详论预应力钢绞线断滑丝

详论预应力钢绞线断滑丝

邹永泉

中铁十一局集团第二工程有限公司湖北十堰442013

1、工程概况

在当前土木建筑施工领域，预应力越来越广泛使用，而其中钢绞线的使用占了90%以上，但对于施工过程中经常出现的断丝、滑丝或夹片错台等现象一直是工程界的通病；但这一现象的研究论述非常稀缺，由于属于工程质量问题，施工单位为了避免麻烦往往归咎于钢绞线或锚具的质量问题，却不去深入研究；专业人员对此方面的信息缺乏也无法深入探究；我国施工规范中对于这种情况只是要求断丝滑丝总数不得超过断面总丝数的1%；断丝和滑丝又是威胁结构安全、降低结构性能的最大杀手，而且是工程的最大隐患，必须尽量消除。

2、危害分析

钢绞线断丝滑丝有何危害？先张法预应力梁在施工时断丝或滑丝是相当危险的，可能危及台座上施工人员和机械的安全，因为断掉的钢丝会无规律扭曲回扫，严重者能将台座预埋的直径达到25mm的螺纹钢筋扫断。锚固端的夹片、锚具连同钢绞线端头会高速穿射出来，将遮挡的10mm钢板射穿！尽管很危险，施工单位一般也会主动预防，并自觉更换钢丝或钢绞线整改，对结构安全不造成影响；而且近年随着研究工法和施工工艺的改进，施工单位大多将终张拉调整到混凝土浇筑之前完成，或者提前进行超张拉检验后再放松到100%，这样提高了施工安全。所以先张法断丝的危害虽然存在，但基本上全是显性的，不危及结构和构件安全，且容易整改更换。

后张法预应力施工时出现断丝滑丝有显性也有隐性。显性的仍然出现在施工过程中，造成的危害和后果不易引起重视；但危害最大的还是是隐性的：张拉完成后可能不会立即发生断丝或滑丝，但构件放置一段时间或是受力后可能突然发生断丝或滑丝。某工地预制30米T梁已经架设并开始行走运梁车，某天忽然发生梁体中部大幅度下挠；被迫中断架梁，并将该片梁吊出分析，经专业人员检查，断定夹片部位发生断丝或滑丝：其一端封锚混凝土已经开裂！凿开封锚混凝土后发现推断正确。所以后张法预应力钢绞线发生断丝或滑丝可能是在很长时间后，也可能在运营期，这样看来，后张法预应力筋发生断丝和滑丝有时是隐性的，显性的当然也存在，比如回油或张拉时发生夹片飞出伤人，这也是施工中重要的安全防控范畴。

显性的是很容易整改，造成的损失也小；但隐性的就可能发生重大事故并造成重大损失。比如上述例子如果发生在架桥期间，则造成架桥机回退、中断架设、中间论证、全部产品查找隐患等一系列问题及损失然后重新预制一片梁替换；如果发生在运营期间，那个损失和后果就更大了，这里不作探讨和描述。

3、原因分析

从分析得出钢绞线中部断丝和夹片锈蚀滑丝所占比例非常小，也就是说材料原因和施工时钢绞线可能受伤导致的断丝和滑丝非常少而且是显性的。那么后面四种原因导致的断丝和滑丝几乎占了92%，而这些原因有可能会成为隐性问题的，个别技术人员的判断和监控甚至还可能助长和掩盖问题本质，但归根结底，这四种原因均可以归结于施工工艺控制不良导致。比如第6种，锚垫板与轴线不垂直；为何锚垫板面与钢束轴线不垂直会导致夹片错位呢？夹片错位显然是夹片在回缩时两片夹片受力不均衡，而不均衡是怎么产生的？当然是张拉设备造成的：夹片牙纹对钢绞线咬合的摩阻力起到的回缩力是较大的，发生回缩不良可以断定夹片所受不均衡力是相当大的。

首先千斤顶张拉轴线是否与钢束轴线重合？在上表中锚垫板面与钢束轴线不垂直导致夹片错台从而滑丝现象最普遍；这与锚垫板喇叭口的设置有关：锚垫板工作面必须与钢束轴线垂直。所以设计图纸对于锚垫板部位的锚槽一般是非常细致地进行了放大标注，对板面的倾斜角度和偏移距离都十分详细，如果施工队伍不重视、或者模板厂家制作时出现偏差甚至弄反，其结果不言而喻，必定导致张拉力方向偏离钢束轴线，在锚垫板处出现夹角，这一夹角就导致内侧夹片受到挤压而回缩不良！

