桥梁预应力施工隐患分析与精细化施工技术

桥梁预应力施工隐患分析与精细化施工技术

1 桥梁预应力施工隐患分析与精细化施工技术 2 一 、预应力技术在桥梁中的应用 二、预应力对桥梁的作用 .1. 纵向、横向、竖向预应力的作用 1.1. 纵向预应力 1.2. 竖向预应力 1.3. 横向预应力 .2. 有效预应力大小和不均匀度的影响 .3. 数学模型的建立与理论计算分析专题 3 三 、 预应力混凝土桥梁病害分析与施工现状 .1. 病害分析 1.1. 梁体下挠 1.2. 梁体开裂 1.3. 梁体断裂 1.4. 病害实例 .2. 预应力施工现状及实例分析 2.1. 同束有效预应力不均匀度过大 2.2. 同断面有效预应力大小和不均匀度不满足要求 2.3. 锚具的质量存在问题 2.4. 预应力张拉控制存在问题 2.5. 缺乏检测验收的评估手段 4 四、预应力精细化施工技术 .1. 锚具质量控制及实例分析 .2. 梳编穿束 2.1. 疏编穿束工艺 2.2. 梳编穿束实例 .3. 预应力张拉施工 3.1. 张拉准备 3.2. 张拉施工工艺 3.3. 断丝处理 3.4. 停顿（持荷）时间 3.5. 张拉控制 3.6. 张拉控制实例：过程控制、停顿控制、两端对称控制 5 .4. 短束及其处理 4.1. 连续刚构桥竖向索预应力施工控制 4.2. 连续 T 梁、箱梁桥现浇连续段预应力施工控制 4.3. 环形束预应力施工控制 .5. 连续刚构合龙段施工控制及实例分析 .6. 有效预应力检测控制与智能化系统 6.1. 有效预应力检测 6.2. 智能化系统 6.3. 有效预应力检测控制实例 五、预应力精细化施工是降低桥梁全寿命成本的保障 6 一、预应力技术在桥梁中的应用 预应力技术近年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异。预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。我国已建成许多这类桥梁，如：云南六库怒江大桥（主跨 154 米）、上海黄浦江奉浦大桥（主跨 125 米）、湖南常德沅江大桥（主跨 120 米）、山东东明黄河公路大桥（主跨 120 米）等等。预应力混凝土连续刚构桥比连续梁桥有更大的跨越能力，我国于 1988 年建成的广东洛溪大桥（主跨 180 米），开创了我国修建大跨径预应力连续刚构桥的先例，二十多年来，预应力梁桥在全国范围内已建成跨径大于 120 米的有 74 座。世界已建成跨度大于 240 米预应力梁桥 17 座，中国占 7 座。 1997 年建成的虎门大桥副航道桥（主跨 270 米）为当时预应力连续刚构世界第一。近几年相继建成了泸州长江二桥（主跨 252 米）、重庆黄花园大桥（主跨 250 米）、黄石长江大桥（主跨 245 米）、重庆高家花园大桥（主跨 240 米）、贵州六广河大桥（主跨 240 米），近期还将建成一大批大跨径预应力连续刚构桥。 7 二、预应力对桥梁的作用 预应力在桥梁结构中的使用，提高了桥梁构件的抗裂度和刚度，有效改善了构件的使用性能，增加结构的耐久性；节省钢材与混凝土用量，对大跨径桥梁，有显著优越性；减少了混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，有利于减小梁的腹板厚度，使梁自重进一步减小；可作为结构构件连接的手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。 8 1.1 纵向预应力 纵向预应力是预应力混凝土连续梁式桥的核心，纵向预应力的配束方案是根据受弯梁的弯矩包络图设计的，即根据不同应力状态下受弯梁的破坏形态设计，包括弯起索、连续索等。实际工程中腹板斜裂缝是预应力混凝土连续箱梁常见的裂缝形式，是结构裂缝，主要受腹板纵向预应力的大小控制。 纵向预应力主要控制桥梁的预拱度，预拱度直接关系到成桥状态下的线形是否与设计线形相符，并且影响使用状态下桥梁结构的安全。根据预应力作用下桥梁挠度计算的基本理论，预应力混凝土结构受弯构件的挠度由偏心预加力引起的上挠度和外荷载（静、动载）所产生的下挠度两部分组成。即： 式中 —— 荷载短期效应组合并考虑长期效应下的总挠度； —— 永存预加力所产生的上挠度； —— 由荷载效应组合计算的弯矩值引起的挠度值； —— 预加力反拱设置考虑长期效应增长系数； —— 短期荷载效应组合考虑长期效应的挠度增长系数。 1. 纵向、横向、竖向预应力的作用 9 由上式可见，为保证桥梁线形与安全，纵向预应力所产生的上挠度应能抵消荷载引起的下挠度，当预加力的长期反拱值小于按荷载短期组合计算的长期挠度时应设置预拱度。 合理确定预加力作用点的位置对预应力混凝土梁是很重要的。在弯矩最大的跨中截面处，应尽可能使预应力钢筋的重心降低，使其产生较大的预应力负弯矩来平衡外荷载引起的正弯矩。如令沿梁近似不变，则对于弯矩较小的其他截面，应相应地减小偏心距值，以免由于过大的预应力负弯矩而引起构件上缘的混凝土出现拉应力。只要作用点的位置，落在束界的区域内，就能够保证构件在最小外荷载和最不利荷载作用下，其上下缘混凝土均不会出现拉应力。 纵向预应力还会引起横向变形。在施工过程中，纵向预应力张拉吨位较大，根据泊松比，产生的横向变形也较大。这样，不但提高了对横向预应力筋束张拉质量的要求，同时也提高了对纵向预应力筋束张拉质量的要求，以便保证二者的相互合理性及影响程度，防止因施工不当引起变形过大造成桥梁线形的不足及结构的破坏。 所以对纵向预应力张拉质量进行检测控制，使其符合设计的要求，是保证整个桥梁结构安全最重要的手段。 10 1.2 竖向预应力 在桥梁结构中，竖向预应力和纵向预应力两者结合来控制腹板的剪应力和主拉应力。理论分析及实践经验表明，如果竖向预应力钢筋不能充分发挥作用，桥梁腹板的主拉应力就将超过规范规定的限值，有可能出现斜裂缝。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。所以，在预应力混凝土箱梁结构中，为控制箱梁腹板的斜向裂缝，在腹板中配制竖向预应力筋。 现行规范充分考虑了纵向预应力的弹性压缩损失的计算，但对竖向应力的弹性压缩损失没有作特别的说明，纵向预应力的弹性压缩损失是基于一维杆件轴向压缩计算得出的，而竖向预应力有其自身的特点：①竖向预应力筋比较短，与纵向预应力筋相比达到相同的应力水平，其弹性变形要小得多；②竖向预应力筋锚固端沿腹板轴向排列，而纵向预应力筋的锚固端则排列在箱梁的某个截面上，显然纵向预应力弹性压缩损失的计算方法不适于竖向预应力的计算。 11 目前我国在这方面的研究还不够深入，尽管对竖向预应力筋的有效预应力可能存在设计的问题，依据受力均匀及考虑摩阻等因素对有效预应力的影响，所以在施工中可对竖向预应力进行检测，如果允许的情况下可进行全部检测控制，发现其存在的规律，是解决竖向有效预应力建立的最直接、最有效的方法。 竖向预应力筋常采用精轧螺纹钢筋，长度不大，因施工、徐变等诸多因素的影响而受到较大的损失，从而使竖向预应力筋达不到设计要求 ( 这也是通车后有些桥腹板出现裂缝的主因 ) 。根据现存预应力混凝土连续梁、连续刚构桥箱梁裂缝检查结果及文献记载，目前国内绝大部分箱梁在运营阶段都出现了不同形式的裂缝，其中距支座（或桥墩） L ／ 4 附近腹板斜裂缝数量较多，裂缝与主拉应力的方向基本垂直，通常腹板内侧的数量较多。此原因是腹板主拉应力过大，而在设计或施工时对竖向预应力损失估计不足有关 12 1.3 横向预应力 横向预应力对箱梁结构的主要作用是加强桥梁的横向联系，增加桥面板的刚度，增大悬臂板的抗弯能力，使悬臂部分增长，另外也减少了荷载对桥面的局压作用。增大结构的横向整体性后可以增大腹板的间距 , 悬臂部分宽度 , 这样可以减少下部工程量，减少造价。还有就是防止桥面开裂 , 尤其是温度应力导致桥面板的裂缝。 变高度预应力混凝土箱梁的底板在垂直平面处具有一定的曲率，因此，预应力钢束必须按照这种曲率布置。根据预应力等效荷载的原理，钢束的曲率引起向下的径向荷载，这种荷载势必会受到两腹板之间底板横向弯曲的抵抗。当没有布置横向预应力束或底板截面尺寸不足时，会导致底板产生纵向裂缝。 13 2. 有效预应力大小和不均匀度的影响 有效预应力的建立直接影响到桥梁的安全性、可靠性和长期使用寿命。特别是连续刚构桥，由于其跨径大、张拉吨位大、预应力体系和结构受力复杂等特点，不少工程因预应力失控而带来灾难性的后果。 预应力混凝土桥梁中，预应力的效应是比较大的，如果施工不当导致梁体内未能建立合格的有效预应力，在荷载作用尤其是活载作用下，对挠度的影响将更大：有效预应力偏小，直接影响预拱度，有效预应力不均匀将导致预应力筋的早期疲劳，危及桥梁使用寿命。不少连续刚构桥，成桥荷载试验验收合格，但不久则严重下挠，甚至断裂，就是同束有效预应力不均度太大所致。 14 3. 