PC箱梁橋腹板豎向預應力張拉質(zhì)量監(jiān)控

明鴻楨 楊 滔

1 概述

許多預應力混凝土箱梁橋在運營甚至施工過程中腹板出現(xiàn)不同程度的開裂,尤其是大跨度預應力混凝土箱梁橋的腹板比較明顯,嚴重影響了橋梁的剛度和耐久性。文獻[1]～[7]報道表明:施加腹板豎向預應力并沒能完全防止腹板的開裂,豎向預應力損失過大或失效,是導致混凝土箱梁橋腹板開裂以致達不到設計目標的主要原因之一。但目前深入研究豎向預應力張拉質(zhì)量問題的文獻不多,加之部分文獻所示試驗樣本偏少,考慮也不夠全面,甚至相互間存在異論,致使最終的施工質(zhì)量處于未知狀態(tài),鑒于此,本文對目前豎向預應力張拉質(zhì)量存在的問題及應采取的控制措施和相關監(jiān)測方法進行了綜合分析和探討,并闡述了在廣珠西線二期工程中的相關應用實踐,為了橋梁的健康運營,建議對PC箱梁橋腹板豎向預應力張拉質(zhì)量也進行施工監(jiān)控。

2 豎向預應力張拉失效

工程中普遍采用Φ 32精軋螺紋鋼筋(設計張拉力540 kN)及YGM-32錨具作為豎向預應力錨固系統(tǒng),其基本構造及布置見圖1。

2.1 預應力損失過大

縱向預應力損失的各成分在豎向預應力上都有所表現(xiàn),摩阻損失、錨具變形、鋼筋回縮、接縫壓縮構成錨固傳力損失,是造成預應力損失的主要原因,而鋼筋回縮損失又是錨固損失的重要組成部分,以3.5 m的有效鋼筋長度為例,錨固損失約占初始張拉力的 24.2%[5]和 32%[9]。

2.2 豎向預應力張拉的人為因素

所謂人為因素即施工人員作業(yè)時的隨意性,表現(xiàn)為張拉力不到位、擰螺母時緊固程度不夠甚至漏擰,這將直接導致預應力筋失效;另外就是鋼筋安裝垂度、錨墊板安裝傾角及張拉設備對中等誤差過大,文獻[9]對錨墊板安裝傾角的研究足以表明安裝誤差造成的損失不容忽視。

3 張拉質(zhì)量控制措施

3.1 采用拉伸—扭矩法

這種工藝一方面增加了附加張拉力,另外它事先壓縮了鋼筋與螺母、螺母與錨墊板、錨墊板與混凝土之間的縫隙,減少了錨固損失,這有別于超張拉法。文獻[6]的試驗研究表明,施加 1 500 N?m扭矩有時可將錨固損失減小到約為“自由”擰緊情況的1/4,但是1 500 N?m的扭矩難以施工,因此文獻[9]建議在張拉力達到540 kN時施加1 200 N?m扭矩,也可以根據(jù)扭矩與緊固力的關系式:M=KFd。其中,M為扭矩,N?m;K為扭矩系數(shù);F為軸向緊固力,N;d為鋼筋公稱直徑,m,在現(xiàn)場標定扭矩系數(shù)K并綜合安全性自行確定擰緊扭矩M。

3.2 必須進行二次張拉

試驗研究表明鋼材具有松弛特性,100 h的松弛量約為1 h的2倍,1 000 h的松弛量約為1 h的2.5倍,另外還考慮到混凝土收縮徐變等非線性塑性變形的時程特性及施工方便,建議二次張拉時間定在初張拉30 d后(研究表明30 d長期損失占長期總損失的84.5%[7]),張拉完畢馬上執(zhí)行壓漿工序,第一這樣有利于防止由于縱向預應力張拉可能導致的縱向裂縫,第二避開了混凝土的強水化熱時段,第三有滯后張拉的效果減小了豎向壓應力空白區(qū)[6]。第一次張拉采用分節(jié)段即時張拉,為了便于二次張拉可將第一次張拉力控制在設計值的80%～90%,30 d后的第二次張拉須達到設計張拉力的100%。

表1 太澳高速廣珠西線部分標段2008年8月豎向預應力測試情況表

表2 太澳高速廣珠西線部分標段2008年9月豎向預應力測試情況表

4 施工質(zhì)量檢測技術

對有效張拉力進行檢測是確定張拉質(zhì)量的最直接有效的方式,檢測方法很多,貼應變片、安測力傳感器不經(jīng)濟,僅僅適于研究;用超聲波測試須在鋼筋上打孔,加工不便且易于應力集中;延伸量法不準確;本課題組采用的是自主研發(fā)(正在研發(fā))的“箱梁橋腹板豎向預應力檢測儀”,如圖2所示,操作簡便,對鋼筋沒有特殊要求,屬于無損檢測儀器,在廣珠西線二期工程中的四座大橋取得了初步成果,抽查數(shù)據(jù)見表1,表2。

表1的數(shù)據(jù)說明了在沒有監(jiān)管壓力情形下的施工質(zhì)量現(xiàn)狀,其中6標的數(shù)據(jù)也充分體現(xiàn)了二次張拉的意義及儀器的敏感性;表2與表1對比分析可知業(yè)主及檢測單位的介入形成了一定的監(jiān)管壓力,有效的督促了施工(如10標的數(shù)據(jù)),值得注意的是6標始終使用扭力扳手,限定施加1 000 N?m的預扭矩,兩表對比可知其張拉力較穩(wěn)定,受人為因素影響較小。

5 結語

與鋼絞線相比,高強度精軋螺紋鋼筋用于豎向預應力錨固系統(tǒng)具有施工方便、成本經(jīng)濟等優(yōu)點,本文已經(jīng)對其存在的施工質(zhì)量問題進行了歸納,同時目前的施工現(xiàn)狀及本文的實踐成果表明,如果將豎向預應力納入施工監(jiān)控范疇,可以提高豎向預應力的可靠性,進而起到防止腹板開裂的作用,使混凝土箱梁橋更加實用經(jīng)濟。只是當前針對豎向預應力實用檢測技術的研究還較少,監(jiān)控手段有待進一步豐富和提高,并制定相應的檢測技術規(guī)范。

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[2] 周軍生,樓莊鴻.大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國公路學報,2000,13(1):31-36.

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[10] JTJ D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].