基于拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用與效果分析

摘要 為提高346國(guó)道張家港繞城段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量，文章將基于拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用在該項(xiàng)目中，并分析其應(yīng)用效果。首先，研究拉脫法原理和基于拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)的主要施工工藝流程；然后，通過(guò)采用拉脫法的有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)機(jī)制，以提高施工階段預(yù)應(yīng)力的檢測(cè)精度。應(yīng)用與效果分析結(jié)果表明，基于拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用與效果較好，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果得出每束鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力的合格率均為100%，說(shuō)明在施工過(guò)程中對(duì)于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的精準(zhǔn)掌控，提高了工程質(zhì)量。該技術(shù)可有效減少施工成本，與初始檢測(cè)方法相比，可節(jié)約1/8的原應(yīng)力檢測(cè)預(yù)算，提高346國(guó)道張家港繞城段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目的整體施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 拉脫法；施工階段；預(yù)應(yīng)力；檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用；效果分析；有效預(yù)應(yīng)力

中圖分類號(hào) U445.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）03-0093-03

0 引言

道路橋梁工程是交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基本項(xiàng)目，其施工質(zhì)量直接關(guān)系交通安全與地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此施工單位必須采用科學(xué)的施工技術(shù)，確保道路橋梁工程的施工質(zhì)量[1]。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁工程中的應(yīng)用廣泛，可有效降低道路橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的概率，提高道路橋梁結(jié)構(gòu)的整體性。在預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力大小直接關(guān)系道路橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性[2]。拉脫法在測(cè)量液體表面張力方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是一種有效的預(yù)應(yīng)力檢測(cè)手段，可通過(guò)鋼絞線的二次張拉識(shí)別有效預(yù)應(yīng)力，具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度高、適合批量檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)[3]。因此，采用拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力檢測(cè)，可確保預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用效果。該研究以346國(guó)道張家港繞城段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目為例，深入分析基于拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用與效果，提高項(xiàng)目的整體施工質(zhì)量。

1 拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用與效果分析

1.1 工程概況

346國(guó)道張家港繞城段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目，其橋梁工程部分共包括9座橋梁，同時(shí)全線共設(shè)置5處樞紐型互通立交。這些橋梁和立交是項(xiàng)目的重要組成部分，對(duì)于提升道路通行能力和改善區(qū)域交通狀況具有重要意義。項(xiàng)目總長(zhǎng)為22.49 km，設(shè)計(jì)為雙向六車道，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為1級(jí)，按照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行公路施工。該項(xiàng)目于2022年5月開工，2024年完工。該項(xiàng)目建成后將外部交通與張家港市城區(qū)交通進(jìn)行分離，進(jìn)一步優(yōu)化張家港市城區(qū)的車輛通行條件，提高道路通行效率，促進(jìn)城市健康有序發(fā)展。

1.2 拉脫法原理

拉脫法是一種用于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)，通過(guò)重新張拉未灌漿的預(yù)應(yīng)力鋼絞線確定錨下的有效應(yīng)力。將鋼絞線視為彈性體，其在夾片處的受力狀態(tài)可分為拉脫前和拉脫瞬間兩個(gè)階段。拉脫前，通過(guò)反拉力測(cè)試分析受力平衡，由于摩擦力存在，需額外施加反拉力；拉脫瞬間，夾片被拉脫，由于摩擦力消失，鋼絞線內(nèi)力重分布，錨內(nèi)外預(yù)應(yīng)力相等，此時(shí)錨外張拉力即為有效預(yù)應(yīng)力。通過(guò)分析張拉力-位移曲線計(jì)算有效應(yīng)力，如圖1所示：

圖1中的張拉力-位移曲線分為四階段，峰值點(diǎn)為FA，水平段為FC。第四階段的錨外張拉力等于錨下有效預(yù)應(yīng)力，即FB=FD。因此，錨下有效預(yù)應(yīng)力Fm為曲線下降段低谷點(diǎn)FB的值，公式如下：

