预应力钢绞线施工常见问题及其处理方案
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预应力钢绞线施工常见问题及其处理方案
关键词：预应力；钢绞线；常见问题；处理方案
1 工程概况
贵广铁路桂林北至定江左右客车联络线特大桥采用（62+104+62）m连续梁跨桂海高速公路，采用2-68m系杆拱跨桂黄公路。本桥连续梁采用挂篮悬臂灌注法施工，系杆拱采用先梁后拱的施工方式，梁部采用支架现浇。在现浇梁预应力钢绞线施工过程中出现了个别张拉束钢绞线伸长量不足、滑丝、断丝、锚下开裂等情况。这些问题如不能有效预防和处置将直接关系到预应力筋的整体受力和梁体寿命，因此必须对这些质量问题进行分析，采取有效处理方案来保证工程质量。
2 预应力钢绞线伸长量不足
预应力张拉情况
2-68m系杆拱梁部纵向预应力束采用钢绞线，塑料波纹管成孔，内径70mm，外径83mm。预应力束布置在顶、底板内，共设通长束51束，采用250吨张拉千斤顶单端张拉。设计要求预应力张拉采用张拉力与伸长量双控，以张拉力为主，实际伸长量与设计伸长量差值控制在6%以内。在张拉到底板束编号为N11-3左束时，张拉过程中听到了“嘭、嘭”的声音，结果发现钢绞线伸长量为211mm，仅为设计伸长量423mm的一半。
原因分析
造成钢绞线伸长量不足的原因很多，有千斤顶标定不准确或预应力管道定位不准确的原因，有预应力管道漏浆、堵塞的原因，有钢绞线缠绕增大摩阻力力的原因，有时也有可能设计计算使用的钢绞线的弹模值与实际使用的弹模值不相同的的原因，因此应及时分析原因，现从以下因素逐步排查寻找原因。
检查张拉设备标定
千斤顶及其配套的油表均在有效标定范围内，为保险起见，重新对千斤顶及配套油表进行标定，标定结果显示同原标定结果基本相同，可以排除是千斤顶和油表的问题。
检查张拉设备安装及配套情况
钢铰线与夹片或是工作锚与夹片不匹配，造成钢绞线与工作锚和夹片（山草香★）间的摩阻力过大，而使张拉力损失，造成钢绞线伸长量不足，经检查，本项可以排除。
检查钢绞线
项目部对该批钢绞线重新进行取样送检，检验结果为：钢绞线的弹性模量经专业检测单位检测为×105MPa，由于计算理论张拉力时采用的弹性模量为×105MPa，经计算其对理论伸长量的影响为（××105）/×105=%。
预应力束采用高强低松驰钢铰线，公称直径，标准抗拉强度fpk=1860MPa。公称直径对应的钢铰线面积为140mm2，而厂家质量说明书中提供的钢铰线公称直径，面积经专业检测单位检测为 mm2，经计算其对理论伸长量的影响为（）/140=%。
所以计算后得出所用的钢绞线弹性模量略偏大，对伸长量有轻微影响，钢绞线本身的质量影响可以排除。
针对张拉过程中发出“嘭、嘭”声音的分析
张拉过程中听到了“嘭、嘭”的声音，发出这种声音有3种情况，一种是波纹管破裂，浇筑混凝土时水泥浆流入孔道内将孔道封堵了，一种是钢绞线因锈蚀或是在穿束过程中缠绕在了一起，还有一种是锚固端挤压套与垫板之间有空隙。以伸长量不足的情况来分析是进浆堵塞和钢绞线缠绕这两种可能。
首先考虑是波纹管道破裂、漏浆造成钢束与混凝土握裹形成锚固端而影响到钢绞线的伸长量，分别对该束孔道进行通气、通水并观察其排气量、流水量，通气通水均很顺畅，流水量也比较大，初步判断孔道内无漏浆无堵塞，为验证初步判断及明确原因，决定将该束孔道凿开。
