后張法預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量分析和控制措施

孫強(qiáng)

（福建省交建集團(tuán)工程有限公司，福建 廈門 361000）

近年來，我國處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中，這與國家大興基礎(chǔ)建設(shè)密密相關(guān)，特別是交通工程方面的建設(shè)，一方面，促進(jìn)了國家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展；另一方面，也促使自身領(lǐng)域技術(shù)不斷突破，造就了各種超級工程。但就在經(jīng)濟(jì)及技術(shù)不斷發(fā)展過程中，橋梁的施工質(zhì)量及使用安全越來越受到國家和社會各界的關(guān)注與重視。近年來，不少橋梁出現(xiàn)安全隱患，甚至發(fā)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(jīng)常發(fā)現(xiàn)問題出在預(yù)應(yīng)力混凝土質(zhì)量上，比如，鋼絞線銹蝕、預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量差、孔道壓漿不飽滿等問題。在預(yù)應(yīng)力施工中，很多技術(shù)人員都知道預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)采用張拉力和伸長量進(jìn)行雙控，卻忽視了規(guī)范還有幾個(gè)重要參數(shù)控制要求；或者說忽略了如何進(jìn)行過程有效地控制來達(dá)到真正的雙控指標(biāo)，而是通過編制漂亮的記錄表來實(shí)現(xiàn)雙控。《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T F50-2011（文中簡稱“橋規(guī)”）在預(yù)應(yīng)力混凝土工程7.12節(jié)中對質(zhì)量控制與檢驗(yàn)對千斤頂同步誤差、持荷時(shí)間、張拉控制應(yīng)力的精度、錨下有效預(yù)應(yīng)力、有效預(yù)應(yīng)力的不均勻度都提出具體要求參數(shù)。本文結(jié)合碧溪大橋現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)際施工過程及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，就施加預(yù)應(yīng)力階段進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量分析和提出相應(yīng)質(zhì)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(lián)（3×40m+2×40）共5跨，每跨40m。第一聯(lián)3跨共120m，第二聯(lián)2跨共80m。上部采用現(xiàn)澆等截面連續(xù)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(cè)腹板傾斜布置。第一聯(lián)預(yù)應(yīng)力采用兩端張拉，第二聯(lián)預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力孔道壓漿材料強(qiáng)度等級同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。（2）預(yù)應(yīng)力筋：預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用高強(qiáng)度低松馳鋼絞線，公稱直徑15.2mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa。箱梁縱向預(yù)應(yīng)力腹板束采用15-Φs15.2，頂、底板束采用12-Φs15.2。

3 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土張拉質(zhì)量分析

預(yù)應(yīng)力是一座橋梁的靈魂，它在提高梁體工作性能的同時(shí)減輕了梁體的自重，帶來了很強(qiáng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。但預(yù)應(yīng)力并不是越大越好，而是依據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的應(yīng)力值去精準(zhǔn)的施加。如果施加的有效預(yù)應(yīng)力值過小，結(jié)構(gòu)剛度不足，不足以平衡自重和行車重載，結(jié)構(gòu)可能過早出現(xiàn)裂縫、向下?lián)隙瘸薜荣|(zhì)量問題。如果施加的有效預(yù)應(yīng)力值過大，雖然結(jié)構(gòu)的抗裂性較好，但因此預(yù)應(yīng)力筋在承受使用荷載時(shí)經(jīng)常處于過高的應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)構(gòu)上拱過大導(dǎo)致變形和裂縫，甚至產(chǎn)生脆性破壞；也可能造成預(yù)應(yīng)力筋的安全儲備不夠，產(chǎn)生更嚴(yán)重的危害。在預(yù)應(yīng)力施工中，設(shè)備的局限性、技術(shù)人員對規(guī)范內(nèi)涵的理解不足、人為操作的正常誤差及不正常誤差都對預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量產(chǎn)生了很大影響，主要影響因素有：