数学模型的建立与理论计算分析专题 桥梁（空心板）预应力施工工艺控制研究（桥梁预应力施工质量保证体系研究报告）课题，首先通过从 30m 足尺寸预应力空心板梁实验及有限元仿真分析两个方面对预应力空心板梁张拉有效预应力和各绞线受力均匀性以及预应力的施工顺序进行分析比较，通过对已施加预应力的梁进行锚下有效预应力和各绞线受力均匀性检测及对梁体变形进行综合评估，形成最优的预应力施工工艺，以保证梁体在施工中及服役中的最小变形和其性能优化，同时保证最均匀的预应力施加与综合控制从而达到延长服役年限的目的。 15 在课题的研究中，为了使试验符合实际情况，反映真实状态，我们采用足尺寸（ 30 ｍ）空心板梁来做有关实验。这是因为比例模型处理的有关参数的选择及设定较复杂，试验中模型也不能完全真实反映实际情况，另外模型对预应力筋、锚夹具等的性能难以处理，对所施加的预应力在梁体中的情况（如摩阻影响、应力损失等）处理也很难，这些都会对试验结果带来很大影响。足尺寸空心板梁的制作工程量较大，试验工作量及试验数据量也相应的增大，但避免了采用比例缩小模型带来的一些工作及缺点，同时在整个施工过程中可完全按现行国家标准、规范、规程施工，也便于预应力的施加及检测等工作。空心板梁的制作 , 我们按四川省交通厅公路规划勘察设计研究院设计的国道主干线重庆 —— 湛江公路（重庆段）上桥至界石段装配式后张法预应力砼空心板桥的“ 30m 装配式后张法预应力砼空心板梁”图纸进行施工，待施加预应力的空心板梁如图 2.3.1 。 16 图 2.3.1 待施加预应力的空心板梁 17 通过对当前施工顺序下的张拉有限元分析，得出各束预应力筋有效张拉荷载下的梁体的应力及变形，通过人工神经网络映射在各种有效张拉荷载下的梁体的变形，保证张拉施工中梁体的变形在设计的允许范围内，从而实现梁体的智能控制。本研究的主要内容有： 1 通过对 30m 跨足尺寸的空心板梁的同步张拉试验，得出了空心板梁底板、侧板、顶板等跨中、 1/4 跨， 1/8 跨等处的应变数据。根据应变可以求得应力结果。在课题研究中，我们对预应力空心板梁预应力施工进行主动控制：留孔、预应力筋的编束、梳理、穿束等，从理论、有限元分析模拟及施工等几方面对梁的反拱度、线型度、扭转等变形及性能进行研究，深入研究现行双控法的局限性， 并对施工中及施工后有效预应力进行控制与监控，进行工艺精细化分析。 2 通过大型有限元软件 Ansys 实现对该箱型梁同步张拉过程的仿真分析，分析有限元软件仿真预应力张拉过程的可行性以及分析误差产生的原因。 18 3 实现对不同张拉顺序的有限元仿真，并根据对不同张拉顺序的有限元分析结果，求得最佳的张拉顺序。 4 通过对不同的锚下有效张拉力下的有限元仿真，得出超张拉、欠张拉以及不均匀张拉等情况下梁体的变化规律。并根据大量的有限元分析，求得梁的锚下有效预应力的偏差在多大程度上施工质量能保证达到设计要求。 5 根据大量计算生成人工神经网络样本及人工神经元网络模型，得出对梁体在不同有效张拉力作用下各关键点处的变形规律。通过编制人工神经元网络控制箱型梁张拉施工的程序，实现对预应力张拉的施工控制。 6 实现对 T 型梁的有限元仿真，将上述成果推广。通过对马啸溪大桥、雷神店大桥的有限元分析及神经网络映射施工控制，将成果应用于工程实践中。 19 研究中通过对空心板梁的材料试验和预应力施加过程中的应力、变形、有效预应力进行全过程的跟踪观测以保证试验梁体用材的可靠性，获得理论分析和计算的基本参数，最重要的是通过试验及试验数据来分析和验证理论分析和计算，使本课题的研究建立在理论分析、试验分析的基础上，以保证研究的正确性、可靠性。 20 三、 预应力混凝土桥梁病害分析与施工现状 病害分析 1 梁体下挠 全预应力构件，预应力效应的作用是比较大的，其提供的消压弯矩能有效保证构件的预应力度。根据分析， 150m 的全预应力连续箱梁，预应力对挠度的效应是 7cm 。如果预应力施工不当，梁体内不能建立有效的预应力，在混凝土徐变的共同作用下，梁体必将发生严重的下挠。挠度过大不但会使跨中主梁下凹，破坏桥面的铺装层，影响桥梁的使用寿命和行车舒适性，甚至危及高速行车时的安全。 跨中持续下挠的影响因素有：预应力的损失、结构的刚度、超重、混凝土的收缩徐变、温度的影响，而最主要的因素是预应力的损失。造成预应力损失的原因有：预应力钢筋与管道壁间摩擦引起的应力损失；锚具变形、预应力筋回缩和接缝压缩引起的应力损失；弹性压缩引起的应力损失；预应力筋松弛引起的应力损失；混凝土收缩和徐变引起的应力损失；还有最重要的原因有效预应力不均匀度过大。有效预应力不均匀度过大，在桥梁刚建成时问题不会显现出来，但经过一段时间有效预应力大的预应力筋出现早期疲劳，桥梁跨中的持续下挠也由此产生。 21 2 梁体开裂 在预应力桥梁使用中发现，有相当数量的箱梁在顶板、腹板、底板、横隔板以及齿块等部位出现了各种不同形式的裂缝，其中箱梁腹板裂缝最为普遍和严重。腹板裂缝一般集中在 1/8 跨至 3/4 跨之间，其中距支座 L/4 附近腹板斜裂缝数量较多，裂缝开展宽度一般在 0.15 ～ 0.5mm 之间；通常腹板内侧的裂缝数量较多，夏季缝宽较冬季有所增大，较宽的裂缝贯透腹板，在结构上呈一定的对称性。 经分析，箱梁腹板开裂产生的主要原因有：设计计算方法的影响、混凝土收缩徐变的影响、温度的影响、施工因素的影响和混凝土应力限值的影响。 22 1.3 梁体断裂 由于预应力筋的有效预应力失效或梁体裂缝，特别是纵向预应力损失过大引起下挠和底板横向裂缝的进一步发展。当发展到一定程度，由量变转为质变，使梁体发生结构性破坏。 23 病害实例 1 ）钟祥汉江大桥 钟祥汉江大桥设计使用寿命 50 年， 1993 年竣工验收时工程质量等级优良，但仅运行 10 年便成为危桥。 2001 年检测，省交通部门就发现梁体有裂缝。 2004 年，大桥“病症”加剧，主桥箱梁腹板开裂，中间三跨跨中底板横向贯穿开裂，且仍在发展；两个次边跨下挠严重；混凝土劣化严重；箱梁接段质量较差，箱梁顶板开裂渗水；抽查的底板纵向预应力管道未见压浆；预应力钢束有断丝、滑丝现象，部分钢筋锈蚀严重。大桥荷载等级远低于原设计标准，不能满足使用要求，被定性为“危桥”。最终与 2005 年封闭。 24 图 3.1.1 拆除中的钟祥汉江大桥 25 2 ）三门峡黄河公路大桥 三门峡黄河公路大桥主桥为一座 6 跨预应力混凝土连续刚构桥，长 1310.09 米，跨径布置为 105m+4×160m+105m ，于 1993 年建成通车。 2002 年 6 月对该桥的检查发现，跨中区域下挠最大达到 22cm ，另外箱梁腹板出现大量斜裂缝，且裂缝长度数量不断增加，结构承载力有下降趋势。为确保桥梁正常安全地使用， 2003 年 7 月对其主桥上部进行加固。主要加固项目：①增设体外纵向预应力钢束提高承载力；②处理裂缝，用压浆、封闭法及粘贴钢板修补裂缝。③处理蜂窝、麻面和空洞；④处理掉块、漏筋部位。总投资达 2408 万元， 2005 年底进行了竣工验收。为防止大桥出现二次病害，确保大桥安全，自本次工程竣工之日起，在桥两端设立超载、超限监控室，对过桥车辆进行限速、限距、限载控制，禁止 55 吨以上车辆过桥。 26 图 3.1.2 三门峡黄河公路大桥 27 3 ）广东南海金沙大桥 主桥结构形式为三跨预应力混凝土变截面连续刚构，跨度为 66m+120m+66m 。断面形式为单室箱梁，跨中梁高 2.5 m ，墩顶梁高 6.0 m ，于 1994 年建成通车。 该桥在 1999 年 10 月发现主跨跨中出现明显下挠，截止 2000 年底，跨中挠度已达 22 cm 左右。 2001 年 4 月检测单位对该桥进行全面检查和静动载试验，检测结果如下：主桥的中跨跨中严重下挠已达 23.8 cm ；箱梁两侧腹板出现大量的斜剪裂缝，最大裂缝达到 1 mm ；静载试验检测的应力及挠度的效验系数大于 1.05 ，桥梁总体承载能力下降；静载试验时腹板斜裂缝宽度均有加宽，最大增量达 0.5 mm ；动载试验结果显示主桥整体刚度降低，结构品质下降。 从该桥的试验检测资料来看，该桥跨中下挠大，梁斜剪裂缝多，其抗弯和抗剪承载能力都存在不足 28 图 3.1.3 黄石长江大桥 4 ）黄石大桥 黄石大桥为一座 5 跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为 162.5m+3×245m+162.5m ，于 1995 年建成。 29 图 3.1.4 黄石长江大桥立面布置 该桥通车运营 3 年后，跨中仍然持续下挠。该桥运营 7 年后，各跨跨中均有明显下挠，与成桥时相比，大桥北岸次边跨 2 号墩和 3 号墩之间主梁跨中下挠累计已达 30.5cm ，中跨 3 号墩和 4 号墩之间主梁跨中下挠已达 21.2cm ，南岸次边跨 4 号墩和 5 号墩之间主梁跨中下挠累计已达 22.6cm 。 