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摘要:在公路桥梁混凝土中,以其承载能力高，在桥梁建设中被广泛应用。本文分析了预应力混凝土的发展及其在施工中的质量控制探讨。
关键词: 公路桥梁，混凝土施工；质量控制
现代预应力混凝土是用高强度钢材和较高强度的混凝土经先进的生产工艺制作的，用现代设计概念和方法设计的高效预应力混凝土。我国的预应力混凝土结构是在2O世纪5O年代发展起来的，最初试用于预应力钢筋混凝土轨枕，之后预应力混凝土在全国范围内推广。随着我国高等级公路建设的不断，预应力混凝土技术在公路桥梁工程中发展最快。桥梁上得到普遍的应用。但就目前预应力混凝土梁施工而言，仍存在很多問题，本文就对施工过程中常见的问题进行探讨。
1．公路桥梁工程中混凝土裂缝原因分析
混凝土是一种收缩性材料。较高的弹性模量和很低的抗拉强度，即使很小一点的收缩变形也会产生很大的拉应力。当拉应力超过其抗拉强度时，混凝土即出现开裂。材料质量问题引起的裂缝较常见的原因是水泥、砂、石等质量不好，而且特别注意的是水泥的细度问题和石子的含泥量问题。水泥的细度越细，混凝土越容易开裂。当结构的基础出现不均匀沉陷，，导致结构物中构件与构件之间产生斜拉和剪切作用，从而使得结构构件开裂 ，随着不均匀沉降的进一步发展，裂缝会进一步扩大这类裂缝的大小、形状、方向取决于地基变形的情况。由于地基变形造成的应力一般较大，因此裂缝裂缝宽度较大、多呈45度，并且通常是贯穿性的。结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中；构造处理不当现浇主梁在搁次梁处如没有设附加箍筋或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素均容易导致混凝土开裂。
2．公路桥梁的施工技术
公路桥梁工程中，由于施工原因造成裂缝出现的因素很多。混凝土质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度。水灰比过大、水泥或外加剂加人量过大，搅拌时间不够、振捣不实，都可能使裂缝产生的直接或间接原因。钢筋表面污染、保护层过小或过大；任意留置施工缝且不按规定处理；模板构造不当，漏水、漏浆、支撑刚度不足等都有可能造成混凝土开裂。施工过程中，钢筋表面污染，混凝土保护层太大或太小，浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。结构荷载方面，结构因承受荷载而产生裂缝的原因很多，施工中或使用中都可能出现。例如构件早期受到震伤，拆除承重模板过早，施工荷载过大，构件堆放、运输、吊装时，垫木或吊点位置不当，预应力张拉值过大或放张不规范等，均可能产生裂缝。较为常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件在使用荷载作用下，出现不同程度的裂缝。早期微裂一般不易发现，规范规定有些构件允许出现宽度不大于0．3毫米的裂缝。但对裂缝宽度超过规范规定的，以及不允许出现裂缝的构件出现裂缝 ，则应属于有害裂缝，须加以认真分析，慎重处理。
2．1 温度变化引起的裂缝
混凝土与一般物质一样，混凝土具有热胀冷缩的性质，当环境温度发生变化时就会产生温度变形 ，由此产生附加应力，温度变化产生的应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用而导致混凝土结构出现裂缝。表面温度裂缝多缘于较大温差。特别是大体积混凝土基础在浇灌混凝土后，在硬化期间放出大量水化热，内部的温度不断上升，使混凝土表面和内部温差很大。当温差出现非均匀变化时，表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力，普通混凝土在空气中硬结时，体积会发生收缩，由此而在构件内产生拉应力，在早期混凝土强度较低时，混凝土收缩值最大，因此出现裂缝。这种裂缝只在接近表面较浅的范围内出现。深入和贯穿性的温度裂缝多缘于结构温差大，以致所形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸应变，就会形成裂缝。结构构件在内应力的作用下，除瞬时弹性变形外 ，其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。预应力构件因徐变会产生较大的应力损失，降低了结构的抗裂性能。
