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[摘 要]预应力砼技术已广泛应用于各种结构中，尤其是在铁路、公路等大跨度桥梁结构中，但由于预应力砼结构工程计算理论性强，结构比较复杂，施工技术难度大，现场管理受制约因素多，往往会导致预应力工程安全质量事故发生或留下质量隐患。因此，本文重点论述了预应力砼工程基本原理、特点、关键工序施工安全质量控制要点及注意事项，以减少预应力工程安全质量施工风险。
[关键词]预应力砼工程基本原理、安全质量控制，预应力关键工序施工。
中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0197-02
一、概述
1.1 预应力混凝土的优点
砼受到预压应力，显然能提高砼的弹性模量（Eh）及结构刚度、减少梁跨挠度、提高抗裂性、增加结构耐久性、增大结构跨度，使得大跨度砼结构得以广泛使用；由于预压力砼能充分使用高强度材料（高强砼或钢绞线），可减少结构截面尺寸，大量节省材料，扩大钢筋砼结构使用范围。
1.2 预应力砼缺点
由于预应力砼结构都是通过对钢绞线或高强钢筋施加拉力，从而使砼结构受到应力，而要对钢绞线或高强钢筋施加应力，必须要通过一定的构造措施来实现。这就使砼结构变得复杂，需要设置了锚具，消耗大量钢材；张拉或固定端要承受很大局部压应力，使结构两端构造复杂，施工难度大、工序多。
二、预应力砼的基本原理
2.1、预应力砼概念及作用
预应力砼结构能充分利用高强度钢材和高强砼的良好性能，以减少砼收缩与徐变所造成的预应力损失；对砼施加预压力后其刚度增加，因受拉区的砼截面预先产生的压应力与工作时产生的拉应力相互抵消，直至钢绞线达到极限强度，这样保证了砼受拉区裂缝延缓开展或不开展，增加了砼耐久性和抗裂性。预应力结构并不能提高承载力，但能增大跨度，提高刚度。
2.2、预应力砼在荷载作用下工况
2、3预应力筋特点
通常预应力筋受到一定的张拉力后，应力随着时间的增长而降低导致应力松弛损失，其初期发展快；钢丝和钢绞线的应力松弛率大于热处理钢筋和精轧螺纹钢筋；初应力大，松弛損失也大，松弛损失率随温度的升高急剧增加。
2、4、预应力损失
预应力混凝土结构设计中确定的张拉力只是施工时控制应力，预应力形成后因砼徐变锚具压缩力筋松弛等原因，必然使应力损失，通常主要有以下几种损失：
①张拉锚具变形引起的应力损失σ1：
张拉后锚具受到压缩变形，力筋在锚具中滑移，承压面砼受到挤压等使力筋回缩造成应力损失σ1=λ* Eg/L 。
②预应力筋与孔道摩擦引起的应力损失σ2：
因力筋与孔道接触在张拉时产生摩擦损失，（当为曲线使阻力更大，使自张拉端往里应力逐渐减少）σ2=σK（1-1/ekx+μθ 。
③砼加热养护使因温差引起应力损失σ3=α*Δt*Eg。
④力筋松弛引起应力损失σ4=k*σK。
⑤砼徐变收缩引起应力损失σ5=40～180（Mp）。总应力损失应根据不同情况进行组合。
三、预应力砼工程关键工序施工
3.1 预应力筋制作
1、预应力筋下料长度必须严格按设计要求下料，在硬化的场地上切割、编束；加工过程中不得使钢绞线受损伤、污染、扭曲缠绕；必须使用砂轮切割机切断，严禁气割；使用挤压套必须严格控制弹簧丝的有效长度，确保预应力质量。
3.2 孔道形成
