佘志勇

(深圳惠鹽高速公路有限公司 深圳 518081)

引言

某高速公路枯拈坡大橋3-1箱梁錨下預(yù)應(yīng)力檢測結(jié)果顯示，部分預(yù)應(yīng)力筋有效力值偏低，同束不均勻度值超限，檢測結(jié)果不滿足相關(guān)文件要求，采取退索重新檢測處理。初步判斷由以下幾種情況引起錨下有效應(yīng)力不足及同束不均勻度值超限：(1)預(yù)應(yīng)力筋編束不規(guī)范，導(dǎo)致同束有效力值的不均勻度值超限。(2)張拉質(zhì)量控制不嚴(yán)，內(nèi)縮值、力筋回縮量計算錯誤。(3)錨圈口損失較大，導(dǎo)致張拉過程中預(yù)應(yīng)力損失較大[1]。(4)采用疊加錨具作為延長套筒加大了預(yù)應(yīng)力的損失。(5)銹蝕或磨損不平整的限位板影響張拉效果。經(jīng)過張拉施工過程中問題的分析和查閱相關(guān)資料，嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量并采取改進(jìn)措施，順利通過了錨下預(yù)應(yīng)力檢測[2]。

1 工程概況

廣東省某高速公路TJ12合同段路線總長13.1km。主線共設(shè)14座橋梁，其中大橋9 座，中橋4座，匝道橋1座，橋梁全長2776.8m。共需預(yù)制箱梁823片，其中20m箱梁444片，25m箱梁379片。

箱梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa、公稱直徑d=15.2mm的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，錨具采用YM15-4、YM15-5、YM15-6錨具，預(yù)應(yīng)力管道采用預(yù)埋金屬波紋管。

2 后張法預(yù)制梁張拉質(zhì)量控制方法

2.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線編束、穿束控制

箱梁錨下有效預(yù)應(yīng)力同束不均勻度主要受預(yù)應(yīng)力筋的梳編質(zhì)量影響。目前，梳編束穿束往往被認(rèn)為是預(yù)應(yīng)力筋張拉前一項簡單準(zhǔn)備工作，其過程控制得不到應(yīng)有的重視，傳統(tǒng)施工工藝較為粗糙，鋼絞線在孔道內(nèi)已發(fā)生纏繞，施加預(yù)應(yīng)力時各鋼絞線受力嚴(yán)重不均勻，易出現(xiàn)斷絲、滑絲、張拉伸長量及有效應(yīng)力不滿足規(guī)范要求的現(xiàn)象[3]。

為解決預(yù)應(yīng)力筋扭轉(zhuǎn)、張拉力不均勻及預(yù)應(yīng)力筋錨下預(yù)應(yīng)力檢測合格率低的問題，施工現(xiàn)場采用一種預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線梳編臺進(jìn)行鋼絞線梳束、編束，梳編臺如圖1所示。梳編臺由錨具焊接固定在基座上而成，錨具需進(jìn)行編號，固定時保證兩段錨具中心基本在同一直線上。鋼絞線在梳編臺上梳束時，每隔1～1.5m對鋼絞線進(jìn)行綁扎，并采用記號筆對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行編號，保證鋼絞線穿束過程中與錨具一一對應(yīng)，避免出現(xiàn)鋼絞線扭轉(zhuǎn)、纏繞現(xiàn)象。

圖1 預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線梳編臺

2.2 規(guī)范張拉設(shè)備管理控制

張拉設(shè)備是梁體張拉施工中質(zhì)量保證的核心，張拉設(shè)備的使用應(yīng)按照規(guī)范要求每半年或張拉300次進(jìn)行一次整套靜態(tài)標(biāo)定。張拉系統(tǒng)應(yīng)采用靜態(tài)標(biāo)定的方法，禁止采用動態(tài)標(biāo)定。動態(tài)標(biāo)定受摩阻的影響使得張拉設(shè)備標(biāo)定時油壓表讀數(shù)偏大，導(dǎo)致張拉設(shè)備控制力不準(zhǔn)確。

