基于檢測數據的PC梁張拉質量問題成因分析及控制

毛 敏

（山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032）

1 研究背景

目前，預應力混凝土橋梁在國內高速公路橋梁建設中占有很大的比重。預應力筋張拉是預應力混凝土（Prestressed Concrete 以下簡稱PC）梁施工過程中的關鍵工序，其施工質量對橋梁的承載能力、使用性能以及耐久性有重要影響，是橋梁質量控制核心和工程的長久生命線。有效預應力偏大有可能造成鋼絞線斷絲、頂板開裂；有效預應力偏小，則會導致梁底預應力儲備不足，甚至造成梁底橫向開裂。

隨著交通部品質工程建設的推進，PC 梁的張拉質量控制也成為了施工質量控制的重點。預制梁場標準化建設，各種定型模架、自動化的鋼筋加工設備、智能張拉設備[1]、智能壓漿設備的推廣運用提高了梁板施工的智能化、工廠化水平，大幅提高了施工質量。與此同時，施工質量的管控也離不開各種先進檢測手段的運用。錨下有效預應力檢測技術的發展、成熟，使得過去難以檢測的預應力張拉質量如今逐漸成了一項常態化的檢測指標，這也促使張拉質量管控向精細化方向發展。

目前工程界還普遍存在一個誤區：認為只要投入了智能張拉設備，就能一勞永逸地解決張拉質量問題。而工地現場各種張拉質量問題仍頻發，說明良莠不齊的人員素質和松散的現場管理已成為質量問題的重要因素。

2 錨下有效預應力檢測原理

在已經張拉完畢但還未注漿的鋼絞線外露端安裝智能限位裝置、穿心式壓力傳感器，當千斤頂反拉力小于錨下有效預應力時，由于夾片、鋼絞線間的緊固力效應，梁體內部鋼絞線不會發生位移；當反拉力略大于錨下有效預應力時，夾片松動并與內部鋼絞線同步發生向外的微小位移，智能限位裝置通過識別該平衡點并控制油泵停止工作，平衡點對應張拉力為錨下有效預應力值。單根預應力筋反拉法檢測示意圖見圖1。

圖1 單根預應力筋反拉法檢測示意圖

3 PC梁張拉存在的主要質量問題

結合某在建高速公路近一年的PC 梁張拉質量檢測結果，發現目前PC 梁存在的主要張拉質量問題見表1。

表1 PC 梁張拉質量問題一覽表

4 PC梁張拉質量問題主要原因分析

4.1 技術交底不到位

4.1.1 端部錨固長度預留不足

某1×20 m 一跨簡支的20 m 預制T 梁橋，波紋管注漿后錨頭外露鋼絞線均被工人齊根切斷，甚至夾片外露部分也被切斷（見圖2、圖3）。《公路橋涵施工技術規范》[2]要求切割后預應力筋的外露長度不應小于30 mm，且不應小于1.5 倍預應力筋直徑。該橋預制梁端部錨固構造不滿足規范要求，端部錨固力嚴重削弱且無法彌補，最終該T 梁被報廢。

圖2 外露鋼絞線、夾片被齊根切斷

圖3 外露鋼絞線被全部齊根切斷

經事后調查，問題的原因在于：T 梁架設前，技術員安排工人將頂底板預埋的多余鋼筋齊根切掉，由于技術交底細節不到位，工人誤將頂底板預埋多余鋼筋連同外露鋼絞線一并切斷。

4.1.2 張拉參數設定錯誤

在梁場抽檢過程中發現，某已張拉并切斷多余外露鋼絞線的N2 束端部無明顯的外露牙痕（按照設計方案，N2 束分兩次張拉。第二次張拉時，初次張拉錨固后在鋼絞線上形成的牙痕就會隨著鋼絞線的伸長而外露）。調閱張拉記錄發現現場張拉參數設定錯誤，相關參數設置見表2。

表2 張拉參數設定表

鑒于鋼絞線外露端已切割無補張條件，最終通過采用火焰切割錨具的方式退錨重新穿束張拉。經事后調查，問題的原因在于：現場工人錯誤理解初次張拉50%N2 后二次張拉50%N2 就能使N2 鋼束張拉力值達到100%N2。

4.1.3 張拉指令和實際鋼束設置不一致

在梁場抽檢過程中發現，部分預制梁的錨下有效預應力和標準值之間的偏差在10%以上（見表3）。調閱張拉記錄發現，問題主要原因在于現場張拉指令和實際鋼束設置不一致。

表3 檢測數據分析表

4.1.4 隨意更改張拉方案

在梁場抽檢過程中發現，部分已經張拉完畢預制T 梁N2 束端部未見外露牙痕。調閱張拉記錄發現工人為圖省事，將分四步張拉的原設計張拉方案縮減為分三步張拉方案（見表4）。

