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【摘 要】预应力混凝土梁（板）因其节省材料，自重轻，减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，结构简单，安全可靠，便于安装等优点，在国内桥梁建设中得到广泛应用。本文主要介绍了预应力空心板梁张拉过程出现纵向裂缝的原因及对策。
【关键词】预应力混凝土；梁板；质量控制
Construction Quality Control of Prestressed concrete beam
Liang Zheng-quan
(Chongqing,Guohao Construction Co.,Ltd Chongqing 400060)
【Abstract】Prestressed concrete beam (slab) because of their save materials,light weight,reduce the vertical shear of concrete beams and the principal tensile stress,the structure is simple,safe,reliable,easy to install,etc.,bridge construction in China has been widely application.This article describes the prestressed hollow longitudinal beam tension cracks arise in the course and the countermeasures.
【Key words】Prestressed concrete;Beam;Quality control
1. 前言
二十世纪80年代以来，预应力混凝土梁（板）因其节省材料，自重轻，减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，结构简单，安全可靠，便于安装等优点，在国内桥梁建设中得到广泛应用。但预应力施工工艺相对较复杂，要求预应力结构施工的专业性强，但在实际施工中，有的施工队伍水平不高，经验不够丰富，加之有的设计方案考虑欠妥，引发梁（板）预应力施工过程中损失过大；空心板梁张拉后梁端顶底板中间部位出现纵向裂缝；工字梁梁体扭曲变形、梁端底部混凝土破碎。
2. 预应力空心板梁张拉过程出现纵向裂缝的原因及对策
2.1 先张法。
2.1.1 缺陷及原因。
先张法施工的空心板梁的梁端放张后顶底板中部附近出现自两端向跨中延伸的1至2.5m长的纵向裂缝的现象较为常见，经考证，均为放张作业不规范造成；主要原因有的采取单侧放张，还有的承包人采用乙炔—氧气切割放张，而且还是非对称、相互交错切割，使梁体单侧受力，导致梁端中部产生自梁端向跨中延伸的纵向裂缝。
2.1.2 对策。
均匀放张。多根整批预应力筋放张，宜采用砂箱法或千斤顶法。用砂箱放张时，放张速度应均匀一致；用千斤顶放张时，放张宜分数次完成；单根钢筋采用拧松螺母的方法放张时，宜先两侧后中间，并不得一次将一根力筋松到位；严禁切割放张。
2.2 后张法。
2.2.1 缺陷及原因。
后张法空心板梁在张拉过程中，梁端也有出现类似先张法的纵向裂缝，甚至有的在张拉时发生梁端底板混凝土压裂破碎的现象。分析其原因，一是设计上对张拉时梁端混凝土局部应力集中考虑不周；二是张拉时，张拉顺序不当，张拉速度过快；三是梁体混凝土质量低劣、或张拉时间过早，以及锚垫板附近的混凝土不密实，导致梁端混凝土在张拉后出现碎裂。
2.2.2 对策。
2.2.2.1 梁端布筋设计应充分考虑张拉时产生的局部应力集中，增加横向分布钢筋数量和适当增加封锚端和梁端混凝土的几何尺寸。
2.2.2.2 预应力筋张拉顺序应符合设计要求，当设计未规定时，宜采取分次、逐级对称张拉；张拉时，均匀加载，不宜过快；以尽可能减小张拉过程出现局部应力集中。
2.2.2.3 严格梁（板）混凝土浇筑时的施工控制，确保梁（板）混凝土浇筑质量，特别要加强对锚垫板后的混凝土振捣。张拉前，应对梁体进行检验，是否符合质量标准要求；张拉时，混凝土强度应达到设计要求；设计无规定时，以不低于设计强度值的95%为宜。
