杭紹臺鐵路上大江特大橋連續梁施工病害分析及監理控制

胡多雷 中國鐵路上海局集團有限公司上海華東鐵路建設監理有限公司

1 工程簡介

杭紹臺鐵路監理II 標項目部（上海華東監理）管內的上大江特大橋上跨新建高速公路，設計采用（32+48+32）m 連續梁通過懸臂澆筑的方式上跨。梁面全長為113.50 m，橋面寬12.60 m，連續梁采用懸臂菱形掛籃式進行施工，梁體為單箱單室、等高度箱梁、底板、腹板、頂板局部向內側加厚。施工過程中，上海華東監理按照杭紹臺鐵路公司及相關規范、驗標要求，實行了一系列針對預應力連續梁施工病害監理手段，以標準化施工為抓手，圍繞"二強制、三管控"管理措施，取得了顯著成效。

2 預應力施工

預應力張拉施工工藝流程見圖1。

圖1 預應力張拉施工工藝流程圖

本橋連續梁為縱橫向預應力體系，縱采1×7-15.2-1860-GB/T5224-2014 與 1×13-15.2-1860-GB/T5224-2014 預應力鋼絞線，7-15.2 每束錨下張拉控制應力為1302.0 MPa；13-15.2 每束錨下張拉控制應力為1 250 MPa，錨固體系采用自錨式拉絲體系，張拉采用與之配套的機具，管道采用鍍鋅金屬波紋管成孔，合龍段處金屬波紋管采用增強型，其他采用標準型；橫向鋼絞線錨固體系采用BM（P）15-5 錨具及配套的支承墊板。張拉體系采用YDC400Q 型千斤頂，管道采用內徑70 mm×19 mm 扁形鍍鋅金屬波紋管。

3 預應力施工病害分析及監理控制

據國內外橋梁事故案列分析顯示，預應力混凝土連續梁預應力管道壓漿不飽滿、預應力損失大是影響梁體壽命的主要因素。因為預應力結構的預應力筋通常隱蔽在混凝土梁體內，后期無法有效對其進行排查與養護，并且預應力筋長期處于高壓工作狀態，有時并無表象出現即會發生脆斷，極其危險。因此預應力結構施工監理過程控制尤為重要，為此，監理把原材料及半成品質量、張拉設備與設施、預應力材料制作與安裝、預應力張拉、孔道壓漿與封錨作為質量控制關鍵點。

3.1 預應力原材料及半成品質量監理控制

預應力原材料及半成品質量是預應力施工病害控制的源頭。預應力材料經施工單位及監理檢測合格后方可進場使用，同時加強對預應力材料的保管。在現場施工過程中，現場監理嚴格材料質量及現場保管雙控機制，有效規避預應力病害。

3.1.1 預應力筋

預應力筋經現場監理檢測合格后方可進場，并嚴格施工過程中的安裝與存放，確保其通風良好，做好上鋪下墊，外部采用防水篷布包裹密實，防止預應力筋銹蝕。

預應力筋在使用前應進行檢查，現場監理應對其表面腐蝕嚴重或者預應力筋有損傷，表面出現斑疤、裂縫及彎折時嚴禁使用。

現場監理在后張法預應力筋張拉到控制應力錨固后因滑絲或錨下墊板破損，預應力筋必須重新張拉時，預應力筋已受到損傷，必須要求施工單位重新更換。

3.1.2 錨具、夾片

錨具、夾片進場前項目部實驗室與現場監理進行抽樣送檢并對進場材料進行外觀檢查，外觀檢查合格后材料統一堆碼存放，如表面有裂紋或夾片、錐孔有裂紋時，嚴禁進場。夾片因保存不當或張拉滑絲后重新張拉時，內表面凸牙被損傷，應作報廢處理（見圖2）。

圖2 現場錨具存放

3.1.3 制孔材料

金屬波紋管應按照要求妥善存放，避免受重壓、油污或化學品污染或者高溫燒傷變形。在使用前現場監理要做外觀檢查，使用過程中，金屬波紋管存在咬口開裂、變形嚴重不能滿足使用要求時，應做報廢處理（見圖3）。

