體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工質(zhì)量問(wèn)題淺析

劉雷雷 （安徽省海通建設(shè)集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引 述

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有十分獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，正廣泛應(yīng)用于新橋梁建設(shè)，同時(shí)也應(yīng)用于舊有的混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固及維修。然而，其在實(shí)際運(yùn)用和發(fā)展中也會(huì)遇到一些問(wèn)題，如橋梁設(shè)計(jì)欠妥問(wèn)題、結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題以及施工工藝和質(zhì)量問(wèn)題等，需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

1 體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

橋梁規(guī)范對(duì)混凝土和鋼材的強(qiáng)度、截面的受壓區(qū)高度限值、承載能力（強(qiáng)度）、裂縫和撓度指標(biāo)、施工期和運(yùn)營(yíng)期截面的應(yīng)力控制均有明確的要求和規(guī)定，應(yīng)逐一滿足。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁應(yīng)多采用空間計(jì)算分析軟件進(jìn)行分析，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析判斷能力。

許多設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)習(xí)慣簡(jiǎn)單模仿，造成結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)尺寸和構(gòu)造措施的不合理。而橋梁規(guī)范實(shí)際上給出的是最低要求，且具有一定的時(shí)效性和局限性，不可能將各類橋梁在設(shè)計(jì)中遇到的或可能遇到的問(wèn)題都能給予明確的答復(fù)，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況和計(jì)算分析結(jié)果具體處理。

混凝土的收縮徐變效應(yīng)本身較難正確估計(jì)，實(shí)際施工時(shí)又常過(guò)于追求進(jìn)度，導(dǎo)致混凝土的早期徐變?cè)龃笄覐椥阅Ａ康脑鲩L(zhǎng)滯后于強(qiáng)度的增長(zhǎng)，各種外摻劑混用、濫用，施工控制和施工養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，預(yù)設(shè)立模標(biāo)高不足，混凝土材料強(qiáng)度不足或材料變異太大，超方現(xiàn)象嚴(yán)重，預(yù)應(yīng)力損耗和失效過(guò)多等等，都為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁出現(xiàn)病害埋下伏筆，也嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)的耐久性。設(shè)計(jì)時(shí)也宜適當(dāng)考慮這些超出設(shè)計(jì)范疇的實(shí)際現(xiàn)狀，適當(dāng)加強(qiáng)關(guān)鍵部分強(qiáng)度并對(duì)材料及施工工藝提出嚴(yán)格要求。

2 預(yù)應(yīng)力材料耐久性問(wèn)題及解決方案[2]

在使用過(guò)程中，橋梁受到自然因素（物理化學(xué)腐蝕等）、荷載因素（重力、風(fēng)、地震等）以及人為因素（前期施工缺陷、超載等）的影響。橋梁結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能不斷退化，橋梁各部分構(gòu)件不同程度損傷和劣化，這些橋梁的老化現(xiàn)象統(tǒng)稱為橋梁的耐久性問(wèn)題。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題除了混凝土的堿一集料反應(yīng)、凍融循環(huán)、硫酸鹽侵蝕和鋼筋的腐蝕（一般基于混凝土的碳化及氯離子侵蝕）等與普通混凝土結(jié)構(gòu)類似的破壞之外，還包括錨具和埋設(shè)件的腐蝕、預(yù)應(yīng)力鋼筋中的高應(yīng)力引起腐蝕乃至應(yīng)力腐蝕破斷等特有的破壞形式。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在早期由于體外索的防腐問(wèn)題尚未解決,致使橋梁的維修、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用很高,從而阻礙了體外預(yù)應(yīng)力橋梁的發(fā)展。如今體外索的防腐措施有了較大的改進(jìn),國(guó)內(nèi)外目前常用的防腐方法有以下幾種。

①無(wú)套管鋼束表面防腐法,即在裸露預(yù)應(yīng)力束上鍍鋅和涂環(huán)氧樹(shù)脂。這類方法適用于干燥、周圍無(wú)腐蝕性氣體的環(huán)境。

②套管加填充材料防腐法。此法是在索的外面加套管,待張拉完預(yù)應(yīng)力筋后,在套管內(nèi)壓注填充材料。套管常用鋼管和高密度聚乙烯管,填充材料常用水泥漿或黃油石蠟等軟材料。因此現(xiàn)在常采用此法防腐。

③采用單股無(wú)粘結(jié)鋼絞線或鋼絲束。這種方法是直接用工廠生產(chǎn)的單股無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋作體外束,靠無(wú)粘結(jié)筋的套管和填充料防腐。

④CFRP材料的應(yīng)用，CFRP材料具有很好的耐腐蝕性,在橋梁等結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用正愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。CFRP作為結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料能增加高速公路橋梁的服役期限,并相應(yīng)地減少與建造有關(guān)的安全和每年的維修費(fèi)用。