3. 工字梁张拉过程梁体侧向扭曲、梁端底部混凝土破碎的原因及对策
3.1 梁体产生侧向扭曲的原因与对策。
3.1.1 原因。
工字梁腹板厚度一般仅为18cm～30cm，马蹄宽度约为40～60cm，马蹄部位预应力筋一般上下布置2排，每排水平布置2孔；第一孔张拉时，张拉侧向施加了预应力而受压，另一侧梁体必然受拉，加之工字梁梁长、腹板厚度薄、侧向自由度大，如果张拉时采取一次张拉到位，则导致梁体侧向扭曲（有的T梁张拉过程也出现类似侧向扭曲变形）。
3.1.2 对策。
宜采用分次逐级对称张拉，第一次张拉时，逐孔预应力施加至50%的张拉控制应力σcon，张拉顺序第一次为左右侧对角线交叉进行，因马蹄宽度小，位置不够，只能逐孔张拉。第一孔张拉至50%的σcon后拆下千斤顶，移至第二孔张拉，以次类推；第二次张拉时按第一次张拉顺序逐孔张拉到80%σcon；第三次张拉时按前二次张拉顺序逐孔张拉到100%σcon。有的项目采取这种方法，有效的解决了工字梁侧向扭曲的问题。
3.2 字梁（及T梁）张拉后梁端底部混凝土破碎的原因及对策。
3.2.1 原因。
工字梁（及T梁）张拉后，梁体因预应力的作用产生反拱，梁端底部一方面承受因梁体反拱而产生的水平摩擦力，一方面承受梁体的全部自重，导致梁端混凝土在压应力作用下破碎。
3.2.2 对策。
有的项目在梁体预制的底模端部设置一块长约1m、厚约2～3cm的橡胶板（顶面与底模齐平），梁体张拉后，橡胶板受压变形，受压面积增大，梁端混凝土承受的集中压应力随之减小，梁端底部混凝土完整不破碎；有的项目，梁体预制时在梁端底部设置梁长方向约20 cm、竖向约10 cm的导角，有效地增大了张拉后梁端底部的受压面积。
4. 预应力损失过大的原因及对策
4.1 原因。
设计计算预应力混凝土受弯构件张拉控制应力σcon时，除需要根据承受外荷载的情况，估定有效预应力σy外，还需要估算相应的预应力损失σs。
即：σy=σcon-σs
预应力损失σs主要包括预应力筋与管道壁间摩擦引起的预应力损失σS1；锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失σS2；钢筋与台座间温差引起的预应力损失σS3（此项应力损失，仅在先张法构件采用蒸汽或其他加热方法养护时才予以考虑），混凝土弹性压缩所引起的预应力损失σS4；钢筋松弛（徐舒）引起的预应力损失σS5；混凝土收缩和徐变引起的预应力损失σS6等。
但由于有的施工行为不够规范，致使实际工况与原估算应力损失的工况不完全相符，导致实际预应力损失大于原估算值。
4.1.1 预应力管道安装质量控制不严。
管道位置偏差过大，或梁体浇筑过程中管道存在漏浆现象，致使σS1过大，超过原估算值。
4.1.2 有的预制场设置过小。
梁的预制数量受场地限制，梁的预制采用早强剂或提高混凝土配置强度，梁体浇筑后一般4至5天混凝土强度就能达到设计强度的75%以上，有的甚至达到90%以上，而《公路桥涵施工技术规范》对龄期也未作明确要求，结果梁体混凝土浇筑4～5天后即开始张拉。在此龄期内混凝土的收缩和徐变并未完成，随着龄期的增加所引起的预应力损失σS6过大，且会导致张拉后梁体反拱度过大；再者，水泥用量大，如施工控制不当也易造成较多的收缩裂纹。
4.1.3 砂的级配不规范。
先张法施工采用砂箱法放张工艺时，如选用砂的级配不好，砂的空隙率大，张拉后砂箱的压缩引起预应力损失偏大。
4.2 对策。
4.2.1 加强预应力材料检验和各工序的质量控制。
严格按照有关规范组织施工，避免因预应力材料不合格或施工行为不规范而造成预应力损失过大。
4.2.2 严格控制梁体混凝土龄期。
梁体张拉前，除对梁体混凝土强度有要求外，对龄期也应进行控制，避免过早张拉。有的项目设计规定龄期须达到10天以上方可张拉，对避免混凝土收缩和徐变引起的预应力损失和梁体反拱度过大取得了明显成效。
4.2.3 采用级配良好的石英砂。
先张法施工采用砂箱法放张工艺时，宜采用级配良好的石英砂，预应力施加后砂箱的压缩值不应大于0.5mm，装砂量宜为砂箱长度的1/3～2/5。
5. 预应力施工值得注意的其它问题
5.1 伸长量的计算。
