预应力混凝土后张梁张拉施工质量问题及控制措施

孙金更

(1.中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京100081;2.国家铁路产品质量监督检验中心，北京100081)

预应力混凝土后张梁张拉施工质量问题及控制措施

孙金更1，2

(1.中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京100081;2.国家铁路产品质量监督检验中心，北京100081)

预应力混凝土后张梁张拉施工是保证桥梁质量的重要环节之一，本文从材料、设备、工艺等方面总结了张拉质量控制措施，归纳提炼出“张拉前的三控”、“张拉中的三控”、“三同心”、“两同步”等张拉技术纲要。针对作者从事桥梁产品标准制定以及桥梁生产许可证审查中发现的常见问题给出了解决措施，以期引起预制梁场的重视，从而保证预应力张拉质量。

后张梁 预应力 张拉 质量控制

在我国客运专线桥梁中，主要采用的是后张法预应力混凝土简支箱梁，因其具有抗扭刚度大、受力明确、预制施工方便、建成后的桥梁养护工作量小以及低噪声等优势而被广泛采用。在预应力混凝土桥梁生产中，张拉预应力筋是决定其使用性能的关键工序，也是技术性很强的工序。由于我国高速铁路建设规模大，地域范围广，专业的预应力施工队伍较少，各施工队伍技术水平也参差不齐，因而在预应力施工中易出现各种问题，给铁路运营安全带来隐患。如不及时发现问题和采取各种预防措施，将严重影响预应力混凝土梁的抗裂性，危及桥梁结构的使用安全，甚至造成重大事故及巨大的经济损失。为了使后张梁张拉问题引起各制梁企业的高度重视，作者结合从事桥梁产品标准制定、桥梁生产许可证审查工作的经验，对预应力张拉质量问题及控制措施进行论述，以供技术人员参考。

1 张拉材料和设备的质量控制

1.1 钢绞线

目前预应力梁所使用的钢绞线为低松弛高强度钢绞线，规格为1×7-15.2—1860-GB/T 5224，70%荷载松弛率为2.5%，弹性模量为(195±10)GPa。每一批钢绞线在使用前必须抽样检测，检测不合格的不得使用。钢绞线每30 t为一个批次，分别进行破断负荷、屈服负荷、弹性模量、极限伸长率和直径检验。钢绞线应上盖下垫存放于干燥处，防止锈蚀。

1.2 锚具

锚具为夹片式，应符合设计规范要求，锚垫板应能安装密封盖帽。锚具技术指标应符合《铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器技术条件》(TB/T 3193—2008)的规定。进场检验批次为每批不大于2 000套。各种规格的锚具在进场时均应有材质证书及探伤报告等技术证件，首批应进行静载锚固性能、锚板强度的进场检验。锚具生产厂家应提供“三匹配”:钢绞线直径与张拉限位挡板槽深、喇叭口直径与预埋胶管管径、回缩量与外露量的匹配。限位挡板和工具锚应采用同一生产厂的配套产品，不得使用不同生产厂的产品，工具锚和工作锚不得互相替代使用。预应力锚、夹具要静载锚固性能可靠，承载能力足够和适用性优良，使用前应进行外观、硬度检验。

1.3 张拉设备的质量控制

根据张拉所用千斤顶和钢绞线的联结关系，分为穿心式千斤顶和牵卡式千斤顶。在预应力张拉过程中使用的千斤顶应满足以下要求:千斤顶性能良好，使用过程中不得出现漏油现象，张拉千斤顶吨位应在锚外张拉控制力的1.25～1.5倍，最大行程不得小于预应力筋的伸长量加初始张拉时预留行程量。千斤顶必须与计量检定合格的压力表配套标定、配套使用，与校准线性回归方程对应的相关系数不小于0.999 9。千斤顶校准周期应符合下列规定之一:千斤顶首次使用前必须经过校准，千斤顶使用限期一个月或张拉作业达200次，千斤顶漏油或拆修等，均需重新配套标定。千斤顶的校正系数应在1.0～1.05之间，如校正系数大于1.05则重新校正。

与千斤顶配套使用的压力表宜采用防振型，其精度等级不低于1.0级。按千斤顶面积计算量程，应在工作最大油压的1.25～2.0倍之间，一般最大量程为60 MPa，表盘最小刻度值应为0.5 MPa，表盘直径不小于150 mm。宜采用精密压力表。压力表使用前应经国家计量管理部门进行计量检定。油压表的检定/校准周期应符合下列规定:①1.0级压力表检定周期为一周，0.4级压力表检定周期为一个月(每周自行校准);②压力表用于张拉作业达200次;③更换液压油规格、超过允许偏差、发现异常故障时。张拉压力表自校准应具备:活塞压力计+标准母表+标准砝码(用母表校准张拉表;以砝码督察母表)。

