后张法预应力混凝土桥梁在张拉施工过程的质量控制
关键词：材料检验,张拉材料制作安装,张拉工艺,管道压浆
预应力，即在混凝土结构没承载前就预先给一个挤压力，在受拉区内将钢材进行张拉，利用钢材的回缩力使混凝土预先受压，限制混凝土伸长，以充分发挥钢材抗拉能力强的潜力。由于预应力混凝土比普通混凝土提高了构件的抗裂度和刚度，增加了构件的耐久性，减轻构件自重，节约材料成本等优点，越来越多的桥梁采用了预应力结构的形式，由于增加了张拉工序，制作技术比钢筋混凝土复杂，出现质量缺陷的环节也多了，如何控制预应力混凝土张拉前后的质量也就成为预应力桥梁施工的关键。
一、预应力混凝土有关材料的检验
预应力混凝土有关材料检验包括钢材，成孔管道，预应力张拉时的锚具、夹具、连接器，注浆用材料以及张拉机具的检验。
（一）钢材的检验试验
预应力混凝土所使用的钢材有高强钢丝、钢绞线和钢筋等，所用钢材必须有出厂质量合格证明及反映预应力筋主要性能的出厂检验报告。进场后应分批检验，首先进行外观检查。钢材表面不得有裂纹、油渍、锈蚀、麻坑。钢丝不得有机械损伤、氧化铁皮、分层、结疤；钢绞线不得有折断、横裂和相互交叉，钢丝花距应一致；保证钢丝和钢绞线与混凝土有足够粘结力，避免应力集中和耐疲劳强度的降低。外观检查合格后，按标准取样进行复试，经力学性能试验合格后方可用于工程当中。
（二）后张有粘结预应力成孔管道检验
后张有粘结预应力混凝土成孔管道由浇筑在混凝土中的刚性或半刚性管道构成，对一般工程，也可采取金属管道及胶管抽芯等方法进行预留。所用的材料可为金属和聚乙烯管。桥梁施工中多采用波纹管、无缝钢管、普通橡胶管和钢丝夹层橡胶管等。
1、波纹管检验要求：使用前必须按国家标准规定进行检验。
（1）取样进行试验。其一要满足在外力作用下有抵抗变形的能力；其二满足在混凝土浇筑过程中，水泥浆不会渗入管内的要求。
（2）波纹管要逐根进行外观检验，内外表面不得有砂眼，咬口必须牢固，不得有松散现象。
（3）波纹管内外表面清洁，不得有杂质，不得有不规则的褶皱和锈蚀现象。
2、用无缝钢管作芯管，多用于留直线孔道。钢管表面必须圆滑，预埋前应防锈、刷油，两根钢管接头处可用0.5mm厚铁皮做的套管连接，套管内表面要与钢管外表面紧密贴合，以防漏浆。抽管前每隔10～15min转管一次。
3、普通橡胶管（壁厚6～7mm）和钢丝夹层橡胶管可用于预留直线或曲线孔道。用前都必须做强度和严密性的试验。
（三）锚具、夹具和连接器的检验
1、预应力筋锚具、夹具和连接器应具有可靠的锚固性能、足够的承载能力和良好的适用性，能保证充分发挥预应力筋的强度，安全地实现预应力张拉作业。
2、预应力筋锚具应按设计要求采用。锚具应满足分级张拉、补张拉以及放松预应力的要求。用于后张结构时，锚具或其附件上宜设置压浆孔或排气孔，压浆孔应有足够的截面面积，以保证浆液的畅通。
3、用于后张法的连接器，必须符合锚具的性能要求。
4、锚具、夹具和连接器进场时，除应按出厂合格证和质量证明书核查其锚固性能类别、型号、规格及数量外，还应进行外观检查和硬度检验，外观检查应从每批中抽取10%的锚具且不少于10套，硬度检验应从每批中抽取5%的锚具且不少于5套，如有一套不合格，应另取双倍数量的锚具重做试验，如仍有一套不合格，则应逐个检查，合格者方可使用。对于大桥等重要工程，当质量证明书不齐全、不正确或质量有疑点时，经上述两项试验合格后，应从同批中抽取6套锚具（夹具或连接器）组成3个预应力筋锚具组装件，进行静载锚固性能试验，如有一个试件不符合要求，则应另取双倍数量的锚具（夹具或连接器）重做试验，如仍有一个试件不符合要求，则该批锚具（夹具或连接器）为不合格品，不得用于桥梁建设中。
（四）孔道压浆所用材料的检验
1、水泥
宜采用硅酸盐水泥或普通水泥。水泥的强度等级不宜低于42.5级，符合现行国家标准，并附有制造厂的水泥品质试验报告等合格证明文件。水泥进场后，应按其品种、强度、证明文件以及出厂时间等情况分批进行检查验收。对所用水泥应进行复查试验。水泥如受潮或存放时间超过3个月，应重新取样检验，并按其复验结果使用。
