橋梁工程先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁抗彎性能研究

潘 念

（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧 遼陽(yáng)111000）

所謂先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，即PHC 管樁，在橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 但由于管樁生產(chǎn)部門(mén)選用工藝及自身技術(shù)水平并不相同，因此，對(duì)橋梁工程先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的抗彎性能試驗(yàn)以及破損檢測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行分析具有重要的意義。

1 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的優(yōu)勢(shì)

按照預(yù)應(yīng)力筋不同張拉特征及時(shí)間，可將預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用較為普遍，而后張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁多被用到橋梁工程當(dāng)中。 按照不同混凝土等級(jí)，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁又被分成PHC（ 先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁）以及PC（先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁）。 按照預(yù)壓應(yīng)力值的不同可以被分成A 型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、B 型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、AB 型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁以及C 型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。 按照預(yù)應(yīng)力筋鋼棒直徑的不同又被劃分成以下幾個(gè)規(guī)格：400、500、700、800 mm。

PHC 管樁主要的優(yōu)勢(shì)在于：①適應(yīng)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(chǔ)工程等，在地層中穿透力極強(qiáng)。 ②預(yù)應(yīng)力混凝土管樁強(qiáng)度能達(dá)到C80。 ③應(yīng)用此類管樁時(shí)一般會(huì)用到離心工藝，也體現(xiàn)了其高質(zhì)量、強(qiáng)抗裂性、強(qiáng)抗彎剛度等優(yōu)勢(shì)。 ④此類管樁還擁有較高經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)輸?shù)跹b，接樁作業(yè)十分方便，同時(shí)也有著較高的機(jī)械化程度，便于操作。 ⑦對(duì)此類管樁經(jīng)濟(jì)效益展開(kāi)評(píng)價(jià)時(shí)，除了需要看整體工期，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注造價(jià)。 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(xiàng)目早日投產(chǎn)，能夠產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及社會(huì)價(jià)值。 ⑧預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工有極高的機(jī)械化程度，可以保持現(xiàn)場(chǎng)整潔，擁有良好的作業(yè)環(huán)境。 避免出現(xiàn)灌注時(shí)滿地流污，人工作業(yè)時(shí)亂抽水，亂運(yùn)土的現(xiàn)象，減少井下作業(yè)的安全隱患。 ⑨確保現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行文明作業(yè)，提升施工經(jīng)濟(jì)效益。

2 影響抗彎性能的關(guān)鍵要素

（1）預(yù)應(yīng)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(zhǎng)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(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的損失。 （5）預(yù)應(yīng)力混凝土的齡期。 （6）預(yù)應(yīng)力混凝土的強(qiáng)度。

3 PHC 管樁抗彎性能試驗(yàn)內(nèi)容和方法

3.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)主要目的是檢測(cè)橋梁工程管樁的極限彎矩以及抗裂彎矩。 試驗(yàn)開(kāi)始前需要備齊各項(xiàng)試驗(yàn)材料，包含質(zhì)保書(shū)、鋼棒、砂石、水泥以及減水劑等。 根據(jù)相應(yīng)規(guī)范，PHC 管樁抗彎性試驗(yàn)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(yàn)方法時(shí)，應(yīng)考慮每種試驗(yàn)方法的操作難易程度，根據(jù)相關(guān)要求，本試驗(yàn)最適合選用垂直向下加載法。

3.2 試驗(yàn)步驟

在具體試驗(yàn)當(dāng)中，選用為 “ 垂直向下逐級(jí)加載法”，其具體的試驗(yàn)步驟為：（1） 根據(jù)抗裂彎矩20%極差，從0 開(kāi)始逐漸加載到抗裂彎矩80%，隨后根據(jù)抗裂彎矩10%極差，進(jìn)一步加載到抗裂彎矩100%。在此過(guò)程中，且每一級(jí)荷載保持的時(shí)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(jí)荷載保持的時(shí)間都是3 min，此時(shí)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(dāng)發(fā)現(xiàn)極限狀態(tài)檢驗(yàn)信號(hào)時(shí)，停止加載，且每一級(jí)荷載保持的時(shí)間都是3 min。 此時(shí)需記錄分析各項(xiàng)有關(guān)數(shù)據(jù)。 需注意有關(guān)規(guī)范當(dāng)中所指極限狀態(tài)檢驗(yàn)信號(hào)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(shí)）及受拉區(qū)的相應(yīng)鋼筋被拉斷等。

