几种后张预应力结构工程质量控制



[摘要] 本文从三种后张型预应力混凝土结构工程特点出发,阐述了不同结构后张法预应力施工需要控制的要点

[关键词] 后张法  预应力    张拉    钢绞线

一、 前言
    预应力结构由于利用高性能材料,与非预应力结构相比,不仅具有跨越能力大,受力性能好,使用性能优越,耐久性高,轻巧美观的特点.而且较为经济、节材、节能[1]。使预应力混凝土结构在土木工程的各个领域得到广泛的应用。尤其现代设计理论和先进施工工艺的逐步发展和完善,产生了一系列新型预应力混凝土结构,比如后张法超静定预应力混凝土结构、、无粘结环形预应力结构、斜拉桥索塔后张大曲率u形预应力结构、三向预应力桥梁等。
   近二三十年来，超静定预应力混凝土结构、斜拉桥索塔后张曲率u型预应力结构等预应力结构工程飞速发展。但许多预应力结构因质量控制人员对结构的特点不了解和相应规范规定模糊（或滞后）。将给预应力构件质量留下隐患。
二、 预应力结构原材料质量
2.1、预应力筋、锚具及波纹管
  预应力筋种类比较多，最常见后张法金属预应力筋可分为高强钢筋（精轧螺纹钢筋）、钢丝及钢绞线等，在这里主要介绍精轧螺纹钢筋和钢绞线原材料的质量。
2.1.1、在预应力材料质量控制中，各种控制指标必须满足相关的规范要求GB/T5224-2003《预应力混凝土用钢绞线》、GB/T20065-2006《预应力混凝土用螺纹钢筋》等相关规范要求。
2.1.2、采用信誉、质量好的厂家产品。产品必须附有出厂合格证，对到场材料进行检验，重点检验强度、刚度、严密性及螺旋压接缝咬合牢度等。表面不得有损伤、裂纹、毛刺、死弯等缺陷。
2.1.3、在施工现场预应力材料必须妥善保管，保管场所必须防雨、防潮措施。严禁靠近火源，张拉切割和材料下料严禁电弧切割。
2.1.4、如果钢绞线用连接器接长，捻向要一致。
三、 预应力张拉设备的质量控制
  预应力张拉设备由千斤顶、油泵、压力表等构件组成。施加预应力前应对张拉设备进行核查：千斤顶及其配套的油泵、油压表一起进行校核（检定校核单位应具有相应的资质），校核时千斤顶活塞运行方向与实际张拉工作状态要相符合。当千斤顶使用超过6个月或200次或在使用过程中出现不正常的现象（漏油、钢绞线伸长值误差较大等）或检修以后均应重新校核。弹簧力计的校核期限不宜超过2个月。为保证张拉设备的使用性能可靠，配用预应力千斤顶的额定张拉值宜比预应力筋控制张拉力大30%以上。压力表精度按照标定设备结果和实际张拉值确定等级。
四、预应力混凝土连续梁长束预应力施工质量控制
预应力混凝土连续梁可以使结构内力更优化、受力合理、整体性好、且具有较好的抗震性能。已在桥梁(包括悬臂现浇\拼装)、框架、刚架、无梁平板等结构等方面广泛使用。
4.1、预应力钢绞线的安装
预应力钢束孔道位置、钢绞线是否发生缠绕是安装质量控制的重点：孔道位置发生变化，将改变结构的受力状态。曲线孔道线性不符合设计要求将加大预应力孔道的应力的摩擦损失。多根钢绞线缠绕，张拉时钢绞线受力不均匀，将增大钢绞线的摩阻，造成预应力损失加大，两端张拉时造成伸长值不同步或直接影响伸长量。
在实际施工中波纹管安设时应按照测量放样的实际位置进行安装。不能以模板为参照物对预应力管道位置进行推算。固定钢筋应按照设计要求摆设焊接，尤其在曲线段严格按照起弯点、曲线竖（平）弯矢高、下落点三点控制曲线线形。如曲线半径较大，弧线长度较长，应在1/4点处和3/4点处增加固定点，在控制整个线形的基础上适当加密。
