后張法預制梁張拉質量控制及錨下有效預應力提升探討

佘志勇

(深圳惠鹽高速公路有限公司 深圳 518081)

引言

某高速公路枯拈坡大橋3-1箱梁錨下預應力檢測結果顯示，部分預應力筋有效力值偏低，同束不均勻度值超限，檢測結果不滿足相關文件要求，采取退索重新檢測處理。初步判斷由以下幾種情況引起錨下有效應力不足及同束不均勻度值超限：(1)預應力筋編束不規(guī)范，導致同束有效力值的不均勻度值超限。(2)張拉質量控制不嚴，內縮值、力筋回縮量計算錯誤。(3)錨圈口損失較大，導致張拉過程中預應力損失較大[1]。(4)采用疊加錨具作為延長套筒加大了預應力的損失。(5)銹蝕或磨損不平整的限位板影響張拉效果。經過張拉施工過程中問題的分析和查閱相關資料，嚴格控制預應力施工質量并采取改進措施，順利通過了錨下預應力檢測[2]。

1 工程概況

廣東省某高速公路TJ12合同段路線總長13.1km。主線共設14座橋梁，其中大橋9 座，中橋4座，匝道橋1座，橋梁全長2776.8m。共需預制箱梁823片，其中20m箱梁444片，25m箱梁379片。

箱梁預應力鋼絞線采用抗拉強度標準值fpk=1860MPa、公稱直徑d=15.2mm的低松弛高強度鋼絞線，錨具采用YM15-4、YM15-5、YM15-6錨具，預應力管道采用預埋金屬波紋管。

2 后張法預制梁張拉質量控制方法

2.1 預應力鋼絞線編束、穿束控制

箱梁錨下有效預應力同束不均勻度主要受預應力筋的梳編質量影響。目前，梳編束穿束往往被認為是預應力筋張拉前一項簡單準備工作，其過程控制得不到應有的重視，傳統(tǒng)施工工藝較為粗糙，鋼絞線在孔道內已發(fā)生纏繞，施加預應力時各鋼絞線受力嚴重不均勻，易出現斷絲、滑絲、張拉伸長量及有效應力不滿足規(guī)范要求的現象[3]。

為解決預應力筋扭轉、張拉力不均勻及預應力筋錨下預應力檢測合格率低的問題，施工現場采用一種預制梁預應力鋼絞線梳編臺進行鋼絞線梳束、編束，梳編臺如圖1所示。梳編臺由錨具焊接固定在基座上而成，錨具需進行編號，固定時保證兩段錨具中心基本在同一直線上。鋼絞線在梳編臺上梳束時，每隔1～1.5m對鋼絞線進行綁扎，并采用記號筆對預應力筋進行編號，保證鋼絞線穿束過程中與錨具一一對應，避免出現鋼絞線扭轉、纏繞現象。

圖1 預制梁預應力鋼絞線梳編臺

2.2 規(guī)范張拉設備管理控制

張拉設備是梁體張拉施工中質量保證的核心，張拉設備的使用應按照規(guī)范要求每半年或張拉300次進行一次整套靜態(tài)標定。張拉系統(tǒng)應采用靜態(tài)標定的方法，禁止采用動態(tài)標定。動態(tài)標定受摩阻的影響使得張拉設備標定時油壓表讀數偏大，導致張拉設備控制力不準確。

2.3 規(guī)范錨具的使用與安裝

(1)確保張拉使用的材料檢測合格，并且錨具與夾片應配套使用。在選用工作錨具夾片時應選用有品質保證廠家生產的錨具夾片，并且錨具夾片的硬度應滿足規(guī)范要求。如錨具夾片質量較差或錨具夾片硬度不滿足要求，或者錨具與夾片不配套，在張拉工程中容易產生滑絲與斷絲現象[4]。

(2)確保限位板與工作錨具夾片配套使用，限位板應由廠家專門定制。除了錨具與夾片外，限位板也是鋼絞線張拉施工中影響張拉效果的重要因素之一。限位板槽深的大小直接影響夾片回縮以及錨圈口摩阻損失。當限位板槽深過大時，錨具回縮量會增大，預應力損失加大。當槽深過小，夾片與鋼絞線之間的摩擦加大，錨口損失加大，預應力損失亦會增大，將出現實際張拉伸長量偏小、錨下有效應力不足的現象，同時也會使夾片刮傷鋼絞線，出現質量隱患。據了解，目前很多項目使用在外加工的限位板，經常會遇見限位板強度不夠，張拉時被擠壓變形以及限位板槽深與使用錨具夾片不配套，造成張拉時預應力損失增大，錨下有效應力不足[5]。因此，限位板應由工作錨具廠家定制，確保與工作錨具配套使用。歐維姆公司就限位板槽深和鋼絞線直徑匹配值關系如表1所示。

