錨下有效應力檢測技術在混凝土張拉施工中的應用

孟祥鶴 （中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007）

橋梁預應力主要通過張拉施工獲取，對預應力工程施工中有效預應力控制與檢測，現行相關規范有明確的要求，但由于缺乏有效精確的檢測手段，實際施工往往僅通過雙控法來控制質量，質量檢驗一般僅通過核查施工記錄來驗收，無法對預應力張拉施工質量進行定量的分析評價[1-3]。橋梁在后期使用過程中因預應力不足、不均勻引起橋梁下撓和梁體開裂，存在安全隱患的同時對項目后期運行維護造成嚴重影響，工程施工中對提高混凝土預應力施工質量有迫切需要[4-5]。

1 錨下預應力技術原理

在一定變形范圍內，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，根據力學平衡原理，此時傳感器上顯示的力值即為所檢測鋼絞線的當前受力值，即該鋼絞線的錨下有效應力值[6]。

2 錨下預應力檢測結果統計分析

2020 年2 月至7 月，廣東中開高速公路TJ-8 標項目共生產各種規格箱梁582 榀，對不同梁長的錨下預應力開展了系統的檢測工作。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。經檢測，單根錨下預應力合格率、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。

對檢測結果統計分析，不同梁型各孔道鋼絞線束預應力大小統計結果，見表1，不同孔道預應力損失趨勢圖，如圖1所示。

圖1 不同孔道預應力損失趨勢圖

表1 不同梁型各孔道鋼絞線束預應力大小統計

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

單孔錨下預應力不合格孔號統計情況，見表2。

表2 單孔錨下預應力不合格孔號統計表

從統計結果發現：不考慮同束不均勻情況對單根錨下預應力的影響，單根錨下預應力不合格孔號主要集中在N1、N2、N3孔號，占比達到了80%，主要表現為錨下預應力不足。

3 提高預應力張拉施工質量的措施

采用胎架施工以提高波紋管定位的準確性和順直性，加強金屬波紋管安裝質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設有一道立桿，通過畫圖準確計算出各個點在相應位置與底板的高差，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計要求。鋼筋吊裝完成后及時檢查金屬波紋管位置，確保波紋管定位準確、線性順直[7]。

加強張拉設備的校準，以提高張拉過程張拉控制力的準確性。

對鋼絞線進行梳編整體穿束，避免鋼絞線纏繞，改善同束不均勻度。

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

采用兩機四頂、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，后續張拉孔束張拉時混凝土受力發生形變使已完成張拉錨固的孔束張拉力發生變化的問題，以提高同斷面不均勻度。

推廣應用全自動張拉設備提高預應力施工效率和張拉精度，實現持荷時間的精準控制。

通過對施工班組進行張拉施工技術培訓，提高金屬波紋管安裝定位準確性，提高錨具安裝質量，嚴格控制鋼絞線梳編質量和加強張拉施工規范化作業等措施，30m 以下預制箱梁張拉施工質量得到有效改善，各項檢測結果進一步提高。但35m 箱梁N1、N2、N3孔整束錨下預應力偏低，同斷面不均勻度偏差較大的問題依然存在。

4 預制箱梁張拉控制力調整

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

通過與設計方溝通和現場試驗驗證，課題組對35m 預制箱梁曲線段（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。

在保證預應力施工各工序施工質量的同時，對后續施工的35m箱梁進行錨下預應力檢測，N1～N3孔整束錨下預應力均值增大2.0kN～3.7kN，單根錨下預應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。方案實施后35m箱梁錨下預應力統計結果，見表3。

表3 方案實施后35m箱梁錨下預應力統計結果

由于梁長和梁高的增加，預制梁的預應力損失逐漸增大，在曲線孔束中表現得更加明顯，適當提高曲線孔束的張拉控制力，是為了彌補該孔束的預應力損失，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應力結構，加劇梁體的同斷面不均度，嚴重的還會破壞預應力結構和混凝土構件，影響混凝土構件的使用壽命。

5 結語

通過錨下預應力檢測技術，在鋼絞線張拉錨固完成后對單根鋼絞線進行反張拉，可以得到量化的錨下預應力檢測結果，客觀準確地反映預應力施工質量，真正實現預應力施工的無損檢測和隨機抽檢。

預應力混凝土錨下控制應力大小和不均勻度，受預應力施工各個環節的影響，通過加強金屬波紋管安裝質量、張拉設備校準、鋼絞線梳編和穿束質量、錨具夾片張拉設備安裝質量，采用全自動張拉設備和先進的張拉工藝等手段，可以提高預應力張拉施工質量。

同一預制箱梁不同孔道的預應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，以錨下預應力檢測技術為保證手段，通過設計驗算和檢測驗證，適當提高預應力損失較大孔束的張拉控制力，可提高該孔束錨下有效應力大小，并顯著改善該梁體同斷面不均勻度。