圖3 現場金屬波紋管存放

3.2 預應力設備、設施

張拉設備、設施直接影響張拉的準確性。現場監理在施工前檢查張拉設備完好、設施標準齊全，張拉過程嚴格按照方案及簡算進行張拉，確保預應力張拉數據準確。

3.2.1 張拉設備

在張拉前，監理方要求施工單位對張拉設備進行校驗，張拉千斤頂每月校正一次且張拉次數不得超過200 次，壓力表精度不低于1.0 級，檢定周期為1 周，當使用0.4 級時，檢定有效期可為1 個月。為保證張拉設備的準確性，規避預應力病害風險，監理發現存在下列情況時，應重新校驗張拉設備：

（1）張拉油壓表指針受損或無法指零；

（2）千斤頂更換內部油壓部件、設備修復后的測力儀表或更換油的規格；

（3）千斤頂出現嚴重漏油，或油缸無法正常伸縮時；

（4）預應力鋼絞線出現連續崩斷；

3.2.2 張拉設備各部件與錨具配套問題

施工前監理應檢查夾片式錨具的限位板和工具錨，原則應采用與工作錨具同一家的配套產品。同時現場監理還應注意以下問題：

（1）工作錨和工具錨混用，反復使用后的夾片產生內傷肉眼不易發現，張拉時錨固不牢，造成整束滑動或滑絲等質量問題。

（2）限位板與工作錨具不配套，特別是限位刻槽的深度（通常為7 mm～8 mm）是一個關鍵數據，與鋼絞線的直徑有直接關系，必須嚴格依照產品的相關說明選取。

3.2.3 預應力施工設施

現場監理應在預應力施工時考慮，預應力施工無工作平臺、人員通道等情況，以上問題不只是存在安全隱患，關鍵是施工質量不能得到保證，現場技術人員、質檢人員及監理旁站不能有效履行職責，存在問題不能及時發現。在監理檢查過程中應首先檢查預應力設施的工作環境，在施工設施不完善、作業場所不足的，監理應要求施工整改，符合要求方可開始作業（見圖4）。

圖4 工作平臺

3.3 預應力制作和安裝

在施工監理過程中，預應力管道和預應力筋的安裝質量是監理管控過程的重點。嚴格監理，把控各個張拉環節步驟及規范施工管理，可以有效規避預應力施工過程中的質量缺陷。

3.3.1 預應力孔道定位不準、不牢，澆筑后偏位

預應力預留孔道位置準確性，是預應力施工監理的重點。在施工預應力張拉時，當預應力孔道位置與設計發生較大偏差，甚至超出設計和規范允許范圍，預應力筋位置就會發生變化，將會對箱梁板強度產生嚴重影響（見圖5）。

圖5 預應力孔道安裝定位

3.3.2 管道不通順、雜物不清理不及時

預應力施工過程中，要嚴禁混凝土漿液流入管道造成管道堵塞，從而導致預應力筋無法穿入或預應力筋因管道堵塞、摩阻力加大，張拉質量無法保證。喇叭口內雜物影響鋼絞線的發散角和孔口的摩阻，從而影響喇叭口內的壓漿質量，就會在漿體和喇叭口之間形成一個隔離層。

3.3.3 漏裝排氣、排水孔

排氣、排水孔也是監理過程一個重要環節，它對保證壓漿質量至關重要，對超長管道要設置中間排氣孔，管道駝峰處也應該設置排氣孔。即使設計圖紙中沒有要求，監理也應該參照橋涵施工技術規程、驗標等要施工單位設置，從而保證混凝土施工質量（見圖6）。

