预应力施工异常现象补救及处理方法

■范国平 ■江苏中设集团股份有限公司，江苏 无锡 214000

预应力施工出现异常现象在当前施工中并不少见，其表现形式各种各样，造成损失也比较惨重，轻者造成施工单位经济损失，重者对于结构后期使用带来重大隐患，造成不可挽回的社会影响。在符合设计和规范要求的前提下，如何对产生问题的预应力异常现象进行最经济合理的处理，是我们施工技术人员应该努力提高的技能。

1 预应力异常现象的分类

(1)原材料及锚具缺陷产生的异常:断丝、滑丝、锚杯崩碎;(2)施工工艺控制不良产生的异常:施加预应力不足、钢绞线伸长量偏差大于规范要求的正负百分之六，过度施加预应力、曲线桥腹板预应力管道侧向锚固钢筋不足和管道移位导致的腹板侧向崩裂，锚下砼由于密实度不良导致锚垫板破碎等等;(3)设计导致的异常:预应力管道一次性长度较大导致预应力实际损失远远大于设计考虑的损失。

2 原因分析和处理方法

2.1 断丝、滑丝

(1)断丝的原因:a.由原材料及锚具本身缺陷导致;b.张拉过程中施工人员对夹片顶锲松紧程度不一致导致夹片受力不均匀引起的钢绞线断丝;c.甚至还有施工人员误将工具夹片和工作夹片混用导致钢绞线整根破断，d.锚垫板与设计角度偏差过大导致的张拉应力集中也会使钢绞线断丝。如图1、所示

夹片顶锲不平衡(图1)

工具夹片与工作夹片混用(图2)

(2)滑丝的原因:a.滑丝主要原因为原材料缺陷导致，夹片硬度不足而和钢绞线未产生足够的咬合力;b.限位板自由深度过大，使夹片外露量过大导致不能有效使夹片与钢绞线咬紧;

解决方法:a.锚具缺陷，直接更换合格的锚具即可;b.应根据实际情况做夹片与钢绞线匹配试验，确定合适的限位板自由深度，一般为9～11mm，如深度过小，易导致夹片与钢绞线形成过大刮痕，减小钢绞线有效截面积，深度过大易导致顶锲时夹片不能随钢绞线回缩时咬合紧密。

2.2 锚杯崩碎

锚杯本体崩碎多见于扁锚。(1)由于锻打原材料时产生夹渣而形成先天缺陷，在产品检验时未能检测发现;(2)施工人员误将不同厂家的锚杯和夹片混用(不同厂家锚杯与夹片的加工尺寸不一致)而在张拉时导致过大劈裂应力崩碎。处理方法:(1)更换锚杯;(2)在每次张拉前必须严格检查锚杯和夹片的配套性。

2.3 钢绞线伸长量偏差大于规范要求

此现象为预应力张拉最常见的现象，其原因有以下几种:(1)预应力施加不足和过度，导致伸长量不足和偏大，(2)管道摩阻力大于设计(包括设计不合理);(3)管道堵塞、(4)施工人员量测方法错误;(5)扁锚最后张拉的钢束受前面钢绞线摩阻力影响导致伸长量偏小。(6)钢绞线穿束时未对钢绞线进行梳理导致的钢绞线松紧程度不一致而产生的张拉力不平衡。处理方法:(1)施加预应力不足和过度主要是由于对千斤顶油表读数控制错误而产生，通过重新标定仪器和复核计算式可以解决，如系千斤顶故障应重新更换千斤顶;(2)管道摩阻力过度大多为长束，以及设计未考虑合理分段张拉导致中间部分预应力损失过大。可通过与设计单位沟通，合理减小张拉段长度，并进行设计变更，取得良好的张拉控制。(3)管道堵塞系砼浇筑时未对波纹管采取保护措施致使砼砂浆渗透进管道，处理时应作开膛处理，根据张拉伸长量与理论伸长量比例初步确定堵塞部位，根据管道坐标画出开膛部位，可以尽量缩小开膛工作，影响砼整体强度，找到堵塞部位清理其堵塞物体，最后再通过修补还原。(4)施工人员对张拉伸长量量测方法:由于公路桥涵施工技术规范未对张拉量测方法规范化，现有施工人员基本上是以千斤顶油缸行程代替伸长量，但这种量测方法存在一定误差，其缘由在于几个方面:千斤顶与锚垫板之间的压缩变形一般在2mm 左右，工具锚夹片随千斤顶张拉的缩进变形，这部分变形一般在2～5mm 左右(与施工人员顶进工具夹片程度有关)，见图3;

锚具变形、预应力筋回缩和接缝压缩(图3)