3.3 實(shí)時(shí)荷載計(jì)算

本次試驗(yàn)選用的先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，規(guī)格是PHC500AB125-10，試驗(yàn)實(shí)時(shí)的荷載計(jì)算方法，如表1 所示：

表1 管樁抗彎性能試驗(yàn)實(shí)時(shí)荷載計(jì)算方式

此次試驗(yàn)最關(guān)鍵的應(yīng)力主要處于跨中純彎段，在出現(xiàn)裂縫之前，跨中界面的應(yīng)變基本和平截面的假定相符合，而在出現(xiàn)裂縫之后，相應(yīng)中性軸將向上移動(dòng)。表明，為確保最大彎矩的中心處于支座的中心位置，必須實(shí)測(cè)管樁的長(zhǎng)度。 試驗(yàn)人員檢測(cè)的過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：（1）需要把此類管樁的試驗(yàn)臺(tái)放到平整而又堅(jiān)實(shí)的場(chǎng)地當(dāng)中，以確保在后續(xù)加載過(guò)程中管樁的受力均勻。 （2）試驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)定期校正，測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)及其附屬加載設(shè)備的自重。 （3）需要定期驗(yàn)證，校核觀測(cè)裂縫和數(shù)據(jù)收集傳輸系統(tǒng)。

4 管樁破損檢測(cè)要點(diǎn)

以上檢測(cè)方法的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠較為直觀地測(cè)定管柱技術(shù)參數(shù)。 但環(huán)箍筋、高強(qiáng)混凝土以及預(yù)應(yīng)力鋼筋間相互作用力極強(qiáng)，導(dǎo)致管柱破損檢測(cè)并不容易。 當(dāng)試驗(yàn)人員對(duì)于管樁質(zhì)量存在質(zhì)疑的時(shí)候，便需要采取破損檢測(cè)。 其中，抽檢結(jié)構(gòu)鋼筋時(shí)，應(yīng)先對(duì)超過(guò)2 m 的余樁人工破碎后，進(jìn)行破損檢測(cè)。如果現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有可以利用的余樁，便需要在現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)篩選2 節(jié)樁，破碎后進(jìn)行檢測(cè)。 鋼筋的直徑可選數(shù)顯游標(biāo)卡尺；對(duì)箍筋間距、加密區(qū)長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，選擇鋼直尺以及鋼卷尺。 在PHC 破損時(shí)，應(yīng)確保不會(huì)損傷鋼筋以及對(duì)端板，從而防止環(huán)箍以及預(yù)應(yīng)力鋼筋位置被擾動(dòng)。

在橋梁工程管樁的混凝土抗壓強(qiáng)度鉆芯檢測(cè)的過(guò)程中，不可以在沉樁之后或者已沉樁樁身進(jìn)行鉆取，同時(shí)也不能在破損管樁的樁身之上進(jìn)行鉆取。檢測(cè)部門(mén)需要考慮破損檢測(cè)目的以及必要性，并且在各部門(mén)人員的見(jiàn)證之下對(duì)螺旋箍筋的加密區(qū)長(zhǎng)度、管樁端板的厚度、螺旋箍筋的間距與直徑以及預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量和直徑等展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)勘查。 隨后對(duì)所有測(cè)量結(jié)果與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，倘若與標(biāo)準(zhǔn)不相符，不可繼續(xù)使用，對(duì)打入地下的管樁，進(jìn)行處理。 另外，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要有關(guān)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)拍照或者錄像并將保存好檔案。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，對(duì)橋梁工程先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁抗彎性能進(jìn)行全面分析，能夠明確預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的抗彎性能，充分保障管樁運(yùn)用的安全性。因此，需要有關(guān)部門(mén)嚴(yán)格遵循相應(yīng)法律法規(guī)展開(kāi)科學(xué)檢測(cè)試驗(yàn)，確保管樁合格后再引入現(xiàn)場(chǎng)，為后續(xù)施工安全和質(zhì)量提供可靠保障。