針對(duì)耐久性問(wèn)題的建議：加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性研究，主要包括結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中性能受到弱化的原因和其發(fā)生的機(jī)理、規(guī)律等。工程設(shè)計(jì)人員也應(yīng)建立耐久性設(shè)計(jì)思想，充分考慮到現(xiàn)階段的施工、管理水平和材料工藝水平，不斷提高施工管理水平和施工質(zhì)量。在施工時(shí)，要做到工藝先進(jìn)可行、工序嚴(yán)格控制。要解決橋梁耐久性問(wèn)題，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)使用階段的管理和維護(hù)，要充分考慮超載對(duì)于預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響，如加強(qiáng)對(duì)車輛超載的管理，定期對(duì)橋梁進(jìn)行檢查等。

3 施工質(zhì)量問(wèn)題

①?gòu)埨A段初應(yīng)力的不足，使有效預(yù)應(yīng)力難以按設(shè)計(jì)要求建立對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉程序和初應(yīng)力的建立問(wèn)題，施工規(guī)范中雖然給出了初應(yīng)力大小的范圍，但這僅僅是一個(gè)范圍，在實(shí)際的張拉操作中，應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行取舍。②濫用超張拉方法，會(huì)使結(jié)構(gòu)處于不安全的狀態(tài)。而對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)而言，最重要的是如何在結(jié)構(gòu)中建立準(zhǔn)確的、符合設(shè)計(jì)要求的有效預(yù)應(yīng)力值。在近年來(lái)的工程實(shí)踐中，有不少工程技術(shù)人員不論工程采用何種預(yù)應(yīng)力體系、何種材料和機(jī)具設(shè)備，為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，一律采用超張拉方法，對(duì)張拉時(shí)的控制應(yīng)力采取了一種“寧大勿小”的錯(cuò)誤做法，往往使預(yù)應(yīng)力筋在承受使用荷載時(shí)經(jīng)常處于過(guò)高的應(yīng)力狀態(tài)，破壞前沒(méi)有明顯的預(yù)兆，即產(chǎn)生脆性破壞，將嚴(yán)重危及結(jié)構(gòu)的使用安全，另一方面，如果控制應(yīng)力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的反撓度過(guò)大或張拉區(qū)出現(xiàn)裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)同樣也是不安全的。③鋼絞線滑絲、斷絲。④橋梁裂縫。

4 施工及質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 施工控制[5]

4.1.1 施工控制的內(nèi)容

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工控制包括結(jié)構(gòu)變形控制、結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制。變形控制就是嚴(yán)格控制每一節(jié)段的豎向撓度及其橫向位移，保證成橋后的線形趨于設(shè)計(jì)線形；內(nèi)力控制則是控制主梁在施工過(guò)程中以及成橋后的應(yīng)力，尤其是合攏時(shí)的控制，使其不至過(guò)大而偏于不安全，并符合設(shè)計(jì)要求。橋梁的穩(wěn)定性不僅包括橋梁的穩(wěn)定計(jì)算，還包括施工各階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部和整體穩(wěn)定。

4.1.2 施工控制要點(diǎn)

施工要點(diǎn)包括：①結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)是結(jié)構(gòu)施工模擬分析的基本資料，會(huì)直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、結(jié)構(gòu)材料彈性模量、材料容重、材料熱膨脹系數(shù)、施工荷載和預(yù)應(yīng)力或索力等。②施工工藝。施工的好壞直接影響控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。③施工監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)是橋梁施工監(jiān)控的最重要手段之一。監(jiān)測(cè)包括應(yīng)力監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)。④結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型。⑤溫度變化。溫度變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的受力與變形影響很大，這種影響隨溫度的改變而改變。⑥材料收縮、徐變。

4.2 質(zhì)量控制[1]

4.2.1 混凝土澆筑質(zhì)量控制

混凝土的澆筑質(zhì)量是保證橋梁耐久性的主要因素之一。必須注意加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，保證混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的和易性以及良好的質(zhì)量均勻性。

可采取如下具體措施：①控制水泥用量，選用優(yōu)質(zhì)水泥；②降低水膠比；③限制混凝土中的氯離子含量；④限制氯離子的滲透速率；⑤提高混凝土保護(hù)層厚度；⑥增加混凝土表面涂層。

4.2.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋質(zhì)量控制

增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的防護(hù)力和耐久性。首先，盡量避免采用含有對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感的金屬材料。其次，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中和避免積存腐蝕介質(zhì)，減少介質(zhì)的腐蝕性，添加緩蝕劑，采用保護(hù)層和陰極保護(hù)。在預(yù)應(yīng)力鋼筋的加工制作和張拉施工中，注意采取適當(dāng)?shù)拇胧┛刂坪蜏p少預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力損傷腐蝕。