在设计中，在墩柱、隔梁处一般钢筋都比较密（正负弯矩交变处），必须对上述截面的钢筋与长束预应力钢绞线进行排列组合。特别是有横向预应力时，一般位置都排不开。通过设计调整时，应以纵向线型为中即纵向预应力钢筋位置满足要求。绑扎钢筋时也应特别注意绑扎顺序，避免钢筋绑扎成型后孔道无法就位或锚座预埋件无法放入。
人工配合机械穿束时，在进入孔道前，务必将钢绞线一次性理正，严禁在穿入前钢绞线就发生缠绕现象，穿管时力求一次到位。
4.2、张拉控制应力与伸长值
  张拉控制应力能否达到设计值要求是影响结构使用功能的关键因素，因此张拉控制应力是张拉质量控制重点，张拉控制力必须达到设计值，因为材质要求，张拉力最好不要超过设计规定的最大值。张拉预应力值过大，钢绞线截面变小，降低其极限承载能力；另一方面，由于绞线拉超张可能导致钢绞线拉断伤人及增加构件脆性，减少延性，使构件在破坏之前没有明显的预兆。因此设计都提出以伸长值作为校核。在以伸长值为核验时必须要注意几点：1）钢绞线捻向一致2）材料实测截面面积、弹性模量和计算值吻合3）钢绞线计算长度已扣除千斤顶内工作长度（计算长度应加上锚垫板至工具夹片的距离）4）预应力筋孔道位置及长度满足设计要求。5）各种临时约束均已拆除。
张拉时控制点：1）张拉顺序按照设计要求进行，原则上按照避免构件截面呈过大的偏心受力状态。首次张拉时应尽量靠近结构形心部位。
2）尽可能两端同时张拉。如果设备不足，可先固定一端，进行一断张拉，然后在在固定端补足应力。尤其对曲线构件更应如此。一端张拉时，虽然张拉端应力达到设计要求，但由于孔道长，导致转角增大。摩擦力增大，使得预应力往固定端逐步减小，导致固定端应力不足。
五、悬臂桥梁竖向预应力施工质量控制
   在预应力混凝土箱梁结构的桥梁工程中，为控制箱梁腹板的斜向裂缝。设计经常在腹板中配制竖向预应力。竖向预应力和纵向预应力两者结合来控制腹板的主拉应力。如果施工质量控制不当，使箱梁腹板产生裂缝，对桥梁的刚度和耐久性将产生不利影响，最终影响桥梁的使用寿命。
一般桥梁在竖向预应力设计中都采用精轧螺纹钢筋、YGM锚固体系。预应力钢筋长度短、伸长量小，锚固损失大。这主要是放张时钢筋回缩及施工工艺不完善：钢筋上螺纹和螺母的间隙、螺母和锚垫板接触面留有空隙或锚垫板与混凝土面成一个角度。所以，在施工质量控制时候，必须保持锚固螺母、预应力钢筋、锚垫板的精确定位，特别是锚垫板平整度。在张拉时还必须重视对千斤顶的安装精度，力求千斤顶拉杆张拉轴线和螺纹钢筋轴线一致。另外，在浇注箱梁混凝土时，按照现在的施工工艺是分2~3次浇注，在浇注混凝土时可能使钢筋发生移动。所以对预应力钢筋的固定也是一个不可忽视的因素。锚下混凝土密实程度也是影响有效预应力一个重要因素，主要表现是锚下混凝土振捣不密实，造成张拉时预应力钢筋整体向上发生位移。所以在浇注锚下混凝土必须分层振捣、避免过振（振捣控制的标准是：粗骨料不再下沉、水泥砂浆泛到混凝土表面、拌和物不再冒出水泡、振捣周围大致水平），同时确保混凝土本身的质量（主要是控制混凝土的坍落度、应杜绝已发生离析的混凝土和加水重新拌和的混凝土）。在张拉结束时，应拧紧螺母持荷2min左右，再一次紧缩螺母，直至和锚垫板完全接触吻合。
六、斜拉桥索塔后张大曲率小半径U型预应力束施工质量控制
   索塔后张大曲率小半径U型预应力束受力特点:由索塔锚固区预应力系统平衡双向拉索的水平分力.在施工质量控制时,主要应注意以下几个方面.