圖6 上大江特大橋0#塊段排氣孔制作安裝

3.4 預應力張拉

3.4.1 未履行摩阻試驗、張拉力和伸長量調整

上大江特大橋（32+48+32）m 連續梁張拉前，提前預制張拉試驗梁，監理會同第三方共同對張拉試驗梁與箱梁孔道摩阻損失、喇叭口損失和錨口損失進行檢測試驗，并根據實測結果要求施工單位對張拉控制應力進行調整，根據實測管道摩阻計算預應力筋理論伸長值（見圖7）。

圖7 現場鋼絞線張拉

3.4.2 張拉時選擇的初應力值σ0不合適

現場監理重點對初始應力大小進行檢測，當初始應力偏小時預應力筋未被拉緊，會出現非受力變形，導致預應力鋼絞線受力不均，個別鋼絞線可能存在伸長值或大或小現象，使梁體預應力實際效果無法達到設計標準。

預應力鋼束受力不均，致使張拉完成后測量的實際伸長值偏差較大（偏大）。

σ0的確定方法：根據現場摩阻試驗報告及設計單位意見，項目部將初始應力值控制為20%，后經監理單位與現場技術主管繪制張拉過程曲線，根據曲線中直線段的起點，對應的應力為σ0選定為20%。

現場監理對各預應力安裝設備及配件進行檢查，方法如下：

方法一：工作錨不安裝夾片，用張拉千斤頂對鋼絞線預拉至σ0，然后放松，減少鋼束的非受力變形，再卸頂、安裝工作錨夾片、裝頂，進行正常張拉；

方法二：張拉千斤頂安裝就位后，在張拉千斤頂尾部用小型穿心千斤頂逐根張拉，循環調整各束鋼絞線應力值至σ0，再進行正常張拉。

3.4.3 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損失，但在實際施工過程中又增加了此部分摩阻，造成預應力比設計值偏大。

預應力不足，導致運營期出現裂紋，鋼筋、預應力筋銹蝕，影響耐久性。

預應力不足，混凝土收縮徐變，梁體下撓，對無砟軌道影響更大。

預應力過大，梁體上撓偏大，影響軌道工程。

當出現以上情況時，現場監理應要求施工單位停止張拉，找出原因后制定整改措施。

3.4.4 預應力實際伸長值與設計值偏差超標，未查明原因，資料造假

現場監理過程中經常會發現張拉伸長值不達標，施工單位也不查找原因，隨意變更張拉力，使之無法確定梁體實際預應力度。鋼絞線伸長值超出設計范圍，無實際控制措施，有可能導致梁體受力過大。鋼絞線伸長值超出允許總體伸長量的6%時，預應力度無法滿足設計要，導致梁體受力不明。

經現場監理與施工分析發現，造成伸長值偏差超標原因很多，主要應注意以下幾點：

（1）張拉設備的有效性，張拉千斤頂和油表使用中沒有對應；

（2）預應力筋的實測彈性模量與設計之間的存在誤差；

（3）預應力管道存在堵塞、偏位；

（4）預應力筋中有滑絲、斷絲情況；

（5）絞線存在纏繞現象，受力不均，導致伸長量增加。

3.4.5 兩端張拉不同步，導致應力損失

上大江特大橋連續梁采用兩端張拉，施工前檢查項目對工人技術交底是否全面，符合現場施工要求，現場監理過程中，嚴格按交底控制操作流程，如因操作原因不規范，導致兩端張拉速度不同步，監理應時刻檢查張拉兩端鋼絞線伸長值，如果存在不一致時，就會造成一端張拉過快，先達到張拉控制應力，而另一端被動達到控制應力，使得張拉速度較慢的千斤頂由于受到被動壓力，張拉力和壓力表就會發生誤差。

3.4.6 隨意超張帶來質量危害

（1）現場監理應按設計要求對張拉施工中各管道張拉順序進行復核，嚴禁施工人員隨意更換管道張拉順序，造成梁體齊拱不均、側偏等現象。

（2）現場監理應防止施工單位隨意增加控制應力造成梁體超張拉，使之鋼絞線伸長量過大，造成超張拉后的預應力鋼絞線實際應力超過設計應力值，使梁體預應力增大，反拱度變化增大，超張拉過大時，可能造成梁體出現裂縫，甚至導致預應力鋼絞線崩斷。當預應力鋼絞線松弛損失較大，張拉過程中預應力未達到設計要求，但伸長值滿足設計伸長量時，為彌補松弛損失后引起的預應力不足等情況，可按照設計和規范進行超張拉。