3、预应力混凝土的质量控制措施
(一)确保混凝土质量
混凝土应保证具有设计要求的强度、良好的和易性及泌水性，且质量均匀性要好。影响混凝土质量的因素有配合比、搅拌、运输、浇注、振捣、养生等环节。其中混凝土配合比是控制其质量的最重要因素，在满足其施工要求的情形下应尽量减少单位用水量，相应地也减少单位水泥用量，从而减少混凝土水化热，减少由于混凝土的徐变与收缩而引起的预应力损失和施加预应力之前的收缩裂缝。此外，采用现场试块测得的早期混凝土强度等级代替现场结构的实际混凝土强度，也存在一定的问题。试验表明，出现事故的结构最后验算时，其实际强度均未达到现场测得的强度，有时候甚至更低。
(二)重视预应力管道安装
预应力管道安装准确与否直接影响到梁体的受力情况与设计是否一致，关系到桥梁施工质量，是预应力施工中的重点。在管道安装过程中，主要需加强对管道定位进行控制，避免混凝土浇筑时出现管道上浮及漏浆现象。预应力管道安装施工、混凝土灌筑前，要严格对以下要点进行控制：管道位置是否正确、平顺性如何、有无漏浆处、是否严格密封等。
(三)正确应用扁锚和扁锚连接器
扁锚多应用于结构截面尺寸受到限制或构造连接等特定条件下。然而近年来部分单位为了减小截面尺寸，追求经济指标，在预应力箱梁底板和板梁结构中都采用扁锚，有的单位还申请专利、出标准图，这是不可取的。由于扁锚的张拉工艺是采用逐根张拉，整体张拉设备技术不成熟，导致钢绞线受力不均匀。采用扁波纹管留孔，扁孔空间很小，孔道摩阻大，特别是超长孔道采用一端张拉工艺，问题更加严重。由于扁孔本身空间小，孔道压浆困难，无法做到孔道压浆饱满。建议箱梁底板、腹板、空心板梁等结构禁止采用扁锚。对于扁锚连接器的应用更要慎重，尤其是5孔和3孔连接器，由于设计构造不合理会导致偏心受力，不宜推广使用。
(四)合理选择混凝土浇注后张拉时间
有的工程通过掺加早强剂，提高混凝土早期强度，一般浇注混凝土3天后就开始张拉预应力，这是不可取的。因为混凝土强度和弹性模量增长是不同步的，强度增长快，弹性模量增长慢，早期混凝土变形大，过早张拉预应力会使预应力损失增大，导致桥梁承载力不足，而出现众多裂缝病害。
(五)张拉工艺质量控制
国内现浇大跨度预应力连续箱梁底板预应力束一般采用一端张拉的工艺。根据国内外相关规范规定：跨度30m以上的预应力桥梁，均要求采用两端对称张拉工艺，才能保证跨中有效预应力和桥梁在恒载和活载作用下跨中所需抵抗弯矩的建立；否则会导致跨中承载力不足，而产生正截面裂缝。根据交通部专门调查资料，已通车的公路桥梁中，几乎都出现过由于张拉工艺不适合而产生大量裂缝的现象。
(六)预防滑丝和断丝
滑丝指夹具在预应力张拉后，夹片“咬不住”钢绞线和钢丝，钢绞线和钢丝出现滑动，达不到设计张拉值。断丝指张拉钢绞线和钢丝时，夹片将其“咬断”，即齿痕较深，在夹片处断丝。为了预防滑丝和断丝超标，应采取以下措施：1．夹片的硬度除了检查出厂合格证外，在现场应对其进行复验，有条件的最好进行逐片复验；2．钢绞线或钢丝的直径偏差、椭圆度、硬度指标应纳入检查内容，如偏差超限，质量不稳定，应考虑更换钢绞线或钢丝的产品供应单位；3-滑丝断丝若不超过规范允许数量，可不予处理，若整束或大量滑丝和断丝，应将锚头取下，检验并更换钢束重新张拉。
(七)波纹管漏浆堵管的防治