Fm = FB （1）

1.3 拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)主要施工工藝流程

采用基于拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)，以提高346國(guó)道張家港繞城段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量，確保結(jié)構(gòu)的安全性[4]。拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)的主要施工工藝流程如下：預(yù)應(yīng)力筋制作、張拉預(yù)應(yīng)力筋，反拉外露鋼絞線等。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉作業(yè)前，需做好相關(guān)準(zhǔn)備工作[5]。張拉順序是先張拉中間框架梁，再?gòu)埨瓋蛇呏髁骸Ｔ谶M(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉操作時(shí)，需確保以下要點(diǎn)：

（1）必須保證孔道中心線末端的切線、工具錨、千斤頂、多孔預(yù)應(yīng)力工作錨具等四者的中心線完全重合。同時(shí)，整束鋼絞線穿過(guò)張拉錨具的位置必須準(zhǔn)確無(wú)誤，不允許出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或錯(cuò)位的現(xiàn)象。

（2）對(duì)于較長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，通過(guò)大功率千斤頂進(jìn)行整束張拉。由于張拉行程可能超過(guò)千斤頂?shù)念~定行程，因此采用分級(jí)張拉的方法，通過(guò)累計(jì)伸長(zhǎng)量和張拉力實(shí)施施工。依據(jù)項(xiàng)目施工標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)張拉的最終控制應(yīng)力。

（3）在張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí)，應(yīng)均勻控制油泵的加壓速度。在張拉完成后，檢查孔道及其端部等部位，確保無(wú)裂縫產(chǎn)生，同時(shí)記錄張拉的詳細(xì)過(guò)程，填寫張拉記錄表。

在鋼絞線張拉完成后，外露鋼絞線未進(jìn)行切割且預(yù)應(yīng)力孔道未實(shí)施壓漿工作前，開始采用拉脫法進(jìn)行施工階段的預(yù)應(yīng)力檢測(cè)。通過(guò)反拉鋼絞線使得夾片錨具的夾片脫開，測(cè)得錨下有效預(yù)應(yīng)力值[6]。

1.4 應(yīng)用與效果分析

河海大學(xué)橋梁工程研究所于2023年9月14日至2023年9月16日，對(duì)該項(xiàng)目中楊錦路高架橋B匝道預(yù)應(yīng)力工程的有效預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)。楊錦路高架橋預(yù)應(yīng)力工程采用公稱直徑為15.2 mm、抗拉強(qiáng)度f(wàn)pk=1 860 MPa的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線。在此次檢測(cè)中，涉及的鋼絞線為節(jié)段梁體內(nèi)的縱向預(yù)應(yīng)力束。在該項(xiàng)目中，楊錦路高架橋B匝道預(yù)應(yīng)力工程應(yīng)用拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)，在檢測(cè)錨下有效預(yù)應(yīng)力的過(guò)程中，采用千斤頂對(duì)鋼絞線的外露部分實(shí)施二次張拉。與此同時(shí)，將一個(gè)壓力傳感器安裝在錨墊板與千斤頂之間，用于實(shí)時(shí)捕捉錨外張拉力的變動(dòng)情況。這些變動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集器被即時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。經(jīng)過(guò)深入的數(shù)據(jù)分析，得到了張拉力隨時(shí)間變化的曲線圖。通過(guò)觀察這一曲線圖上的特定特征點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出有效預(yù)應(yīng)力大小。楊錦路高架橋有效預(yù)應(yīng)力共檢測(cè)B匝道第七聯(lián)W3的四個(gè)孔道，其中每個(gè)孔道包含兩根絞線。考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采用該技術(shù)采集張拉力隨時(shí)間的變化情況，得出現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的張拉力-時(shí)間曲線如圖2所示：

分析圖2可知，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)張拉力-時(shí)間曲線分為三種形態(tài)，在圖2（a）中直接將下降段的最低點(diǎn)作為有效預(yù)應(yīng)力值；在圖2（b）中將斜率突然減小的拐點(diǎn)作為有效預(yù)應(yīng)力值；在圖2（c）中將曲線的最高點(diǎn)作為有效預(yù)應(yīng)力值。

