橋梁工程先張法預應力高強混凝土管樁抗彎性能研究

潘 念

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽111000）

所謂先張法預應力高強混凝土管樁，即PHC 管樁，在橋梁工程中得到了廣泛的應用。 但由于管樁生產(chǎn)部門選用工藝及自身技術(shù)水平并不相同，因此，對橋梁工程先張法預應力高強度混凝土管樁的抗彎性能試驗以及破損檢測試驗進行分析具有重要的意義。

1 預應力高強混凝土管樁的優(yōu)勢

按照預應力筋不同張拉特征及時間，可將預應力混凝土管樁張拉方法分為兩類：先張法以及后張法。 其中，先張法預應力混凝土管樁的應用較為普遍，而后張法預應力混凝土管樁多被用到橋梁工程當中。 按照不同混凝土等級，先張法預應力混凝土管樁又被分成PHC（ 先張法預應力高強混凝土管樁）以及PC（先張法預應力混凝土管樁）。 按照預壓應力值的不同可以被分成A 型預應力混凝土管樁、B 型預應力混凝土管樁、AB 型預應力混凝土管樁以及C 型預應力混凝土管樁。 按照預應力筋鋼棒直徑的不同又被劃分成以下幾個規(guī)格：400、500、700、800 mm。

PHC 管樁主要的優(yōu)勢在于：①適應范圍廣，適用的工程包含了建筑工程、擋土墻工程以及橋梁基礎工程等，在地層中穿透力極強。 ②預應力混凝土管樁強度能達到C80。 ③應用此類管樁時一般會用到離心工藝，也體現(xiàn)了其高質(zhì)量、強抗裂性、強抗彎剛度等優(yōu)勢。 ④此類管樁還擁有較高經(jīng)濟性，豎向承載力也極為良好，能縮短工程工期。 ⑤有可靠的沉樁質(zhì)量，此類管樁屬于標準化、工廠化以及專業(yè)化生產(chǎn)，有著可靠的樁身質(zhì)量。 ⑥便于運輸?shù)跹b，接樁作業(yè)十分方便，同時也有著較高的機械化程度，便于操作。 ⑦對此類管樁經(jīng)濟效益展開評價時，除了需要看整體工期，還應當關(guān)注造價。 PHC 管樁擁有極快的施工速度，較高的工效以及較短的工期，往往能夠提前完工，使項目早日投產(chǎn)，能夠產(chǎn)生極大的經(jīng)濟價值以及社會價值。 ⑧預應力混凝土管樁施工有極高的機械化程度，可以保持現(xiàn)場整潔，擁有良好的作業(yè)環(huán)境。 避免出現(xiàn)灌注時滿地流污，人工作業(yè)時亂抽水，亂運土的現(xiàn)象，減少井下作業(yè)的安全隱患。 ⑨確?，F(xiàn)場進行文明作業(yè)，提升施工經(jīng)濟效益。

2 影響抗彎性能的關(guān)鍵要素

（1）預應力鋼筋結(jié)構(gòu)構(gòu)造，尤其是其主筋的位置。 （2）鋼筋張拉伸長值與張拉力值的控制。 （3）鋼筋尺寸上出現(xiàn)的偏差，尤其是其壁厚。 （4）鋼筋預應力產(chǎn)生的損失。 （5）預應力混凝土的齡期。 （6）預應力混凝土的強度。

3 PHC 管樁抗彎性能試驗內(nèi)容和方法

3.1 試驗方法

試驗主要目的是檢測橋梁工程管樁的極限彎矩以及抗裂彎矩。 試驗開始前需要備齊各項試驗材料，包含質(zhì)保書、鋼棒、砂石、水泥以及減水劑等。 根據(jù)相應規(guī)范，PHC 管樁抗彎性試驗方式包括水平加載法、垂直向上加載法及垂直向下加載法。 在選擇試驗方法時，應考慮每種試驗方法的操作難易程度，根據(jù)相關(guān)要求，本試驗最適合選用垂直向下加載法。