波纹管漏浆堵管是指用通孔器检查预应力索孔道时发现管内有堵塞或在混凝土浇筑前，索管内先置的预应力索抽拉不动。波纹管漏浆堵管产生的可能原因有：1．波纹管接头处脱开漏浆，流人孔道；2．波纹管破损漏浆或在工地存放、施工过程中被踩、挤、压瘪。波纹管漏浆堵管的防治措施有：1．使用波纹管作为索管的，管材必须具备足够的承压强度和刚度，破损管材不得使用；2．波纹管连接应根据其号数，选用配套的波纹管，连接时两端波纹管必须拧至相当的位置，然后用胶布或防水布将接头缝隙封闭严密；3．浇筑混凝土开始后，在其初凝前，应用通孔器检查并不时拉动疏通，如采用预置预应力索的措施，则应不时拉动预应力钢绞线或钢丝束，在混凝土浇筑结束后再进行一次通孔检查，如发现堵孔，应及时疏通；4．确认堵孔严重无法疏通的，应设法查准堵孔的位置，凿开该处混凝土疏通索道。
(八)严格预应力孔道压浆工序
预应力孔道压浆有两个重要作用：一是保护预应力筋不被锈蚀；二是保证预力筋和结构共同工作；然而实际工程中预应力孔道的压浆不饱满、不密实、漏浆和漏灌现象十分普遍，已成为预应力结构的通病。其主要原因除了施工单位对孔道压浆工序不够重视外，目前的压浆工艺、留孔质量、浆体配置等也存在一定问题，特别是浆体的水灰比，较规范的规定值(0．4—0．45)偏大。采用规范规定的水灰比后孔道浆体泌水，孔道不易饱满和密实。为了防治孔道压浆不密实，可采取以下措施：1.孔道在灌浆前应以高压水冲洗，除去杂物，疏通和湿润整个管道；2．配制高质量的浆液，选用的水泥可用强度等级不低于325 MPa的普通硅酸盐水泥，灰浆水灰比宜控制在0．1—0．45，泌水率宜小于2％，最大不应超过3％，灰浆应具有良好的流动性并不易离析，可掺入适量的减水剂和微膨胀剂，但不得使用对管道和预应力索有腐蚀作用的外掺剂，掺量和配方应通过试验确定；3．管道及排气口应疏通，压浆时应从低处往高处压，待高处的孔眼冒溢浓浆后，堵住排气口持荷继续加压，待泌水流光后，再塞住孔口；4．对孔道较长或第一次压浆不够理想的，可进行二次压浆，二次压浆应在第一次压浆初凝后进行。
四、结语
为适应我国经济的发展，缓解交通问题给人们生产生活带来的不便，预应力混凝土结构的应用范围将更加广阔，因此必须加强提高预应力技术水平的科研工作。预应力混凝土桥梁预制安装施工质量直接影响桥梁质量、使用寿命和营运安全，务必引起广大从业人员的高度重视，切实抓好每道工序、每个环节的质量控制，确保桥梁梁板预制安装工程的质量。
关键词: 公路桥梁，混凝土施工；质量控制
现代预应力混凝土是用高强度钢材和较高强度的混凝土经先进的生产工艺制作的，用现代设计概念和方法设计的高效预应力混凝土。我国的预应力混凝土结构是在2O世纪5O年代发展起来的，最初试用于预应力钢筋混凝土轨枕，之后预应力混凝土在全国范围内推广。随着我国高等级公路建设的不断，预应力混凝土技术在公路桥梁工程中发展最快。桥梁上得到普遍的应用。但就目前预应力混凝土梁施工而言，仍存在很多問题，本文就对施工过程中常见的问题进行探讨。
1．公路桥梁工程中混凝土裂缝原因分析
混凝土是一种收缩性材料。较高的弹性模量和很低的抗拉强度，即使很小一点的收缩变形也会产生很大的拉应力。当拉应力超过其抗拉强度时，混凝土即出现开裂。材料质量问题引起的裂缝较常见的原因是水泥、砂、石等质量不好，而且特别注意的是水泥的细度问题和石子的含泥量问题。水泥的细度越细，混凝土越容易开裂。当结构的基础出现不均匀沉陷，，导致结构物中构件与构件之间产生斜拉和剪切作用，从而使得结构构件开裂 ，随着不均匀沉降的进一步发展，裂缝会进一步扩大这类裂缝的大小、形状、方向取决于地基变形的情况。由于地基变形造成的应力一般较大，因此裂缝裂缝宽度较大、多呈45度，并且通常是贯穿性的。结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中；构造处理不当现浇主梁在搁次梁处如没有设附加箍筋或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素均容易导致混凝土开裂。
2．公路桥梁的施工技术