張拉錨固后真實(shí)的錨下有效預(yù)應(yīng)力，實(shí)際上是張拉力-時(shí)間曲線中的水平段FC，通過(guò)式（2）對(duì)檢測(cè)結(jié)果實(shí)施修正，以提高檢測(cè)結(jié)果的精度。有效預(yù)應(yīng)力修正值用ΔFAC表示，其具體計(jì)算公式如下：

ΔFAC = 0.891 6ΔFAB + 4.827 7 （2）

式中，F(xiàn)AB——曲線峰值點(diǎn)FA與下降段低谷點(diǎn)FB的差值。

錨下有效預(yù)應(yīng)力Fm計(jì)算公式如下：

Fm = FC = FA - ΔFAC （3）

在得出錨下有效預(yù)應(yīng)力后，得出每束鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力的合格率，見(jiàn)圖3所示：

分析圖3可知，每束鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力的合格率均為100%，說(shuō)明在施工過(guò)程中對(duì)于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的精準(zhǔn)掌控，可提高工程質(zhì)量。總體上，無(wú)論是張拉技術(shù)的實(shí)施還是預(yù)應(yīng)力效果的達(dá)成，都完全符合既定要求。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求有效預(yù)應(yīng)力同束不均勻度≤5%，而有效預(yù)應(yīng)力同束不均勻度ξ的計(jì)算公式如下：

ξ = ×100% （4）

式中，St——1束鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差；——1束鋼絞線的平均有效預(yù)應(yīng)力。

依據(jù)式（4）求出4束鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力不均勻度分別為3%、3.2%、2.2%、1.8%。所有的鋼束有效預(yù)應(yīng)力不均勻度均在5%以內(nèi)，符合不大于5%的同束不均勻度要求。

有效預(yù)應(yīng)力同斷面的不均勻度計(jì)算公式如下：

η = ×100% （5）

式中，Dt——1個(gè)斷面每束鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力均值的標(biāo)準(zhǔn)差；——每束鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力均值的平均值。

依據(jù)式（5）求出此斷面的不均勻度為4.02%，所有斷面的不均勻度均在5%以內(nèi)，這表明同斷面的不均勻度較高，控制得相對(duì)較好，符合不大于5%的不均勻度要求。

針對(duì)該工程項(xiàng)目，采用拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)，可有效改善預(yù)應(yīng)力施工的整體質(zhì)量，規(guī)避因預(yù)應(yīng)力損失可能引發(fā)的工程質(zhì)量隱患。通過(guò)該技術(shù)提高有效預(yù)應(yīng)力的合格率，并降低同一束預(yù)應(yīng)力的不均勻度。與以往傳統(tǒng)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法相比，拉脫法不僅顯著節(jié)省了人力資源，還大幅降低了施工成本。與初始方法相比，采用拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)可節(jié)省約1/8的原應(yīng)力檢測(cè)預(yù)算，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2 結(jié)論

在道路橋梁工程中，采用拉脫法可獲取關(guān)鍵的預(yù)應(yīng)力數(shù)據(jù)，為工程質(zhì)量的把控提供有力支持。該方法在檢測(cè)過(guò)程中不破壞橋梁結(jié)構(gòu)，同時(shí)檢測(cè)效率高。因此，通過(guò)拉脫法對(duì)施工階段預(yù)應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力不足的問(wèn)題，以便采取相應(yīng)措施實(shí)施調(diào)整與加固，有效避免梁體開裂問(wèn)題的出現(xiàn)，確保橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。通過(guò)對(duì)基于拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)，在346國(guó)道張家港繞城段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目中楊錦路高架橋B匝道預(yù)應(yīng)力工程的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果得出：該工程所有鋼束有效預(yù)應(yīng)力的不均勻度均在5%以內(nèi)，所有斷面的不均勻度均在5%以內(nèi)，說(shuō)明基于拉脫法的施工階段預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)在該工程項(xiàng)目中展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用效果。

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收稿日期：2025-01-13

作者簡(jiǎn)介：侯立永（1973—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：道路橋梁。