张拉油泵性能必须良好。若两端对称同时张拉，则两端的张拉油泵的型号、规格、性能必须一致。张拉油泵额定油压为使用油压的1.4倍，油泵容量不得小于张拉千斤顶总输出油量的1.5倍。

为确保张拉质量，宜采用最新研发的符合《后张梁自动张拉系统技术条件》的自动张拉设备。

2 张拉工艺方面的质量控制

2.1 张拉工艺控制

预应力张拉是预应力桥梁预制的关键工序。在施加预应力前应委托有资质单位进行管道摩阻和锚口、喇叭口摩阻的预应力损失测试，并由桥梁设计单位根据测试结果调整张拉应力。根据千斤顶与油压表配套标定的回归方程计算各级张拉油表读数，还应根据实测摩阻系数、弹性模量计算钢绞线理论伸长量。后张箱梁预施应力按预张拉、初张拉和终张拉三个阶段进行，T梁按初张拉和终张拉两个阶段进行。终张拉前进行“三控”:混凝土强度、弹性模量、龄期(T梁14 d，箱梁10 d)，此三者必须达到设计要求方可张拉。另外，张拉前应对混凝土的浇筑质量进行检查，若有轻微缺陷可先张拉后修补，但若有严重削弱截面的缺陷，如跨中区段存在明显可见空洞或潜在空洞(列检锤敲击检测)，必须先修补且强度达到标准要求后，才可张拉。同孔梁浇筑和张拉时间差应不超过6 d，尤其是4片式T梁，以保持徐变变形的一致。

在预应力钢绞线的使用过程中，经常会发生在一榀梁上穿入两批钢绞线的情况，且两批钢绞线的线径、弹性模量有较大差异，此时应做到批接口“三对应”:限位挡板槽深与线径相对应，伸长量计算与弹模相对应，两批钢绞线实际穿入的孔道与指定的相对应。否则将会出现严重刮丝或实测伸长率与计算值不一致，甚至超标。多年来，批接口“三对应”及钢绞线缠绕问题一直未引起桥梁界的重视，它是造成预应力损失的重要原因，同束各根钢绞线应力相差过大，可能导致某一根拉到甚至超过屈服强度，发生“多米诺”破坏。

千斤顶安装时，应做到“三同心”，即预应力孔道、锚具、千斤顶三者同心同轴。工具锚应与工作锚对正同心，工具锚与工作锚之间的钢绞线不得错位，扭绞。应采用两端同步张拉，并左右对称进行，最大不平衡束不应超过1束，张拉顺序按照设计图纸要求进行。开始张拉前应再次检查工具夹片安装是否牢固，夹片安装完好即可开始预应力张拉。张拉时应做到“三同”，即两端张拉油泵应同时开始、同速供油、同时达到设计张拉应力。预应力终张拉程序为:0→初应力(20% σcon)→σcon→持荷3～5 min锚固。

张拉过程中的“三控”:应力、时间、应变，以控制张拉应力(油压表读数)为主，以预应力筋总伸长值进行校核。张拉应力偏差不得超过±1%，两端总实际伸长值与按进场检验钢绞线实际弹性模量计算的理论计算伸长值的误差不得超过±6%，两端张拉不同步率按伸长量(大－小)/(大+小)计算应≤5%;同时保证在张拉控制应力σcon作用下持荷3～5 min后回油锚固。张拉后“三控”:滑断丝率、夹片外漏及错牙、钢绞线回缩。在整个张拉过程中，严密注意钢绞线及锚具滑丝情况，全梁断丝、滑丝总数不得超过钢丝总数的0.5%，且不得在同束、同侧。若伸长量超过±6%，或一束内滑断丝超过一根时均须采用整体退锚套筒进行退锚、重拉处理。锚固后夹片表面应平整，夹片外露不超过3 mm，错牙差不超过1 mm。张拉完成后对钢绞线做标记线，测量钢绞线24 h的回缩量，每端钢绞线回缩量不大于1 mm。张拉锚固24 h后测量无回缩，方可切除多余钢绞线。钢绞线割丝长度采取“双控”:钢绞线外露量为30 mm、钢绞线端头距梁端面≥40 mm，以保证力筋有足够的保护层厚度。采用砂轮机切割，防止对锚具造成损害。严禁使用电气焊切割。

