錨下有效應(yīng)力檢測技術(shù)在混凝土張拉施工中的應(yīng)用

孟祥鶴 （中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007）

橋梁預(yù)應(yīng)力主要通過張拉施工獲取，對預(yù)應(yīng)力工程施工中有效預(yù)應(yīng)力控制與檢測，現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范有明確的要求，但由于缺乏有效精確的檢測手段，實(shí)際施工往往僅通過雙控法來控制質(zhì)量，質(zhì)量檢驗(yàn)一般僅通過核查施工記錄來驗(yàn)收，無法對預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量進(jìn)行定量的分析評價[1-3]。橋梁在后期使用過程中因預(yù)應(yīng)力不足、不均勻引起橋梁下?lián)虾土后w開裂，存在安全隱患的同時對項(xiàng)目后期運(yùn)行維護(hù)造成嚴(yán)重影響，工程施工中對提高混凝土預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量有迫切需要[4-5]。

1 錨下預(yù)應(yīng)力技術(shù)原理

在一定變形范圍內(nèi)，鋼絞線可以看作彈性材料，鋼絞線束張拉錨固完成后使用專用的穿心式千斤頂，采用反張拉帶動單根鋼絞線和夾片沿軸線輕微移動，根據(jù)力學(xué)平衡原理，此時傳感器上顯示的力值即為所檢測鋼絞線的當(dāng)前受力值，即該鋼絞線的錨下有效應(yīng)力值[6]。

2 錨下預(yù)應(yīng)力檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

2020 年2 月至7 月，廣東中開高速公路TJ-8 標(biāo)項(xiàng)目共生產(chǎn)各種規(guī)格箱梁582 榀，對不同梁長的錨下預(yù)應(yīng)力開展了系統(tǒng)的檢測工作。其中檢測25m 箱梁4 榀，鋼絞線170 根；30m 箱梁6榀，鋼絞線316根；35m箱梁3榀，鋼絞線188根。經(jīng)檢測，單根錨下預(yù)應(yīng)力合格率、同束不均勻度和同斷面不均勻度整體情況較好，但隨著梁長的增加，單根錨下有效應(yīng)力合格率、同束不均勻和同斷面不均勻度合格率均呈下降趨勢。

對檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，不同梁型各孔道鋼絞線束預(yù)應(yīng)力大小統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表1，不同孔道預(yù)應(yīng)力損失趨勢圖，如圖1所示。

圖1 不同孔道預(yù)應(yīng)力損失趨勢圖

表1 不同梁型各孔道鋼絞線束預(yù)應(yīng)力大小統(tǒng)計(jì)

從中可以看出：①隨著梁長的增加，各孔道預(yù)應(yīng)力損失逐漸增大；②曲線段（N1、N2、N3 孔束）的預(yù)應(yīng)力損失大于直線段（N4、N5孔束）；隨著梁長的增加，該差值有增大的趨勢。

單孔錨下預(yù)應(yīng)力不合格孔號統(tǒng)計(jì)情況，見表2。

表2 單孔錨下預(yù)應(yīng)力不合格孔號統(tǒng)計(jì)表

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不考慮同束不均勻情況對單根錨下預(yù)應(yīng)力的影響，單根錨下預(yù)應(yīng)力不合格孔號主要集中在N1、N2、N3孔號，占比達(dá)到了80%，主要表現(xiàn)為錨下預(yù)應(yīng)力不足。

3 提高預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量的措施

采用胎架施工以提高波紋管定位的準(zhǔn)確性和順直性，加強(qiáng)金屬波紋管安裝質(zhì)量控制以降低張拉過程管道摩阻損失；為保證金屬波紋管安裝精度，在箱梁底腹板胎架上每2m設(shè)有一道立桿，通過畫圖準(zhǔn)確計(jì)算出各個點(diǎn)在相應(yīng)位置與底板的高差，在胎架立桿上安裝定位圓管，通過圓管控制波紋管的線性順直及高差符合設(shè)計(jì)要求。鋼筋吊裝完成后及時檢查金屬波紋管位置，確保波紋管定位準(zhǔn)確、線性順直[7]。

加強(qiáng)張拉設(shè)備的校準(zhǔn)，以提高張拉過程張拉控制力的準(zhǔn)確性。

對鋼絞線進(jìn)行梳編整體穿束，避免鋼絞線纏繞，改善同束不均勻度。

加強(qiáng)張拉千斤頂、錨具、夾片的安裝質(zhì)量控制，按要求做到工具錨、限位板、工作錨、千斤頂四心一線，減少張拉過程預(yù)應(yīng)力損失，同時提高同束不均勻度。

