錨索測力計(jì)在雙洎河渡槽監(jiān)測中的應(yīng)用

汪林

（中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710043）

1 工程概況

雙洎河渡槽全長810 m，其中梁式渡槽為預(yù)應(yīng)力混凝土矩形槽，長600 m。閘渡連接段長55 m，進(jìn)出口漸變段長155 m，分2聯(lián)4孔20跨，單跨寬30 m。單孔凈寬7 m，槽高7.9 m，設(shè)計(jì)流量為305 m3/s，加大流量為365 m?/s。單跨渡槽一期C50F200W8混凝土方量約982 m3，鋼筋總量163 t，鋼鉸線重量56 t，單跨總重量2 500 t，屬世界之最[1]。

對于這個(gè)大型的構(gòu)件來說，在其施工及運(yùn)行過程中的安全監(jiān)測工作就顯得尤為重要。因此在項(xiàng)目的實(shí)施過程中，一個(gè)重點(diǎn)關(guān)注方面就是對渡槽預(yù)應(yīng)力錨索的監(jiān)測。

2 過程簡述

雙洎河渡槽槽身為三向預(yù)應(yīng)力C50混凝土結(jié)構(gòu)，單跨縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線共63孔，兩端張拉，其中53孔為直線筋，10孔曲線筋；單跨橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線共128孔，其中64孔為直線筋，64孔為曲線筋，直線筋一端張拉，曲線筋兩端張拉。單跨豎向預(yù)應(yīng)力鋼絞線共378孔，豎向鋼絞線均為直線筋，單端張拉。監(jiān)測儀器在橫向、縱向、豎向位置均勻布設(shè)，工程中選取第3，12，20號跨3個(gè)監(jiān)測斷面共計(jì)66支預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行永久監(jiān)測。

槽身所用的鋼絞線結(jié)構(gòu)為1×7（9）；公稱直徑?s15.2 mm；公稱截面面積140 mm2；工程選定的?s15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa。直線鋼束錨下張拉控制應(yīng)力σcom=0.75 fptk=1 395 MPa，曲線鋼束錨下張拉控制應(yīng)力σcom=1 436.85 MPa[2]。錨具型號分別為M15A-7（縱向和橫向），M15A-9（縱向和橫向），M15A-5（豎向），M15-5PT（豎向）。

錨索張拉順序?yàn)椋好侩A段按先縱向后橫向再豎向，縱向和橫向曲線均為兩端張拉，橫向直線和豎向?yàn)橐欢藦埨??？v向底板部位張拉分2次進(jìn)行，第一次由兩側(cè)到中間間隔對稱張拉，第二次待上部分張拉完成后再進(jìn)行張拉；橫向開始時(shí)由兩端向跨中Z字形間隔張拉，完成后再由跨中向兩端Z字形間隔張拉剩部分；豎向開始時(shí)由兩端向跨中Z字形間隔張拉，完成后再由跨中向兩端Z字形間隔張拉剩部分。張拉完畢經(jīng)過24 h復(fù)查，確認(rèn)無滑絲、斷絲時(shí)方進(jìn)行鋼絞線頭的切割，割絲保留長度為夾片外30 mm，且保證封錨混凝土保護(hù)層厚度不小于30 mm。鋼絞線的切割采用砂輪切割機(jī)切除。

監(jiān)測儀器采用北京基康BGK4 900-1 2001 4001 800 kN三種型號振弦式錨索測力計(jì)[3]，預(yù)應(yīng)力張拉按5個(gè)階段進(jìn)行：0→10%σcon→25%σcon→50%σcon→75%σcon→100%（103%）σcon（持荷10 min→補(bǔ)張至100%（105%）σcon）。在施工過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行各級張拉數(shù)據(jù)的記錄，嚴(yán)格控制油壓表的讀數(shù)，并對鋼絞線的伸長量進(jìn)行測量，確保鋼絞線實(shí)際伸長量控制在理論伸長量±6%范圍內(nèi)，兩端不對稱張拉未超過±10%。

3 數(shù)據(jù)計(jì)算

3.1 人工觀測

BGK-4900系列錨索測力計(jì)電纜連接：1號傳感器輸出線為紅色-紅色；2號傳感器輸出線為黑色-黑色；3號傳感器輸出線為藍(lán)色-藍(lán)色；4號傳感器輸出線黃色-黃色；溫度傳感器輸出線為綠色-白色。采用BGK-408讀數(shù)儀進(jìn)行觀測，分別測量4個(gè)測弦的頻率（模數(shù)），同時(shí)記錄測量時(shí)間、編號等相關(guān)信息。

3.2 荷載計(jì)算

式中：Pi——錨索荷載，kN；G——儀器系數(shù)，kN/kHz2；K——溫度系數(shù)，kN/℃；R0——初始頻率模數(shù)平均值，kHz2；Ri——當(dāng)前頻率模數(shù)平均值，kHz2；T0——初始溫度，℃；Ti——當(dāng)前溫度，℃。

