存期過長的預應力梁片質量檢測與評價方法

■付賢龍

（三明市交通運輸綜合執法支隊，三明 365000）

橋梁預制拼裝工藝能夠加快建造速度、降低工程造價，在山區公路橋梁建設中運用十分廣泛。 福建省地處東南丘陵地段，境內峰嶺聳峙，丘陵連綿，河谷、盆地穿插其間，山地、丘陵占全省總面積的80%以上，素有“八山一水一分田”之稱。 因此，橋梁預制拼裝工藝在我省應用也較多。 此外，福建省近年來一直推進公路工程施工標準化建設，對公路橋梁工程的預制拼裝、標準化施工的質量及精度要求越來越高。 受新冠肺炎疫情影響，部分工程因防疫要求，工人無法及時到崗，加之地方財政負擔較大，致使工程處于停工狀態。 已預制好的梁片放置在存梁區時間超過了JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術規范》[1]規定的最大存放時間5 個月。待項目恢復生產時，如何正確評價存放的梁片是否滿足施工質量檢驗要求，是一個需要解決的問題。

后張法預制梁施工后，隨著時間的推移，有效預應力的效應、混凝土收縮和徐變等均會引起預制梁上拱值的變化。 鄔曉光等[2]認為在混凝土收縮、徐變的作用下， 隨著預應力混凝土梁存放時間的增加，簡支梁片上拱值增幅較大。 王超[3]在對高速公路大跨度預應力T 型梁施工階段上拱度計算時，總結得到預應力結構在存梁期間，上拱度隨時間推移逐漸增大，在張拉后第60 d 與張拉后整10 年的上拱度偏差不大。 楊海忠[4]對預制梁片上拱的影響因素進行研究，結果表明結構的有效預應力直接影響結構上拱度值的大小。 何劍輝[5]指出預應力結構上拱值偏小的原因在于預應力的損失或有效預應力不足，上拱度偏大的原因在于存梁期過長，鋼筋逐漸松弛，混凝土產生收縮徐變現象。 綜上可知，對預制梁梁片上拱值有較大影響的主要因素有有效預應力大小、預應力損傷、混凝土收縮徐變等。 因此后續預應力混凝土預制梁的質量檢查中應重點關注存期較長的預制梁的有效預應力等內容。 為此，本研究結合某公路橋梁工程存梁超期的案例，闡述預應力梁預制質量檢驗技術，重點討論預制梁上拱度因存期過長引起的問題及檢測方法。

1 質量驗收技術路線及方法

對于存梁時間過長的預應力結構，JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術規范》[1]的條文規定：“預應力混凝土梁、板的存放時間宜不超過3 個月，特殊情況下應不超過5 個月；存放時間超過3 個月時，應對梁、板的上拱度值進行檢測。 評價指標：將上拱度值與設計上拱度值進行對比，當上拱度值過大將會嚴重影響后續橋面鋪裝施工或梁、板混凝土產生嚴重開裂時，則不得使用。 ”然而對于上拱度值偏小的結構如何進行質量驗收評價，并沒有相關規范條文規定，對建設單位開展施工質量管理造成一定的困難。 根據經驗，當上拱度值過小，存在預應力損失，應進行相應的檢測，評價有效預應力或梁體整體承載力是否滿足設計要求，具體技術路線見圖1。

圖1 上拱度偏小結構質量驗收技術路線

1.1 上拱度測量

上拱度是指預制主梁結構為抵抗運營期間的外界荷載作用預先設置的變形值。 在梁場的預制梁片開展上拱度測量的方法主要有尺量法、水準儀法2 種。其中尺量法適用于梁片仍在預制臺座上，無枕木墊底。 運用斜塞尺、游標卡尺等測定跨中位置與兩側支點位置距離基準線的距離h’，通過計算扣除施工上拱度h 獲得上拱度值△h。

水準儀法適用于梁片已經調離預制臺座，放置在枕木上。 在梁片兩端及跨中位置梁底粘貼3～5 mm 鋼板作為底座，水準尺放置在底座上，采用水準儀測量實際高程值， 上拱度值△h=-H1/2-h，其中H1為小里程梁端梁底高程；H2為大里程梁端梁底高程；H1/2為跨中梁底高程；h 為施工上拱度，見圖2。

圖2 水準儀法測試上拱度

1.2 有效預應力測試

預制梁上拱值的大小與有效預應力有關。 而預加的有效預應力主要影響因素有預應力施加時產生的孔道摩阻、錨圈口摩阻、錨夾具變形、鋼絞線回縮、鋼絞線松弛等。 有效預應力越大，上拱度越大；反之則小。 對于上拱度小于設計值的梁片，需要測量其在有無注漿狀態下的有效預應力才能判斷是否滿足梁片使用要求。 檢測項目可以分為破壞性檢測、無損檢測及單片梁靜載試驗3 種，各方法之間的比較分析見表1。