表1 OVM公司-限位深度與鋼絞線直徑匹配表

(3)確保工具錨與工具夾片配套使用，并及時檢查工具夾片使用情況。工具錨及工具夾片應均勻涂蠟或退錨靈并做好日常保養(yǎng)工作，防止銹蝕。夾片銹蝕嚴重會使其硬度減少，易產生滑絲現象。鋼絞線銹蝕嚴重，其有效截面面積減少，在張拉施工中易引起回縮過大，從而造成預應力損失或出現滑絲、斷絲現象。工具夾片在安裝過程中應擊打均勻，否則易導致整束張拉力分布不均勻，從而影響同束不均勻度指標。

2.4 使用廠家定制配套的延長套筒

受箱梁預制工藝的影響，張拉端需采用延長套筒輔助張拉施工作業(yè)，施工單位為了簡便,一般采用疊加錨具的方式替代延長套筒。根據相關規(guī)范顯示，錨具與鋼絞線之間存在摩擦力的作用，疊加的錨具越多，阻力越大，張拉時的預應力損失越大[6]。除此之外，錨具與限位板之間無對中卡位，致使鋼絞線往下墜，張拉時因錨具、限位板及千斤頂偏心將會導致同束鋼絞線上下受力不均勻，從而影響同束不均勻度指標。

2.5 確定預應力鋼絞線內縮值測量取值

現場采用標尺量測法對工具錨的鋼絞線內縮值進行量測。千斤頂安裝就位后并經嚴格調軸后，選一根鋼絞線，在工具夾片外1cm左右的位置安裝帶標尺的專用工具(如圖2所示)。智能張拉分為初始應力、相鄰級應力及控制應力。當張拉至初應力σ0時，持荷期間測量出L’0值，當張拉至初應力σ1時，持荷期間測量出L’1值，當張拉至初應力σk時，持荷期間測量出L’k值，具體計算方法如下：

圖2 自制夾具量測內縮值示意圖

1)從初應力σ0張拉至相鄰級應力σ1時工具錨的鋼絞線內縮值NS1為：

NS1=(L’0-L’1)

(1)

2)從初應力σ0張拉至控制應力σK時工具錨的鋼絞線內縮值NS2為：

NS2=(L’0-L’K)

(2)

3)張拉過程中的工具錨的鋼絞線名義內縮值NS為：

NS=NS1+NS2

(3)

式中：L’0-張拉至初應力σ0時的鋼絞線內縮量測初始值

L’1-張拉至相鄰級應力σ1(σ1=2σ0)的鋼絞線內縮量測值

L’k-張拉至控制應力σk時的鋼絞線內縮量測值

現場對枯拈坡大橋左幅1-4、2-2、2-3(均為25m箱梁)進行張拉，并量測鋼絞線內縮值，具體量測數據如表2、表3、表4。

表2 枯拈坡大橋左幅1-4鋼絞線內縮值

表3 枯拈坡大橋左幅2-2鋼絞線內縮值

表4 枯拈坡大橋左幅2-3鋼絞線內縮值

2.6 復核智能張拉的預應力筋回縮量

施工前設定智能系統(tǒng)的張拉程序，在千斤頂張拉至σk、5min持荷及伸長量自動測量完成后，增加一個步驟，即回油至初應力時持荷，由系統(tǒng)自動測量錨固后的剩余伸長量LM，然后按原步驟完成張拉工作。如果預應力筋回縮量SH大于6mm，應暫停施工，查找原因。

預應力筋回縮量SH計算方法為：

SH=(LK-LM)-(1-σ0/σk)LQ

(4)

式中：(1-σ0/σk)LQ指σ0～σk行程的千斤頂工作段長度的鋼絞線伸長量；

Lk為張拉至控制應力σk時預應力筋的伸長量；

LM為回油至初應力時持荷由自動量測錨固的剩余伸長量。

現場對枯拈坡大橋左幅2-2(25m箱梁)進行張拉，并量測復核預應力筋回縮量，具體量測復核數據如表5所示。

表5 枯拈坡大橋左幅2-2鋼絞線內縮值

其中初應力取15%的控制應力；

張拉工作段單端長度65cm，LQ取4.6mm。

(1-σ0/σk)LQ=(1-15%/100%)×4.6mm=3.91，取4mm。

查找智能張拉設備量測的左N1、右N3、左N2、左N5、右N4預應力筋回縮量分別為3mm、3mm、4mm、5mm、4mm，與實際量測的數據相符，數據均不大于6m，張拉質量符合要求。