理论伸长量和实际伸长量计算时，应考虑千斤顶的预应力筋的工作长度。张拉用千斤顶，按穿索类型分为内陷式和穿心式二种，目前常用的预应力锚具大多为OVM型、HVM型、LQM型、XM型、QM型等，与其配套张拉的千斤顶YCN型、YCL型均为穿心式千斤顶。张拉过程中千斤顶的工具锚锚住预应力筋使其伸长，量测到的伸长量包括了千斤顶内的工作长度部分的伸长量；有的在计算理论伸长量时没有考虑千斤顶内工作长度的伸长量，而在实际量测的伸长量数值中，已经包括了工作长度的伸长量，导致计算的伸长量误差超过+6%；相反，若计算理论伸长量时考虑了工作长度的伸长量，而在实际量测伸长量时没有包括工作长度的伸长量，则可能导致伸长量误差超出-6%。另外，计算实际量测总伸长量时不应扣除预应力筋锚固阶段的回缩量。
5.2 张拉记录换算。
有的施工人员概念不清，张拉记录将油压表读数与张拉力混为一谈。张拉过程中2σ0时的张拉力常用2倍的σ0 时的油压表读数代替，且张拉控制应力σcon对应的油压表读数，没有依据千斤顶与压力表配套校正校验报告给定的相应参数，进行内插法换算。
5.3 张拉记录初应力的伸长值推算。
有的张拉记录初应力的伸长值推算方法不够规范。预应力筋张拉时，一般先张拉调整到初应力后再正式分级张拉和量测预应力筋伸长值，由于最初张拉时各根（束）预应力筋的松紧、弯曲程度不一致，所以初应力时的伸长量不宜采用量测方法，而宜采用推算的方法。笔者发现张拉施工人员对初应力的伸长值计算有四种方法。第一种为直接量测法，初应力的伸长量为凭经验感觉预应力筋刚好拉紧后到张拉至初应力σ0时量测到的预应力筋的伸长量；第二种为直接计算法，初应力σ0的伸长量为（σ0/σcon）×△L（△L为理论计算伸长量）；第三种为间接计算法，张拉过程量测初应力σ0至张拉到张拉控制应力σcon的伸长量（△L/）， 初应力σ0的伸长量取值为［σ0/（σcon-σ0）］
×△L/（mm）；第四种方法为采用相邻级的伸长值，例如初应力σ0为10%σcon时，其伸长值采用由10%张拉到20%的伸长值。
第一种方法显然错误，不应采用；第二、三种方法不够规范、准确，不能完全反映张拉至初应力σ0的实际工况，不宜采用；第四种方法，比较科学、准确、合理、规范，值得推广采用。
5.4 采用规范应注意的问题。
《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）表12.10.3-1规定夹片式等具有自锚性能的锚具的张拉程序为：
普通松弛力筋0→初应力→1.03σcon（锚固）
低松弛力筋0→初应力→σcon（持荷2min锚固）
这与旧规范（JTJ040-89）的张拉程序有所不同，因为目前优质的夹片锚具回缩量很小，具有良好的自锚性能。但仍然有部分设计图纸中规定的张拉程序仍按旧规范，未根据新规范作相应的改变。若仍采用旧规范的张拉程序，超张拉控制在1.05σcon，则提高了锚下应力，预应力偏大。
6. 结语
预应力混凝土梁（板）预制安装施工质量直接影响桥梁质量、营运安全和使用寿命，务必引起各从业单位及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，确保梁板预制安装工程质量。
［文章编号］1006-7619（2011）03-20-236
【关键词】预应力混凝土；梁板；质量控制
Construction Quality Control of Prestressed concrete beam
Liang Zheng-quan
(Chongqing,Guohao Construction Co.,Ltd Chongqing 400060)
【Abstract】Prestressed concrete beam (slab) because of their save materials,light weight,reduce the vertical shear of concrete beams and the principal tensile stress,the structure is simple,safe,reliable,easy to install,etc.,bridge construction in China has been widely application.This article describes the prestressed hollow longitudinal beam tension cracks arise in the course and the countermeasures.