30 5 ）虎门大桥辅航道桥 虎门大桥辅航道桥为一座 3 跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为 150m+270m+150m ，于 1997 年建成通车，是当时世界上最大跨径的预应力混凝土连续刚构桥。连续 7 年的观测表明，承台竖直变位和墩顶角位移很小，但主跨跨中下挠挠度逐年增长，而且尚未停止。 2003 年 11 月测量数据表明，与成桥时相比，左幅桥跨中累计下挠达 22.2cm ，右幅桥跨中累计下挠达 20.7cm 。 31 虎门大桥辅航道桥跨中挠度发展 32 6 ）潭州大桥 33 7 ）广州洛溪大桥 洛溪大桥主桥箱梁的顶板、腹板、底板局部地区出现不同程度的裂缝和破损，腹板裂痕 77 条，横隔板裂痕 99 条，最长的一条裂缝位于主桥 1 号箱梁右侧腹板上，宽 0.56mm ，长 2.15m 。这些绝不允许出现的裂缝，说明大桥结构方面已存在安全隐患。同时，桥梁局部区域砼保护层不足，满足不了现行 《 砼规 》 的规定。南北引桥梁体砼已有部分裂缝超标，支座出现剪切变形或倾斜及老化，需立即整修、更换，部分桥墩盖梁局部钢筋外露、锈蚀，盖梁出现较多裂缝，部分超标。 34 图 3.1.6 裂缝和破损 35 8 ）江津长江公路大桥 江津长江公路大桥建成于 1997 年，主桥为（ 140+240+140 ） m 预应力混凝土连续刚构桥，主桥箱梁运营 9 年后，出现主跨跨中下挠，箱梁顶、底、腹板开裂等病害。 2007 年，对该桥采取箱梁顶、底板粘贴纤维布和钢板、箱梁腹板布置体外预应力索的方式对裂缝和梁体下挠进行加固处理。 36 图 3.1.7 江津长江公路大桥 37 9 ）高家花园大桥 重庆高家花园嘉陵江大桥，桥型为预应力混凝土连续刚构桥。主跨 240 米，主桥跨径组合： 140m+240m+140m 。桥宽 31.5m 。主梁为两幅单室箱型梁，采用三向预应力钢筋混凝土结构。 1996 年 1 月开工， 1998 年 12 月竣工。 由于箱梁腹板、顶板等部位开裂、跨中下挠严重等原因，今年进行主桥箱梁加固， 9 月 3 日，箱梁内加固施工起火，对重庆内环高速公路的交通造成严重影响。 38 图 3.1.8 高家花园大桥 39 10 ） 2009 年 7 月 15 日，津晋高速公路港塘收费站 800 米外匝道连续箱梁桥垮塌， 5 辆载货车坠落，造成 6 人死亡， 4 人受伤。 40 11 ）锡澄高速公路江阴互通式立交主线桥 锡澄高速公路是同江至三亚、北京至上海国道主干线的一段，北起江阴长江大桥，南接沪宁高速公路。江阴高架桥是锡澄高速公路连接江阴长江大桥的主要桥梁，全长 3.97km 。自 2003 年 2 月起，发现江阴高架桥箱梁底板产生不同程度的裂缝，经分析，该裂缝是由于预应力不足导致梁底开裂，结构承载能力下降，从而使梁体不满足结构正常使用要求。 2006 年，对江阴高架桥上的六座桥梁采用在梁底板粘贴碳纤维布和钢板、梁内布置体外预应力索的方式对进行加固处理。 41 图 3.1.10 锡澄高速公路江阴互通式立交主线桥 42 12 ）重庆某高速路空心板底部大量裂缝 43 13 ）科罗 · 巴岛 (Koror—Babeldaob) 桥 科罗 · 巴岛 (Koror—Babeldaob) 桥是一座跨中带铰的 3 跨连续预应力混凝土刚架桥，其跨径组合为 72m+241m+72m ，是当时世界上同类桥梁中跨径最大者。 1978 年建成通车，通车后不久就产生了较大的挠度，到 1990 年，其挠度达到 1.2m 。后来采用体外束施加预应力，是主跨中央挠度减小。 1996 年加固结束，加固不到 3 个月又发生倒塌事故。 44 图 3.1.12 科罗 · 巴岛 (Koror—Babeldaob) 桥 45 14 ）美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的一座桥梁于当地时间 2007 年 8 月 1 日晚发生坍塌。 46 15 ） 2007 年 9 月 1 日，巴基斯坦南部城市卡拉奇一座桥梁部分断塌，致使在桥上行驶的一辆客车和数辆其他汽车从桥上翻落，并被埋在废墟里，造成至少 5 人死亡、多人受伤。 47 16 ） 2000 年 11 月 27 日晚 9 时 45 分左右，正在施工的深圳盐坝高速公路起点高架引桥突然坍塌，正在桥面作业的 69 名工人随桥面滚落坠下。 48 17 ）美国加州 Parrots Ferry Bridge （主跨 195m ）跨中明显下挠 49 由以上实例可见：预应力混凝土桥梁的病害主要是梁体下挠和开裂。而这种病害在刚成桥的检测和试验中无法体现，特别是梁体的下挠，在成桥荷载试验时，桥梁的承载力能够达到要求，但运营阶段，在荷载特别是活载作用下，跨中将持续下挠。这是由于有效预应力不均匀度过大造成的预应力损失过大，相当于有效预应力大的钢筋承受了本应该所有预应力筋承受的力，这样有效预应力大的钢筋在使用阶段逐渐屈服，梁体也随之下挠。而随着梁体下挠和开裂的不断发展，桥梁承载力将严重下降，甚至有断裂的危险。 50 2. 预应力施工现状 现今施工技术的不成熟是造成了桥梁病害的主要原因，以下就是目前施工工艺存在的问题。 2.1 同束有效预应力不均匀度过大 由于单索受力不均匀性过大，预应力筋张拉过程中常有断丝或滑丝现象存在，这主要因为单根穿束造成绞线相互缠绕，已缠绕的绞线始终是长短不一致的，不能达到受力均匀，即使多次调索也无济于事，由此严重影响预应力的有效性和预应力筋的使用寿命，还有可能导致严重的工程事故发生。张拉后即使绞线没有进入屈服阶段，但其锚下预应力经过长期的衰减后，在使用阶段仍然可能大于其疲劳极限 0.65 ，在汽车等活载作用下将造成绞线的早期疲劳断裂。（如图 3.2.1 ）：施工工艺不当导致单索索力不均，引起断丝、滑丝。 51 图 3.2.1 （滑丝、飞锚） 52 2.2 同断面有效预应力大小和不均匀度不满足要求 施工过程中由于种种原因，导致张拉控制应力与设计值偏差过大，预应力过大，可能导致预应力筋的破断，造成结构过大变形或出现裂纹；过小，则预应力度不足，造成结构开裂、下挠等。 预应力张拉控制一般采用“双控法” — 压力表读数和伸长值，预应力的大小主要由普通压力表控制，严格按照规范的施工工艺进行预应力施工，“双控法”是可以满足锚下有效预应力控制精度要求的。但“双控法”存在人工读数的影响、压力表标定条件与现场施工条件之间的差异等将导致误差。普通压力表精度较低，对于大吨位预应力束难于准确控制张拉应力；其次，所用机具的标定混乱：千斤顶、压力表和油泵应当是一个完整的张拉施力系统，必须结合施工现场整体标定，实际上却是分割标定 —— 只标定千斤顶与压力表，有的还是动态标定，其误差大又违背使用条件，往往导致张拉停顿持荷中张拉力偏大。 53 张拉完毕后锚固前持荷时间过短，不能保证预应力的充分传递，尤其是对于较长的预应力筋，张拉完毕后未及时压浆可能导致预应力筋在压浆前锈蚀。 另外，采用悬臂法浇筑的连续刚构桥，预应力管道跨越几个节段，预应力钢束与管道的实际摩擦系数 μ 以及管道偏差系数 k 通常比规范规定的要大。 梁中同断面束力不均，导致梁体有害变形。如图 3.2.2 ，穿束工艺不当和管道漏浆，导致绞线无法穿全，整束束力变小。 54 55 56 2.3 锚具的质量存在问题 根据国家标准 《 预应力筋锚具、夹具和连接器 》 （ GB/T 14370 ）的要求，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，能确保充分发挥预应力筋的强度，安全地实现预应力张拉作业，同时还应进行静载锚固性能试验，用于有抗震要求结构中的锚具、预应力筋 — 锚具组装件还应满足循环次数为 50 次的周期荷载试验。 但在进行周期荷载性能试验时，现行的人工加载试验设备存在以下缺点： 1 ） 加载速度不容易控制： GB/T 14370 标准中要求的加载速度为 100 MPa/min ，手动控制试验设备不易实现。 2 ）无法实施周期荷载试验：周期荷载试验要求在预应力钢材抗拉强度标准值的 40 ％到 80 ％之间循环荷载 50 次，手动进行这样的控制几乎是不可能的。 3 ）静载试验的加载重复精度低：由于是人工手动控制，同组试验结果可能会有较大差异。 57 2.4 预应力张拉控制存在问题 现行 《 公路桥涵施工技术规范 》 （ JTJ 041 ）中明确要求：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。由于缺乏有效监控手段，对预应力筋张拉的同步性和对称性至今没有明确的质量标准；而后张拉预应力束对梁体施加的压力给先张拉预应力束造成的损失，梁体非对称受力必将引起梁体的平弯和扭曲，特别是采用弯桥、坡桥、斜桥型式的城市立交桥由于受到曲率的影响，非对称受力过大必将导致梁体产生过大不利变形。 由于受到监测手段的限制，桥梁工程预应力束同步张拉一般采用步话机人工控制，其同步精度根本无法保证，施工现场对该问题也没有足够的认识和重视，基本上处于感官控制的阶段。 