由于预应力筋设计位置与结构受力状态相匹配，力筋束位置偏差将直接影响结构受力状况及预应力效果，因此，对孔道留设位置要求很高，施工现场主要从以下及方面进行控制。孔道材料，刚度强度必须满足施工及设计要求；波纹管不得有孔眼或严重锈蚀；必须对管道接头用胶带可靠缠裹，确保线型平直或圆顺。
3.3 预应力张拉
预应力工程张拉是极为关键的重要工序，其张拉效果直接影响结构质量，同时张拉工作存在很大安全风险，施工技术要求高，施工前必须认真做好各项准备工作以确保质量及安全。
1、技术准备：
认真审核设计文件，充分理解预应力筋的布置、下料长度、弯曲形式、钢绞线的力学性能、有关伸长值计算参数、设计张拉控制力等（锚下控制力），在此基础上编制详细的作业指导书。
2、预应力筋伸长值计算：
预应力张拉质量采用双控法，其伸长值是否能达到设计要求是衡量预应力效果的重要指标，在施工前必须按规范要求计算伸长值，力筋在张拉控制应力范围内其伸长符合弹性定律。
曲线布置理论伸长值按下式计算：ΔL=σL/E *[（1-e- （kx+υφ） ] /（kx+υφ）；实际伸长值通常力以力筋从应力为零开始到某一应力间的伸长值由相邻级张拉应力对应的伸长值推算求得。一般当张拉到20%σ时实测千斤顶伸长值L1，张拉至100%σ时伸长值L2，则实际伸长值ΔL=（L2-L1/0.8）-ΔLj（式中ΔLj为夹片压缩量总和）。理论伸长值与实际伸长值存在差异，规范规定两者相对误差在±6%之内皆为正常。
3、预应力筋张拉：
后张法一般情况下按设计要求进行预张、初张及终张，但无论采取何种张拉方式，砼强度及弹模张拉顺序必须满足设计及规范要求。张拉前必须仔细检查锚板与锚垫板完全密贴、夹片分部均匀，锚板与锚垫板千斤顶位于同一轴线上；两端同时张拉必须确保力筋应力增加、伸长值变化基本一致；有异常情况应立即停止张拉；张拉结束后应持荷2-3分钟；张拉时应仔细观测结构起拱变化及锚板周边砼有无裂纹现象。
4.孔道压浆：
压浆必须从低端向高端施作，直到出浆口冒出较浓水泥浆止，然后立即用木塞或闸阀关闭，再补压一次，保持压力不小于0.5Mpa；对连续梁曲线布置的孔道，当孔道长度大于40m时，应在孔道最高点留有排气孔，以使孔内空气排出；对于较短的反拱曲线孔道，即使长度较短也需在最高点设排气孔。 四、预应力混凝土工程质量控制
4.1 原材料质量控制
预应力混凝土承受因张拉时施加的预压应力和锚板后局部很大承压力，因此对砼原材料质量提出很高要求。
①水泥：应优先使用硅酸盐水泥、普通水泥，不得使用矿渣硅酸盐、火山灰硅酸盐、粉煤灰硅酸盐水泥；特别是为了减少碱含量，增加耐久性，应优先使用普通低碱水泥。
②细骨料：应优先使用中粗砂，确保级配良好、洁净，应通过试验确定其各项指标必须符合要求，不得使用河砂。
③粗骨料：碎石应采用连续级配5-16、16-25mm，对于钢筋密集结构应减小粒径，应坚硬耐久，确保各项指标必须符合规范要求。
④外加剂：外加剂使用期须经试验确定其性能，并对其产品质量按规范要求进行抽检，不得掺用含氯盐的外加剂。
⑤预应力筋、锚具：预应力筋、锚具材料质量直接影响结构质量，因此，材料进场必须有产品合格证及出厂检测报告，同时对进场的材料按规定的频次及数量进行抽检。
4.2 砼施工质量控制
①砼搅拌、运输、浇筑、养护：预应力用砼须在搅拌站集中拌制，要严格按配合比对原材料计量，确保计量误差在规定允许范围内。
②砼自搅拌完成至浇筑间隔时间不得超过终凝时间（根据水泥品种及天气情况确定），在运输过程中严禁随意加水，产生离析时需重新搅拌。