锚垫板用错现象很多人不可理解，其实很形象的说法就是用小的锚垫板代替了大的锚垫板，致使锚环外圈孔眼围径略大于锚垫板喇叭口直径，从而张拉时发生了困难：锚具安装后无法贴合锚垫板，如果技术人员监控不到位，工人弄虚作假不想暴露受罚，则就会有人直接装千斤顶张拉，依靠千斤顶和钢束产生的一部分反向压力强行将工作锚挤到锚垫板上！可以想见：钢绞线在这个部位被喇叭口强行约束成一个小的圆周、到距离很近的锚具又被锚环强行约束成一个大的圆周，这样位于锚具外环孔的每根钢绞线在这里都被扭成了“ㄅ”字形，实际上已经被剪断了！就剩内环孔的几根钢绞线正常工作，结构实际产生的预应力不到30%，这样的性能运梁车通过时能不被把梁压断吗？

所以无论现浇还是预制场的锚垫板库房也是必须慎重保管和领用的；但大多施工单位对锚具和夹片很重视，能入库堆放；锚垫板却大多数露天随意堆放，有些甚至散倒在泥地上！由于锚垫板为铸钢件，其上有时会有标记比如15-13表示13孔锚具；往往有些铭文很轻不易辨认，工人使用时也不加以仔细查看，比如11孔和13孔混放，工人每次使用拿着13孔的更方便，所以13孔的被当做11孔的很快用完了，到需要13孔的锚垫板时，库房内大量剩余11孔的，就出现了上述情况。经过调研后笔者认为：加强对锚垫板库房的管理也是非常重要的，锚垫板到货后应该分类堆放在库房，不同种类整齐码放，一方面方便取用，另一方面方便材料管理和储备；最重要的是解决了用错锚垫板这一重大隐患。

工具锚与限位板错孔时一般导致限位板安装困难，回油后又导致限位板拆卸困难，且锚具内圈孔的夹片错位锁紧不良甚至个别钢绞线出现断丝和滑丝；这种情况有时是千斤顶安装人员无知又纯偷懒或耍脾气造成：多见于每束根数超过10根的钢绞线预应力束，预应力束从工作锚伸出后已经被锚具和夹片梳理的很规整，钢绞线彼此都是平行的，如果后续安装正确，那么工具锚和限位板等都能稍微用力就推送到位，贴紧锚具、贴紧千斤顶限位槽；但往往由于工人认识不到位或是新手，外圈钢绞线能平行穿到限位板和工具锚板内，但内圈属于随意定的方向，已经被外圈的孔眼限制，这时某些工人就会想当然地随意找一个内圈眼作为起点，并就近拨来一根钢绞线穿入，其他顺次穿入内圈孔道；这样内圈钢束之间相互平行了，外圈钢束之间也平行了，不仔细看一般不会发现：实际上内圈钢束与外圈钢束沿圆周成一个很小的整体扭转角。工人依次安装好后发现锚垫板与工作锚不能贴合，也可能是工具锚与千斤顶贴合也很费劲，强行打夹片才贴合，然后张拉时起始出顶长度较大也没人重视，继续张拉至接近终值时经常发现内圈钢绞线有断丝，取下限位板时也会很困难，甚至动用蛮力才拆下来。拆下后检查工作锚，会发现内圈个别孔位夹片错台严重，限位板孔眼明显受磨损挤压变形！所以对于多孔、多圈圆环上的锚孔的锚环、限位板、工具锚安装时要注意提前选择方向。在安装前都要提前叠放一下目测对孔并作好方向记号，按照记号穿束，确保手工轻轻用力就能顺利推入限位板，相互贴紧，切不可蛮力或用千斤顶强行顶推或撞击的办法。因为内圈和外圈钢束之间有方向夹角；如果强行安装的锚垫板和工具锚，就会在锚垫板与工作锚之间形成一个剪切面或错位夹紧面；一方面造成工作锚夹片被钢绞线带动强行偏位回缩不良而错台，另一方面通过钢绞线错位卡紧限位板，导致限位板既不好安装贴紧工作锚具又不好退出。为何这种情况出现断丝的都是内圈眼呢？因为锚环设计上一般外圈眼数量比内圈眼多，另一方面外圈眼产生扭力矩也比内圈眼大，所以这种情况导致的内圈眼断丝多于外圈眼。

另外笔者曾经参与一起钢绞线经常断丝的现场原因分析，经过仔细询问施工工人和到断丝锚具位置仔细观察，断丝原因可能是喇叭口附近的钢绞线发生了急剧拐角类似的死弯，在强大的预应力作用下将喇叭口附近的钢丝股卡断。退锚拆开后发现，喇叭口内塞满了砂浆，张拉时这部分砂浆强度已达到了接近梁体强度，工人在清理孔道时，凿不动就放弃了，再加

上也没影响钢绞线穿束，只是工作锚环无法靠近和贴紧锚垫板。直到张拉力接近20%时才贴紧，而且这一束的张拉伸长量也超标；接近95%时就出现钢丝断股。这一现象与上述限位板错孔和锚垫板用错都类似，会夹断锚垫板喇叭口附近的钢丝，也就是外圈钢丝断丝。原因就是从波纹管内穿出的钢绞线在此时强行被短距离弯折打开近90度后又被反向折弯穿入锚环和工作夹片，这种死弯的后果是高碳钢绞线无法承受的，因此造成断丝。