【Key words】Prestressed concrete;Beam;Quality control
1. 前言
二十世纪80年代以来，预应力混凝土梁（板）因其节省材料，自重轻，减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，结构简单，安全可靠，便于安装等优点，在国内桥梁建设中得到广泛应用。但预应力施工工艺相对较复杂，要求预应力结构施工的专业性强，但在实际施工中，有的施工队伍水平不高，经验不够丰富，加之有的设计方案考虑欠妥，引发梁（板）预应力施工过程中损失过大；空心板梁张拉后梁端顶底板中间部位出现纵向裂缝；工字梁梁体扭曲变形、梁端底部混凝土破碎。
2. 预应力空心板梁张拉过程出现纵向裂缝的原因及对策
2.1 先张法。
2.1.1 缺陷及原因。
先张法施工的空心板梁的梁端放张后顶底板中部附近出现自两端向跨中延伸的1至2.5m长的纵向裂缝的现象较为常见，经考证，均为放张作业不规范造成；主要原因有的采取单侧放张，还有的承包人采用乙炔—氧气切割放张，而且还是非对称、相互交错切割，使梁体单侧受力，导致梁端中部产生自梁端向跨中延伸的纵向裂缝。
2.1.2 对策。
均匀放张。多根整批预应力筋放张，宜采用砂箱法或千斤顶法。用砂箱放张时，放张速度应均匀一致；用千斤顶放张时，放张宜分数次完成；单根钢筋采用拧松螺母的方法放张时，宜先两侧后中间，并不得一次将一根力筋松到位；严禁切割放张。
2.2 后张法。
2.2.1 缺陷及原因。
后张法空心板梁在张拉过程中，梁端也有出现类似先张法的纵向裂缝，甚至有的在张拉时发生梁端底板混凝土压裂破碎的现象。分析其原因，一是设计上对张拉时梁端混凝土局部应力集中考虑不周；二是张拉时，张拉顺序不当，张拉速度过快；三是梁体混凝土质量低劣、或张拉时间过早，以及锚垫板附近的混凝土不密实，导致梁端混凝土在张拉后出现碎裂。
2.2.2 对策。
2.2.2.1 梁端布筋设计应充分考虑张拉时产生的局部应力集中，增加横向分布钢筋数量和适当增加封锚端和梁端混凝土的几何尺寸。
2.2.2.2 预应力筋张拉顺序应符合设计要求，当设计未规定时，宜采取分次、逐级对称张拉；张拉时，均匀加载，不宜过快；以尽可能减小张拉过程出现局部应力集中。
2.2.2.3 严格梁（板）混凝土浇筑时的施工控制，确保梁（板）混凝土浇筑质量，特别要加强对锚垫板后的混凝土振捣。张拉前，应对梁体进行检验，是否符合质量标准要求；张拉时，混凝土强度应达到设计要求；设计无规定时，以不低于设计强度值的95%为宜。
3. 工字梁张拉过程梁体侧向扭曲、梁端底部混凝土破碎的原因及对策
3.1 梁体产生侧向扭曲的原因与对策。
3.1.1 原因。
工字梁腹板厚度一般仅为18cm～30cm，马蹄宽度约为40～60cm，马蹄部位预应力筋一般上下布置2排，每排水平布置2孔；第一孔张拉时，张拉侧向施加了预应力而受压，另一侧梁体必然受拉，加之工字梁梁长、腹板厚度薄、侧向自由度大，如果张拉时采取一次张拉到位，则导致梁体侧向扭曲（有的T梁张拉过程也出现类似侧向扭曲变形）。
3.1.2 对策。