③预应力砼结构一般钢筋布置密集，管道很多，浇筑顺序及捣固方式对质量产生很大影响。因此，施工前应制定严密的施工方案；加强现场管理，安排专人值班盯控，对锚板后或钢筋密集处需加强振捣。
④应根据气温情况及养护条件采取不同措施进行养护，夏季应在砼浇筑完毕后及时覆盖洒水养护，冬季在平均气温低于5℃时采用加热保温覆盖养护，采用蒸汽养护应严格按规范要求进行升温、恒温、降温，确保不至于因升温或降温过快而导致砼结构早期裂纹出现。
五、預应力施工问题处理
1.断丝（束）处理：一旦出现此情况，应立即停止张拉，查明原因。若断丝在规范允许范围内则继续张拉至设计值，否则应停止张拉，释放应力，重新穿束再行张拉；当重新穿束再张拉困难时，必须对因断丝（束）的应力损失部分在该孔周边相临束进行超张拉补充，但补充值不得超出力筋屈服强度，以满足结构设计预应。
2.锚板压溃，承压面混凝土开裂或被压碎：
①当锚板或承压面砼有轻微裂纹时，应立即停止张拉，同时记录张拉读数及伸长值，对该束不足部分的应力应由相邻束进行超张拉补充，但超张拉量不得超过设计应力的5%，裂纹用环氧树酯修补。
②当锚板或承压面砼压溃，锚板凹陷时，应凿除压溃砼，然后重新更换锚板，加设钢筋网片，用高标号灌浆料或高一级别砼浇筑，待强度达到100%时继续施工，如砼压溃范围较小，可用环氧树酯砂浆灌注。
3.孔道漏浆：孔道漏浆是预应力工程中易发生的质量问题，其造成后果使钢绞线无法穿入或压浆无法进行，因此，必须在施工过程加以控制。主要采取以下措施：
①加强现场管理，安排专人负责管道跟踪检查，对成品管道必须逐根检查。
②在钢筋绑扎及立模过程发现有孔洞现象及时用胶带包裹修补。
③充分了解孔道位置，砼浇筑捣固时不得碰触管道。
④尽量采用抽芯管预先穿入孔道，待砼有一定强度时，抽出芯管再穿预应力筋。
4.漏浆位置确定：张拉时发现伸长值发生异常，两端伸长值差异较大，拉至设计应力值时伸长值与计算值相差很大等现象，表明孔道被堵，此时应立即停止张拉，并同时记录油表值σ及对应的伸长值ΔL，根据L=ΔL*E*（kx+υφ）/σ*[（1-e- （kx+υφ）]判定漏浆位置。
六、预应力工程施工安全
预应力工程施工涉及到张拉机具、高空作业、钢束张拉时高应力形成、压浆等高危作业，存在多种高风险，因此在安全管理和技术措施上必须严格要求。
1.施工前必须对作业人员进行专项安全教育并经考试合格后方可上岗，使他们了解预应力张拉作业安全知识、设备操作技能、熟悉张拉作业环境；张拉作业区域应设明显警示牌，非作业人员不得进入作业区。
2.必须严格按高空作业标准搭设操作平台，设置临边防护栏杆；作业人员应在牢固的平台上作业，上下平台必须走安全通道；正对张拉端需设厚木板，以防断丝夹片飞出引起安全事故。
3.张拉机具必须用可靠支架吊挂，倒链配合挪位移动，张拉前检查高压油泵与千斤顶之间的连接件、油管路阀门、电缆仔细检查完好，确认安全后方可作业。
4.操作人员不得正对张拉端进行作业或停留，压浆强度未达100%前，不得敲击锚具或因焊接作业致使受力钢绞线产生电弧，也不得强力敲击结构、调整施力装置。
5.两端分段张拉时，必须明确联系信号，服从统一指挥，发现油表及声音异常等情况，必须立即停机。
6.先张法张拉后座两端必须设置防护墙，沿台座外侧纵向每隔2～3m设一个防护架；张拉时台座两端严禁有人，任何人不得进入张拉区域。