张拉中停顿时间不充分，使得预应力筋回缩、锚具变形等原因引起的预应力损失十分大，严重影响有效预应力的建立。 58 2.5 缺乏检测验收的评估手段 现行规范对预应力工程施工中有效预应力控制与检测，都有十分明确的要求，但仅仅采用双控法根本无法达到规范的要求。由于缺乏完整的检测手段。使用传感器进行检测的方法只能被动检测，不能主动控制，同时精度不高，加之价格因素，无法完全实现。造成混凝土结构中建立的预应力状况与设计相差较大，使得梁体存在问题而导致其下挠和出现裂缝，甚至断裂等后果。 59 四、预应力精细化施工 1. 锚具质量控制 预应力精细化施工技术，首先要保证锚具质量，进行必要的试验验收。以下列出试验过程中应测量、观察的项目和对试验结果的要求。 ①选取有代表性的若干根预应力钢材，按施加荷载的前 4 级，逐级测量其与锚具（夹具、连接器）之间的相对位移△ a 。△ a 应与预应力筋的受力增量成正比；如不成比例，应检查预应力钢材是否失锚滑动，否则会出现滑丝事故； ②选取锚具（夹具、连接器）若干有代表性的零件，按施加荷载的前 4 级，逐级测量其间的相对位移△ b 。△ b 应与预应力筋的受力增量成比例变化；如不成比例，应检查相关零件（锚环、锚板等）是否发生了塑性变形，否则会出现飞锚事故； 60 ③ 在预应力筋应力达到 0.8 时，在持荷 1h 期间，△ a 、△ b 应保持稳定。如继续增加、不能稳定，表明已失去可靠锚固能力。 ④夹片式锚具的夹片在预应力筋应力达到 0.8 时不允许出现裂纹和破断；在满足规定的情况下允许出现裂纹和纵向断裂，不允许横向、斜向断裂及碎断。但对于无粘结筋不允许出现任何裂纹。 锚具组装件的外观及性能除应符合国家标准 《 预应力筋用锚具、夹具和连接器 》 （ GB/T14370 ）的要求外，对无粘结筋、体外索、斜拉索等预应力锚固系统，其锚具要求十分严格。由于终身受力，而且处于低应力状态，锚具既要有良好的跟进，又要有防滑防松装置，同时务必作具有重复精度的周期荷载试验，完毕后无任何裂纹产生。 61 由于现行的人工加载试验设备无法达到周期荷载试验的要求，可采用预应力锚具和连接器综合试验台（图 4.6.1 ）。预应力锚具和连接器综合试验台克服了一般的试验台架手工加载、人为因素影响大、质量难以控制的缺点。整个试验过程完全由计算机控制，可实现全过程的有效监控，具有高精度、重复精度和操作安全、可靠的特点，能准确、科学地对锚具性能进行检测和评价。计算机设有人机对话界面，只要输入试验要求的参数，开动泵站，即可进入计算机自动控制，屏幕上清晰显示试验过程中的图像与数据（图 4.6.2 、图 4.6.3 ），实现实时跟踪控制。一旦进入屈服区或图像异常，立即报警，提醒操作人员注意避免事故发生。加载时自动生成周期图像，具有峰值留存功能。对连接器试验，可自动定心和调索。所有试验均能自动打印实验结果（含图像与数据），并出具相应的试验报告。试验过程中采集的数据自动保存，并可任意设定步长、打印数据清单。此外，对连接器试验，可长短台架并用，使连接的锚具端先获得定心和调索，然后再装挤压套的绞线，进行另一端调索，这样调索精度高，取消了另一个大千斤顶，试验可靠、精度高。 62 图 4.6.1 预应力锚具与连接器综合试验台 63 图 4.6.2 静载试验曲线 64 图 4.6.3 静载试验中绞线、夹片相对锚具的位移变化曲线 65 图 4.6.4 周期荷载试验曲线 66 图 4.6.5 摩阻测试 67 图 4.6.6 摩阻测试 1 钢绞线 2 工作锚 3 千斤顶一 4 台座 5 ( 单根钢绞线 ) 磁通量传感器 6 约束环 7 被动端传感器 8 混凝土试件 9 锚垫板 10 工作夹片 12 限位板 13 张拉端传感器 14 千斤顶二 15 工具锚 68 2. 梳编穿束 2.1 疏编穿束工艺 为了避免单根穿束引起的绞线相互缠绕，导致张拉时绞线受力严重不均。我们强调采用整束穿束系统进行穿束，此工艺已在不少工程中得到应用，对多索、长索效果更加明显，方法如下： 1 ）对于预制梁等预应力筋束长度较短的构件，用锚具疏顺钢绞线，每隔 1 米绑扎一次，以使绞线顺直、等长，绑扎成束顺直不扭转，以提高其刚度便于穿束，禁止在钢绞线不顺直的情况下绑扎成束。穿束时，应整束穿入，注意前端封头，以便于导向穿束，穿束时只做平动，切不可转动或扭动。若遇阻力，可前后拖动（平动），或用牵引。 69 2 ）对于预应力筋长度较长、整束索数较多的现浇预应力构件，一般的整束穿束方法操作困难，甚至可能无法完成。此时可采取以下方法（图 4.1 ）：钢绞线下料完毕后在其一端套入锚板作为梳束工具（也可用限位板），用砂轮锯将该端钢绞线各索端头切割 20 ～ 30cm ，但保留中心一根钢丝，将中心丝穿入具有与锚具相似位置孔的牵引螺塞后镦头（图 4.1.1 ），镦头直径大于牵引螺塞孔的直径，以满足整束穿束时拖动绞线平动的要求。牵引塞上各孔距略大于钢绞线直径，镦头后的整束钢绞线（图 4.1.2 ）通过牵引螺塞和螺旋套连接（图 4.1.3 ），牵引螺塞外径和螺旋套内径相同，均带有丝口，拧紧即可，螺旋套另一端由卷扬机上的钢丝绳牵引。绞线穿束前钢绞线端头（包括切割部分）须用胶带缠绕保护（注意牵引头缠胶带以前，应先用卷扬机牵引，使各绞线在镦头处长短一致），防止穿束过程中钢绞线端头散索。将牵引螺塞与螺旋套连接，螺旋套另一端由卷扬机上的钢丝绳牵引，穿束时由卷扬机缓慢牵引整束绞线平动完成整束穿束。若受场地限制可利用转向滑轮，也可增加卷扬机，钢绞线牵引时应采用锚板边梳理边绑扎，绑扎间距宜为 1.0m 。在穿束过程中，注意只克服预应力筋束与波纹管的摩阻，便于对系统的保护。 70 图 4.1 疏编穿束示意图 1. 梳束板（或锚具） 2. 钢绞线 3. 牵引螺塞 7. 绑扎胶带 13. 扎丝 71 图 4.1.1 整束穿束的牵引套 72 图 4.1.2 钢绞线的墩头 73 图 4.1.3 镦头后整束钢绞线及牵引头 74 图 4.1.4 牵引头和牵引套连接后 75 3 ）对于分节段施工的连续梁桥和连续刚构桥，宜采用梳束板梳束。梳束板上各孔的大小略大于钢绞线直径，但也不易过大，防止其在穿束过程中扭转与其它钢绞线缠绕。梳束板各孔的间距宜为 2mm ，并且各孔位应做好对应编号，其位置应与锚具安装孔位保持一致。梳束时，连接器周边带挤压套的绞线与梳束板之间钢绞线线形平顺，没有相互缠绕，对已梳理顺直的钢绞线可在远端进行逐段绑扎。梳束结束后，将绑扎好的整束钢绞线进行编号再穿束。由于梳束板比锚具轻巧，在预应力筋束较短的构件施工中，使用梳束板更加方便。 76 4 ）在疏编穿束进行之前，预应力筋管道的安装一定要符合要求。管道在直线段应平顺，在曲线段应圆滑，接头两端与被接管交接处必须用密封胶带或塑料热缩管封裹，以防接缝处进浆堵塞管道，管道连接处应平顺。安装完毕后，应采取可靠措施，防止水或其他杂物进入管道，特别是在浇筑混凝土时，一定要避免混凝土渗入管道，造成堵塞。 施工单位按照疏编穿束工艺进行，在工艺实施过程中，疏束与穿束可分别同时进行，在熟练掌握后不仅不会耽误工期，还能大大提高工程效率，并消除各根绞线受力不均引起的滑丝、断丝等事故。 77 梳编穿束实例 疏编穿束不当会严重影响各绞线受力的均匀性 78 79 80 经有效预应力进行检测控制，采用整束穿束的方法进行施工后，取得了明显效果，同束索力不均匀度大为改观，绝不会出现张拉中的断丝现象，检测数据见下表。 81 82 83 84 分段张拉锚固的预应力束，由于受到梁段长度的限制，纵向预应力束普遍较短，分段张拉时用连接器接长预应力束，各孔内绞线极易缠绕。这就对预应力束的疏、编、穿束工艺提出了更高的要求。根据我们现场观测，有些施工单位由于工期紧、施工难度大等原因，预应力束的安装没有严格按照规范要求的疏、编、穿束工艺执行（见图 4.1.5 ），故不均匀性严重（见表 4.1.3 ）。 85 图 4.1.5 预应力施工现场 86 表 4.1.3 有效预应力检测报告 87 带挤压套的绞线在完成 P 型锚具（连接器周边槽）安装后必须逐根编号，套入锚具进行梳理，锚具各孔位也应做好对应编号，此位置应与锚具安装孔位保持一致。 P 锚与梳理锚具之间各绞线线形圆顺，不得有缠绕现象发生。同时应采用扎丝对已梳理顺直的绞线逐段绑扎，绑扎间距不宜大于 1m 。绑扎完毕的绞线方可依次安装罩壳、紧箍环和波纹管。为慎重起见，在预应力张拉前还应采用单索张拉千斤顶对各索预应力筋逐根预紧，预紧力为 0.15con 。经检测发现问题、进行整改，精细化施工工艺，采取上述工艺进行整束穿束后，预应力施工质量有了明显的改观，同束索力不均匀度完全合格（见表 4.1.4 ） 88 表 4.1.4 有效预应力检测报告 89 3. 预应力张拉施工 3.1 张拉准备 张拉前混凝土几何尺寸必须符合设计要求，锚垫板下混凝土密实、无蜂窝及其它明显缺陷。混凝土强度、龄期必须符合设计要求。