3.2 試驗步驟

在具體試驗當中，選用為 “ 垂直向下逐級加載法”，其具體的試驗步驟為：（1） 根據(jù)抗裂彎矩20%極差，從0 開始逐漸加載到抗裂彎矩80%，隨后根據(jù)抗裂彎矩10%極差，進一步加載到抗裂彎矩100%。在此過程中，且每一級荷載保持的時間都是3 min。（2）根據(jù)抗裂彎矩5%極差，逐漸加載到出現(xiàn)裂縫，且每一級荷載保持的時間都是3 min，此時需要記錄裂縫的寬度。 （3） 根據(jù)極限彎矩5% 極差，逐漸加載，當發(fā)現(xiàn)極限狀態(tài)檢驗信號時，停止加載，且每一級荷載保持的時間都是3 min。 此時需記錄分析各項有關(guān)數(shù)據(jù)。 需注意有關(guān)規(guī)范當中所指極限狀態(tài)檢驗信號包括受壓區(qū)的混凝土被破壞，受拉區(qū)產(chǎn)生的混凝土裂縫（其寬度為1.5 mm 時）及受拉區(qū)的相應鋼筋被拉斷等。

3.3 實時荷載計算

本次試驗選用的先張法預應力高強混凝土管樁，規(guī)格是PHC500AB125-10，試驗實時的荷載計算方法，如表1 所示：

表1 管樁抗彎性能試驗實時荷載計算方式

此次試驗最關(guān)鍵的應力主要處于跨中純彎段，在出現(xiàn)裂縫之前，跨中界面的應變基本和平截面的假定相符合，而在出現(xiàn)裂縫之后，相應中性軸將向上移動。表明，為確保最大彎矩的中心處于支座的中心位置，必須實測管樁的長度。 試驗人員檢測的過程中需要注意以下幾點：（1）需要把此類管樁的試驗臺放到平整而又堅實的場地當中，以確保在后續(xù)加載過程中管樁的受力均勻。 （2）試驗人員應當定期校正，測量試驗臺及其附屬加載設備的自重。 （3）需要定期驗證，校核觀測裂縫和數(shù)據(jù)收集傳輸系統(tǒng)。

4 管樁破損檢測要點

以上檢測方法的主要優(yōu)勢在于能夠較為直觀地測定管柱技術(shù)參數(shù)。 但環(huán)箍筋、高強混凝土以及預應力鋼筋間相互作用力極強，導致管柱破損檢測并不容易。 當試驗人員對于管樁質(zhì)量存在質(zhì)疑的時候，便需要采取破損檢測。 其中，抽檢結(jié)構(gòu)鋼筋時，應先對超過2 m 的余樁人工破碎后，進行破損檢測。如果現(xiàn)場沒有可以利用的余樁，便需要在現(xiàn)場隨機篩選2 節(jié)樁，破碎后進行檢測。 鋼筋的直徑可選數(shù)顯游標卡尺；對箍筋間距、加密區(qū)長度進行檢測時，選擇鋼直尺以及鋼卷尺。 在PHC 破損時，應確保不會損傷鋼筋以及對端板，從而防止環(huán)箍以及預應力鋼筋位置被擾動。

在橋梁工程管樁的混凝土抗壓強度鉆芯檢測的過程中，不可以在沉樁之后或者已沉樁樁身進行鉆取，同時也不能在破損管樁的樁身之上進行鉆取。檢測部門需要考慮破損檢測目的以及必要性，并且在各部門人員的見證之下對螺旋箍筋的加密區(qū)長度、管樁端板的厚度、螺旋箍筋的間距與直徑以及預應力鋼筋數(shù)量和直徑等展開現(xiàn)場勘查。 隨后對所有測量結(jié)果與相應標準進行比較，倘若與標準不相符，不可繼續(xù)使用，對打入地下的管樁，進行處理。 另外，在進行檢測時，需要有關(guān)人員進行實時拍照或者錄像并將保存好檔案。

5 結(jié)語

總之，對橋梁工程先張法預應力高強混凝土管樁抗彎性能進行全面分析，能夠明確預應力高強混凝土管樁的抗彎性能，充分保障管樁運用的安全性。因此，需要有關(guān)部門嚴格遵循相應法律法規(guī)展開科學檢測試驗，確保管樁合格后再引入現(xiàn)場，為后續(xù)施工安全和質(zhì)量提供可靠保障。