2.3 規(guī)范錨具的使用與安裝

(1)確保張拉使用的材料檢測合格，并且錨具與夾片應(yīng)配套使用。在選用工作錨具夾片時應(yīng)選用有品質(zhì)保證廠家生產(chǎn)的錨具夾片，并且錨具夾片的硬度應(yīng)滿足規(guī)范要求。如錨具夾片質(zhì)量較差或錨具夾片硬度不滿足要求，或者錨具與夾片不配套，在張拉工程中容易產(chǎn)生滑絲與斷絲現(xiàn)象[4]。

(2)確保限位板與工作錨具夾片配套使用，限位板應(yīng)由廠家專門定制。除了錨具與夾片外，限位板也是鋼絞線張拉施工中影響張拉效果的重要因素之一。限位板槽深的大小直接影響夾片回縮以及錨圈口摩阻損失。當(dāng)限位板槽深過大時，錨具回縮量會增大，預(yù)應(yīng)力損失加大。當(dāng)槽深過小，夾片與鋼絞線之間的摩擦加大，錨口損失加大，預(yù)應(yīng)力損失亦會增大，將出現(xiàn)實際張拉伸長量偏小、錨下有效應(yīng)力不足的現(xiàn)象，同時也會使夾片刮傷鋼絞線，出現(xiàn)質(zhì)量隱患。據(jù)了解，目前很多項目使用在外加工的限位板，經(jīng)常會遇見限位板強(qiáng)度不夠，張拉時被擠壓變形以及限位板槽深與使用錨具夾片不配套，造成張拉時預(yù)應(yīng)力損失增大，錨下有效應(yīng)力不足[5]。因此，限位板應(yīng)由工作錨具廠家定制，確保與工作錨具配套使用。歐維姆公司就限位板槽深和鋼絞線直徑匹配值關(guān)系如表1所示。

表1 OVM公司-限位深度與鋼絞線直徑匹配表

(3)確保工具錨與工具夾片配套使用，并及時檢查工具夾片使用情況。工具錨及工具夾片應(yīng)均勻涂蠟或退錨靈并做好日常保養(yǎng)工作，防止銹蝕。夾片銹蝕嚴(yán)重會使其硬度減少，易產(chǎn)生滑絲現(xiàn)象。鋼絞線銹蝕嚴(yán)重，其有效截面面積減少，在張拉施工中易引起回縮過大，從而造成預(yù)應(yīng)力損失或出現(xiàn)滑絲、斷絲現(xiàn)象。工具夾片在安裝過程中應(yīng)擊打均勻，否則易導(dǎo)致整束張拉力分布不均勻，從而影響同束不均勻度指標(biāo)。

2.4 使用廠家定制配套的延長套筒

受箱梁預(yù)制工藝的影響，張拉端需采用延長套筒輔助張拉施工作業(yè)，施工單位為了簡便,一般采用疊加錨具的方式替代延長套筒。根據(jù)相關(guān)規(guī)范顯示，錨具與鋼絞線之間存在摩擦力的作用，疊加的錨具越多，阻力越大，張拉時的預(yù)應(yīng)力損失越大[6]。除此之外，錨具與限位板之間無對中卡位，致使鋼絞線往下墜，張拉時因錨具、限位板及千斤頂偏心將會導(dǎo)致同束鋼絞線上下受力不均勻，從而影響同束不均勻度指標(biāo)。

2.5 確定預(yù)應(yīng)力鋼絞線內(nèi)縮值測量取值

現(xiàn)場采用標(biāo)尺量測法對工具錨的鋼絞線內(nèi)縮值進(jìn)行量測。千斤頂安裝就位后并經(jīng)嚴(yán)格調(diào)軸后，選一根鋼絞線，在工具夾片外1cm左右的位置安裝帶標(biāo)尺的專用工具(如圖2所示)。智能張拉分為初始應(yīng)力、相鄰級應(yīng)力及控制應(yīng)力。當(dāng)張拉至初應(yīng)力σ0時，持荷期間測量出L’0值，當(dāng)張拉至初應(yīng)力σ1時，持荷期間測量出L’1值，當(dāng)張拉至初應(yīng)力σk時，持荷期間測量出L’k值，具體計算方法如下：

圖2 自制夾具量測內(nèi)縮值示意圖

1)從初應(yīng)力σ0張拉至相鄰級應(yīng)力σ1時工具錨的鋼絞線內(nèi)縮值NS1為：

NS1=(L’0-L’1)

(1)