张拉时锚垫板下混凝土若有蜂窝及其它缺陷，应在拆模后立即进行处理，待处理完毕后方可张拉。这样做的原因是：张拉时，锚垫板下混凝土承受很大的压应力，如果其质量不满足要求，会造成张拉时发生意外。 90 张拉前对仪器进行标定。成套（千斤顶、油压表系统与张拉仪）同时标定（至少保证同规格型号千斤顶系统有一组与张拉仪同步标定），能提高其读表精度，使传统的双控法进一步发挥良好的作用。在检测控制中，逐步让施工人员适应准确定位精读油压表数，提高张拉力的控制精度。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。千斤顶与压力表应配套校验，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。千斤顶、油压表系统与张拉仪应成套同时标定，至少保证同规格型号千斤顶系统有一组与张拉仪同步标定。压力表与压力电阻变送器 —— 油压传感器，输出 Mpa 与电压。 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。标定张拉设备用的试验机或测力计精度，不得低于 ±2% 。压力表的精度不宜低于 1.5 级，最大量程不宜小于设备额定张拉力的 1.3 倍。标定时千斤顶活塞的运行方向，应与实际张拉工作状态一致。 91 使用期间的校验期限应视机具设备的情况确定，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（油压表）的校验期限不宜超过 2 个月。当发生下列情况之一时，应对张拉设备重新标定： 1 ）千斤顶经过拆卸修理； 2 ）千斤顶久置后重新使用； 3 ）压力表受过碰撞或出现失灵现象； 4 ）更换压力表； 5 ）张拉中预应力筋发生多根破断事故或张拉伸长值误差较大。 92 千斤顶、压力表和油泵应当是一个完整的张拉施力系统，千斤顶显示张拉力值，油压表显示兆帕数，两者的相互转换与油缸本身性质（如张拉油缸面积）相关，因此必须结合施工现场整体静态标定，实际上在许多施工现场却是分割标定 —— 只标定千斤顶与压力表，有的还是动态标定，其误差大又违背使用条件，往往导致张拉停顿持荷中张拉力偏大。由于千斤顶摩阻值在低压力状态下表现强烈，影响大，在标定时应尽量满量程标定（至少 80% ）以上，以减少摩阻的影响。一般情况下，千斤顶的内泄漏不允许过大，内泄漏过大使千斤顶无法保压，也无法静态标定，不能进行张拉中的持荷保压，将导致张拉失控。 93 油压传感器是电子元件，其精度很高，能够达到 3‰ 。在标定过程中，油压传感器有校正作用，在其使用后期，可以对油压表读数进行多次校核，而无须将油压表送检测中心校核。油压传感器自身精度必须达到 0.5 级。由于油压传感器只能显示电压值，只有在使用中配套二次仪表，与张拉力系统（千斤顶、油压表）配套标定方可显示张拉力值。油压传感器标定时，应使用 20% 以上的量程标定，过小（小于 10%FS ）会导致误差增大。 无论何种测力装置在小于满量程 10% 后，其精度往往较差。油压传感器由于自身精度高，未与千斤顶配套标定显示张拉力值时，也可使用，但精度受到影响：油压传感器自身标定时，只显示油压与电压关系，而安装在张拉系统后，受千斤顶性能（如活塞与油缸摩阻）影响，其油压与活塞面积乘积与张拉力有些偏差。在小量程（小于 10%FS ），误差太大；在 50%FS 时情况大大好转，可以使用，不过最好与千斤顶压力表共同标定一次，还可对张拉系统作长期标定控制。 94 3.2 张拉施工工艺 预应力筋的张拉，应采取多顶同步分级张拉工艺，使梁在施加预应力的过程中受力均匀、对称且同步。施加预应力后，各束受力不均匀度高，不会发生像传统逐束张拉时，梁体受到偏心力矩发生弯曲扭转，施加预应力过程中对称、同步，受力均匀，不产生有害变形。 张拉施工时，各张拉机具应在保压持荷均达到稳定后同步放张。为排除混凝土的弹性压缩不均、预应力筋回缩及锚具变形不均等对张拉后有效预应力的影响而产生同断面有效预应力不均匀，采用设计规定的分级张拉程序，尽量消除各束预应力损失不均带来的有效预应力偏差。必要时可测出全断面的锚下有效预应力，求出张拉顺序影响系数，校正张拉应力，以消除先后张拉影响。 95 张拉应力为张拉控制应力与锚圈口摩阻损失之和，其值必须小于预应力筋的屈服极限，此时预应力筋处于弹性状态，经多次张拉后能够恢复到初始状态。 钢丝、钢绞线无屈服台阶的预应力筋在张拉时，应考虑对预应力筋进行超张拉。对于竖向束等短束，主要根据由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩造成的预应力损失情况来调整张拉应力，必要时采用低回缩值锚具；对于长束、环形束，主要根据摩阻损失情况来调整张拉应力。确定张拉应力时必须考虑预应力筋束有效预应力的不均匀度，最大张拉应力不允许超过其屈服强度的 0.94 倍。 96 对于端部设有锚圈（有锚圈口摩阻损失的锚具）的锚具，张拉控制应力小于张拉应力；对于端部不设锚圈（无锚圈口摩阻损失的锚具）的锚具，张拉控制应力等于张拉应力。端部设有锚圈的锚具，张拉时，张拉应力最大值一般不得超过 0.8 ，端部不设锚圈的锚具，张拉应力一般不得超过 0.75 。也就是说梁的张拉应力一般不应超过 0.8 ，梁的张拉控制应力一般不得超过 0.75 。 明确张拉控制应力与锚下有效预应力的区别，张拉控制应力是张拉时对预应力筋锚下所施加的最大应力值，而锚下有效预应力是锚固后张拉控制应力扣除了各种因素的预应力损失（此时主要是绞线回缩和梁体压缩）。至于经长期衰减、徐变后的锚下有效预应力，对无粘结筋即为沿程有效预应力，对有粘结筋则仍为锚下永存拉应力。 97 梁的竖向预应力筋（精轧螺纹钢筋）可反复张拉到控制应力，以尽可能消除构件间的非弹性变形，然后按正常张拉程序张拉锚固后测伸长和锚固；也可采用先张拉、锚固，在压浆前再次重新张拉、锚固的方法张拉。这种方法比较复杂，施工较为繁琐。建议采用低松弛钢绞线并实施单根超张拉，张拉应力可相应提高，取 <0.85 ，必要时宜采用承压式低回缩值锚具，张拉时应保证持荷时间，使应力充分传递。这种方法较为简便，能尽可能消除梁体锚具变形，有利于有效预应力的建立，有利于反拱度。 98 3.3 断丝处理 引起断丝的原因有： ① 预应力筋整束不均匀度过大，部分绞线 应力大于其极限强度； ② 钢绞线本身质量有问题； ③ 千斤顶重复多次使用，导致张拉力不准 确，应重新标定千斤顶。 ④ 锚具存在质量问题。 99 张拉过程中不允许出现断丝，若出现断丝情况，可能因为绞线受力不均匀度过大或锚具、绞线存在质量问题。若因为锚具或绞线质量不合格而出现断丝情况，必须更换锚具或绞线。预应力工程施工中，如果在疏束、编束、穿束时遵守严格的施工工艺进行施工，那么是能够保证各筋张拉后的受力均匀性的，只要坚持严谨的施工方法，均匀度完全可以达到要求，并且张拉中同一断面 1% 的断丝是完全可以避免的。如出现断丝情况，必须查明原因，杜绝因为锚具、钢绞线不合格而出现断丝情况。若由同束绞线受力不均而引起的断丝，说明梳、编、穿束工艺大有问题，张拉后同束中各根预应力筋有效预应力严重不均，其它各束绞线中受力大的有的已处于屈服阶段，达到极高的应力值，经衰减后仍然大于其疲劳强度（ 0.65 ），在使用阶段中汽车等活载作用下将导致绞线早期疲劳断裂，造成梁体下挠甚至断裂，这在连续刚构桥中尤为明显。因此，若因张拉力过大或同束索力不均匀度过大而导致断丝，必须更换，同时对所有束进行检测，必要时退锚，重新疏束。 100 3.4 停顿（持荷）时间 持荷时间为油泵开启、油压表读数稳定后的稳压时间，不得少于 5 分钟。一般来说，从张拉至张拉控制应力到油压表读数稳定一般要 5 ～ 8min （与梁的长短、预应力筋布局、张拉方式有关）。所以一般 40mT 梁两端张拉时停顿时间取 5 分钟， 40 ～ 100m 取 7 分钟， 100 ～ 200m 取 8 到 10 分钟。以保证有效预应力充分传递，对梁体反拱也有很大好处。同时，充分的持荷时间可以部分抵消由于梁体和锚具变形，接缝压缩等所造成的预应力损失。根据我们对 40m 长度 T 梁的试验结果，张拉完毕持荷 2min 后锚固，梁体反拱为 0.9 ～ 1.1cm ，持荷 5min 后锚固，梁体反拱为 1.6 ～ 1.8cm 。 101 3.5 张拉控制 在预应力张拉过程中，张拉过程控制包括：单束钢绞线两端张拉同步性、多束钢绞线对称张拉同步性、张拉停顿点同步性。 对张拉过程进行控制，能及时发现施工中存在的问题，完善施工工艺和方法。 张拉直接影响有效预应力大小和同断面的不均匀度，其控制频数：一般桥梁不宜少于 10% ；对于连续梁桥、连续刚构桥等重要桥梁应加大控制频数（ 20% ），确保张拉操作人员的工作和张拉器材的使用达到良好的效果。 102 梁体中有效预应力同断面大小和不均匀度，对其预应力度、受力、变形、反拱度等均有很大影响。