6.1、 预应力孔道留设
一般在索塔锚固区预应力部分采用塑料波纹管留孔，在安装塑料波纹管时要注意发现塑料波纹管内壁是否压屈弯折（尤其是温度较低时，塑料将会变硬，如发生压屈弯折，最好用加温的办法使之完全平顺）。安装时候应宜在劲性骨架焊接成型时对塑料波纹管进行定位。在质量检查时，对弯道径向处防劈裂钢筋的定位和绑扎是否牢固也是影响有效预应力的一关键因素。
6.2、 锚下钢筋布置及砼施工.
锚下钢筋较密,要严格按设计要求布置,环形钢筋应位于锚头下,并居中布置. 在砼浇注时,应严格控制砼和易性及其塌落度,先浇注振捣锚头位置. 实践证明, 尽管锚下钢筋较密,但只要加强对砼质量和振捣质量的控制,锚下砼施工质量能得到保证.
6.3、环向预应力穿束和准备工作.
环向预应力束要求编束,整束穿入,避免钢
环向预应力束要求编束,整束穿入,避免钢绞线打绞, 同时穿束之前应对管道进行冲洗. 在预应力张拉之前,应对张拉设备进行校核,并绘制油压表读数和张拉力曲线,按分级张拉力事先确定油压表分级读数.锚具和夹片的安装在张拉前需仔细检查,预应力束按顺序张拉,根据情况,U 型预应力束可采用两端同时张拉或先后进行张拉
6.4、 预应力钢绞线伸长值的确定
现行规范给出给出张拉伸长值的计算方法，对于小半径大曲率的预应力筋，由于摩擦系数随半径的减小而增大和预应力筋中每根钢绞线在张拉时受力不均。伸长值已无法按照现有规范计算方法确定。一般设计在确定钢绞线伸长值时同时提出要求做足尺模型试验来确定。
6.5、环向预应力张拉控制. 在张拉过程中, 仔细记录分级张拉力与延伸量的大小(张拉程序严格按照足尺模型试验及设计要求进行) , 严格依据控制张拉力的大小进行张拉,不得超张拉.
七、孔道压浆质量控制
预应力孔道压浆工作在后张预应力构件中有非常重要的作用，是构件耐久性、预应力筋和混凝土有效粘结，实现整体效果的保证。对水泥浆的质量要求是：水泥浆在固结后有可靠的密实性，能起到保护预应力筋的作用，同时应该具有一定的握裹力（粘结强度和剪切强度），以便使预应力有效传递给周边混凝土。在施工质量控制时必须做到如下几点：
1、水泥、水、外加剂和压浆设备必须满足规范要求。
2、水泥浆的水灰比、泌水率、膨胀率和稠度等控制指标满足规范及设计要求。
3、压浆前应保持孔内通畅，压浆顺序正确、由低向高进行。严格控制压浆压力和速度。
4、在对竖向预应力钢筋压浆时，上部锚头部位浆液应该饱满（通孔压水的结束后，用空压机吹干后再压浆，压浆力求复压、两次间隔为10min 左右）。
  八、结束语
预应力结构是靠有效预应力来得到结构的使用安全功能的。所以在施工质量控制时应该按照以下几点来执行：
8.1、满足设计控制的张拉应力要求。
8.2、在设计考虑的应力损失外，避免因施工误差而产生摩擦损失，使有效预应力减小。
8.3、保证结构的使用年限。