城市橋梁工程現澆箱梁后張法預應力施工技術探討

摘 要：通過對城市橋梁中預應力施工中病害事項進行分析，并列舉橋梁問題進行說明，總結病害形成原因以及對策措施等，梳理分析預應力施工中的精細化管理和總體質量的智能化管控，為預應力施工方案提供參考。

關鍵詞：城市橋梁；預應力施工；病害分析；質量控制；技術措施

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）08-0028-04

0 引言

目前，滿堂支架現澆箱梁、掛籃懸澆箱梁施工具有較高難度，滿堂支架搭設與預壓，掛籃施工中0#塊模板搭設、臨時固結，掛籃拼裝與移動，預應力管道布設、張拉壓漿等均是質量安全控制的重點。尤其是預應力施工質量控制不到位，存在張拉應力不符合（欠拉、過拉、未按規定復拉、未平行張拉等）、壓漿不及時造成力筋松弛、管道內漿體不密實（漿液保水性差、透氣孔設置不規范、管道破損漏漿造成堵管、漿液持荷穩壓壓力與時長不符合、低濃度初漿未全部排出等因素造成）。通過對預應力體系施工方案的優化，施工過程中精細化管理、智能化監控，實體質量的精確檢測，全面提高預應力體系施工品質，確保預應力橋梁耐久性、安全性。

1 病害事例

某市一城市特大橋梁，全長1 691.78 m，全寬26 m，分左右幅，為（3×30）m 組合箱梁+第二聯（3×35）m 組合箱梁+第三聯（50+85+50）m 變截面連續箱梁+第四聯（3×34.75）m 組合箱梁+第五聯（5×34.75）m 組合箱梁+第六聯（5×34.75）m 組合箱梁+第七聯（4×34.75）m 組合箱梁+第八聯（42+70+42）m 變截面連續箱梁+第九聯（5×35）m 組合箱梁+第十聯（5×35）m 組合箱梁+第十一聯（5×35）m組合箱梁。

該橋建成于2014年，第三聯主橋（第7～9孔）上部結構為變截面連續箱梁（見圖1），近年來定期檢查中發現主橋箱梁存在大量裂縫，且部分呈發展趨勢。2022 年 5月第三聯主橋進行外觀檢測（見圖2），主要病害包括箱梁頂板縱向裂縫（見圖3）、底板縱向裂縫、底板橫向裂縫以及腹板豎向裂縫、斜向裂縫（見圖4）等，病害等級評定為4類。

2023年6月，管養單位組織該項目主橋變截面連續箱梁病害情況專家論證會，初步判斷主橋結構性病害是腹板豎向預應力損失、橋面重載車通行、預應力體系存在施工質量等因素造成。根據主跨病害情況及評定等級（4類），需及時進行限載并維修加固處理。加固采用箱內增設體外預應力束方案，以限制受力裂縫進一步發展。本項目（含全部橋梁與接線工程）造價約1.96億元，其中主跨（7～9孔）變截面箱梁段造價約8 800萬元，本次加固費用約380萬元。橋梁主跨出現較多結構病害，加固修復造成較大經濟損失，且社會影響較壞，加固后橋梁受力狀態與新建橋梁仍有較大差距。

2 橋梁預應力體系主要病害因素分析

一是預應力張拉值計算時孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數（k）、預應力筋與孔道壁的摩擦系數（μ）只參照規范建議值，未在預應力張拉前對不同類型的孔道進行摩阻測試，并通過測試確定的μ值和k值對設計張拉控制應力進行修正。對于長度大于60 m的孔道、雙峰孔道、多曲線孔道應適當增加摩阻測試的數量[1]。

二是預應力孔道不順直，摩擦阻力增大，降低預應力筋實際力值。預應力錨墊板與孔道不配套、不同心、不垂直，造成張拉時偏心受力，張拉值未達設計值時局部錨下混凝土開裂而中止張拉，造成力值明顯不足。現澆梁頂板扁錨式橫向預應力筋單根分別張拉時存在漏拉現象，未考慮逐根張拉時預應力損失對控制應力的影響。

三是預應力筋張拉時，設計值輸入錯誤，校對。豎向預應力筋未拉，預應力筋批號變化、生產廠家變化后未根據彈性模量數據及時調整伸長值，致使現場量測伸長值偏差較大。

四是張拉順序不合理，未根據設計規定順序進行。設計未規定時，未采用分批、分階段的方式對稱張拉。難以控制力筋在張拉后48 h完成壓漿（如表1、2，圖5、6，根據多次檢測數據分析結果，力筋張拉后隨時間的增加應力不斷降低，且張拉后力筋表面鍍層破壞，銹蝕速度較未張拉力筋增加3倍以上，特別是48 h后銹蝕速度明顯加快，對力筋受力影響較大）。故力筋張拉后超過規定時間壓漿越長，力筋錨下有效應力受松弛因素影響損失越多，表面銹蝕后與漿體握裹力下降，影響力筋向梁體應力的有效傳遞。不同時對稱張拉造成梁體單側受壓，另一側受拉開裂，導致梁體出現不可逆的損害。