一般要求对梁体同一断面中有效预应力偏差控制在 ±2% 的范围内，由于各束预应力筋的钢绞线根数未必一样，可采用同一断面中各束单根绞线锚下有效预应力平均值的不均匀度来反映张拉施工的控制水平。实践证明，现场施工条件既可以达到上述要求，又能保证张拉应力的稳定性与精确性。 张拉跟踪控制需保持张拉过程中两端的同步性，传统方法是在张拉时，梁体两端操作人员通过步话机联系，相互报告张拉值、伸长值的数据。由于两端张拉同步性要求高，在张拉过程中，应增加停顿次数。加载到张拉控制应力应保证其精度和足够的持荷时间，再缓缓同步放张锚固。但数据记录、表报处理费时费事。 103 现有数显式张拉控制系统能对张拉过程中的压力和位移进行实时检测，指导张拉。张拉控制仪的数显控制箱，可与油压传感器和位移传感器连接并接受其信号，进行数字化显示，同时还可以连接计算机，并将其存储的压力和位移数据作为张拉结果打印。此外，张拉控制仪相互之间可以进行无线通信，分别将该仪器安装在梁体的两端进行张拉时，可将其伸长值、张拉值进行数据互相传输并显示，避免了油粘度、摩阻、内泄漏、人为读数等的影响。 104 图 4.3.1 张拉测试仪的安装 105 图 4.3.2 在实验室里的多顶同步张拉 106 图 4.3.3 工作人员正在进行张拉同步监控 107 图 4.3.4 数显式张拉控制仪 108 使用时，给张拉千斤顶的进油口配上三通接头，其中两个接头分别连接油压传感器和位移传感器，并将油压传感器和位移传感器的另一端连接到数显式张拉控制仪上，即可对张拉过程中的压力和位移进行实时检测。需要打印张拉数据时，可把数显式张拉控制仪连接到计算机及打印设备打印即可，同时还能进行摩阻的动态测试（含锚口、锚垫板、管道摩阻）。 施工中利用数显式张拉控制仪对张拉进行控制，可更准确地进行两端同步张拉（如图 4.3.5 所示）。位于梁体两端的数显式张拉控制仪可同时显示本机和对方的数据，并根据对方当前的张拉力值，及时做出调整，可以更准确地进行两端同步张拉，而且仪器自动记录了所有张拉数据，可根据需要打印出来。 109 图 4.3.5 数显拉控制仪检测原理图 110 图 4.3.6 工人利用数显拉控制仪进行监控 111 图 4.3.7 千斤顶、油压传感器、三通接头 112 3.6 张拉控制实例：过程控制、停顿控制、两端对称控制 在预应力张拉过程中要保证四个同步：单束钢绞线两端张拉同步性、多束钢绞线对称张拉同步性、张拉过程同步性、张拉停顿点同步性。单束钢绞线两端张拉同步性是保证有效预应力在钢绞线内的合理均衡分布；多束钢绞线对称张拉同步性是避免使梁体不因受到偏心力矩作用而发生弯曲扭转和侧弯，不在锚下等部位产生过大的附加内力而变形，也可以防止先张拉的预应力筋束的应力受后张拉预应力筋束应力的影响；张拉过程同步性，特别是在 50% 以后至最终张拉力值的控制，这时张拉不同步的影响将大；张拉停顿点同步性是比较各个停顿点各顶张拉力的同步性，根据停顿点持荷时波峰波谷的差值，能发现千斤顶是否存在内泄漏。 113 下面是应用新施工工艺与设备进行的张拉施工控制。 如图 4.3.7 、表 4.3.1 某桥某梁段的张拉跟踪控制：其持荷时间充分，超过了 6min ，最终两端张拉力为 4296kN 与 4295kN ，同步精度高且与设计张拉力 4296.6kN 偏差小：同步性最大偏差为 1.80% ，在规定的 ±2% 范围内；最终张拉应力最大偏差为 0.04% ，在规定的 ±1.5% 范围内。同理如图 4.3.8 、表 4.3..2 为另一梁段的张拉跟踪控制结果： 114 115 116 如图 4.3.10 、表 4.3.3 、表 4.3.4 某桥斜拉索某节段张拉跟踪控制：张拉过程中，其持荷时间充分，超过了 5min ，最终张拉力为 5500kN ，张拉同步精度高且与设计张拉力 5500kN 偏差小：四顶同步性最大偏差为 3.15% ，对称同步最大偏差为 2.73% ，在规定的 ±2% 范围内；对称两顶最终张拉力大小偏差最大为 0.31% ，在规定的 ±1% 范围内。 117 118 119 4. 短束及其处理 4.1 连续刚构桥竖向索预应力施工控制 桥梁结构中，竖向预应力和纵向预应力两者结合来控制腹板的剪应力和主拉应力。理论分析及实践经验表明，如果竖向预应力钢筋不能充分发挥作用，桥梁腹板的主拉应力就将超过规范规定的限值，有可能出现斜裂缝。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。 120 竖向预应力筋很短，张拉过程中拉伸值较小，施工单位用尺测量其伸长值，难免产生误差，同时锚固时会产生预应力损失。对于短束因锚具回缩、接缝压缩等原因造成的预应力损失十分明显。竖向预应力筋比较短，与纵向预应力筋相比达到相同的应力水平，其弹性变形要小得多，所以有必要对施工中竖向预应力进行检测控制，发现其存在的规律，以准确建立竖向有效预应力值。 为保证竖向索锚固后有效预应力达到设计要求，有必要对其进行严格的控制，严格执行疏束、编束、整束穿束工艺，张拉前进行调索，保证绞线受力均匀度，以确保在进行超张拉时，各筋束不会进入屈服阶段甚至出现断丝情况，对于较短的竖向束，可考虑采用专用锚杯，使之支撑在可调节的螺杆上，减小绞线回缩对有效预应力的影响。进行超张拉时，必须保证锚下混凝土的密实度，螺旋筋与锚具配套，配筋密度符合设计要求，以避免混凝土表面出现下陷和裂缝等不良现象，如出现上述现象，施工单位无权擅自处理，必须上报，决不允许在未处理完毕前进行压浆。 121 图 4.4.1 桥竖向索预应力施工控制 122 图 4.4.2 检测设备 123 4.2 连续 T 梁、箱梁桥现浇连续段预应力施工控制 对于先简支后连续的 T 梁、箱梁，由于其现浇段预应力钢束很短：一般为 7 ～ 12m 。从布束上看，预应力钢束较为平直，故摩阻不大，现普遍采用两端张拉，预应力损失甚为严重：按一般锚具、限位板与钢绞线的匹配关系，从现行规范要求，张拉锚固后其回缩值为 6mm ， 若张拉控制应力为 0.75 ，对应张拉力为 195KN ，锚固后锚下有效预应力为 170 ～ 190KN ，通过损失折减计算， 7 ～ 12m 的预应力索张拉锚固后全部不合格（均偏小）。计及锚具压缩变形，严重影响了有效预应力的建立。以下为我们对先简支后连续梁的预应力检测结果，测得的有效预应力值普遍偏小（见表 4.4.1 ） 124 图 4.4.3 工作人员利用检测设备进行有效预应力检测 125 图 4.4.4 组合装置测试图 126 表 4.4.1 有效预应力检测报告 127 128 因此，建议对现行预应力施工状况进行检测。在此基础上，开展对其摩阻损失检测，实施单端张拉，并确定超张拉系数。此外，尚可采用低回缩值锚具（价格略高，需采用专用张拉工装），从而确保有效预应力达到设计要求。 129 4.3 环形束预应力施工控制 对于环形束（如斜拉桥索塔的环形束），其曲率较大，摩阻损失很明显，为了解预应力分布状态，确保有效预应力的准确建立，应进行摩阻测试和张拉跟踪控制，并加大有效预应力检测力度，以便采取相应的工艺控制措施（超张拉或采取低回缩值锚具等）。 130 5. 连续刚构合龙段施工控制 对连续刚构桥的跨中合龙段，其主梁高度小，刚度低，预应力索数少，多为贯穿性长束，有效预应力大小对合龙段受力状况有很大影响，同时影响成桥线形。因此合龙前后必须对预应力施工进行全面的检测控制，以确保预应力施工质量，避免早期下挠。 131 有效预应力的大小和不均匀度将影响整个桥梁的预拱度，尤其对全预应力混凝土梁体的预应力度 λ=Mo /Ms≥1, 消压弯矩 Mo 始终大大地超过结构自重引起的弯矩 Ms 。对部分预应力混凝土桥梁，尤其是允许开裂的 B 类部分预应力混凝土桥梁而言，梁体设置的预拱度大为减少，但桥梁活载比例较大时，随时间增长梁体逐渐向下挠曲，因此对预应力要更加严格控制，防止其失效。预应力的失效将导致桥梁挠度偏大，桥梁结构容易损坏，近年来有不少刚建成通车的桥梁不久就出现严重的裂缝，不得不进行大规模的加固维修（如在垂直裂缝方向贴钢板条），造成的危害不仅仅是花费高昂的维修加固费，在安全营运、养护管理等各方面也都留下隐患。 对预应力混凝土连续刚构桥，合龙时预应力检测及线形控制的意义重大，如果预应力施工不当，则很容易导致梁体的不利变形。主梁在浇筑施工中随着节段的增加，悬臂加长，预应力筋束影响愈大，对有效预应力大小及各绞线受力均匀性要求也越来越高。在每个施工阶段，应对单根、整束预应力筋的有效预应力大小及均匀度进行检测，以保证预应力值符合设计及规范要求。如果预应力控制不当，易造成合龙上的困难和梁体出现裂缝等一系列问题。 132 图 4.5.1 合龙段有效预应力检测设备 133 图 4.5.2 合龙段有效预应力检测现场 134 图 4.5.3 合龙段张拉现场 135 图 4.5.4 工作人员正在设置数显拉控制仪 136 137 6. 