公路桥梁工程中，由于施工原因造成裂缝出现的因素很多。混凝土质量好坏的一个重要标志是成型后混凝土的均匀性和密实程度。水灰比过大、水泥或外加剂加人量过大，搅拌时间不够、振捣不实，都可能使裂缝产生的直接或间接原因。钢筋表面污染、保护层过小或过大；任意留置施工缝且不按规定处理；模板构造不当，漏水、漏浆、支撑刚度不足等都有可能造成混凝土开裂。施工过程中，钢筋表面污染，混凝土保护层太大或太小，浇灌中碰撞钢筋使其移位等都可能引起裂缝。结构荷载方面，结构因承受荷载而产生裂缝的原因很多，施工中或使用中都可能出现。例如构件早期受到震伤，拆除承重模板过早，施工荷载过大，构件堆放、运输、吊装时，垫木或吊点位置不当，预应力张拉值过大或放张不规范等，均可能产生裂缝。较为常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件在使用荷载作用下，出现不同程度的裂缝。早期微裂一般不易发现，规范规定有些构件允许出现宽度不大于0．3毫米的裂缝。但对裂缝宽度超过规范规定的，以及不允许出现裂缝的构件出现裂缝 ，则应属于有害裂缝，须加以认真分析，慎重处理。
2．1 温度变化引起的裂缝
混凝土与一般物质一样，混凝土具有热胀冷缩的性质，当环境温度发生变化时就会产生温度变形 ，由此产生附加应力，温度变化产生的应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用而导致混凝土结构出现裂缝。表面温度裂缝多缘于较大温差。特别是大体积混凝土基础在浇灌混凝土后，在硬化期间放出大量水化热，内部的温度不断上升，使混凝土表面和内部温差很大。当温差出现非均匀变化时，表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力，普通混凝土在空气中硬结时，体积会发生收缩，由此而在构件内产生拉应力，在早期混凝土强度较低时，混凝土收缩值最大，因此出现裂缝。这种裂缝只在接近表面较浅的范围内出现。深入和贯穿性的温度裂缝多缘于结构温差大，以致所形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸应变，就会形成裂缝。结构构件在内应力的作用下，除瞬时弹性变形外 ，其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。预应力构件因徐变会产生较大的应力损失，降低了结构的抗裂性能。
3、预应力混凝土的质量控制措施
(一)确保混凝土质量
混凝土应保证具有设计要求的强度、良好的和易性及泌水性，且质量均匀性要好。影响混凝土质量的因素有配合比、搅拌、运输、浇注、振捣、养生等环节。其中混凝土配合比是控制其质量的最重要因素，在满足其施工要求的情形下应尽量减少单位用水量，相应地也减少单位水泥用量，从而减少混凝土水化热，减少由于混凝土的徐变与收缩而引起的预应力损失和施加预应力之前的收缩裂缝。此外，采用现场试块测得的早期混凝土强度等级代替现场结构的实际混凝土强度，也存在一定的问题。试验表明，出现事故的结构最后验算时，其实际强度均未达到现场测得的强度，有时候甚至更低。
(二)重视预应力管道安装
预应力管道安装准确与否直接影响到梁体的受力情况与设计是否一致，关系到桥梁施工质量，是预应力施工中的重点。在管道安装过程中，主要需加强对管道定位进行控制，避免混凝土浇筑时出现管道上浮及漏浆现象。预应力管道安装施工、混凝土灌筑前，要严格对以下要点进行控制：管道位置是否正确、平顺性如何、有无漏浆处、是否严格密封等。
(三)正确应用扁锚和扁锚连接器
扁锚多应用于结构截面尺寸受到限制或构造连接等特定条件下。然而近年来部分单位为了减小截面尺寸，追求经济指标，在预应力箱梁底板和板梁结构中都采用扁锚，有的单位还申请专利、出标准图，这是不可取的。由于扁锚的张拉工艺是采用逐根张拉，整体张拉设备技术不成熟，导致钢绞线受力不均匀。采用扁波纹管留孔，扁孔空间很小，孔道摩阻大，特别是超长孔道采用一端张拉工艺，问题更加严重。由于扁孔本身空间小，孔道压浆困难，无法做到孔道压浆饱满。建议箱梁底板、腹板、空心板梁等结构禁止采用扁锚。对于扁锚连接器的应用更要慎重，尤其是5孔和3孔连接器，由于设计构造不合理会导致偏心受力，不宜推广使用。