4 簡要分析

選取渡槽第20跨DP20-4和DP20-22兩支監(jiān)測儀器實(shí)測荷載、溫度與觀測日期的關(guān)系曲線見圖1，2所示。從連續(xù)3年的測值來看，施加到預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件上的初始預(yù)應(yīng)力，由于種種原因會(huì)發(fā)生應(yīng)力損失[4]：有張拉過程中引起的瞬時(shí)性預(yù)應(yīng)力損失，錨索鎖定過程的損失以及鎖定后因時(shí)間變化引起的損失等。具體表現(xiàn)在：儀器安裝初期（鎖定階段）儀器荷載損失較小，在隨后的20～30 d內(nèi)，鎖定荷載出現(xiàn)較大幅度的損失，然后逐漸趨于穩(wěn)定[5]。

圖1 第20跨縱向上游中墻中部錨索測力計(jì)DP20-4變化曲線圖

1）張拉及鎖定過程損失。

圖2 第20跨橫向左側(cè)底板中間斷面（上）錨索測力計(jì)DP20-22變化曲線圖

表1 中墻底板曲線預(yù)應(yīng)力筋張拉端各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失MPa

橫向預(yù)應(yīng)力筋為雙向張拉，曲線預(yù)應(yīng)力筋錨下張拉控制應(yīng)力σcon＝1 436.85 MPa，直線預(yù)應(yīng)力筋錨下張拉控制應(yīng)力σcon＝1 395 MPa。在張拉后回縮值為6 mm、孔道摩擦系數(shù)u＝0.17、k＝0.001 5、預(yù)應(yīng)力筋彈模E＝1.95×105MPa條件下底板橫向預(yù)應(yīng)力筋張拉端各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失見表1。

按照錨固回縮計(jì)算公式：回縮損失=（錨固前拉力－錨固后拉力）／錨固前拉力×100%，得出實(shí)測數(shù)據(jù)，見表2。

從表2可以看出：錨索在鎖定后（10 min），DP20-4瞬時(shí)損失率為3.32%，DP20-20瞬時(shí)損失率為2.52%，張拉鎖定階段錨索的回縮損失約占總錨固比的1%～4%。隨后，錨固應(yīng)力測值變化表現(xiàn)為小幅、頻繁波動(dòng)，這一階段持續(xù)20～30 d，該階段錨索有效預(yù)應(yīng)力降損失為總錨固力的10%～15%，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位給出的總損失百分比做對照，真實(shí)地驗(yàn)證了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)[7]。

2）因時(shí)間變化引起的損失。

預(yù)應(yīng)力錨索加固結(jié)構(gòu)的效果取決于預(yù)應(yīng)力的長期保持。從表2可以看出，儀器安裝完成30 d左右，由于錨索在巨大的初始應(yīng)力作用下造成的鋼絞線松弛，以及混凝土自身收縮和徐變損失發(fā)生的變形已基本穩(wěn)定，儀器測值也就逐漸趨于穩(wěn)定。

表2 第20跨渡槽錨索測力鎖定值及鎖定前后損失率統(tǒng)計(jì)表

對于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件來說，預(yù)應(yīng)力損失的大小將直接影響建立的有效預(yù)應(yīng)力的大小，進(jìn)而影響構(gòu)件乃至整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能。在錨索張拉過程中對高強(qiáng)混凝土筑件所施加的有效預(yù)應(yīng)力，其預(yù)應(yīng)力損失值或?qū)崪y值的大小是對混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測的重點(diǎn)。雙洎河渡槽中運(yùn)用的錨索測力計(jì)在對渡槽監(jiān)測過程中，已切實(shí)給施工帶來了可靠的指導(dǎo)，同時(shí)也為相關(guān)課題研究積累了第一手準(zhǔn)確的監(jiān)測資料。

5 結(jié)語

通過3年來連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，錨索測力計(jì)總體的運(yùn)行狀況和測值情況，能夠真實(shí)準(zhǔn)確地反映預(yù)應(yīng)力錨索在張拉階段、錨固鎖定階段以及運(yùn)行階段預(yù)應(yīng)力的發(fā)展變化情況，它是直接反映錨固效果和錨索工作性況的最直接的參考資料，并對結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)監(jiān)測發(fā)揮著重要作用。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］胡艷軍.雙洎河特大型現(xiàn)澆混凝土渡槽施工技術(shù)［J］.森林工程，2013，29（05）.

［2］馮光偉，陳玉英，張玉明，梁祥金，等.雙洎河渡槽預(yù)應(yīng)力說明［R］.2011.

［3］北京基康4900型錨索測力計(jì)說明書［Z］.

［4］趙長海.預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2001.

［5］諶軍.錨索預(yù)應(yīng)力損失變化規(guī)律分析.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)［R］.2007.

［6］馮光偉，陳玉英，張玉明，梁祥金，等.雙洎河渡實(shí)驗(yàn)平臺錨索預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)要求［R］.2011.

［7］朱太山，趙健倉，等.南水北調(diào)中線一期工程沙河南～黃河南雙洎河段設(shè)計(jì)單元通水驗(yàn)收設(shè)計(jì)工作報(bào)告［R］.河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司，2014.