有效预应力检测控制与智能化系统 6.1 有效预应力检测 《 公路桥涵施工技术规范 》JTG F50 （征求意见稿）规定无粘结筋张拉锚固后有效预应力大小偏差为 ±5% 。对于不均匀度允许偏差，按 《 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 》JTG D62—2004 的规定，张拉应力最大值为 0.80 ，其对应屈服强度为 0.85 ，留有 5% 考虑各单根绞线受力不均匀度，为了留有余地，本规程用 4% 考虑不均匀度，相对 80% 而言也正好为 5% 。因此同束有效预应力的大小和不均匀度允许偏差为 ±5% 。 138 检测以抽检为主，检测频数一般不少于 10% ，但对重要部位，还应加大检测频数。预应力张拉施工前进行规程学习，张拉开始时要加大检测力度，取检测总量的 40% ，边检测边指导，待质量稳定后，以总量的 50% 进行长期抽检，最后 10% 在张拉结束前检测。这样通过检测，保证工艺的全面贯彻，同时也是控制施工结果的有力手段，达到全面控制的目的。 我们在长期检测中发现：开始时各束有效预应力同断面不均匀度、各绞线有效预应力同束不均匀度都比较大，经过一段时间的检测控制后有明显的改观，但有时也出现很大的反复（如图 4.7.1 、 4.7.2 、 4.7.3 、 4.7.4 ），这说明严谨的施工工艺的全面掌握需要一个过程。因此，为有效控制预应力张拉施工质量，检测频数最小不宜少于 10% ，对于难度较大、要求较高的重要桥梁预应力施工，应适当提高检测频数（ 15% ～ 20% ），同时加强技术指导和监督，将严格的施工工艺贯彻和保持下去，形成良好施工作风。实践证明，此检测频数是必要的，也是可行的。 139 图 4.7.1 实测有效预应力同束不均匀度走势图 140 图 4.7.2 实测有效预应力同束不均匀度走势图 141 图 4.7.3 实测有效预应力同断面不均匀度走势图 142 图 4.7.4 实测有效预应力同断面不均匀度走势图 143 对连续梁桥，由于按节段挂篮施工，采用连接器，每一节段短，连接器由周边 P 型锚进入中心锚具，绞线易打绞，必须严格梳编穿束，否则不均匀度偏差十分严重，故应加大检测频数：不得小于 20% 。 对连续刚构桥的跨中节段，合龙前后必须实行全面的检测。合龙段筋束长、贯穿节段多，加之每束绞线根数多，易发生相互缠绕而导致有效预应力不均。为确保合龙段预应力施工质量，必须加大对边、中跨合龙段的检测控制力度，其频数不得小于 20% ，同时进行摩阻和回缩测试，并控制限位板尺寸。 144 对体外筋、环形筋、无粘结筋、竖向筋和负弯矩段筋，由于有效预应力建立困难，影响大，其检测频数不得小于 15% 。 同束有效预应力检测的传统方法是在钢绞线上贴应变片，但其可靠性差、精度低，并受贴片水平影响。也可采用割断钢绞线安装力传感器进行测试，但存在价格、安装、安全等问题。 对整束有效预应力检测，传统方法是于锚下埋设空心式传感器来检测同断面有效预应力。目前普遍采用钢弦式压力传感器，但对安装要求高，否则测试误差很大。 145 现有新型张拉控制仪器 —— 预应力张拉锚固自动控制综合测试仪，它利用锚固体系弹模效应和最小应力跟踪原理，能准确测出单根和整束预应力筋的锚下有效预应力（精度达到 1.5%FS ），该仪器在现有传统张拉器具的基础上，将计算机技术和测试技术结合，充分利用计算机资源实现普通测试仪器不能实现的大容量、复杂处理分析、数据管理、通讯及显示直观、易于升级的能力。该仪器采用计算机自动控制，对油泵进行了自动化设计，对千斤顶进行了适用性改进，并进行了自动控制系统软硬件开发和系统集成优化。它由液压泵站系统、千斤顶系统、计算机控制系统组成，如图 4.7.5 所示： 146 图 4.7.5 预应力张拉锚固自动控制综合测试仪原理图 147 它能精确测出预应力筋锚下有效预应力。当千斤顶带动绞线与夹片沿轴线移动 0.5mm 时，按弹模效应与最小应力跟踪原理，即测出锚下有效预应力值。对于单根钢绞线有效预应力值超过设计大小的，不能进行放张，如果数量超过整束的 40% ，则此钢绞线应整束退索，重新疏编穿束张拉；对于锚下有效预应力值小于设计的，如果其整束束力符合要求，而单根锚下预应力大于 105kN （即 0.4 抗拉强度。根据预应力学会的行业规定，普通锚具夹片，当钢绞线有效预应力小于 0.4 抗拉强度后易发生滑移，因此小于 0.4 抗拉强度的一般需要补张），这种情况可不补张，如果整束束力大小偏小，将对其进行补张，补张后单根钢绞线锚下预应力累计增量不得超过整束束力的 1.5% ，故不至于对其它单根绞线受力产生影响。 该检测仪器于检测完毕后可自动评定其梳束、编束、穿束、调束的工艺水平以及张拉控制水平 , 做到以有限的检测达到全面控制预应力施工质量的目的。同时还可实现远程接收数据，并形成评估意见 , 作为有效预应力检测控制和验收评估的依据。 148 6.2 智能化系统 为便于预应力施工质量的全面管理和控制，我们研制成功了有效预应力施工控制、检测与验收评估人工智能化系统，用于整束束力大小和均匀性、单索索力大小和均匀性的检测控制。现场监测点使用客户端采集到数据之后，通过有线或无线的方式传输给服务器，由服务端对数据进行智能的分析处理，产生一系列的统计产品（报表、曲线、饼状图、柱状图等）。用户可以在办公室或家里随时通过互联网访问服务器中的所有检测数据及统计分析结果，便于领导、业主、监理、设计等部门对预应力施工质量进行实时跟踪监控，大大提高了工作效率，确保工程质量。整个系统的概念如图 4.7.6 所示。 149 图 4.7.6 智能化系统 150 6.3 有效预应力检测控制实例 以下是应用新型检测仪器进行的有效预应力检测控制。 1 ）阆中马啸溪嘉陵江大桥 有效预应力检测控制技术，在阆中马啸溪嘉陵江大桥中充分运用。我们应业主阆中嘉陵江路桥开发公司的邀请于 2004 年 2 月进入施工现场，进行主桥预应力张拉施工检测及校正控制。该桥是一座预应力混凝土连续刚构桥，主桥长 743.77m ，引桥长 606m ，主桥跨径为 78+130+78m 。在实际工作中，检测了大桥第 18 号墩（ 7 ～ 18 节段）、 19 墩（ 4 ～ 18 节段）、中跨合龙段、南侧合龙段、北侧合龙段，总共 184 束（ 368 个锚头），保证了主桥的锚下有效预应力达到设计要求。 151 马啸溪大桥对预应力施工要求严格，随着节段数增加，截面上的锚索数愈来愈少，施工不当将出现主梁开裂和跨中下挠的现象，进而形成病害工程，危及桥梁的使用寿命。在预应力施工中，有效预应力的精确控制，已成为保证预应力混凝土刚构桥梁的安全和耐久性的关键。 152 图 4.7.7 阆中马啸溪嘉陵江大桥 153 图 4.7.8 马啸溪嘉陵江大桥检测控制现场 154 我们对检测中不符合要求的我们及时进行补张，因为预应力张拉锚固自动控制综合测试仪设有检测与校正同步软件，对不符合要求的在测试中及时补张达到设计要求。 检测控制工作取得了较为满意的结果：保证梁体的有效预应力达到设计要求，跨中出现明显反拱（达到近 4cm ），主梁腹板完好（无任何裂纹现象）。对顺利合龙与桥梁使用寿命的提高，都起到了良好的作用。大桥于 2004 年 8 月合龙，当年正式通车，日车流量达万辆以上。经过 4 年多的使用，主梁未出现裂缝。根据 09 年的最新测量结果，跨中高程相对竣工时的高程低 5cm （挠度），约为主跨径的 1/2600 ，梁体总体的挠度是比较小的。并且通过近期检测发现，下挠已基本稳定。而就目前国内预应力桥梁的施工技术和水平，历经 5 年多的使用后，挠度与跨径之比小于 1/2000 ，说明该桥的预应力施工质量是比较优秀的。 155 图 4.7.9 阆中马啸溪嘉陵江大桥跨中挠度发展 156 2 ）轻轨嘉陵江特大桥 以下为我们利用预应力张拉锚固自动控制综合测试仪对嘉陵江特大桥随机抽检和校正的中、边跨合龙段纵向束锚下有效预应力（先后共检测了 14 束）数据。各束力的大小及其不均匀度均满足设计要求，使梁体预应力施工达到预期目标，确保了梁体的健康。 157 158 159 预应力工程的质量优劣最终还是要归结到预应力束中的有效预应力大小及其不均匀度上来，以上实测数据和理论分析证明通过我们的检测和校正有效控制了嘉陵江特大桥合龙段预应力施工质量： （ 1 ）通过疏束、编束、整束穿束方法，控制住了同束中各单索（绞线）受力的均匀性（ ±5% ）。 （ 2 ）通过张拉跟踪控制和充分的持荷时间，确保了整束束力大小（ ±5% ）和均匀度（ ±3% ）。 （ 3 ）通过早期的技术指导和相应有效预应力的检测校正，使施工单位初步形成良好的施工作风，通过施工过程中的抽检，让正确的施工方法得以保持，从而以少量的检测（ 14 束）控制了三个合龙段纵向束（ 78 束）的有效预应力施工质量。 总之，通过本次检测、校正和控制，将有效预应力施工纳入科学化、规范化的轨道，保证了有效预应力施工质量。 