PC箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量監(jiān)控

明鴻楨 楊 滔

1 概述

許多預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋在運(yùn)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(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的腹板比較明顯,嚴(yán)重影響了橋梁的剛度和耐久性。文獻(xiàn)[1]～[7]報(bào)道表明:施加腹板豎向預(yù)應(yīng)力并沒能完全防止腹板的開裂,豎向預(yù)應(yīng)力損失過大或失效,是導(dǎo)致混凝土箱梁橋腹板開裂以致達(dá)不到設(shè)計(jì)目標(biāo)的主要原因之一。但目前深入研究豎向預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量問題的文獻(xiàn)不多,加之部分文獻(xiàn)所示試驗(yàn)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(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量存在的問題及應(yīng)采取的控制措施和相關(guān)監(jiān)測方法進(jìn)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(guān)應(yīng)用實(shí)踐,為了橋梁的健康運(yùn)營,建議對PC箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量也進(jìn)行施工監(jiān)控。

2 豎向預(yù)應(yīng)力張拉失效

工程中普遍采用Φ 32精軋螺紋鋼筋(設(shè)計(jì)張拉力540 kN)及YGM-32錨具作為豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng),其基本構(gòu)造及布置見圖1。

2.1 預(yù)應(yīng)力損失過大

縱向預(yù)應(yīng)力損失的各成分在豎向預(yù)應(yīng)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(gòu)成錨固傳力損失,是造成預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力張拉的人為因素

所謂人為因素即施工人員作業(yè)時(shí)的隨意性,表現(xiàn)為張拉力不到位、擰螺母時(shí)緊固程度不夠甚至漏擰,這將直接導(dǎo)致預(yù)應(yīng)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(shè)備對中等誤差過大,文獻(xiàn)[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(xiàn)[6]的試驗(yàn)研究表明,施加 1 500 N?m扭矩有時(shí)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(xiàn)[9]建議在張拉力達(dá)到540 kN時(shí)施加1 200 N?m扭矩,也可以根據(jù)扭矩與緊固力的關(guān)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(biāo)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(jìn)行二次張拉

試驗(yàn)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(shí)程特性及施工方便,建議二次張拉時(shí)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(yù)應(yīng)力張拉可能導(dǎo)致的縱向裂縫,第二避開了混凝土的強(qiáng)水化熱時(shí)段,第三有滯后張拉的效果減小了豎向壓應(yīng)力空白區(qū)[6]。第一次張拉采用分節(jié)段即時(shí)張拉,為了便于二次張拉可將第一次張拉力控制在設(shè)計(jì)值的80%～90%,30 d后的第二次張拉須達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力的100%。

表1 太澳高速廣珠西線部分標(biāo)段2008年8月豎向預(yù)應(yīng)力測試情況表

表2 太澳高速廣珠西線部分標(biāo)段2008年9月豎向預(yù)應(yīng)力測試情況表

4 施工質(zhì)量檢測技術(shù)

對有效張拉力進(jìn)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(yīng)變片、安測力傳感器不經(jīng)濟(jì),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(yīng)力集中;延伸量法不準(zhǔn)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(yù)應(yīng)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(biāo)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(biāo)的數(shù)據(jù)),值得注意的是6標(biāo)始終使用扭力扳手,限定施加1 000 N?m的預(yù)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(jié)語

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

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