五是孔道內漿體存在不密實、孔洞等病害。泌水嚴重。壓漿前未采用高壓氣泵對孔道內雜質與積水進行清除。混凝土澆筑前因電焊、振搗等原因致使孔道破損從而漏漿，影響漿體通過截面。中部凸起孔道（見圖7）透氣孔或氣孔堵塞，部分透氣孔未設置在孔道最高點等影響排氣效果造成空洞。大直徑凹曲線孔道（如圖8）最低點未設置排水孔，孔道內積水無法排出，壓漿時漿液水膠比大幅增大，成型后形成較多孔洞。壓漿過程中壓力未達規定值及穩壓時長不足，造成壓漿孔、出漿孔內漿液面明顯回縮形成空洞，同時漿體與力筋握裹性能降低。

3 預應力施工中容易疏忽事項

具體有以下7點易疏忽事項：①預應力筋穿入孔道后兩端未進行封閉，雨水、濕氣進入孔道導致預應力筋表面銹蝕。②孔道長度較短的預應力束未使用低回縮錨具，造成錨下有效應力較設計值相差較大。③部分項目仍使用淘汰的人工控制張拉、壓漿設備，智能設備未能得到全面推廣使用。④部分項目孔道壓漿設備（攪拌機）性能不符合，其轉速不符合1 000 r/min，攪拌葉的形狀與轉速不匹配，葉片的線速度不符合10 m/s的要求。⑤臨時儲存漿液的儲料罐無攪拌功能，出料口未設置尺寸不大于3 mm的過濾網。⑥預應力筋張拉結束后，切割預留長度存在低于30 mm及1.5倍力筋直徑的情況，影響預應力筋與夾具的錨固性能與施工安全。⑦張拉油頂使用頻次達規定檢校限額時不及時校準，張拉力值精準度得不到保證。

4 后續橋梁施工中的管控措施

4.1 重視施工技術方案編制

從人力、設備、材料等方面合理配置，施工工藝（各級主管部門規定的淘汰工藝禁止使用）。嚴格執行首件認可制，首件總結完成后根據首件完成情況對施工方案進行二次優化。

4.2 關鍵工序全時監管

對預應力張拉、壓漿工作，施工單位技術員應全過程參與實施，監理人員應對張拉、壓漿施工全過程進行旁站，對各階段數值等進行計算復核。確保張拉過程正確、數值滿足設計要求，孔道內漿體充實飽滿。

4.3 推廣應用“四新”技術

優先使用工廠化制造生產的專用合成壓漿材料，使用性能優的智能張拉與壓漿（攪拌）設備，確保力值準確，持荷穩定，成品優良。對平直管道優先采用真空輔助壓漿工藝，提高孔道壓漿的充盈度和密實度。孔道兩端高差較大時，仍以壓漿、排漿、穩壓、恒壓的工藝進行壓漿施工。

4.4 合理安排張拉順序

4.4.1 長束和短束張拉順序

由于長束較長，張拉應力也就較大，較大的應力同樣也會施加在短束鋼絞線周圍的混凝土上，會造成短束預應力鋼束應力松弛損失，短束則達不到設計的張拉力。

如果同時進行長短束的張拉，由于長短束的長度不同，其初始應變也不同。長束的初始應變較大，可能會導致短束過早達到設計張拉力，而長束仍未達到預定的張拉力。這樣會導致預應力的偏斜和不均勻分布，進而影響混凝土構件的力學性能和整體穩定性。

通過先張拉長束預應力后張拉短束預應力的順序，可以控制長短束的張拉應變差異，使得長束和短束能夠相對均勻地達到設計張拉力，可以更好地控制和調整張拉力的施加速度和幅度。

4.4.2 縱束、橫束、豎向束張拉順序

首先進行橫束張拉。橫束是布設在結構的橫向方向的預應力鋼束，起到抗彎、抗剪和抗扭的增強作用。橫束的張拉順序可根據結構的特點和需要進行調整，通常是從上到下、從外到內進行。

在完成橫束的張拉后，再進行縱向鋼束的張拉。縱束是沿著結構的縱向方向進行布設的預應力鋼束，主要用于抗彎和抗剪的增強。通過縱向張拉，可以使縱束達到預定的張拉力，并保持其均勻分布。

