對精軋螺紋鋼筋作為群錨的錨固力損失研究

孫瑛鳳

(遼寧省公路勘測設計公司 沈陽市 110006)

1 工程簡介

1.1 工程概況

某特大橋橋梁全長971m，跨徑布置為：8×32.7m簡支箱梁+(32.7+2×61.75)m T構梁+(1×436)m中承式鋼-混結合拱橋+(2×61.75+32.7)m T構梁+2×24.7 m簡支箱梁。主橋為(1×436)m中承式鋼-混結合拱橋,拱肋采用鋼-混結合拱方案，拱上立柱采用雙柱式框架墩，主梁采用單箱三室預應力混凝土梁，見圖1。

圖1 某特大橋橋式圖

主橋拱座為整體嵌巖基礎，拱座基礎尺寸分別為60.0m×28.5m×高30.2m(成都側)、50.0m×28.5m×高26.2m(貴陽側)。主橋過渡墩直接支承在拱座基礎上，墩身采用薄壁空心墩，圓端形截面，四向變坡，坡度1∶40(橫向)、1∶35(縱向)，墩身高度67.526m。

1.2 纜索吊機總體布置

某特大橋纜索吊機主要由扣塔、纜塔、錨碇、錨固系統、纜索系統、機械系統、操作系統和指揮通訊系統等組成。成都側和貴陽側扣塔分別布置在10#墩拱座和11#墩拱座頂面，與拱座混凝土固結，高145.86m；纜塔位于扣塔頂端，以鉸接方式連接，高為37.2m。扣塔和索塔均采用鋼管樁立柱加連接系和斜撐的支架方式布置。錨碇采用巖錨結構，分別通過預應力錨索錨固在兩岸山體內。主索采用2-12Φ60鋼絲繩，主索上設4臺100t跑車；起重索采用2-2Φ34鋼絲繩走8布置，起重卷揚機僅在成都側四臺15t卷揚機；牽引索采用2-2Φ36鋼絲繩走4布置，兩岸各布設4臺22t卷揚機作為跑車牽引。該纜索吊總跨徑為459.5m，單組主索額定吊重為150t。纜索吊機總體布置如圖2纜索吊機總體布置圖。

圖2 纜索吊機總體布置圖

2 錨碇布置及結構

纜索吊機錨碇分為主纜錨碇、后風纜錨碇等，其中成都岸主纜錨碇位于5#墩與6#墩之間，后風纜錨碇分別布置在6#墩左右側約35m處(與扣塔錨碇共用)；貴陽岸主纜布置在15#臺承臺上，后風纜錨碇分別布置在15#臺左右側(與扣塔錨碇共用)。

成都側主纜錨碇為鋼筋混凝土結構，利用28根8-Φ15.24鋼鉸線錨固在巖體內，單根錨索長度為47m，24根主纜分別通過6組錨固梁錨固在錨碇上，單組錨固梁與錨碇混凝土通過10根預埋精軋螺紋鋼筋錨聯接固定，見圖3～圖5。

圖3 成都側主纜錨碇布置圖

圖4 成都側主纜錨碇結構圖

圖5 成都側主纜錨固系統圖

圖6 貴陽側主纜錨碇結構圖

貴陽側主纜錨固在15#臺承臺上，承臺在原設計基礎上增加1排樁基(3根)，承臺尺寸由8.8×9.2×2m 調整為12×9.8×3m，并在承臺上增加8根預應力錨索輔助承臺進行受力，預應力錨索與水平面夾角為37.45°，見圖7。

圖7 貴陽側主纜錨碇平面布置圖

錨索錨碇均由C35混凝土、預埋錨筋(PSB930 Φ32mm精軋螺紋鋼)、預應力錨索等組成。

錨索錨碇采用預應力巖錨+混凝土板結構。扣錨索系統的錨索通過錨箱和銷軸將力傳遞至錨座上，錨座通過錨塊內預埋的PSB930 Φ32mm精軋螺紋鋼錨固于錨碇混凝土上。

3 群錨錨固力損失試驗

3.1 試驗背景

錨索錨碇在前期工作過程中，預埋精軋螺紋鋼出現不明原因斷裂現象，為保證錨碇結構安全工作，采用錨碇加固方案，具體方案如下：

將錨座拆除后重新改制，增加其錨筋數量，然后在錨索錨碇原錨座位置鉆孔植筋，植筋深度為1.9m，鉆孔直徑為Φ90mm，植筋采用TY-Z15型早強支座灌漿料進行灌漿植筋。