表4 某張拉設備張拉參數設計表

4.1.5 不同噸位千斤頂標定參數混用

某4×20 m 的單箱單室現澆匝道橋，在初次張拉左側腹板13 根一束的鋼絞線過程中接連拉斷了兩根鋼絞線，隨后停止繼續張拉。經現場技術人員復核設計張拉力值為2 520.8 kN，而智能張拉設備示值顯示僅為1 160 kN。隨后又對稱張拉右側腹板13根一束的鋼絞線，張拉過程中又接連拉斷3 根鋼絞線。

我們通過現場排查，發現主要原因在于張拉時采用的是一對額定650 t 的千斤頂，而智能張拉設備實際設置的卻是另外一對額定250 t 千斤頂的標定參數，使得實際張拉力值為張拉設備示值的2.67倍。經驗算，當示值為1 160 kN 時，實際張拉力值已經達到3 101 kN，超張拉23%，進而導致鋼絞線拉斷。具體原因分析見表5。

表5 張拉參數對比結果一覽表

4.2 施工過程控制不嚴格

4.2.1 鋼絞線下料長度不足

某30 m 預制T 梁單根鋼絞線有效預應力目標值為179.5 kN，實測單根有效預應力僅為120.5 kN。經現場調查發現，該根鋼絞線較同孔其他鋼絞線偏短20 cm 左右，尾部鋼絞線咬痕較同孔其他鋼絞線偏短1/3，且有滑絲痕跡，對應夾片外露尺寸較同孔其他夾片多 2 mm 左右（見圖4、圖5）。

問題主要原因在于：下料時該鋼絞線預留長度不足，張拉時工具夾片僅部分螺紋夾住端部鋼絞線、導致握裹力不足，進而在整束同步張拉過程中出現滑絲，使得實際張拉力不滿足設計要求。

圖4 問題鋼絞線外露尺寸偏小

圖5 問題鋼絞線夾片嵌固深度偏小

4.2.2 工具錨、工作錨不配套

某工地千斤頂張拉端面較預制梁端部承壓面尺寸偏大，導致端部張拉空間不足。張拉時工人在工作錨具和限位板間支墊錨具（見圖6）。張拉完畢后，鋼絞線表面劃痕嚴重（見圖7），檢測結果顯示，錨下有效預應力水平普遍偏低。

圖6 張拉千斤頂承壓面和梁端部不匹配

圖7 鋼絞線表面劃痕嚴重

4.3 張拉設備保養不及時

4.3.1 液壓油變質

某梁場張拉質量平時控制較好，但有段時間抽檢結果發現錨下有效預應力均較理論值偏低6%～8%。排查過程中發現，張拉設備內原本清澈的液壓油已呈乳白色并伴有渾濁狀，說明液壓油已經變質。液壓油變質后，容易產生膠質和油泥，堵塞過濾網，使液壓油循環性變差導致壓力不足。更換液壓油后，經過重新張拉、檢測，檢測結果恢復正常。

4.3.2 工具夾片螺紋磨損嚴重

某T 梁張拉有效預應力檢測結果較標準值偏低13.7%。經現場調查發現，張拉前工具夾片已預頂緊，并且夾片都處于同一平面，但張拉過程中同束鋼絞線中有3 個工具夾片出現錯位（見圖8）、鋼絞線滑絲。經分析原因如下：工具夾片使用次數過多，夾片內側倒錐形螺紋磨損嚴重，導致和鋼絞線之間機械咬合力不足，鋼絞線滑絲，造成張拉過程中預應力損失。更換工具夾片后，經過重新張拉、檢測，檢測結果恢復正常。

圖8 工具夾片錯位

5 PC梁張拉質量控制措施

本文依托現場檢測數據，從檢測人員視角展開了張拉質量問題成因分析。為了進一步提高PC 梁的張拉質量，建議從以下幾個方面展開工作：

a）加強技術人員專業培訓、現場操作人員崗前培訓，提高質量控制責任意識和安全意識。

b）規范操作流程、建立復核確認制度，做到自檢、復核相結合。

c）進一步提高張拉設備的智能化水平，以技術進步促質量提升，降低人為失誤風險。目前智能張拉設備普遍停留在張拉、保壓階段的智能化，缺乏對張拉參數的自適應檢測，張拉對象張拉方案的自適應匹配，以及張拉結果的自動回傳。

d）要做好張拉設備的保養工作，耗材應及時更換，確保張拉設備工作正常。例如：夏季溫度過高、張拉工作量大、液壓油灌注口密封不嚴等原因都會加速液壓油的變質。隨著工作夾片使用次數增加，內側倒錐形螺紋磨損加重，降低張拉過程中與鋼絞線間的咬合力，易造成滑絲。

e）鑒于施工單位自身檢測手段缺乏，建議質量監督機構將預應力張拉質量納入必檢參數，以起到質量監督、把關的作用，做到質量問題及時發現及時解決。