2)從初應(yīng)力σ0張拉至控制應(yīng)力σK時工具錨的鋼絞線內(nèi)縮值NS2為：

NS2=(L’0-L’K)

(2)

3)張拉過程中的工具錨的鋼絞線名義內(nèi)縮值NS為：

NS=NS1+NS2

(3)

式中：L’0-張拉至初應(yīng)力σ0時的鋼絞線內(nèi)縮量測初始值

L’1-張拉至相鄰級應(yīng)力σ1(σ1=2σ0)的鋼絞線內(nèi)縮量測值

L’k-張拉至控制應(yīng)力σk時的鋼絞線內(nèi)縮量測值

現(xiàn)場對枯拈坡大橋左幅1-4、2-2、2-3(均為25m箱梁)進(jìn)行張拉，并量測鋼絞線內(nèi)縮值，具體量測數(shù)據(jù)如表2、表3、表4。

表2 枯拈坡大橋左幅1-4鋼絞線內(nèi)縮值

表3 枯拈坡大橋左幅2-2鋼絞線內(nèi)縮值

表4 枯拈坡大橋左幅2-3鋼絞線內(nèi)縮值

2.6 復(fù)核智能張拉的預(yù)應(yīng)力筋回縮量

施工前設(shè)定智能系統(tǒng)的張拉程序，在千斤頂張拉至σk、5min持荷及伸長量自動測量完成后，增加一個步驟，即回油至初應(yīng)力時持荷，由系統(tǒng)自動測量錨固后的剩余伸長量LM，然后按原步驟完成張拉工作。如果預(yù)應(yīng)力筋回縮量SH大于6mm，應(yīng)暫停施工，查找原因。

預(yù)應(yīng)力筋回縮量SH計算方法為：

SH=(LK-LM)-(1-σ0/σk)LQ

(4)

式中：(1-σ0/σk)LQ指σ0～σk行程的千斤頂工作段長度的鋼絞線伸長量；

Lk為張拉至控制應(yīng)力σk時預(yù)應(yīng)力筋的伸長量；

LM為回油至初應(yīng)力時持荷由自動量測錨固的剩余伸長量。

現(xiàn)場對枯拈坡大橋左幅2-2(25m箱梁)進(jìn)行張拉，并量測復(fù)核預(yù)應(yīng)力筋回縮量，具體量測復(fù)核數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 枯拈坡大橋左幅2-2鋼絞線內(nèi)縮值

其中初應(yīng)力取15%的控制應(yīng)力；

張拉工作段單端長度65cm，LQ取4.6mm。

(1-σ0/σk)LQ=(1-15%/100%)×4.6mm=3.91，取4mm。

查找智能張拉設(shè)備量測的左N1、右N3、左N2、左N5、右N4預(yù)應(yīng)力筋回縮量分別為3mm、3mm、4mm、5mm、4mm，與實際量測的數(shù)據(jù)相符，數(shù)據(jù)均不大于6m，張拉質(zhì)量符合要求。

2.7 嚴(yán)格控制智能張拉力和伸長量

智能張拉系統(tǒng)實現(xiàn)了張拉作業(yè)自動化,具有張拉力同步精確、自動控制張拉力、加載速率、停頓點、持荷時間等要素的特點,同時還實現(xiàn)了適時監(jiān)控、規(guī)范管理、確保數(shù)據(jù)真實可靠等管理功能,確保預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量[7]。預(yù)制箱梁張拉采用150T千斤頂進(jìn)行數(shù)控張拉,4個千斤頂對稱張拉,以枯拈坡大橋左幅1-4邊梁張拉為例，按照超張103%的控制力進(jìn)行張拉施工作業(yè)。

表6 枯拈坡大橋左幅2-2箱梁N1理論伸長量計算表

式中：ΔL為預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉理論伸長量(mm)；

PP為預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力(N)；

L為預(yù)應(yīng)力筋的長度(mm)；

Ay為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積(mm×mm)；

Eg為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量(N/mm×mm)；

P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力(N)；

X為從張拉端至計算截面的孔道長度(m)；

θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和(rad)；

k為孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)(取值0.0015)；

μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)(取值0.25)。

鋼絞根據(jù)設(shè)計要求采用低松弛Φs15.2鋼絞線,張拉控制應(yīng)為：0→15%應(yīng)力→30%應(yīng)力→0con(持荷5min錨固)。