处理方案
针对钢绞线缠绕的问题，采用25吨千斤顶单根张拉至设计应力的50%使每根预应力筋保持同样松弛，再用250吨千斤顶张拉至设计应力，以保证每根钢束均匀承受应力。按本方法调整后经实测N11-3左伸长量为402mm，满足规范要求的设计伸长量的±6%范围内。
若是水泥浆堵管的问题，只需将孔道内水泥浆清除干净，按正常程序进行张拉后，用比设计标号高一等级的混凝土将凿开的孔洞封堵即可。
3锚头下锚板处混凝土变形开裂
开裂情况
（62+104+62）m连续梁40#T构4#节段N5右束大里程端张拉到设计值的75%时发现锚板下混凝土变形开裂。
原因分析
1）锚垫板安装倾斜或喇叭口内被混凝土充塞，偏心张拉。锚垫板偏心受力时，会引起锚垫板与锚具接触位置局部受力过大，超过混凝土极限抗压强度，引起混凝土开裂。
2）锚具安装不到位，未放入锚垫板凹槽内。锚具未放入锚垫板凹槽内时，锚具与锚垫板平面无法紧密贴合，张拉时锚具处于倾斜状态，锚具与锚垫板接触位置会产生应力集中，易导致锚垫板破裂，混凝土开裂。
3）张拉槽口处混凝土未振捣密实，存在空洞。因锚垫板处钢筋非常密集，并且往往处于振捣棒难以到达的位置，若不采取措施，经常会出现空洞现象。锚垫板后部混凝土有空洞时，张拉过程中混凝土无法有效分担压力，极易出现混凝土开裂，锚垫板破裂现象。
4）锚下螺旋钢筋未安装，锚下网片筋未安装。锚下螺旋筋和网片钢筋可以有效的分担锚垫板上的压力，并加强锚垫板周围混凝土抗压强度，防止混凝土开裂。
5）混凝土强度未达到张拉强度要求，张拉过早。
经现场观察开裂后的混凝土情况，判定为张拉槽口处混凝土未振捣密实，不能有效承受压力造成混凝土开裂。
处理方案
对40#T构4#节段N5右束钢绞线放张、松锚，取下张拉端锚垫板，将存在质量缺陷的混凝土全部凿除并清洗干净，再安设锚垫板、浇注高一等级混凝土，待混凝土强度和弹性模量达到设计张拉条件时重新张拉。
4钢绞线滑丝、断丝
在预应力钢绞线张拉施工中还会遇到滑丝、断丝的现象，现逐一分析：
钢绞线滑丝的判断及处理方案
滑丝的判断：
工具夹片滑丝：
1）张拉过程中，整束钢绞线实测伸长值较设计伸长值偏大；
2）张拉过程中有异响，压力油表突然跳动；
3）出现滑丝的钢绞线上无咬痕或咬痕（工具夹片夹持钢绞线所出现的牙痕）不明显；
4）工具夹片末端标记被覆盖或相对距离减小。
工作夹片滑丝：
1）出现滑丝的钢绞线所对应的工作夹片外露量比未出现滑丝的工作夹片外露量大（相对于工作锚）；
2）千斤顶回油过程中产生异响，压力油表大幅度跳动。
滑丝的处理：
1）一束钢绞线中出现一根或两根滑丝，但未出现滑丝的几根钢绞线还未张拉到设计最大控制应力，则根据设计所要求的控制应力将未出现滑丝的几根钢绞线先张拉到设计最大控制应力，然后将出现滑丝的钢绞线用单根张拉千斤顶逐根补拉到设计最大控制应力；
2）钢绞线已被拉屈服，则应更换钢绞线。
钢绞线断丝的原因及预防措施
钢绞线断丝的原因：
1）钢绞线在使用过程中未保护好，严重锈蚀、腐蚀，导致钢绞线有效截面积减小；
2）钢筋电焊作业时，未将钢筋与钢绞线分割开，使钢绞线被电焊灼伤，导致钢绞线有效截面积减小，严重时使钢绞线因通电受热而局部化学性能发生改变，强度降低；
3）钢绞线本身材质问题，其某些力学性能如强度不合格；