7.油泵必须放在台座的侧面，操作人员必须站在油泵的侧面；敲紧夹具时，作业人员应站在横梁的上面或侧面，击打夹具中心。
8.操作千斤顶和测量伸长值的人员应站在千斤顶侧面操作；千斤顶顶力作用线方向不得有人。
[关键词]预应力砼工程基本原理、安全质量控制，预应力关键工序施工。
中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0197-02
一、概述
1.1 预应力混凝土的优点
砼受到预压应力，显然能提高砼的弹性模量（Eh）及结构刚度、减少梁跨挠度、提高抗裂性、增加结构耐久性、增大结构跨度，使得大跨度砼结构得以广泛使用；由于预压力砼能充分使用高强度材料（高强砼或钢绞线），可减少结构截面尺寸，大量节省材料，扩大钢筋砼结构使用范围。
1.2 预应力砼缺点
由于预应力砼结构都是通过对钢绞线或高强钢筋施加拉力，从而使砼结构受到应力，而要对钢绞线或高强钢筋施加应力，必须要通过一定的构造措施来实现。这就使砼结构变得复杂，需要设置了锚具，消耗大量钢材；张拉或固定端要承受很大局部压应力，使结构两端构造复杂，施工难度大、工序多。
二、预应力砼的基本原理
2.1、预应力砼概念及作用
预应力砼结构能充分利用高强度钢材和高强砼的良好性能，以减少砼收缩与徐变所造成的预应力损失；对砼施加预压力后其刚度增加，因受拉区的砼截面预先产生的压应力与工作时产生的拉应力相互抵消，直至钢绞线达到极限强度，这样保证了砼受拉区裂缝延缓开展或不开展，增加了砼耐久性和抗裂性。预应力结构并不能提高承载力，但能增大跨度，提高刚度。
2.2、预应力砼在荷载作用下工况
2、3预应力筋特点
通常预应力筋受到一定的张拉力后，应力随着时间的增长而降低导致应力松弛损失，其初期发展快；钢丝和钢绞线的应力松弛率大于热处理钢筋和精轧螺纹钢筋；初应力大，松弛損失也大，松弛损失率随温度的升高急剧增加。
2、4、预应力损失
预应力混凝土结构设计中确定的张拉力只是施工时控制应力，预应力形成后因砼徐变锚具压缩力筋松弛等原因，必然使应力损失，通常主要有以下几种损失：
①张拉锚具变形引起的应力损失σ1：
张拉后锚具受到压缩变形，力筋在锚具中滑移，承压面砼受到挤压等使力筋回缩造成应力损失σ1=λ* Eg/L 。
②预应力筋与孔道摩擦引起的应力损失σ2：
因力筋与孔道接触在张拉时产生摩擦损失，（当为曲线使阻力更大，使自张拉端往里应力逐渐减少）σ2=σK（1-1/ekx+μθ 。
③砼加热养护使因温差引起应力损失σ3=α*Δt*Eg。
④力筋松弛引起应力损失σ4=k*σK。
⑤砼徐变收缩引起应力损失σ5=40～180（Mp）。总应力损失应根据不同情况进行组合。
三、预应力砼工程关键工序施工
3.1 预应力筋制作
1、预应力筋下料长度必须严格按设计要求下料，在硬化的场地上切割、编束；加工过程中不得使钢绞线受损伤、污染、扭曲缠绕；必须使用砂轮切割机切断，严禁气割；使用挤压套必须严格控制弹簧丝的有效长度，确保预应力质量。
3.2 孔道形成
由于预应力筋设计位置与结构受力状态相匹配，力筋束位置偏差将直接影响结构受力状况及预应力效果，因此，对孔道留设位置要求很高，施工现场主要从以下及方面进行控制。孔道材料，刚度强度必须满足施工及设计要求；波纹管不得有孔眼或严重锈蚀；必须对管道接头用胶带可靠缠裹，确保线型平直或圆顺。