2.2 张拉过程中引起预应力损失的原因

预应力张拉是桥梁生产的关键工序，而预应力损失是桥梁生产技术的核心，保证实存有效预应力符合设计要求，是桥梁生产质量控制的目标。若张拉环节控制不当，将增大预应力损失，而影响到最终的实存有效预应力，甚至危及到梁体抗裂性。常见的导致预应力损失的六大原因如下:①端模孔位不准确。加工、安装所致孔位上抬，改变了合力中心，引起抗弯截面矩量值剧减。②预埋胶管不平顺。管道上下/左右偏离设计位置，管道摩阻超出测试值及调整范围。③喇叭口进浆不同心，钢绞线与锚具不同心。折角产生锚口、喇叭口摩阻。④端模板锚穴的水平角和竖直角偏离设计角度，造成千斤顶与钢绞线不同心，产生折角摩阻。⑤张拉限位挡板槽深不匹配引起刮丝或空放。⑥两端张拉不同步，近似单端张拉，加大了管道摩阻。

3 张拉控制环节常见问题及解决措施

3.1 材料问题及解决措施

3.1.1 主要问题

1)同批钢绞线弹性模量差值过大。

2)钢绞线未执行批接口“三对应”，尤其是钢绞线直径与张拉限位挡板不匹配。

3)未特别设计、定制同心橡胶护套，造成锚垫板喇叭口进浆，预应力管道偏心，导致钢绞线与锚具不同心，与锚板产生折角，增大了锚口摩阻。

4)端模板锚穴的水平角、竖直角偏差过大，造成张拉千斤顶与钢绞线产生折角而不同心。

5)夹片使用钢丝圈套联，因经常发生钢丝跳出沟槽，阻碍夹片跟进锚固，仅个别牙吃力，易造成夹片倒牙或刻断钢绞线。

6)锚垫板问题:①喇叭口长度不足，小口直径不合格。如配套90型胶管直径达105 mm，＞95 mm;且钢绞线4°折角无法保证。②承压板面积过小，造成梁端部压应力过大，甚至塌陷进去。因承压板面积过小而导致梁端侧面锚下部位产生沿管道的纵向开裂。

3.1.2 解决措施

1)钢绞线弹性模量:考虑到同束应力差，同束钢绞线弹性模量差不能超出3 GPa。同批钢绞线弹性模量差≤5 GPa(桥梁生产最新要求弹性模量(195±5) GPa，已列入新标准《高速铁路后张梁》(报批稿))。

2)张拉锚具的槽深允差±0.05 mm。锚具生产厂家应提供“三匹配”:线径与槽深、喇叭口与管径、回缩量与外露量。特别强调槽深必须与本批实测钢绞线直径相对应，否则刮丝直接造成预应力损失。槽深、线径进场检验，配套发放。夹片采用耐油橡胶圈套联。锚垫板尺寸、重量严格执行CRCC锚具认证规则。

3)采用锚穴角度检测仪对进场端模板锚穴的水平角、竖直角严格检验。

4)特别设计定制同心橡胶护套，且采用三色区分三种规格:φ90红色、φ80黄色、φ70绿色，并安装到位，严控喇叭口进浆。

3.2 设备仪表问题及解决措施

3.2.1 主要问题

1)张拉千斤顶吨位不符合张拉力的1.25～1.5倍的要求。

2)张拉油表问题:①使用非耐振型油表;②耐振型油表亏油量达1/3～1/2;③最小刻度(分度值)为1.0 MPa，视读误差大不符合标准要求;④标准母表拿出实验室做静载试验等，之后未采取任何措施又直接用于张拉油表校准。