在张拉过程中，工具锚夹片随钢绞线缩进，所以单边张拉的误差约在4～7mm 左右，两边即有8～14mm 误差，此误差为量测值比实际值偏大，并且束长束短无影响，对于标称1860Mpa 的钢绞线以75%张拉应力控制的预应力束(弹性模量以1.95×105Mpa 计)来说，不考虑摩阻力损失情况按0.69%的计算伸长量来说，束长10m 时，其误差为+11.6%～+20.3%，即远远大于规范的6%，在束长100m 时，此误差为+1.2%～+2%左右，在考虑曲线摩阻力影响下，其偏差更大一些。在使用千斤顶行程代替钢绞线伸长量的前提下，导致了实际张拉控制力要比设计偏小，给结构带来一定隐患。笔者认为正确的方法应该是从锚垫板外端面开始量测至钢绞线记号处的总伸长量。(其理论伸长量计算也应考虑两端千斤顶工作端长度);(5)扁锚体系张拉最后几束张拉伸长量偏小这种现象比较普遍，主要是施工时很难保证钢绞线不互相叠压，目前除在管道安装时尽量控制好顺直度以外，还有一种解决办法就是扁锚整体张拉，这种方法需要千斤顶厂家配套生产相应的整体张拉千斤顶。为防止扁管受砼浇筑压扁波纹管，波纹管高度可以适当放大些，确保钢绞线可以在波纹管内自由移动(笔者曾经在京福高速三明段采用过扁锚整体张拉工艺);(6)公路桥涵施工技术规范要求钢绞线应梳理整齐、编号，但实际施工控制中，具备整体穿束的情况不多，大多为单根穿束，这就导致钢绞线易在波纹管内缠绕，各单根钢绞线松紧程度不一致，在张拉时形成每根钢绞线受力不均匀，为解决这个问题，除尽量保证满足规范梳理整齐要求以外。本人提出一种解决方法，即在张拉前，工作夹片暂时不安装，先安装千斤顶预先张拉部分预应力，使钢绞线自由行程部分随千斤顶拉出，千斤顶回油时，由于无工作夹片，钢绞线不能锚固，无自由行程的钢绞线仍旧回缩，最终钢绞线基本能保证松紧程度一致，然后再安装工作夹片进行正式张拉;这种方法仅适用于钢绞线缠绕不太严重情况，在大多数情况下可以减缓钢绞线在波纹管内松紧程度不一致产生的受力不均匀;(7)限位板深度过小，导致钢绞线受夹片刮伤，在张拉时钢绞线和夹片产生刮痕减小了有效张拉应力，此状况应适当加深限位板自由深度，保证夹片、锚具、钢绞线匹配;正常合理的情况是钢绞线张拉时表面仅有轻微刮痕为宜。

2.4 锚下砼空洞

此原因主要是由于锚下钢筋网太密，设计考虑各种钢筋交织导致钢筋之间距离过小，锚垫板部位靠结构下方，浇筑砼难以有效控制砼振捣，更换锚垫板需注意凿除空洞部分，后浇筑修补灌浆料或环氧砼需保证振捣密实，此情况可以通过砼浇筑前预控防止发生锚下钢筋太过密集，合理优化砼配比来控制。

2.5 齿块裂缝

齿块张拉裂缝主要是由于锚固钢筋未能与结构受力主筋有效联系而产生，裂缝不太严重时可采取植筋处理，在锚下受力部位钻孔并将受力筋暴露出来，用U 型钢筋外加和主筋焊接牢固，最后封闭。严重时必须做返工处理，凿除齿块并重新整理钢筋并浇筑砼。

2.6 千斤顶的放张

不管何种情况，对张拉异常现象处理基本上需要作放张处理，对于未张拉至设计应力且有安装千斤顶条件的钢绞线放张比较简单，通过带侧窗的张拉垫板衬在千斤顶端头，张拉千斤顶将钢绞线和夹片带出，在侧窗将夹片剥离，即可放张。但对于断丝断在夹片处，毫无千斤顶受力时，如夹片外剩余10cm 长度钢绞线可通过连接器放张，连接器如图4、图5 所示。

连接器(图4)

连接器夹片(图5)

如连接器都无法安装，此时放张一般采用电加热或氧气乙炔法，氧气乙炔切割熔断时要注意不得单根钢绞线一下子全部切断，利用长柄氧焊枪从侧面慢慢对夹片进行加热，融化，但一次仅能切断一至两丝。然后对周边钢绞线采取同样措施，直至夹片弹出，最后重新对钢绞线穿束和正常张拉。以下是某工程实例:(1)放张前准备:切除残余钢绞线，焊接钢筋以夹片使钢绞防止锚杯旋转跑位(本图已无千斤顶安装空间)，如图6;(2)做好防护，开始用乙炔加热夹片使钢绞线退锚，如图7。

焊接钢筋(图6)

乙炔加热(图7)

3 结语

以上是笔者归纳目前预应力张拉常见的几种异常现象，在实际施工过程中采取了相应的处理方法，取得了一定效果，消除了隐患，但根据规范处理问题时发现存在以下两点讨论的问题:(1)现行公路桥梁施工技术规范并未对千斤顶张拉伸长量量测方法进行规范化;(2)同理规范也未对伸长量超过要求时如何处理做说明，仅说明查明原因并采取调整措施，在表7.8.5-2 注释说明第二条(超过表列控制数时，原则上应更换，当不能更换时，在许可的条件下，可采取补救措施，如提高其他束的预应力值，但必须满足设计各阶段极限状态的要求)也未说明最大能使用钢绞线标称应力的上限，仅设计规范要求不超过80%。

第一条由于无具体量测方法，现在施工单位使用的量测方法存在较大误差，导致对结构的预应力施加存在一定隐患。

第二条仅仅是一种原则性指导意见，对具体操作并无太大作用，反而导致现场施工技术人员误解，将不同作用钢束也作为补偿进行超张拉(如底板束断滑丝连腹板束钢束也增加部分补偿应力)。

对以上两点，笔者建议规范修订时能相关完善并细化处理原则，给现场施工技术人员以可靠的操作依据。