3.3 预应力张拉
预应力工程张拉是极为关键的重要工序，其张拉效果直接影响结构质量，同时张拉工作存在很大安全风险，施工技术要求高，施工前必须认真做好各项准备工作以确保质量及安全。
1、技术准备：
认真审核设计文件，充分理解预应力筋的布置、下料长度、弯曲形式、钢绞线的力学性能、有关伸长值计算参数、设计张拉控制力等（锚下控制力），在此基础上编制详细的作业指导书。
2、预应力筋伸长值计算：
预应力张拉质量采用双控法，其伸长值是否能达到设计要求是衡量预应力效果的重要指标，在施工前必须按规范要求计算伸长值，力筋在张拉控制应力范围内其伸长符合弹性定律。
曲线布置理论伸长值按下式计算：ΔL=σL/E *[（1-e- （kx+υφ） ] /（kx+υφ）；实际伸长值通常力以力筋从应力为零开始到某一应力间的伸长值由相邻级张拉应力对应的伸长值推算求得。一般当张拉到20%σ时实测千斤顶伸长值L1，张拉至100%σ时伸长值L2，则实际伸长值ΔL=（L2-L1/0.8）-ΔLj（式中ΔLj为夹片压缩量总和）。理论伸长值与实际伸长值存在差异，规范规定两者相对误差在±6%之内皆为正常。
3、预应力筋张拉：
后张法一般情况下按设计要求进行预张、初张及终张，但无论采取何种张拉方式，砼强度及弹模张拉顺序必须满足设计及规范要求。张拉前必须仔细检查锚板与锚垫板完全密贴、夹片分部均匀，锚板与锚垫板千斤顶位于同一轴线上；两端同时张拉必须确保力筋应力增加、伸长值变化基本一致；有异常情况应立即停止张拉；张拉结束后应持荷2-3分钟；张拉时应仔细观测结构起拱变化及锚板周边砼有无裂纹现象。
4.孔道压浆：
压浆必须从低端向高端施作，直到出浆口冒出较浓水泥浆止，然后立即用木塞或闸阀关闭，再补压一次，保持压力不小于0.5Mpa；对连续梁曲线布置的孔道，当孔道长度大于40m时，应在孔道最高点留有排气孔，以使孔内空气排出；对于较短的反拱曲线孔道，即使长度较短也需在最高点设排气孔。 四、预应力混凝土工程质量控制
4.1 原材料质量控制
预应力混凝土承受因张拉时施加的预压应力和锚板后局部很大承压力，因此对砼原材料质量提出很高要求。
①水泥：应优先使用硅酸盐水泥、普通水泥，不得使用矿渣硅酸盐、火山灰硅酸盐、粉煤灰硅酸盐水泥；特别是为了减少碱含量，增加耐久性，应优先使用普通低碱水泥。
②细骨料：应优先使用中粗砂，确保级配良好、洁净，应通过试验确定其各项指标必须符合要求，不得使用河砂。
③粗骨料：碎石应采用连续级配5-16、16-25mm，对于钢筋密集结构应减小粒径，应坚硬耐久，确保各项指标必须符合规范要求。
④外加剂：外加剂使用期须经试验确定其性能，并对其产品质量按规范要求进行抽检，不得掺用含氯盐的外加剂。
⑤预应力筋、锚具：预应力筋、锚具材料质量直接影响结构质量，因此，材料进场必须有产品合格证及出厂检测报告，同时对进场的材料按规定的频次及数量进行抽检。
4.2 砼施工质量控制
①砼搅拌、运输、浇筑、养护：预应力用砼须在搅拌站集中拌制，要严格按配合比对原材料计量，确保计量误差在规定允许范围内。
②砼自搅拌完成至浇筑间隔时间不得超过终凝时间（根据水泥品种及天气情况确定），在运输过程中严禁随意加水，产生离析时需重新搅拌。
③预应力砼结构一般钢筋布置密集，管道很多，浇筑顺序及捣固方式对质量产生很大影响。因此，施工前应制定严密的施工方案；加强现场管理，安排专人值班盯控，对锚板后或钢筋密集处需加强振捣。