4、规范相关条文

JGJ/TF50--2011《公路桥涵施工技术规范》7.8.5第7条附表规定：钢丝束、钢绞线束类每束断丝或滑丝数量不得超过1（根）丝（钢绞线指单根钢绞线内的钢丝）。第8条规定：预应力筋在张拉控制应力达到稳定后方可锚固；对夹片式锚具，锚固后夹片顶面应平齐，其相互间的错位不宜大于2mm，且露出锚具外的高度不应大于4mm。…

【2010】241号：《铁路混凝土工程施工技术指南》第7.6.10第8条规定：后张法预应力构件的预应力筋断丝或滑脱数量不得超过预应力筋总数的0.5%，并不得位于构件的同一侧，且每束内断丝不得超过1根。

规范解读：从上述描述和规定可以看出，断丝和滑丝是业界内存在的痼疾，规范也只能从范围和容忍程度上进行界定；而如何从根本上杜绝或消除才是更重要的举措。

5、结论与展望

通过对断丝和滑丝现象一定范围的收集与归纳整理，得出一点具有代表性的综合论述：那就是要杜绝和消除预应力钢绞线的断丝和滑丝主要从5个方面入手：1锚垫板垂直度保证、2安装张拉工具时防止内外圈钢束整体错孔、3防止锚垫板错用并严禁代用、4加强锚垫板下钢筋混凝土质量监控、5拆模后立即清理喇叭口波纹管和砂浆。本文也对钢绞线断丝滑丝这一质量问题从理论上也进行了分析探讨，希望通过此文为行业预应力的施工质量提高起到一定推动作用，而且从分析情况看来，预应力施工中的断丝和滑丝是应当而且完全可以避免的。这点对于我国桥梁施工具有广泛的研究价值和借鉴意义。

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另外笔者曾经参与一起钢绞线经常断丝的现场原因分析，经过仔细询问施工工人和到断丝锚具位置仔细观察，断丝原因可能是喇叭口附近的钢绞线发生了急剧拐角类似的死弯，在强大的预应力作用下将喇叭口附近的钢丝股卡断。退锚拆开后发现，喇叭口内塞满了砂浆，张拉时这部分砂浆强度已达到了接近梁体强度，工人在清理孔道时，凿不动就放弃了，再加

上也没影响钢绞线穿束，只是工作锚环无法靠近和贴紧锚垫板。直到张拉力接近20%时才贴紧，而且这一束的张拉伸长量也超标；接近95%时就出现钢丝断股。这一现象与上述限位板错孔和锚垫板用错都类似，会夹断锚垫板喇叭口附近的钢丝，也就是外圈钢丝断丝。原因就是从波纹管内穿出的钢绞线在此时强行被短距离弯折打开近90度后又被反向折弯穿入锚环和工作夹片，这种死弯的后果是高碳钢绞线无法承受的，因此造成断丝。

4、规范相关条文

JGJ/TF50--2011《公路桥涵施工技术规范》7.8.5第7条附表规定：钢丝束、钢绞线束类每束断丝或滑丝数量不得超过1（根）丝（钢绞线指单根钢绞线内的钢丝）。第8条规定：预应力筋在张拉控制应力达到稳定后方可锚固；对夹片式锚具，锚固后夹片顶面应平齐，其相互间的错位不宜大于2mm，且露出锚具外的高度不应大于4mm。…

【2010】241号：《铁路混凝土工程施工技术指南》第7.6.10第8条规定：后张法预应力构件的预应力筋断丝或滑脱数量不得超过预应力筋总数的0.5%，并不得位于构件的同一侧，且每束内断丝不得超过1根。

规范解读：从上述描述和规定可以看出，断丝和滑丝是业界内存在的痼疾，规范也只能从范围和容忍程度上进行界定；而如何从根本上杜绝或消除才是更重要的举措。

5、结论与展望

通过对断丝和滑丝现象一定范围的收集与归纳整理，得出一点具有代表性的综合论述：那就是要杜绝和消除预应力钢绞线的断丝和滑丝主要从5个方面入手：1锚垫板垂直度保证、2安装张拉工具时防止内外圈钢束整体错孔、3防止锚垫板错用并严禁代用、4加强锚垫板下钢筋混凝土质量监控、5拆模后立即清理喇叭口波纹管和砂浆。本文也对钢绞线断丝滑丝这一质量问题从理论上也进行了分析探讨，希望通过此文为行业预应力的施工质量提高起到一定推动作用，而且从分析情况看来，预应力施工中的断丝和滑丝是应当而且完全可以避免的。这点对于我国桥梁施工具有广泛的研究价值和借鉴意义。