確定初應力的大小。現場需要試驗確定初應力值的，建議采用智能張拉設備來進行試驗和張拉，這對試驗的精度、效率及張拉質量和后續的有效預應力值建立都可以得到很好的控制。

5 結語

綜上所述，在當今的橋梁工程建設施工過程中，后張法預應力混凝土施工技術是一項關鍵技術，通過該技術的應用，可以實現橋梁工程施工效率、質量、安全等級和經濟效益的全面提升。在預應力混凝土結構中，預應力張拉的質量好壞，建立的預應力是否準確，關系結構的安全，故對此應引起足夠的重視。在具體施工中，施工單位一定要對預應力張拉技術深入理解、合理應用，結合工程實際的情況來分析質量控制關鍵點，對各個工藝流程和關鍵技術進行良好把握，并推行新技術、新設備，科學地提高工程質量。通過這樣的方式，才可以全面提升施工效果，讓整體工程質量與安全性得到有效保障。