2、水
应不含有对预应力筋或水泥有害的成分，每升水不得含有500mg以上的氯化物离子或任何一种其他有机物。可采用清洁的饮用水。
3、外加剂
宜采用具有低含水量、流动性好、最小渗出及膨胀性等特性的外加剂，它们不得含有对预应力筋或水泥有害的化学物质。外加剂的用量通过试验确定。
（五）预应力张拉设备的选择
张拉机具有：油压千斤顶、配套油泵和外接油管。
施加预应力所用的机具设备及仪表应由专人使用和管理，并应定期维护和校验。千斤顶必须连同配套用的油泵、油管和压力表一起同时标定。以确定张拉力与压力表之间的关系曲线，校验应在经主管部门授权的法定计量技术机构定期进行。张拉机具设备应与锚具配套使用，并应在进场时进行检查和校验。对长期不使用的张拉机具设备，应在使用前进行全面校验。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现象或检修以后应重新校验。弹簧测力计的校验期限不宜超过2个月。
进场材料经检验合格后，由专人保管验收，防止锈蚀和丢失。
二、钢材、套管、锚具等制作安装的质量控制要点
（一）钢材制安
1、预应力筋的下料应严格按设计给定的尺寸进行，并核算设计是否考虑张拉时的工作长度。钢丝、钢绞线、热处理钢筋、冷拉Ⅳ级钢筋、冷拔低碳钢丝及精轧螺纹钢筋的切断，宜采用切断机或砂轮锯，不得采用电弧切割。
2、预应力筋由多根钢丝或钢绞线组成时，同束内应采用强度相等的预应力钢材。编束时，应逐根理顺，绑扎牢固，防止互相缠绕。
3、预应力筋可在浇筑混凝土之前或之后穿入管道，对钢绞线，可将一根钢束中的全部钢绞线编束后整体装入管道中，也可逐根将钢绞线穿入管道。穿束前应检查锚垫板和孔道，锚垫板应位置准确，孔道内应畅通，无水和其他杂物。
4、对在混凝土浇筑及养生之前安装在管道中但在规定时限内没有压浆的预应力筋，应采取防止锈蚀或其他防腐蚀的措施，直至压浆。在力筋安装在管道中后，管道端部开口应密封以防止湿气进入。在任何情况下，当在安装有预应力筋的构件附近进行电焊时，对全部预应力筋和金属件均应进行保护，防止溅上焊渣或造成其他损坏。对在混凝土浇筑之前穿束的管道，力筋安装完成后，应进行全面检查，以查出可能被损坏的管道。
（二）套管安装
1、波纹管的铺设，一定要严格按设计给定孔道坐标位置固定。固定管道的钢筋支架，对于钢管不宜大于1m；对于波纹管不宜大于0.8m；对于胶管间距不得大于50cm，对于曲线管道宜适当加密。支架要与梁体钢筋焊牢。
2、要防止套管接口松散、脱落。连接管应具有一定长度，并有足够的密封性。浇筑混凝土时，不允许从套管与套管、套管与锚具连接处和模板与锚具之间漏进水泥灰浆。
3、在某些部位，如梁端附近等处，套管安装时其相互间（如主钢束套管与横向钢束套管之间）套管与构造钢筋间发生矛盾时，应按主钢束、横向钢束、套管钢筋的顺序考虑，后者让先者，确保主钢束套管位置准确。当在箍筋外侧布置钢束或穿过箍筋间布置时，不得为错开箍筋而使钢束局部弯曲，而应在较长范围内，将钢束套管按缓和曲线设置。
4、混凝土浇筑过程中，要注意保护套管。施工人员不得随意踩踏，不得用振捣棒碰、撞、捌、撬套管，防止套管发生位移或被砸扁及孔道漏浆造成堵孔；安套管时，同时在管内穿一根铅丝作为清除可能渗入孔道内水泥浆的牵引线，在浇筑混凝土过程中，同时清洁孔道内可能渗入的水泥浆。
5、钢筋必须架立牢固，使其能牢固地置于模板内的设计位置。不能因浇筑或振捣等作业的荷载，使其变形。防止钢筋因变形而改变套管位置压坏套管。
（三）锚具安装
1、在模板上安装锚具时，必须保证锚具十分牢固。要充分注意防止从模板与锚具之间，锚具与套管之间漏进水泥浆。
2、布设锚具时，一定要进行详细检查，以保证锚固面与预应力钢材垂直，而且在锚具和套管的接缝部分不产生折线。否则，在施加张拉力后予以锚固时，就会有弯曲作用力矩作用到预应力钢筋上，造成预应力钢筋断裂。而且也造成摩阻在锚具附近显著增大的缺陷，同时也是造成锚具破坏的原因。
三、后张法张拉工艺控制要点
1、施加预应力之前，现场必须完成以下准备工作：