表1 有效預應力測試方法比較分析

圖3 張緊弦受力圖式

圖4 反拉法檢測有效預應力原理圖

圖5 有效張力引起混凝土振動體系關系圖

圖6 單片梁靜載試驗圖

2 工程實例分析

三明境內某國道擴建項目，橋梁設計上部結構為2×20 m 預應力砼簡支空心板。設計梁片40 片，每片長20 m。2019 年12 月24 日起開始第1 片空心板梁的澆筑，2019 年12 月24 日至2020 年1 月14 日，共計澆筑20 片空心板梁。2020 年3 月8—23 日澆筑剩余20 片空心板梁。 項目受新冠肺炎疫情影響于2020 年9 月恢復施工，現場的預制空心梁存梁期均超過6 個月及以上，需要進行梁片質量檢測。 根據圖1 技術路線，本項目檢測內容主要包括：（1）對40 片空心板梁進行上撓度值檢測，并與設計值進行對比；（2）選擇上撓度值過小的梁片，進行預應力張力檢測，評價有效預應力是否滿足設計要求。

采用水準儀對現場40 片梁進行上撓度測試，根據設計文件：“20 m 預制空心板梁張拉后理論計算上拱值為19.1 mm， 存梁60 d 內上拱值為22.7 mm。 為了防止預制板上拱度過大，且預制板與橋面現澆層由于齡期差別而產生過大收縮差，存梁期不宜超過90 d， 若累計上拱值超過計算值10 mm，應采取控制措施。 ”實測上拱度值分布情況見表2、圖7。 實測上拱度實測值最小為18.79 mm，最大為35.53 mm。

表2 梁片上拱度值分布區間

圖7 某橋梁片上拱度實測分布

根據上撓度檢測結果，現場抽取了上撓度值實測最小的1 片空心板梁，采用前述檢測方法對該片空心板梁N1 預應力鋼束的有效預應力張力值進行檢測，其中反拉法因不適用于有粘結預應力孔道的張力測試，本次無法使用。

2.1 單片梁靜載試驗法

根據圖紙建立結構有限元模型（圖8），施加一定的預應力， 在考慮混凝土收縮徐變效應的情況下，使結構滿足上撓度僅為18.79 mm 的數值要求，對該模型開展靜載試驗。 靜力荷載的施加需要滿足規范[7]的要求，荷載試驗效率ηq宜介于0.95～1.05，計算公式見式（1）。

圖8 單片梁有限元模型

式中：SS—荷載試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的加載控制截面內力或位移的最大計算效應值；S—控制荷載產生的同一加載控制截面內力或位移的最不利效應計算值；μ—按規范取得沖擊系數值。

通過靜力荷載試驗，各測試截面應變、撓度的測量值校驗系數為0.84～0.86，相對殘余撓度最大值為8.0%，結果滿足JTG/T J21-01-2015《公路橋梁荷載試驗規程》[7]要求。 根據靜力試驗結果推斷該梁孔道后張力值為1 550 kN。

2.2 等效質量法

通過測試敲擊錨圈口時錨頭附近混凝土的振動響應，獲得振動時域曲線（圖9），多次測試進行算術平均分析獲得張力值為1 444 kN。

圖9 單次測試振動曲線

圖10 多次測試綜合分析結果

2.3 單弦張拉法

破壞性測點選擇在該梁片N1 孔道跨中位置，采用小型機械局部鑿除預應力鋼束保護層，形成最大約30 cm×80 cm 的槽口，臨時剝除有干擾的橫向構造鋼筋及波紋管，使鋼束外露，現場檢測見圖11。采用預應力鋼索張拉儀對單根鋼絞線依次張拉測試，計算該鋼束的張力值為1 576 kN。

圖11 單弦張拉法現場檢測

對以上3 種方法進行結果分析（表3），該梁片N1 孔道的張拉力設計值為1 674.0 kN，綜合評價預應力張力實測值與設計值相對偏差為-6.6%。 參考JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術規范》[1]后張法施工預制梁，在張拉錨固后，建立在錨下的實際有效預應力與設計張拉控制應力的相對偏差不超過±5%。本次檢測結果表明：該梁片的N1 孔道的有效預應力張力實際檢測結果不滿足規范要求，存梁時間過長降低孔道的有效預應力。

表3 不同測試方法結果分析

3 結語

本研究針對存梁期過長的預應力混凝土預制梁片質量檢驗技術進行研究和總結， 得到以下結論：（1）存梁時間過長，會造成結構孔道有效預應力的損失過大，有效預應力不足，實測預拱度偏小，結構的承載能力不足；因此對于實測上拱度偏小的預制梁片應進行有效預應力檢測；（2）結合實際工程案例，在應對類似工程時，推薦使用單弦張拉法或單梁靜載試驗法進行整體評估檢測。