4）张拉时，因各种原因导致钢绞线超张拉太多（如一束钢绞线中有一根出现滑丝而使另几根钢绞线受力过大），使钢绞线实际受力超过了其破断荷载而断丝。
5）钢绞线与锚夹具的硬度不匹配，夹片硬度过大，在夹持钢绞线时切入钢绞线，使钢绞线受力截面积减小。
6）钢绞线在孔道内互相扭结、缠绕，导致各钢绞线长短不一，张拉时各根钢绞线受力不均匀，受力大者出现断丝。
钢绞线断丝的预防措施：
1）保证钢绞线的进货质量，每批钢绞线进场后都要按规定抽检，只有质量合格的钢绞线才能使用。
2）加强现场钢绞线的保护，防止其受到严重锈蚀、腐蚀，严禁钢绞线受到电焊灼伤、机械碾压和硬质物体划伤。
3）张拉时，根据设计要求，控制钢绞线的最大张拉力和伸长值，避免出现整根钢绞线的滑丝。4）严把夹片进货质量关，对夹片硬度不合格的严禁使用。
5）对钢绞线进行认真编束，保证穿入波纹管孔道内的钢绞线顺直，不缠绕扭结。
5结束语
在当前施工中，预应力混凝土工程造价低、结构形式多样、跨度大、抗裂性好的优点越来越明显，现代桥梁建设中应用也越来越广泛，为了确保结构安全使用，充分发挥设计功能，我们在预应力施工过程中针对容易出现的问题必须提前预控，严格执行，科学施工，最大限度发挥结构设计功能和使用寿命，通过对本工程预应力钢绞线施工遇到问题的分析探讨，以下几点应在今后类似工程施工中引起重视：
1）浇筑混凝土前要严格按照设计图纸做好自检，互检等检验工作，并及时进行隐蔽工程验收，未经验收不得进行下一道工序的施工。预应力波纹管安装时，应严格按照波纹管设计坐标进行安装，尤其在张拉端，要保证波纹管钢铰线与锚垫板平面垂直；
2）实测钢绞线的弹性模量和截面积，并根据实际弹性模量和截面积重新计算钢绞线伸长量。钢绞线直径偏粗的，要使用槽深稍大的工具锚，以免因夹片退位不足张口偏小而与钢绞线产生较大的摩阻力，施工中注意钢绞线的防锈；
3）千斤顶使用过程中出现不正常现象或检修后，应重新校验。
4）张拉端混凝土浇筑时，张拉端四周应封闭严密，波纹管附近宜用Φ小振动棒振捣，避免振破波纹管而漏浆。
5）尽可能采用两端张拉，这样钢绞线可以在混凝土达到强度后穿束，有利于防锈。如钢绞线断丝或出现其它问题，可以通过换钢束来补救；如果采用单端张拉宜预留备用钢束，以备不测。
6）钢绞线穿束时，对钢绞线进行编号，对钢束每隔绑扎一道铁丝，铁丝扣应向里，为防止钢绞线扎破波纹管，穿束前在钢绞线前端套上一个带圆头的塑料管，穿束时要顺着劲穿，穿好后每根钢绞线在一个方向上。
7）梁体混凝土强度必须达到设计强度的100%以上，弹性模量必须达到设计值的100%，并且在浇筑混凝土5天以后方可进行预应力的张拉施工。张拉前，实验室必须对混凝土同养试件进行抗压强度和弹性模量实验，实验合格方可进行预应力张拉施工。
参考文献：
[1]周水兴，何兆益，周毅松。路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001；
[2]铁道部第三工程局。桥涵[M].北京：中国铁道出版社，1994；
作者简介：
齐栋，（1979-），男，中铁十二局集团第一工程有限公司，大学本科毕业，工程师，主要从事桥梁、路基施工技术与现场管理。
李涌，（1977-），男，中铁十二局集团第一工程有限公司，大学专科毕业，助理工程师，主要从事桥梁、路基施工技术与现场管理。