宜采用分次逐级对称张拉，第一次张拉时，逐孔预应力施加至50%的张拉控制应力σcon，张拉顺序第一次为左右侧对角线交叉进行，因马蹄宽度小，位置不够，只能逐孔张拉。第一孔张拉至50%的σcon后拆下千斤顶，移至第二孔张拉，以次类推；第二次张拉时按第一次张拉顺序逐孔张拉到80%σcon；第三次张拉时按前二次张拉顺序逐孔张拉到100%σcon。有的项目采取这种方法，有效的解决了工字梁侧向扭曲的问题。
3.2 字梁（及T梁）张拉后梁端底部混凝土破碎的原因及对策。
3.2.1 原因。
工字梁（及T梁）张拉后，梁体因预应力的作用产生反拱，梁端底部一方面承受因梁体反拱而产生的水平摩擦力，一方面承受梁体的全部自重，导致梁端混凝土在压应力作用下破碎。
3.2.2 对策。
有的项目在梁体预制的底模端部设置一块长约1m、厚约2～3cm的橡胶板（顶面与底模齐平），梁体张拉后，橡胶板受压变形，受压面积增大，梁端混凝土承受的集中压应力随之减小，梁端底部混凝土完整不破碎；有的项目，梁体预制时在梁端底部设置梁长方向约20 cm、竖向约10 cm的导角，有效地增大了张拉后梁端底部的受压面积。
4. 预应力损失过大的原因及对策
4.1 原因。
设计计算预应力混凝土受弯构件张拉控制应力σcon时，除需要根据承受外荷载的情况，估定有效预应力σy外，还需要估算相应的预应力损失σs。
即：σy=σcon-σs
预应力损失σs主要包括预应力筋与管道壁间摩擦引起的预应力损失σS1；锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失σS2；钢筋与台座间温差引起的预应力损失σS3（此项应力损失，仅在先张法构件采用蒸汽或其他加热方法养护时才予以考虑），混凝土弹性压缩所引起的预应力损失σS4；钢筋松弛（徐舒）引起的预应力损失σS5；混凝土收缩和徐变引起的预应力损失σS6等。
但由于有的施工行为不够规范，致使实际工况与原估算应力损失的工况不完全相符，导致实际预应力损失大于原估算值。
4.1.1 预应力管道安装质量控制不严。
管道位置偏差过大，或梁体浇筑过程中管道存在漏浆现象，致使σS1过大，超过原估算值。
4.1.2 有的预制场设置过小。
梁的预制数量受场地限制，梁的预制采用早强剂或提高混凝土配置强度，梁体浇筑后一般4至5天混凝土强度就能达到设计强度的75%以上，有的甚至达到90%以上，而《公路桥涵施工技术规范》对龄期也未作明确要求，结果梁体混凝土浇筑4～5天后即开始张拉。在此龄期内混凝土的收缩和徐变并未完成，随着龄期的增加所引起的预应力损失σS6过大，且会导致张拉后梁体反拱度过大；再者，水泥用量大，如施工控制不当也易造成较多的收缩裂纹。
4.1.3 砂的级配不规范。
先张法施工采用砂箱法放张工艺时，如选用砂的级配不好，砂的空隙率大，张拉后砂箱的压缩引起预应力损失偏大。
4.2 对策。
4.2.1 加强预应力材料检验和各工序的质量控制。
严格按照有关规范组织施工，避免因预应力材料不合格或施工行为不规范而造成预应力损失过大。
4.2.2 严格控制梁体混凝土龄期。
梁体张拉前，除对梁体混凝土强度有要求外，对龄期也应进行控制，避免过早张拉。有的项目设计规定龄期须达到10天以上方可张拉，对避免混凝土收缩和徐变引起的预应力损失和梁体反拱度过大取得了明显成效。
4.2.3 采用级配良好的石英砂。
先张法施工采用砂箱法放张工艺时，宜采用级配良好的石英砂，预应力施加后砂箱的压缩值不应大于0.5mm，装砂量宜为砂箱长度的1/3～2/5。
5. 预应力施工值得注意的其它问题
