大跨度预应力桥梁结构中的张拉控制应力问题及其施工控制技术研究

张旭明

（宁夏路桥工程股份有限公司，宁夏 银川750001）

0 引言

预应力混凝土小桥涵修建比较早，技术相对较成熟，解决这些病害问题的能力也就相对较成熟。但是，随着跨度的增大，跨中下挠与梁体跨中断垂直裂缝或大量斜裂缝伴随出现，其下挠可达到相当大的数值，病害较为严重。

1 张拉控制应力的大小对构件的影响

在制作预应力构件时，常常会出现张拉控制应力不准的问题。张拉控制应力的大小对于预应力混凝土构件的设计和以后的工作有着极为重要的影响。张拉控制应力σcon越高，构件混凝土中建立的预压应力σpc就越大，这类构件的特征是张拉后反拱很大，抗裂性能反常地高，即构件的抗裂检验系数实测值远远大于构件的抗裂检验系数容许值[γcr]，破坏前没有明显的预兆，为典型的脆性破坏。张拉控制应力σcon越低，构件混凝土中建立的预压应力σpc越小，即有效预压应力在构件混凝土受拉区并没有真正建立起来。在结构性能检验中，抗裂检验一般不满足要求，即构件的抗裂检验系数实测值小于构件抗裂检验系数容许值[γcr]。其特征是构件在整个检验中产生很大的挠度和裂缝宽度，属于正常的延性破坏。一般呈现为挠度达到L0/50，这说明构件变形过大，已无法正常使用，即使还能继续增加荷载也认为已丧失承载能力了。有时也呈现为受拉主筋拉断，而由于主筋拉断前构件产生较大的变形和裂缝，破坏时有明显的预兆，是不同于脆性破坏的，此类构件在结构性能挠度检验中是不满足要求的。因此，张拉控制应力σcon建立得过高或过低，对预制构件结构性能检验影响特别大，虽然构件破坏时表现为两种不同的破坏状态，一种是脆性破坏，另一种是延性破坏，但都直接影响结构的使用安全。

2 预应力张拉技术在施工中常遇的问题

2.1 预应力筋张拉实测伸长值超出《桥规》的要求

预应力张拉施工是采取张拉应力控制与预应力筋张拉伸长值控制这两个指标进行“双控”施工。《桥规》规定，预应力筋的实测伸长值与理论伸长值的偏差不得超过±6%。但在施工中常会出现不能满足这一要求的现象：（1）预埋的管道不顺直，或局部凸起，致使预应力筋与管道壁的摩阻力增大，虽然张拉控制应力未变，但实际平均张拉应力降低，导致伸长量不足；（2）预埋管道局部区域漏浆，部分预应力筋被漏浆粘结牢固，在张拉时该段预应力筋处于拉应力基本为零的状态，相应的伸长值也就基本为零，使得总伸长量不足；（3）预应力筋在管道内不顺直，相互缠绕，后张拉的钢束受到前张拉钢束的约束，造成应力不足，伸长值减小；（4）材料的物理特性存在差异，即预应力筋的实际弹性模量与理论计算伸长量时所采用的弹性模量数据有一定的差异，造成理论伸长值有误；（5）张拉千斤顶长期反复使用(或出现故障)，致使压力机张拉荷载与压力表读数与原效验标定的对应关系发生变化，虽然压力表读数未变，但压力机所施加的实际荷载已变。

2.2 预应力筋的预埋管道堵塞

在混凝土浇筑完成往预埋管道穿入预应力筋时，常常会遇到预埋管道堵塞导致预应力筋无法穿入的问题，这是由于预埋管道的管道接头处理不好、管壁有小孔或在振捣混凝土时不注意将波纹管振漏（或碰扁），产生漏浆，这些漏入管道的砂浆或水泥浆已经凝固或穿入预应力筋时，端头将波纹管接头管壁刺破产生卷曲而引起的。

2.3 预应力筋张拉时滑脱或断裂

造成预应力筋张拉时滑脱或断裂的原因主要有以下几点：（1）千斤顶内锁固夹具磨损严重，无法咬合锁固预应力筋；（2）自锚式锚具夹片丝口内有油渍污物，使得锚具夹片“打滑”无法锚固预应力筋；（3）限位器构造(或使用)不当，造成锚具夹片损伤及预应力筋损伤：在张拉千斤顶无强制锚固功能时，使用限位器可以很有效的发挥自锚式锚具的自锚功能，但限位器卡槽的长度要有所选择。卡槽长度过短，会损伤锚具夹片丝口；卡槽长度过长，限位器失去作用，易造成预应力筋滑脱。以上这些原因都会使预应力钢筋在张拉时发生断裂或滑脱，从而影响预应力效应，对预应力混凝土结构产生影响。