2.7 嚴格控制智能張拉力和伸長量

智能張拉系統(tǒng)實現了張拉作業(yè)自動化,具有張拉力同步精確、自動控制張拉力、加載速率、停頓點、持荷時間等要素的特點,同時還實現了適時監(jiān)控、規(guī)范管理、確保數據真實可靠等管理功能,確保預應力張拉施工質量[7]。預制箱梁張拉采用150T千斤頂進行數控張拉,4個千斤頂對稱張拉,以枯拈坡大橋左幅1-4邊梁張拉為例，按照超張103%的控制力進行張拉施工作業(yè)。

表6 枯拈坡大橋左幅2-2箱梁N1理論伸長量計算表

式中：ΔL為預應力鋼絞線張拉理論伸長量(mm)；

PP為預應力筋的平均張拉力(N)；

L為預應力筋的長度(mm)；

Ay為預應力筋的截面面積(mm×mm)；

Eg為預應力筋的彈性模量(N/mm×mm)；

P為預應力筋張拉端的張拉力(N)；

X為從張拉端至計算截面的孔道長度(m)；

θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和(rad)；

k為孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(取值0.0015)；

μ為預應力筋與孔道壁的摩擦系數(取值0.25)。

鋼絞根據設計要求采用低松弛Φs15.2鋼絞線,張拉控制應為：0→15%應力→30%應力→0con(持荷5min錨固)。

張拉前將參數按照張拉順序進行編號輸入計算機中，計算機與張拉設備進行連接,張拉作業(yè)完成后，張拉油壓及伸長值如表7所示。

表7 枯拈坡大橋左幅2-2箱梁N1油壓、伸長量統(tǒng)計表

經過公式計算伸長值△L=△L1+△L2-Ns-LQ=101+99-2×5-2×4.6=180.8mm。

其中：

Ns為兩端鋼絞線內縮值,取均值5mm；

LQ為兩端工作段長度理論伸長值均取4.6mm(兩端各工作端長度為65cm)；

查看智能張拉設備伸長值的結果，計算結果與查詢結果一致，伸長值均為180.8mm,伸長值的允許偏差為(180.8-174)/174=3.9%,滿足規(guī)范要求的±6%。

3 錨下預應力檢測數據分析

根據枯拈坡大橋左幅2-2#梁復檢結果(如表8所示)：1)共檢測10束44根預應力筋，有效力值在允許±6%范圍內44根，合格率100%；2)檢測的10束整束平均力值在允許±5%范圍內；3)斷面平均力值在允許±4%范圍內；4)檢測的10束同束不均勻度在允許±6%范圍內；5)同斷面不均勻度在允許±4%范圍內。預制梁鋼絞線錨下預應力值及均勻度檢測結果均滿足相關文件要求。

表8 枯拈坡大橋左幅2-2#梁復檢結果

4 錨下有效預應力值及均勻度提升的建議

結合本項目預制梁錨下預應力檢測經驗及查找相關實例，對后張法預制梁張拉施工中提升錨下有效預應力的措施提出以下幾點建議：

1)鋼絞線下料后應按照要求規(guī)范編束，編束要求間距1～1.5m，每根鋼束順直，避免鋼絞線在張拉過程中出現扭轉現象，保證每一根鋼絞線能夠受力均勻，從而減小有效預應力不均勻度值[8]。

2)鋼束及錨具孔均要求編號并對應安裝，張拉過程中應保證千斤頂與限位板同心，到達張拉控制力后應保證有效持荷時間。

3)根據梁端至工作錨具的距離配備足夠長的延長套筒，延長套筒應由錨具廠家配套定制。避免采用疊加錨具的方式導致加大錨下應力的損失。

4)限位板應與錨具配套使用且無明顯磨損，限位板槽深一般為6～8mm[9-10]。限位板磨損過大或者限位板槽深不均勻，將導致工作夾片回縮量超標，加大了錨下應力損失。

5)張拉施工前應將工具錨與工具夾片敲打齊平，并仔細檢查工具錨與工具夾片安裝的緊密程度，確保張拉過程中鋼絞線受力均勻，同束均勻度滿足規(guī)范要求。

5 結語

智能張拉施工工藝已普遍應用到后張法預制梁張拉施工中，其張拉均衡穩(wěn)定，張拉控制應力較好，滿足“雙控”和同步張拉的規(guī)范要求，較大程度的保證張拉施工質量。根據預制梁錨下預應力檢測不合格的結果，經過分析并總結了后張法預制梁張拉施工控制方法，同時通過錨下預應力檢測試驗驗證了預制梁錨下預應力滿足規(guī)范要求，并提出了提升錨下預應力值及均勻度的建議，可為后續(xù)同類工程工提供借鑒和參考。