5.1 伸长量的计算。
理论伸长量和实际伸长量计算时，应考虑千斤顶的预应力筋的工作长度。张拉用千斤顶，按穿索类型分为内陷式和穿心式二种，目前常用的预应力锚具大多为OVM型、HVM型、LQM型、XM型、QM型等，与其配套张拉的千斤顶YCN型、YCL型均为穿心式千斤顶。张拉过程中千斤顶的工具锚锚住预应力筋使其伸长，量测到的伸长量包括了千斤顶内的工作长度部分的伸长量；有的在计算理论伸长量时没有考虑千斤顶内工作长度的伸长量，而在实际量测的伸长量数值中，已经包括了工作长度的伸长量，导致计算的伸长量误差超过+6%；相反，若计算理论伸长量时考虑了工作长度的伸长量，而在实际量测伸长量时没有包括工作长度的伸长量，则可能导致伸长量误差超出-6%。另外，计算实际量测总伸长量时不应扣除预应力筋锚固阶段的回缩量。
5.2 张拉记录换算。
有的施工人员概念不清，张拉记录将油压表读数与张拉力混为一谈。张拉过程中2σ0时的张拉力常用2倍的σ0 时的油压表读数代替，且张拉控制应力σcon对应的油压表读数，没有依据千斤顶与压力表配套校正校验报告给定的相应参数，进行内插法换算。
5.3 张拉记录初应力的伸长值推算。
有的张拉记录初应力的伸长值推算方法不够规范。预应力筋张拉时，一般先张拉调整到初应力后再正式分级张拉和量测预应力筋伸长值，由于最初张拉时各根（束）预应力筋的松紧、弯曲程度不一致，所以初应力时的伸长量不宜采用量测方法，而宜采用推算的方法。笔者发现张拉施工人员对初应力的伸长值计算有四种方法。第一种为直接量测法，初应力的伸长量为凭经验感觉预应力筋刚好拉紧后到张拉至初应力σ0时量测到的预应力筋的伸长量；第二种为直接计算法，初应力σ0的伸长量为（σ0/σcon）×△L（△L为理论计算伸长量）；第三种为间接计算法，张拉过程量测初应力σ0至张拉到张拉控制应力σcon的伸长量（△L/）， 初应力σ0的伸长量取值为［σ0/（σcon-σ0）］
×△L/（mm）；第四种方法为采用相邻级的伸长值，例如初应力σ0为10%σcon时，其伸长值采用由10%张拉到20%的伸长值。
第一种方法显然错误，不应采用；第二、三种方法不够规范、准确，不能完全反映张拉至初应力σ0的实际工况，不宜采用；第四种方法，比较科学、准确、合理、规范，值得推广采用。
5.4 采用规范应注意的问题。
《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）表12.10.3-1规定夹片式等具有自锚性能的锚具的张拉程序为：
普通松弛力筋0→初应力→1.03σcon（锚固）
低松弛力筋0→初应力→σcon（持荷2min锚固）
这与旧规范（JTJ040-89）的张拉程序有所不同，因为目前优质的夹片锚具回缩量很小，具有良好的自锚性能。但仍然有部分设计图纸中规定的张拉程序仍按旧规范，未根据新规范作相应的改变。若仍采用旧规范的张拉程序，超张拉控制在1.05σcon，则提高了锚下应力，预应力偏大。
6. 结语
预应力混凝土梁（板）预制安装施工质量直接影响桥梁质量、营运安全和使用寿命，务必引起各从业单位及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，确保梁板预制安装工程质量。
［文章编号］1006-7619（2011）03-20-236