4.2.3 預(yù)應(yīng)力錨具質(zhì)量控制

預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)具有可靠的錨固性能、足夠的承載能力和良好的適用性，并應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力筋錨具、夾具和連接器》的要求。

4.2.4 預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量控制

準(zhǔn)備工作：體外預(yù)應(yīng)力筋安裝過(guò)程需要多次轉(zhuǎn)向，是工藝難點(diǎn)。穿束前將鋼筋編束后整體穿入無(wú)縫的保護(hù)鋼管內(nèi)；穿束時(shí)，理順?shù)摻钍帕?，保持平行走向以防止互相扭絞，并每隔2～3m用鐵絲綁扎好；穿束順序是先固定端后張拉端。

注意要點(diǎn)：應(yīng)等混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后才張拉預(yù)應(yīng)力，減小預(yù)應(yīng)力損失及裂縫病害。其次要嚴(yán)格按照國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)定，如跨度大于30m的預(yù)應(yīng)力橋梁，要求采用兩端對(duì)稱張拉工藝。這樣才能保證跨中有效預(yù)應(yīng)力和抵抗彎矩的建立，否則產(chǎn)生正截面裂縫。再者要避免盲目的超張拉，應(yīng)根據(jù)梁的跨徑合理的選擇初應(yīng)力及張拉控制應(yīng)力。

步驟如下：①?gòu)埨皺z查混凝土抗壓強(qiáng)度，張拉時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。張拉采用雙控，即應(yīng)力控制和伸長(zhǎng)量控制。②施工中如因千斤頂工具式夾片磨損造成夾持不緊，出現(xiàn)滑絲，處理方法為壓力機(jī)立即回油，更換工具式夾片，檢查錨具錐孔與夾片間是否有雜物，清除錨墊板喇叭口內(nèi)混凝土重新張拉。如果仍有滑絲現(xiàn)象，則應(yīng)對(duì)鋼絞線、錨具進(jìn)行重新檢測(cè)，對(duì)千斤頂油壓表進(jìn)行重新標(biāo)定，確保萬(wàn)無(wú)一失。③張拉過(guò)程中隨時(shí)觀測(cè)梁的上拱度和梁體的側(cè)向變形，避免梁體變形過(guò)大而產(chǎn)生裂紋，并及時(shí)觀測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

4.2.5 轉(zhuǎn)向塊安裝質(zhì)量控制

體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋必須通過(guò)轉(zhuǎn)向塊改變方向,從而形成預(yù)應(yīng)力折線配筋。在轉(zhuǎn)向塊與預(yù)應(yīng)力筋的接觸區(qū)域,由于摩擦和橫向力的擠壓作用,如果轉(zhuǎn)向塊設(shè)計(jì)不合理或構(gòu)造措施不當(dāng),預(yù)應(yīng)力鋼材容易產(chǎn)生局部硬化和摩阻損失過(guò)大。轉(zhuǎn)向塊的設(shè)計(jì)要求預(yù)應(yīng)力筋在折角點(diǎn)的位置必須高度準(zhǔn)確(避免產(chǎn)生附加應(yīng)力),轉(zhuǎn)向塊在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)也不應(yīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼材有任何損害。體外束通過(guò)折角點(diǎn)產(chǎn)生集中荷載,這個(gè)荷載應(yīng)能通過(guò)轉(zhuǎn)向塊安全地傳遞至混凝土結(jié)構(gòu)。

5 結(jié) 語(yǔ)[4]

工程實(shí)踐表明，采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固舊橋和建設(shè)新橋是非常有效的，其具有加固、卸載及減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力的作用；自重增加少，施工簡(jiǎn)單，工期短，經(jīng)濟(jì)效益明顯而且施工過(guò)程不中斷或少中斷交通；對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷小，不影響橋下凈空而且應(yīng)力可調(diào)整，預(yù)應(yīng)力束可更換。

我們應(yīng)從橋梁試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、計(jì)算程序編制、結(jié)構(gòu)加固等方面對(duì)其深入研究。需在設(shè)計(jì)理論和施工方法、設(shè)計(jì)規(guī)范、預(yù)應(yīng)力材料、施工技術(shù)上不斷完善，為體外預(yù)應(yīng)力橋梁技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]楊和禮.土木工程施工[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.

[2]胡佐平，盛瑜暉，海鈞.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁質(zhì)量控制及其耐久性研究[J].山西建筑，2010(9).

[3]謝慕龍，曹星亞.淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土橋梁應(yīng)用及發(fā)展[J].公路橋梁，2010(13).

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[5]楊宗放.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土施工[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.