再進行豎向束的張拉。豎向束是布設在結構的豎向方向的預應力鋼束，用于增強結構的抗壓性能。豎向束的張拉順序可以根據具體情況進行調整，通常是從下到上、從內到外進行。

縱束和橫束的張拉可以同時進行或依次進行，而豎向束的張拉一般在縱束和橫束完成后進行。根據具體結構的需要，施工過程中可能會有一些微調或特殊情況需要考慮。因此，在實際施工中，需要根據設計要求、結構特點以及工程經驗來確定最佳的張拉順序。

4.4.3 同一截面張拉順序

在同一截面內，采用先腹板張拉后頂板最后底板張拉的順序，可以保證結構的穩定性和受力均衡。這種分批分段對稱張拉的方法，可以減少在張拉過程中產生的變形和應力集中。

腹板位于結構的中間位置，通過先進行腹板的張拉可以引導并分散預應力，使其逐漸傳遞到上部和下部結構，從而降低結構變形。腹板的張拉也可以起到調整和平衡整個結構應力的作用。

在腹板張拉完成后，進行頂板的張拉。頂板位于結構的頂部，頂板張拉可以進一步調整和平衡預應力的傳遞。通過逐層進行張拉，可以保證結構的穩定性，并提高整個結構的受力均衡。

最后進行底板的張拉。底板位于結構的底部，底板張拉可以使底部結構逐漸承受預應力的作用，進一步調整和平衡整個結構的應力分布。底板的張拉也能夠控制和限制底部結構的變形，確保結構的穩定和安全性。

先腹板張拉、后頂板、最后底板張拉的順序，可以有效地控制結構的變形和應力分布，保證結構的穩定性和受力均衡。這種分批分段對稱張拉的方法已被廣泛應用于預應力結構的施工中。

4.5 嚴格控制壓漿時間

公路橋涵施工技術規范中規定，應在張拉錨固后的48 h內完成[2]，否則應采取避免預應力筋銹蝕的措施。但也不宜過早壓漿，應保證混凝土封錨形成強度后進行壓漿，避免漿液通過夾片、鋼絞線間隙沖破混凝土封錨，使得管道內的注漿壓力無法保持，造成管道內漿液不密實。

合理編制張拉方案，采用多臺千斤頂左右對稱同步進行張拉，以縮短張拉時間。對于鋼絞線布置較多，所需張拉的總時間也就較長的項目，不必等到全部張拉完成后一起進行壓漿。工程技術人員需合理的協調好張拉與壓漿之間的工序，防止壓漿人員將還未張拉的鋼絞線孔道進行注漿，造成質量事故[2]。

4.6 加強預應力施工工后質量檢測工作

在預應力管道布設的同時在預應力筋關鍵部位設置檢查孔，便于觀察壓漿質量。在張拉完成后，采用復拉法檢測錨下有效應力，達到設計值的95%為合格；在壓漿完成且漿液齡期不小于7 d時，采用沖擊回波定位法、沖擊彈性波定性法、內窺鏡法等檢測方法，對漿體密實性進行檢查。

4.7 重視施工現場記錄的真實性、可溯源性

智能張拉以控制電腦中導出的力值、伸長值數據作為原始數據。壓漿中水膠比以現場配方記錄、壓力與持荷時長以智能設備導出為準。

4.8 采取智能化管控措施實施有效監管

大型（重點）橋梁工程結構預應力施工張拉設備配備數據采集傳輸功能，為此張拉前做好網絡鏈接，以將張拉數據實時上傳至管理中心數據庫。預應力管道張拉后，將壓漿視頻實時上傳至管理中心數據庫。管理系統設有預警機制，張拉力、伸長值超出規定值時，可向建設單位、監理單發出預警信息，便于及時發現并解決問題。數據管理中心對采集的數據保存期限應不小于30年或長期保存。

管理系統設有建設單位、質量監督單位、行業管理單位數據查詢端口，質量檢查中可集合數據庫數據對施工、監理單位質量資料進行核查。管理人員通過端口隨時查看現場張拉、壓漿情況。對橋梁結構出現預應力施工等方面病害的，調取數據庫數據結合質保資料進行綜合研判。

5 結束語

預應力張拉以及壓漿的環節是橋梁施工中最為重要的環節，直接決定了工程實體是否能滿足設計要求，對橋梁的耐久性與安全性起著關鍵作用。為此，工程技術人員要了解每一個工序順序的變化對實體造成的影響，按施工技術方案規定的工藝流程客觀的把規范與設計要求落實到項目中去。橋梁預應力施工技術總體較為復雜，影響預應力結構實體質量的因素很多，本文主要從預應力橋梁的事例，具體布設、張拉技術和壓漿技術等方面進行闡述，期望以此提升大家對橋梁預應力施工的重視程度，提高橋梁工程施工質量。

參考文獻

[1] JTG 3650—2020，公路橋涵施工技術規范[S].2020.

[2] CJJ 2-2008，城市橋梁工程施工與質量驗收規范[S].2008.