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

4 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土張拉質(zhì)量控制

（1）選取先進(jìn)的智能張拉設(shè)備。智能張拉相比傳統(tǒng)人工張拉具有壓倒性優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)張拉的低效性，更解決了傳統(tǒng)張拉的局限性。智能張拉在作業(yè)過程中依據(jù)預(yù)設(shè)指令自動完成，作業(yè)過程不受人為因素影響和干擾，全過程依據(jù)規(guī)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(shí)、同步張拉，能滿足橋規(guī)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(yīng)力精準(zhǔn)，精度高，偏差極小，完全符合橋規(guī)7.12.2第2條精度±1.5%的要求。③張拉過程中停頓點(diǎn)、加載速率、卸載速率控制精準(zhǔn)，采集的數(shù)據(jù)精度高、有效性高，可自動計(jì)算伸長量，及時(shí)校核實(shí)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(shí)間由系統(tǒng)控制，不受人為干擾，減少了預(yù)應(yīng)力的損失。⑤錨固時(shí)自動采集回縮量，計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失值，真正實(shí)現(xiàn)張拉應(yīng)力和伸長量雙控的目標(biāo)。

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土張拉的時(shí)機(jī)應(yīng)由混凝土強(qiáng)度和彈性模量兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行雙控，設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，同時(shí)，彈性模量不低于28d彈性模量的80%。在實(shí)際施工中，彈性模量檢測較為復(fù)雜，通常情況下，C40砼3d彈性模量可達(dá)28d彈性模量的84%，7d彈性模量可達(dá)95%，C50砼3d彈性模量可達(dá)90%，7d彈性模量可達(dá)95%，因此，可用齡期代替彈性模量指標(biāo)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(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，在混凝土澆筑后7d如不張拉，則結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂的可能性將持續(xù)增加，對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)并無好處。在實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)安做好計(jì)劃安排，并嚴(yán)格執(zhí)行，以保證預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的最佳質(zhì)量。

（3）張拉設(shè)備必須配套標(biāo)定，千斤頂、油泵、壓力表必須依據(jù)標(biāo)定時(shí)配套使用，不得混用，兩端張拉時(shí)，選擇兩套一樣型號、一樣性能參數(shù)的設(shè)備來盡量保證兩端張拉的同步性、對稱性。同時(shí)，張拉順序、張拉程序和施工技術(shù)交底應(yīng)經(jīng)批準(zhǔn)，操作人員應(yīng)經(jīng)培訓(xùn)掌握預(yù)應(yīng)力施工知識并持證上崗。

（4）對初應(yīng)力的確定，應(yīng)當(dāng)是在初應(yīng)力施加使得預(yù)應(yīng)力筋在孔道內(nèi)的伸長消除了非線性影響因素，進(jìn)入線性伸長階段，此時(shí)，選取的初應(yīng)力值才能建立起準(zhǔn)確、符合設(shè)計(jì)要求的最終預(yù)應(yīng)力值。根據(jù)此基本理論，對預(yù)應(yīng)力筋長度30m以下，初應(yīng)力宜取10%～15%σcon；預(yù)應(yīng)力筋長度30～60m時(shí)，初應(yīng)力宜取15%～25%σcon；預(yù)應(yīng)力筋長度大于60m時(shí)，初應(yīng)力宜取上限25%σcon；當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋超過100m時(shí)或管道彎曲段多，彎角和大的預(yù)應(yīng)力體系中，25%的上限仍可能達(dá)不到初應(yīng)力的目的，此時(shí)，則應(yīng)當(dāng)根據(jù)前面的理論現(xiàn)場試驗(yàn)來確定初應(yīng)力的大小。現(xiàn)場需要試驗(yàn)確定初應(yīng)力值的，建議采用智能張拉設(shè)備來進(jìn)行試驗(yàn)和張拉，這對試驗(yàn)的精度、效率及張拉質(zhì)量和后續(xù)的有效預(yù)應(yīng)力值建立都可以得到很好的控制。

5 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)今的橋梁工程建設(shè)施工過程中，后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過該技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)橋梁工程施工效率、質(zhì)量、安全等級和經(jīng)濟(jì)效益的全面提升。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力張拉的質(zhì)量好壞，建立的預(yù)應(yīng)力是否準(zhǔn)確，關(guān)系結(jié)構(gòu)的安全，故對此應(yīng)引起足夠的重視。在具體施工中，施工單位一定要對預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)深入理解、合理應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)際的情況來分析質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)，對各個(gè)工藝流程和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行良好把握，并推行新技術(shù)、新設(shè)備，科學(xué)地提高工程質(zhì)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(zhì)量與安全性得到有效保障。