1）应具备经批准的张拉程序和现场施工说明书；
2）已具备预应力施工知识和正确操作的施工人员；
3）锚具安装正确，对后张构件，混凝土已达到要求的强度；
4）已具备确保安全操作人员和设备安全的必要的预防措施。
2、实施张拉时，应使千斤顶的张拉力作用线与预应力筋的轴线重合一致。
3、预应力筋张拉控制应力按设计要求进行控制。采用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求，设计无规定时，实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。预应力筋张拉时，应先调整到初应力σ0，该初应力宜为张拉控制应力σcon的10%～15%，伸长值应从初应力时开始量测。
4、张拉时，构件的混凝土强度应符合设计要求，设计未规定时，不应低于设计强度等级值的75%。
5、预应力筋的张拉顺序应符合设计要求，当设计未规定时，可采取分批、分阶段对称张拉。应使用能张拉多根钢绞线或钢丝的千斤顶同时对每一钢束中的全部力筋施加应力。
6、预应力筋张拉端的设置应符合设计要求，当设计无具体要求时，应符合下列规定：
1）对曲线预应力筋或长度大于等于25m的直线预应力筋，宜在两端张拉；对长度小于25m的直线预应力筋，可在一端张拉。
2）曲线配筋的精轧螺纹钢筋应在两端张拉，直线配筋的可在一端张拉。
3）当同一截面中有多束一端张拉的预应力筋时，张拉端宜分别设置在构件的两端。预应力筋采用两端张拉时，可先在一端张拉锚固后，再在另一端补足预应力值进行锚固。
7、预应力筋在张拉控制应力达到稳定后方可锚固。预应力筋锚固后的外露长度不宜小于30mm，锚具应用封端混凝土保护。
四、管道压浆及封锚
常规后张预应力混凝土的预应力筋张拉后处于高应力状态，对腐蚀非常敏感，所以张拉后尽早进行孔道灌浆，并达到水泥浆十分饱满、密实，完全裹住预应力筋的要求。
（一）混凝土浇筑前，为使灰浆顺利灌入管道，最重要的是检查管道布置状况是否良好。
要求管道孔畅通，不塌陷、不堵塞，锚具与套管接头或套管之间接头应可靠，而且排出孔与灌入孔的位置要适当，套管的支撑要牢固。
（二）混凝土浇筑过程中与浇筑后，由于浇筑混凝土时，常因不慎碰破套管，所以浇筑混凝土后要进行仔细检查，看管道有无堵塞，锚具附近是否漏进水泥灰浆。如有漏浆现象，应对管道进行清洁处理。
（三）管道灌浆前，要对材料（如水泥、外加剂、铝粉、粉煤等）数量、种类、质量进行确认，以便保证在满足必要的水泥浆稠度的同时，尽量减小泌水率。
1、灌浆用水泥浆的水灰比不应大于0.45，适量掺入减水剂，水灰比可减小到0.35；水泥浆的泌水率最大不得超过3%，拌和后3h泌水率不宜大于2%，泌水应能在24h内全部重新被水泥浆吸收；当水泥浆掺入适量膨胀剂，其自由膨胀率应不大于10%；
2、灌浆用水泥浆的抗压强度应符合设计规定，当设计无具体规定时不应小于30Mpa。
（四）灌浆作业
1、水泥浆自拌制至压入孔道的延续时间，视气温情况而定，一般在30～45min范围内。水泥浆在使用前和压注过程中应连续搅拌。
2、压浆时，对曲线孔道和竖向孔道应从最低点的压浆孔压入，由最高点的排气孔排气和泌水。压浆顺序宜先压注下层孔道。
3、压浆应缓慢、均匀地进行，不得中断，并应将所有最高点的排气孔依次一一放开和关闭，使孔道内排气通畅。压浆应使用活塞式压浆泵，不得使用压缩空气。
4、压浆过程中及压浆后48h内，结构混凝土的温度不得低于5℃,否则应采取保温措施。当气温高于35℃时，压浆宜在夜间进行。
（五）封锚
对需封锚的锚具，压浆后应先将其周围冲洗干净并对梁端混凝土凿毛，然后设置钢筋网浇筑封锚混凝土。封锚混凝土的强度应符合设计规定，一般不宜低于构件混凝土强度等级值的80%。浇筑完封锚混凝土后，构件才允许吊运、安装。
综上所述，在后张法预应力混凝土桥梁施工时，必须于施工前及施工过程中从各个环节进行控制，深入分析预应力张拉前后可能出现的质量缺陷及产生的原因，采取针对性的措施，确保桥梁的主体结构按规范标准保质保量完成。