(四)合理选择混凝土浇注后张拉时间
有的工程通过掺加早强剂，提高混凝土早期强度，一般浇注混凝土3天后就开始张拉预应力，这是不可取的。因为混凝土强度和弹性模量增长是不同步的，强度增长快，弹性模量增长慢，早期混凝土变形大，过早张拉预应力会使预应力损失增大，导致桥梁承载力不足，而出现众多裂缝病害。
(五)张拉工艺质量控制
国内现浇大跨度预应力连续箱梁底板预应力束一般采用一端张拉的工艺。根据国内外相关规范规定：跨度30m以上的预应力桥梁，均要求采用两端对称张拉工艺，才能保证跨中有效预应力和桥梁在恒载和活载作用下跨中所需抵抗弯矩的建立；否则会导致跨中承载力不足，而产生正截面裂缝。根据交通部专门调查资料，已通车的公路桥梁中，几乎都出现过由于张拉工艺不适合而产生大量裂缝的现象。
(六)预防滑丝和断丝
滑丝指夹具在预应力张拉后，夹片“咬不住”钢绞线和钢丝，钢绞线和钢丝出现滑动，达不到设计张拉值。断丝指张拉钢绞线和钢丝时，夹片将其“咬断”，即齿痕较深，在夹片处断丝。为了预防滑丝和断丝超标，应采取以下措施：1．夹片的硬度除了检查出厂合格证外，在现场应对其进行复验，有条件的最好进行逐片复验；2．钢绞线或钢丝的直径偏差、椭圆度、硬度指标应纳入检查内容，如偏差超限，质量不稳定，应考虑更换钢绞线或钢丝的产品供应单位；3-滑丝断丝若不超过规范允许数量，可不予处理，若整束或大量滑丝和断丝，应将锚头取下，检验并更换钢束重新张拉。
(七)波纹管漏浆堵管的防治
波纹管漏浆堵管是指用通孔器检查预应力索孔道时发现管内有堵塞或在混凝土浇筑前，索管内先置的预应力索抽拉不动。波纹管漏浆堵管产生的可能原因有：1．波纹管接头处脱开漏浆，流人孔道；2．波纹管破损漏浆或在工地存放、施工过程中被踩、挤、压瘪。波纹管漏浆堵管的防治措施有：1．使用波纹管作为索管的，管材必须具备足够的承压强度和刚度，破损管材不得使用；2．波纹管连接应根据其号数，选用配套的波纹管，连接时两端波纹管必须拧至相当的位置，然后用胶布或防水布将接头缝隙封闭严密；3．浇筑混凝土开始后，在其初凝前，应用通孔器检查并不时拉动疏通，如采用预置预应力索的措施，则应不时拉动预应力钢绞线或钢丝束，在混凝土浇筑结束后再进行一次通孔检查，如发现堵孔，应及时疏通；4．确认堵孔严重无法疏通的，应设法查准堵孔的位置，凿开该处混凝土疏通索道。
(八)严格预应力孔道压浆工序
预应力孔道压浆有两个重要作用：一是保护预应力筋不被锈蚀；二是保证预力筋和结构共同工作；然而实际工程中预应力孔道的压浆不饱满、不密实、漏浆和漏灌现象十分普遍，已成为预应力结构的通病。其主要原因除了施工单位对孔道压浆工序不够重视外，目前的压浆工艺、留孔质量、浆体配置等也存在一定问题，特别是浆体的水灰比，较规范的规定值(0．4—0．45)偏大。采用规范规定的水灰比后孔道浆体泌水，孔道不易饱满和密实。为了防治孔道压浆不密实，可采取以下措施：1.孔道在灌浆前应以高压水冲洗，除去杂物，疏通和湿润整个管道；2．配制高质量的浆液，选用的水泥可用强度等级不低于325 MPa的普通硅酸盐水泥，灰浆水灰比宜控制在0．1—0．45，泌水率宜小于2％，最大不应超过3％，灰浆应具有良好的流动性并不易离析，可掺入适量的减水剂和微膨胀剂，但不得使用对管道和预应力索有腐蚀作用的外掺剂，掺量和配方应通过试验确定；3．管道及排气口应疏通，压浆时应从低处往高处压，待高处的孔眼冒溢浓浆后，堵住排气口持荷继续加压，待泌水流光后，再塞住孔口；4．对孔道较长或第一次压浆不够理想的，可进行二次压浆，二次压浆应在第一次压浆初凝后进行。
四、结语
为适应我国经济的发展，缓解交通问题给人们生产生活带来的不便，预应力混凝土结构的应用范围将更加广阔，因此必须加强提高预应力技术水平的科研工作。预应力混凝土桥梁预制安装施工质量直接影响桥梁质量、使用寿命和营运安全，务必引起广大从业人员的高度重视，切实抓好每道工序、每个环节的质量控制，确保桥梁梁板预制安装工程的质量。