為了分析錨碇Φ32mm精軋螺紋鋼筋群錨受力情況，以指導錨碇加固施工，確保纜索吊機及扣掛系統安全可靠，現場組織進行精軋螺紋鋼筋群錨錨固力損失研究試驗。

3.2 試驗設備和方法

(1)試驗材料設備

表1 試驗材料設備

(2)試驗方法

利用現有錨座進行群錨錨固力損失研究試驗，先分級張拉單根錨筋測試其錨固力損失情況；然后模擬原錨座錨筋張拉工藝，即按順序分級逐根張拉全部錨筋，測試單根錨筋剩余錨固力損失情況。

3.3 試驗過程

試驗流程：安裝精軋螺紋鋼→安裝鋼結構表貼式應變計→安裝張拉設備→調試綜合測試儀→分級張拉單根錨筋→逐根分級張拉全部錨筋。

利用現有A型錨座進行研究試驗，將1#錨筋按20%、40%、60%、100%四個工況進行張拉鎖定，測試其錨固力損失；然后按照圖8示意圖編號順序按40%、80%、100%三個工況依次張拉其它5根錨筋并鎖定，測試1#錨筋剩余錨固力并記錄數據，測試頻次按每根錨筋每張拉一級測試一次；最后通過測試數據計算和分析錨固力損失情況。

圖8 錨座錨筋張拉順序示意圖

3.4 試驗結果與分析

PSB930級精軋螺紋鋼屈服強度最小值930MPa，彈性模量E=202GPa,φ32mm截面積804.25mm2，實驗過程均處于彈性變形范圍，根據胡克定律進行應力計算。

3.4.1試驗結果

(1)根據4組單根Φ32mm精軋螺紋鋼錨固試驗測試數據，在張拉過程中千斤頂張拉力與實測張拉力基本一致，單根錨筋按40t張拉力進行張拉，平均實測張拉力為39.4t，偏差-1.5%；鎖定之后單根錨筋平均剩余錨固力為27.73t，錨固力損失29.6%。

表2 單根Φ32精軋螺紋鋼張拉錨固試驗

(2)模擬原錨座錨筋張拉工藝，根據6根Φ32mm精軋螺紋鋼群錨錨固試驗測試數據，1#錨筋按40t張拉力張拉鎖定后剩余錨固力為26.22t。在逐根張拉并錨固鎖定其它5根錨筋的過程中，1#錨筋錨固力逐漸減小，最終錨固力僅為15.9t，1#錨筋剩余錨固力累計損失39.36%，見表3。

表3 Φ32精軋螺紋鋼群錨錨固試驗

3.4.2試驗結果分析

根據試驗數據，繪制“1#錨筋錨固力損失曲線圖”可以看出，1#錨筋按100%張拉力張拉鎖定后錨固力損失較大，2#錨筋張拉鎖定過程中1#錨筋錨固力出現進一步較大損失，3#～6#錨筋張拉鎖定過程中1#錨筋錨固力損失趨于平緩，見圖9。

圖9 1#錨筋錨固力損失曲線圖

結合試驗結果及現場實際情況進行分析，錨筋受力不均的主要原因是原張拉工藝是將錨座錨筋逐根張拉至100%張拉力進行錨固，使得錨座頂面鋼板變形不均勻，導致錨固力損失較大，錨筋受力不均，錨固力達不到設計要求。另外，錨座加工時錨座加勁板磨光頂緊誤差，焊接變形，錨座頂面鋼板表面不平整等在張拉過程中也會造成錨座頂面鋼板變形不均勻，導致錨固力損失。

3.4.3研究成果

為了有效控制群錨受力精度，保證各錨筋錨固力達到設計要求且受力均勻，在錨碇加固施工群錨張拉錨固過程中采取補償措施。錨座錨筋張拉時按40%、80%、100%分三級逐級逐根循環張拉錨固，即先將所有錨筋依次對稱按第一級張拉力進行鎖定，再重新按順序進行下一級張拉力張拉鎖定，按此循環直至100%的張拉力后進行錨固。

4 結束語

通過對精軋螺紋鋼筋群錨錨固力損失的研究，明確了前期錨碇群錨施工錨筋的受力情況。結合研究成果，后續錨碇加固施工過程中采取了錨筋張拉補償措施，通過對張拉工藝的優化，有效降低了錨筋的錨固力損失，成功解決了群錨錨筋受力不均勻，錨固力達不到設計要求的問題。精軋螺紋鋼筋群錨錨固力損失的研究不僅保障了某特大橋纜索吊機及扣掛系統的安全可靠，同時為精軋螺紋鋼筋群錨施工提供了寶貴的技術數據，具有明顯的參考價值。