3.5 預應力壓漿與封錨

在現場監理過程中，因為施工人員技術水平和責任心、原材料不合格、設備落后、工藝控制不嚴謹等均有可能造成預應力壓漿問題的產生，進而出現預應力病害，減低橋梁的耐久性。因此，壓漿質量控制是避免預應力病害的有效途徑，現場監理嚴格進行旁站并做好相關記錄、影像資料留存（見圖 8）。

圖8 上大江特大橋0#快管道壓漿

3.5.1 為了有效規避因壓漿產生的預應力病害，監理應重點管控的方面

（1）計量問題：計量設備精度不夠或未檢定，現場監理應禁止進場。原材料計量不準確，造成漿體不合格，泌水率和膨脹率等指標不達標，是出現孔道不飽滿的主要原因之一。

（2）管道壓漿劑（料）質量：實際施工用的管道壓漿劑與做配合比試驗時用的不是同一種產品，致使生產的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，現場監理與試驗監理應聯合對預應力管道壓漿料進行檢查，不達標嚴禁壓漿。

（3）是否有效持壓：出漿端沒有持壓閥門，以木楔、鋼筋頭、棉紗等代替的現象，不能實現有效持壓，以上情況現場監理應做必要檢查。

3.5.2 改善壓漿質量的監理控制

（1）循環壓漿法：普通壓漿劑也可以采取循環壓漿法，來改善壓漿質量。在實際施工中，在孔道出漿端用軟管將流出的漿液引入壓漿機的儲料罐內，在壓入孔道，周而復始地循環，將孔道內的氣體、雜物、泌水等帶出孔道，壓漿質量的到保證。

（2）增加排氣管：預應力管道安裝時，應預先將腹板束、頂板束在0 號段中心處、管道最高點設置排氣管，以利于排氣，保證壓漿質量。

（3）橫向預應力管道壓漿控制：本橋橫向預應力管道均為單端張拉，漿體回縮，易形成空腔，可以將橫向預應力的出漿、壓漿管露出混凝土面0.8 m 以上為好，將其架立，觀察漿體的回縮，及時補將。

（4）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，是影響壓漿質量的一個重要因素，推廣先進的、自動化程度較高的壓漿設備勢在必行。

（5）推進預應力施工專業化班組的建設，實現標準化作業：在施工過程中，多數工點張拉壓漿作業并不連續，任務不飽滿，人員臨時從鋼筋班、模板班等借用拼湊，達不到專業化、標準化的要求。建議全標段連續梁張拉壓漿工作集中由一個架子隊實施，做好技術交底，相信現場的質量控制可以得到保證。

4 結束語

杭紹臺鐵路上大江特大橋連續梁施工目前已經接近尾聲，從現場監理反饋的施工質量、預應力張拉及安全管控情況看，效果是比較理想的。按以往經驗可知，現澆連續梁施工質量缺陷大多因預應力損失及管道壓漿不飽滿造成鋼絞線銹蝕引起。因此，在杭紹臺鐵路上大江特大橋連續梁施工過程中，上海華東監理在現場施工管控過程中，重點對可能會影響預應力混凝土施工質量的因素進行把控，同時，提高現場自身監理人員業務水平、履職能力，做好混凝土預應力施工過程數據記錄、影像資料留存及現場問題的分析與解決，確保每一個環節符合設計要求。同時也要求施工單位提高自檢能力，提升質量安全意識，強化預應力橋梁施工過程控制，只有這樣能夠有效保證預應力混凝土連續梁施工質量，進而避免預應力混凝土連續梁施工病害發生。