④应根据气温情况及养护条件采取不同措施进行养护，夏季应在砼浇筑完毕后及时覆盖洒水养护，冬季在平均气温低于5℃时采用加热保温覆盖养护，采用蒸汽养护应严格按规范要求进行升温、恒温、降温，确保不至于因升温或降温过快而导致砼结构早期裂纹出现。
五、預应力施工问题处理
1.断丝（束）处理：一旦出现此情况，应立即停止张拉，查明原因。若断丝在规范允许范围内则继续张拉至设计值，否则应停止张拉，释放应力，重新穿束再行张拉；当重新穿束再张拉困难时，必须对因断丝（束）的应力损失部分在该孔周边相临束进行超张拉补充，但补充值不得超出力筋屈服强度，以满足结构设计预应。
2.锚板压溃，承压面混凝土开裂或被压碎：
①当锚板或承压面砼有轻微裂纹时，应立即停止张拉，同时记录张拉读数及伸长值，对该束不足部分的应力应由相邻束进行超张拉补充，但超张拉量不得超过设计应力的5%，裂纹用环氧树酯修补。
②当锚板或承压面砼压溃，锚板凹陷时，应凿除压溃砼，然后重新更换锚板，加设钢筋网片，用高标号灌浆料或高一级别砼浇筑，待强度达到100%时继续施工，如砼压溃范围较小，可用环氧树酯砂浆灌注。
3.孔道漏浆：孔道漏浆是预应力工程中易发生的质量问题，其造成后果使钢绞线无法穿入或压浆无法进行，因此，必须在施工过程加以控制。主要采取以下措施：
①加强现场管理，安排专人负责管道跟踪检查，对成品管道必须逐根检查。
②在钢筋绑扎及立模过程发现有孔洞现象及时用胶带包裹修补。
③充分了解孔道位置，砼浇筑捣固时不得碰触管道。
④尽量采用抽芯管预先穿入孔道，待砼有一定强度时，抽出芯管再穿预应力筋。
4.漏浆位置确定：张拉时发现伸长值发生异常，两端伸长值差异较大，拉至设计应力值时伸长值与计算值相差很大等现象，表明孔道被堵，此时应立即停止张拉，并同时记录油表值σ及对应的伸长值ΔL，根据L=ΔL*E*（kx+υφ）/σ*[（1-e- （kx+υφ）]判定漏浆位置。
六、预应力工程施工安全
预应力工程施工涉及到张拉机具、高空作业、钢束张拉时高应力形成、压浆等高危作业，存在多种高风险，因此在安全管理和技术措施上必须严格要求。
1.施工前必须对作业人员进行专项安全教育并经考试合格后方可上岗，使他们了解预应力张拉作业安全知识、设备操作技能、熟悉张拉作业环境；张拉作业区域应设明显警示牌，非作业人员不得进入作业区。
2.必须严格按高空作业标准搭设操作平台，设置临边防护栏杆；作业人员应在牢固的平台上作业，上下平台必须走安全通道；正对张拉端需设厚木板，以防断丝夹片飞出引起安全事故。
3.张拉机具必须用可靠支架吊挂，倒链配合挪位移动，张拉前检查高压油泵与千斤顶之间的连接件、油管路阀门、电缆仔细检查完好，确认安全后方可作业。
4.操作人员不得正对张拉端进行作业或停留，压浆强度未达100%前，不得敲击锚具或因焊接作业致使受力钢绞线产生电弧，也不得强力敲击结构、调整施力装置。
5.两端分段张拉时，必须明确联系信号，服从统一指挥，发现油表及声音异常等情况，必须立即停机。
6.先张法张拉后座两端必须设置防护墙，沿台座外侧纵向每隔2～3m设一个防护架；张拉时台座两端严禁有人，任何人不得进入张拉区域。
7.油泵必须放在台座的侧面，操作人员必须站在油泵的侧面；敲紧夹具时，作业人员应站在横梁的上面或侧面，击打夹具中心。
8.操作千斤顶和测量伸长值的人员应站在千斤顶侧面操作；千斤顶顶力作用线方向不得有人。