3)张拉油泵型号规格不一致，新旧程度不一致，维修换油不一致。

3.2.2 解决措施

1)按张拉力要求配备适宜吨位的千斤顶。一般应配置两种规格的千斤顶，如250 t，350 t。

2)按前述规定选购适用、合格的张拉油表。

3)试验、检验专用的仪器仪表等，如秤、母表等一般不应离开实验室使用。

4)建议张拉使用0.4级油表，其分度值为0.2 MPa，可减小试读误差且使用寿命长。

5)保持油泵型号规格及设备状态“三个一致”，为张拉同步提供条件。

3.3 计量问题及解决措施

3.3.1 主要问题

1)配套标定千斤顶用压力环或传感器的规格与实际张拉力不配套，缺少小(或大)吨位的传感器。

2)使用0.4级油表未每周校准。

3)计量检定区段与实际使用区段不对应。

4)标定千斤顶用压力环或传感器在有效期内使用过程中未进行“运行检查”(定期校准)。

5)自校准分级过大。

6)活塞压力计缺少标准砝码装置，张拉油表与标准母表直接对比，不具备标准母表校准功能。

3.3.2 解决措施

1)1.0级油表，须每周检定一次;0.4级油表每月检定一次，但必须每周校准。

2)张拉压力表自校准应具备硬件(活塞压力计+标准母表+标准砝码)和软件(检定员证书)。

3)梁场未获得当地计量管理部门普通压力表的量值传递权，不得自行检定。

4)用母表校准工作表，以砝码督察母表。禁用无标准砝码功能的活塞压力计。

5)母表检定有效期1年，但期间需用标准砝码定期校准。母表禁止用于现场静载试验等。

6)当具备一定条件时，允许梁场对张拉千斤顶进行自校准。

7)加强计量管理，做好送检计划，不超期使用。

8)控制两端伸长量相差不得大于5%，否则管道摩阻差别可能影响伸长量。特别强调理论伸长值的正确计算和实际伸长值的现场计算核对。

3.4 梁体问题及解决措施

3.4.1 主要问题

1)因水泥用量过低，致使早期强度偏低，不能保证10 d/14 d终张拉强度、弹性模量满足设计要求。

2)弹模仪使用方法有误。150 mm标距的顶针固定螺栓孔(粗牙间隙大)晃动，造成空隙“吃掉”变形，弹性模量试验值失常。

3)强度试模变形造成强度测试不准，出现实际强度不足。

4)未使用列检锤敲击梁体跨中区段有无潜在空洞，存在质量风险。

5)因张拉设备、仪表不足等原因，造成同孔4片T梁的终张拉时间超过规定的6 d;张拉班组数量与日产量不匹配，致使同孔梁终张拉时间超过规定的6 d。

3.4.2 解决措施

1)弹性模量发展滞后于强度，故混凝土弹性模量控制生产周期。张拉前的“三控”依靠配合比保证。

2)配合比须保证在不利温度(生产期间可能发生的最不利温度)下的10 d/14 d的弹性模量，并保证台座、模板数量、生产周期满足施组及架梁要求。

3)水泥用量决定了早期强度。水泥用量宜360～380 kg/m3。箱梁、T梁有差别，T梁应略有增加。

4)铁路桥梁业内规定:R终=fcu，k+σ。即:终张拉强度值=设计强度标准值+3.5 MPa。例如:箱梁C50龄期10 d时R终≥53.5 MPa，混凝土弹性模量Eh≥35.5 GPa。

5)张拉前指派专人使用列检锤检查跨中区段有无明显可见空洞。

6)关注同孔梁浇筑、张拉的时间差，尤其是4片式T梁。当设计图纸规定5 d，应按“就高”原则满足高标准要求。

3.5 质量验收问题及解决措施

3.5.1 主要问题

1)使用钢丝套联的夹片，造成外露量偏大，有的达到5 mm。

2)管道摩阻测试报告表明:钢绞线(夹片)回缩量达7～8 mm，超出规定。

3)滑断丝标记线每根钢绞线仅划了最外侧的1丝。

4)张拉24 h后未查看滑断丝情况。

5)错用电焊切割钢绞线。

6)钢绞线切割，用砂轮机沿梁端面横扫，最小处仅2～3 mm，保护层厚度严重不足40 mm，封锚混凝土易出现收缩裂缝，容易造成钢绞线端头的锈蚀，甚至降低使用寿命，危及运营安全。

3.5.2 解决措施

1)认真测量夹片“三量”，注重张拉限位挡板配套，防止槽深过大或过小，回缩量超标或刮丝。

2)认真画好每丝回缩标识，24 h后需由专人仔细查看，钢绞线内缩、滑断丝超标，必须退锚重拉。

3)严禁使用电、气焊切割。

4)无论何种图纸，必须保证钢绞线外露30 mm，预应力筋端头保护层厚度不小于40 mm。

5)伸长量超标(±6%)，应使用整体退锚套筒退锚，窜动钢绞线束后，重新张拉。严禁在同一夹片刻痕位置反复张拉。

4 结语

随着我国客运专线的快速修建，为满足桥梁抗裂性、刚度及100年使用寿命的要求，对桥梁预应力控制提出了更高的要求。如果预应力出现不足，直接影响到桥梁的抗裂性;刚度出现不足，直接影响高铁的平稳性。混凝土耐久性及钢绞线、预埋件的锈蚀问题，直接减少使用寿命。反之，如果预应力过大，可以满足抗裂性要求，但很可能会出现较大的徐变拱度，直接影响到线路的平顺，而客运专线以无砟轨道为主，使用期限内对桥梁变形的要求非常苛刻，徐变拱度过大将导致线路无法正常营运。因此，准确地控制预应力张拉值是非常必要的，同时，还应控制张拉阶段的预应力损失，以确保有效预应力处在设计要求水平。本文从材料、设备及工艺三个方面，对保证预应力质量的控制措施进行了分析，并针对现场常见问题，给出了控制措施，以期为提高后张梁预应力张拉控制水平提供参考。

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(责任审编赵其文)

U448.35

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.06

1003-1995(2015)06-0020-04

2015-01-08;

2015-04-30

孙金更(1956—)，男，河北东光人，高级工程师，硕士。