160 3 ）石忠高速忠县长江大桥 受重庆高速公路发展有限有限公司垫利分公司委托，我们对石忠高速公路忠县长江大桥连续 T 梁和连续刚构梁（主引桥）进行检测控制，并提供充分的科学依据和测试手段，以解决桥梁预应力施工中有效预应力控制的技术问题，保证依托工程预应力的施工质量，突破传统的控制方法的限制，变间接控制为直接控制。使用成套的预应力工艺控制与检测校正技术，对桥梁预应力控制有积极的指导作用，确保和延长桥梁工程的使用寿命。 检测过程中，我们发现：分段张拉锚固的预应力束，由于受到梁段长度的限制，纵向预应力束普遍较短，分段张拉时用连接器接长预应力束，各孔内绞线极易缠绕。这就对预应力束的疏、编、穿束工艺提出了更高的要求。根据我们现场观测，有些施工单位由于工期紧、施工难度大等原因，连续刚构桥节段施工中预应力束的安装没有严格按照规范要求的疏、编、穿束工艺执行，连接器与锚具间极易发生打绞，故不均匀性严重（见表 4.7.2 ）。 161 表 4.7.2 有效预应力检测报告 经检测发现问题、进行整改，精细化施工工艺，采取规范的施工工艺进行整束穿束后， 预应力施工质量有了明显的改观，同束索力不均匀度完全合格。 162 表 4.7.3 有效预应力检测报告 163 4 ）二郎庙中桥 通过智能化系统，能查看桥的检测综合报告，主要包含对一座桥的目前检测的所有梁的质量统计图及走势图，并由此得出对该桥目前预应力施工的质量评价、存在问题及整改措施。如下所示： 164 E2- 二郎庙中桥 检测综合报告 165 本桥共检测了 7 片梁，实测质量统计图及走势图如下所示： 166 2008 年 01 月 02 日 ～ 2008 年 03 月 11 日 说明：梁的实测质量由束力不均匀度、同束各索力不均匀度及张拉偏移系数 综合评分得出， 90 分以上为优秀， 80 分～ 90 分为良好， 60 分～ 80 分为合格， 40 分～ 60 分为较差， 40 分以下为很差。 167 本桥目前合计检测孔数 28 孔，实测同束各索力不均匀度统计图和走势图如下： 168 2008 年 01 月 02 日 ～ 2008 年 03 月 11 日 说明：同束各索力不均匀度主要反映的是各孔的疏编穿束质量，不均匀度越大说明疏编穿束质量越差。不均匀度 <5 ％为优秀， 5 ％～ 8 ％为良好， 8 ％～ 10 ％为合格， 10% ～ 20% 为较差， >20% 为很差。 169 170 2008 年 01 月 02 日 ～ 2008 年 03 月 11 日 说明：同梁各束索力均值不均匀度反映了张拉的重复精度，同梁各束索力不均匀度越大说明张拉重复精度越差。不均匀度 <1 ％为优秀， 1 ％～ 2 ％为良好， 2 ％～ 4 ％为合格， 4 ％～ 10 ％为较差， >10 ％为很差。 171 5 ）利用新技术前后检测结果对比 工程名称 技术实施前检测结果 技术实施后检测结果 时 间 同束不均匀度 时 间 同束不均匀度 XXX 大桥 2009.10.22 16.35% 2009.11.26 4.43% XXX 大桥 2007.10.24 33.28% 2008.11.01 4.99% XXX 大桥 2008.07.01 18.62% 2008.08.01 4.19% XXX 大桥 2008.01.07 12.47% 2008.03.28 8.43% XXX 大桥 2007.08.31 38.34% 2007.09.19 8.15% XXX 大桥 2007.08.03 17.63% 2008.01.09 7.69% XXX 大桥 2008.01.17 46.07% 2009.05.14 6.94% XXX 大桥 2007.09.18 29.44% 2008.09.22 5.12% XXX 大桥 2007.12.25 38.09% 2008.11.06 4.40% XXX 大桥 2008.12.01 18.34% 2009.01.12 7.85% XXX 大桥 2007.08.06 45.87% 2007.12.04 8.56% XXX 大桥 2007.06.13 59.83% 2007.11.29 4.90% XXX 大桥 2006.12.24 48.85% 2007.02.06 5.04% XXX 大桥 2006.11.08 20.71% 2007.05.17 4.61% 172 五、 精细化施工是降低桥梁全寿命成本的保障 全寿命成本（ Life Cycle Cost, LCC ）及全寿命经济性概念首先由美国军方于 20 世纪 60 年代提出，到 20 世纪 80 年代在各个领域都有一定的研究与应用，是进行投资决策的重要依据。从 20 世纪 80 年代开始 ,LCC 方法逐渐应用到道路交通行业 , 人们开始研究建设项目的全寿命成本优化问题，从成本的角度提出全寿命管理和控制的观念，综合考虑建设成本，选择全寿命成本最优的方案。 173 美国是世界上最早在公路领域进行桥梁寿命周期成本分析的国家， 2003 年颁布全国公路研究协作计划第 483 号报告 《 桥梁寿命周期成本分析 》 和配套软件（ CRP-CD-26 ），强制实施基建工程管理“全寿命经济分析法”（ Life Cycle Cost Analysis ，简称 LCCA 法）。 2000 年我国发布了 《 建设工程质量管理条例 》( 国务院第 279 号令 ) ，首次以政令形式规定了“设计文件应符合国家规定的设计深度要求，注明工程合理使用年限”，“建设工程实行质量保修制度 —— 基础设施工程最低保修期限为设计文件规定的合理使用年限”，对基础设施建设提出了全寿命责任制的要求，意义重大而深远。 2004 年度西部交通建设科技项目“桥梁工程全寿命设计理论与方法研究” 主要研究桥梁全寿命设计方法、桥梁典型病害及结构与构件正常使用寿命、桥梁全寿命周期成本计算、全寿命设计的风险评估等内容，目的在于贯彻国家可持续发展方针，促进我国桥梁工程全寿命成本控制理论和方法的进步。 174 全寿命成本是一套程序和方法，用于评价可行计划项目的总经济价值。包括初始建设成本和经折现的使用阶段进一步成本 —— 整个寿命期内的维护、修复、重建和表面翻新处理成本。” 175 以往的工程项目成本核算，主要考虑初始建设成本，工程使用后再花多少钱则很少乃至不予考虑。实践证明，这种做法在技术、经济上都是不合理的。 美国：上世纪八十年代末：桥梁维修费用估计为 $1550 亿；上世纪九十年代： 70 万座混凝土桥梁中 60 ％加固费用需 $3500 亿；本世纪初计划：桥梁全面维修费用 $12000 亿。 176 英国：英国的桥梁设计寿命一般为 120 年，然而在使用不到 1/4 的设计寿命时间后，就发现大部分桥梁需要维修，为此需支付高昂的维护费用。英国运输部曾抽样调查过 200 座混凝土公路桥梁，表明约有 30% 的桥梁运营条件不良，预计对这 60 座桥梁的 10 年维护、修复费用就达 6200 万英镑。 中国：交通运输部调查表明，中国约有 50% 的公路桥梁年龄在 20-40 年以上，这些桥梁大多数存在结构上不同程度的损坏。近 30 年来新建成桥梁中，为数不少的桥梁在使用 5 ～ 10 年即出现严重的病害甚至发生垮塌事故，教训不可谓不深刻！ 177 作为工程项目投资决定和项目投标的重要依据，实行 LCCA 能有效避免“短期行为”，使投资方、设计者、施工方和使用管理部门，从一开始就立足于“全寿命”，各尽其职、各负其责，提出技术可靠、经济合理的方案 , 并对多种方案进行比较 , 选出最佳方案。不合理的规划，粗糙的设计，拙劣的施工，会抵消初期建设投入增加（即前述美国 LCCA 委员会的策略建议）对后期使用维护费用的抑制效果。仅仅是加大建设资金的投入和材料、设备的堆砌，缺乏有效的过程（特别是施工过程！）管理、监控的机制和手段，同样达不到提高桥梁工程竣工质量、降低后期使用维护费用的目的。工程施工是将工程设计变为项目实体的阶段，是资金、技术密集投入的阶段，也是风险集中发生的阶段。施工过程遗留的安全和质量隐患，将永久性地影响桥梁工程后续使用性能、增加维护成本、降低运营效益！ 178 国内外桥梁事故基本原因统计比较 179 从国内外桥梁事故基本原因统计比较图可见：除“外部原因” 和“其它原因”外，国内在设计原因比例方面与国外基本持平，而施工和材料（部分也与施工相关）原因所占比例均是国外的 9 倍左右！维护原因所占比例约为国外的 2 倍左右。 国内桥梁施工管理总体较为粗放，相关规范、标准条文不够完善，过程监测、控制技术手段较为缺乏，造成桥梁施工事故频发，给工程后期使用留下了难以确知的大量安全和质量隐患。加强桥梁施工过程监管，推行精细化施工，是国内桥梁工程全寿命成本控制的关键。 180 结语 严格实行预应力精细化施工，积极开展桥梁预应力施工跟踪检测和过程验收是保证桥梁结构的设计预应力度，防止预应力桥梁开裂和超限下挠，是保证桥梁的行车舒适度、保证桥梁结构的安全和耐久性的根本途径。 181 谢谢 大家！