張拉前將參數(shù)按照張拉順序進(jìn)行編號輸入計算機(jī)中，計算機(jī)與張拉設(shè)備進(jìn)行連接,張拉作業(yè)完成后，張拉油壓及伸長值如表7所示。

表7 枯拈坡大橋左幅2-2箱梁N1油壓、伸長量統(tǒng)計表

經(jīng)過公式計算伸長值△L=△L1+△L2-Ns-LQ=101+99-2×5-2×4.6=180.8mm。

其中：

Ns為兩端鋼絞線內(nèi)縮值,取均值5mm；

LQ為兩端工作段長度理論伸長值均取4.6mm(兩端各工作端長度為65cm)；

查看智能張拉設(shè)備伸長值的結(jié)果，計算結(jié)果與查詢結(jié)果一致，伸長值均為180.8mm,伸長值的允許偏差為(180.8-174)/174=3.9%,滿足規(guī)范要求的±6%。

3 錨下預(yù)應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)枯拈坡大橋左幅2-2#梁復(fù)檢結(jié)果(如表8所示)：1)共檢測10束44根預(yù)應(yīng)力筋，有效力值在允許±6%范圍內(nèi)44根，合格率100%；2)檢測的10束整束平均力值在允許±5%范圍內(nèi)；3)斷面平均力值在允許±4%范圍內(nèi)；4)檢測的10束同束不均勻度在允許±6%范圍內(nèi)；5)同斷面不均勻度在允許±4%范圍內(nèi)。預(yù)制梁鋼絞線錨下預(yù)應(yīng)力值及均勻度檢測結(jié)果均滿足相關(guān)文件要求。

表8 枯拈坡大橋左幅2-2#梁復(fù)檢結(jié)果

4 錨下有效預(yù)應(yīng)力值及均勻度提升的建議

結(jié)合本項目預(yù)制梁錨下預(yù)應(yīng)力檢測經(jīng)驗及查找相關(guān)實例，對后張法預(yù)制梁張拉施工中提升錨下有效預(yù)應(yīng)力的措施提出以下幾點建議：

1)鋼絞線下料后應(yīng)按照要求規(guī)范編束，編束要求間距1～1.5m，每根鋼束順直，避免鋼絞線在張拉過程中出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保證每一根鋼絞線能夠受力均勻，從而減小有效預(yù)應(yīng)力不均勻度值[8]。

2)鋼束及錨具孔均要求編號并對應(yīng)安裝，張拉過程中應(yīng)保證千斤頂與限位板同心，到達(dá)張拉控制力后應(yīng)保證有效持荷時間。

3)根據(jù)梁端至工作錨具的距離配備足夠長的延長套筒，延長套筒應(yīng)由錨具廠家配套定制。避免采用疊加錨具的方式導(dǎo)致加大錨下應(yīng)力的損失。

4)限位板應(yīng)與錨具配套使用且無明顯磨損，限位板槽深一般為6～8mm[9-10]。限位板磨損過大或者限位板槽深不均勻，將導(dǎo)致工作夾片回縮量超標(biāo)，加大了錨下應(yīng)力損失。

5)張拉施工前應(yīng)將工具錨與工具夾片敲打齊平，并仔細(xì)檢查工具錨與工具夾片安裝的緊密程度，確保張拉過程中鋼絞線受力均勻，同束均勻度滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

智能張拉施工工藝已普遍應(yīng)用到后張法預(yù)制梁張拉施工中，其張拉均衡穩(wěn)定，張拉控制應(yīng)力較好，滿足“雙控”和同步張拉的規(guī)范要求，較大程度的保證張拉施工質(zhì)量。根據(jù)預(yù)制梁錨下預(yù)應(yīng)力檢測不合格的結(jié)果，經(jīng)過分析并總結(jié)了后張法預(yù)制梁張拉施工控制方法，同時通過錨下預(yù)應(yīng)力檢測試驗驗證了預(yù)制梁錨下預(yù)應(yīng)力滿足規(guī)范要求，并提出了提升錨下預(yù)應(yīng)力值及均勻度的建議，可為后續(xù)同類工程工提供借鑒和參考。