2.4 张拉拱度或放张拱度出现异常

预应力构件在张拉(后张法)或放张(先张法)时，其起拱度是很直观的评测构件施工质量的综合性数据。这个数据反映了构件混凝土的整体强度、变形特点、弹性模量、预应力大小及施加均衡程度等，是一个综合性的实际指标。但是在施工过程中会出现张拉拱度或放张拱度异常的情况：（1）起拱度偏大。未能在施工中严格执行混凝土施工配比，造成混凝土强度降低；混凝土养生不足，混凝土早期强度上升缓慢；张拉(或放张)时混凝土龄期不够，混凝土未达张拉(或放张)规定强度；张拉设备出现故障或张拉操作出现失误，导致张拉应力失控；原材料发生变化，如砂石料级配不良、含泥量过大等。（2）起拱度偏小。其主要原因是施加应力不够，或局部应力不均。张拉时没有拉够规定的控制张拉应力值；未能严格按照“双控”施工，预应力筋伸长量不足；对预应力损失考虑不足(或忽略)，控制张拉应力变小。

3 预应力张拉的控制措施

预应力筋张拉实测伸长值不能满足《桥规》的要求时，应采取的处理方法：（1）在预埋预应力筋管道时，对每个坐标位置都要严格按照设计数据准确定位，牢固可靠，且定位间距不宜大于40厘米，整个管道线形要保证圆滑顺直。并在混凝土浇筑振捣时要特别注意振捣棒不得直接碰撞管道，以免使预埋管道发生位移。（2）采用先将预应力筋穿入管道而后浇筑混凝土的施工方法时，在混凝土浇筑和振捣时要特别注意保护管道，以免将管道振漏。可派专人负责每隔10～20分钟将各束预应力筋作推拉活动，直至最后浇筑的混凝土达到初凝。（3）在往管道穿入预应力筋时，应整束全部穿入并理顺，不得一根一根单根穿入，以免筋束在管道内相互缠绕。（4）在计算预应力筋理论伸长值时，预应力筋的弹性模量要采用通过实验检测取得的实际数据。（5）检查油压泵、千斤顶、锚具、油压表等设备是否运转正常，必要时重新对千斤顶和压力表进行配套效验标定。

钢绞线滑丝、断丝，一般是由于锚固锥孔与夹片之间有杂物、钢绞线上有油污、锚下垫板喇叭口内有杂物、锚具偏离下垫板企口，以及锚具生产质量等问题造成的。在张拉前应对将要使用的预应力筋进行预张拉，以避免或减少预应力筋在张拉时出现断丝现象，并增加其延性。同时检查其表面是否存在浮皮、锈蚀、泥污、油渍等杂质，在使用前用钢丝刷清除干净。待检验无误后进行钢绞线的编束工作，编束时要把钢绞线理顺，并在不同的钢绞线线端涂上不同颜色作记号(在以后穿锚时，同一条钢绞线只能穿入两端锚具相对应的孔道内)。张拉时为便于对之进行处理，严格检查锚具夹片,发现油泽污物应清洗干净，检查千斤顶内锁固夹具的丝口,出现钝损,应立即更换，再者施工现场应配备小吨位单根钢绞线张拉千斤顶和与工作锚相适应的卸荷座。处理方法为：将卸荷座穿过钢绞线套在工作锚上，再将小吨位千斤顶安装到滑丝或断丝的钢绞线上，待锚固好后张拉，使夹片松动，用钎子从卸荷座出口处拨出夹片，然后慢慢回油使钢绞线松动，若为滑丝且钢绞线只有轻微损伤，则可更换夹片，重新用小顶张拉到设计应力，若为断丝，则需更换钢绞线和夹片，换好后用小顶张拉到设计应力。

关于钢丝滑、断丝的处理方法。（1）对有滑、断丝的钢束，在其两端安装千斤顶，将钢丝楔紧在卡盘上，张拉一端，待锚塞退出锚圈后，用扁钢丝钎从对中套的缺口处插入锚具挡住锚塞小头，然后主缸慢慢回油，将钢束放松，锚塞即可取出。但是，当继续放松并把卡盘的钢丝退出时，锚塞很可能又被楔紧，此时再照上述方法二次放松。第二次退楔后拆卸千斤顶，将钢束晃动，锚塞即可取出，而后拉出钢束换装新的。（2）单根滑丝单根补拉。将滑进的钢丝楔紧在卡盘上，张拉到设计应力后顶压楔紧。（3）锚塞过紧，钢丝张拉不动。遇此情况如强行张拉，则会把楔块与锚塞间的钢丝拉断。解决方法为安上千斤顶并楔紧各钢丝，张拉到相当大的应力仍拉不出锚塞时，打掉1个千斤顶卡盘上卡钢丝的楔子，迫使1～2根钢丝产生抽丝，这样，锚塞与锚圈的锚固力就小了，再拉锚塞就容易拉出了。

4 结束语

总之，影响大跨径预应力混凝土桥梁病害的因素众多，涉及设计计算、施工、材料、防治技术等一系列环节，其中一些影响因素很复杂且相互耦合，一些因素也尚不完全清楚，要全面解决我国大跨径预应力混凝土桥梁下挠过大的问题，还有大量艰苦的理论与技术研究工作。

［1］李国平.桥梁预应力混凝土技术及设计原理[M].北京：人民交通出版社，2004.

［2］卢维华.大跨PC连续梁病害评估及加固方法研究[D].成都：西南交通大学，2002.