采用兩機(jī)四頂、同一孔位左右兩束鋼絞線同步張拉的施工工藝，有效避免單束依次張拉過程中，后續(xù)張拉孔束張拉時混凝土受力發(fā)生形變使已完成張拉錨固的孔束張拉力發(fā)生變化的問題，以提高同斷面不均勻度。

推廣應(yīng)用全自動張拉設(shè)備提高預(yù)應(yīng)力施工效率和張拉精度，實(shí)現(xiàn)持荷時間的精準(zhǔn)控制。

通過對施工班組進(jìn)行張拉施工技術(shù)培訓(xùn)，提高金屬波紋管安裝定位準(zhǔn)確性，提高錨具安裝質(zhì)量，嚴(yán)格控制鋼絞線梳編質(zhì)量和加強(qiáng)張拉施工規(guī)范化作業(yè)等措施，30m 以下預(yù)制箱梁張拉施工質(zhì)量得到有效改善，各項(xiàng)檢測結(jié)果進(jìn)一步提高。但35m 箱梁N1、N2、N3孔整束錨下預(yù)應(yīng)力偏低，同斷面不均勻度偏差較大的問題依然存在。

4 預(yù)制箱梁張拉控制力調(diào)整

降低35m預(yù)制箱梁曲線段孔束的預(yù)應(yīng)力損失或者適當(dāng)提高曲線孔束的張拉控制力（即超張拉）是有效的解決途徑。可以預(yù)見，通過適當(dāng)提高35m箱梁N1、N2、N3孔束錨下預(yù)應(yīng)力值，同斷面不均勻度合格率偏低的情況也會得到改善。

通過與設(shè)計(jì)方溝通和現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，課題組對35m 預(yù)制箱梁曲線段（N1、N2、N3）束張拉控制力由195kN，提高到F=1860×0.75×0.14×1.02=198.9kN，N4、N5保持張拉控制力195kN。

在保證預(yù)應(yīng)力施工各工序施工質(zhì)量的同時，對后續(xù)施工的35m箱梁進(jìn)行錨下預(yù)應(yīng)力檢測，N1～N3孔整束錨下預(yù)應(yīng)力均值增大2.0kN～3.7kN，單根錨下預(yù)應(yīng)力合格率和同斷面不均勻度合格率與原方案相比顯著提升。方案實(shí)施后35m箱梁錨下預(yù)應(yīng)力統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表3。

表3 方案實(shí)施后35m箱梁錨下預(yù)應(yīng)力統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由于梁長和梁高的增加，預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力損失逐漸增大，在曲線孔束中表現(xiàn)得更加明顯，適當(dāng)提高曲線孔束的張拉控制力，是為了彌補(bǔ)該孔束的預(yù)應(yīng)力損失，這需要有效的檢測手段做保障。盲目改變同一梁體不同孔束的張拉控制力，不僅會改變梁體的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，加劇梁體的同斷面不均度，嚴(yán)重的還會破壞預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和混凝土構(gòu)件，影響混凝土構(gòu)件的使用壽命。

5 結(jié)語

通過錨下預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)，在鋼絞線張拉錨固完成后對單根鋼絞線進(jìn)行反張拉，可以得到量化的錨下預(yù)應(yīng)力檢測結(jié)果，客觀準(zhǔn)確地反映預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，真正實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力施工的無損檢測和隨機(jī)抽檢。

預(yù)應(yīng)力混凝土錨下控制應(yīng)力大小和不均勻度，受預(yù)應(yīng)力施工各個環(huán)節(jié)的影響，通過加強(qiáng)金屬波紋管安裝質(zhì)量、張拉設(shè)備校準(zhǔn)、鋼絞線梳編和穿束質(zhì)量、錨具夾片張拉設(shè)備安裝質(zhì)量，采用全自動張拉設(shè)備和先進(jìn)的張拉工藝等手段，可以提高預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量。

同一預(yù)制箱梁不同孔道的預(yù)應(yīng)力損失對該箱梁同斷面不均勻度有一定的影響，在鋼絞線張拉力允許范圍內(nèi)，以錨下預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)為保證手段，通過設(shè)計(jì)驗(yàn)算和檢測驗(yàn)證，適當(dāng)提高預(yù)應(yīng)力損失較大孔束的張拉控制力，可提高該孔束錨下有效應(yīng)力大小，并顯著改善該梁體同斷面不均勻度。