基于檢測數(shù)據(jù)的PC梁張拉質(zhì)量問題成因分析及控制

毛 敏

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

1 研究背景

目前，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在國內(nèi)高速公路橋梁建設(shè)中占有很大的比重。預(yù)應(yīng)力筋張拉是預(yù)應(yīng)力混凝土（Prestressed Concrete 以下簡稱PC）梁施工過程中的關(guān)鍵工序，其施工質(zhì)量對橋梁的承載能力、使用性能以及耐久性有重要影響，是橋梁質(zhì)量控制核心和工程的長久生命線。有效預(yù)應(yīng)力偏大有可能造成鋼絞線斷絲、頂板開裂；有效預(yù)應(yīng)力偏小，則會導(dǎo)致梁底預(yù)應(yīng)力儲備不足，甚至造成梁底橫向開裂。

隨著交通部品質(zhì)工程建設(shè)的推進(jìn)，PC 梁的張拉質(zhì)量控制也成為了施工質(zhì)量控制的重點。預(yù)制梁場標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，各種定型模架、自動化的鋼筋加工設(shè)備、智能張拉設(shè)備[1]、智能壓漿設(shè)備的推廣運用提高了梁板施工的智能化、工廠化水平，大幅提高了施工質(zhì)量。與此同時，施工質(zhì)量的管控也離不開各種先進(jìn)檢測手段的運用。錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)的發(fā)展、成熟，使得過去難以檢測的預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量如今逐漸成了一項常態(tài)化的檢測指標(biāo)，這也促使張拉質(zhì)量管控向精細(xì)化方向發(fā)展。

目前工程界還普遍存在一個誤區(qū)：認(rèn)為只要投入了智能張拉設(shè)備，就能一勞永逸地解決張拉質(zhì)量問題。而工地現(xiàn)場各種張拉質(zhì)量問題仍頻發(fā)，說明良莠不齊的人員素質(zhì)和松散的現(xiàn)場管理已成為質(zhì)量問題的重要因素。

2 錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測原理

在已經(jīng)張拉完畢但還未注漿的鋼絞線外露端安裝智能限位裝置、穿心式壓力傳感器，當(dāng)千斤頂反拉力小于錨下有效預(yù)應(yīng)力時，由于夾片、鋼絞線間的緊固力效應(yīng)，梁體內(nèi)部鋼絞線不會發(fā)生位移；當(dāng)反拉力略大于錨下有效預(yù)應(yīng)力時，夾片松動并與內(nèi)部鋼絞線同步發(fā)生向外的微小位移，智能限位裝置通過識別該平衡點并控制油泵停止工作，平衡點對應(yīng)張拉力為錨下有效預(yù)應(yīng)力值。單根預(yù)應(yīng)力筋反拉法檢測示意圖見圖1。

圖1 單根預(yù)應(yīng)力筋反拉法檢測示意圖

3 PC梁張拉存在的主要質(zhì)量問題

結(jié)合某在建高速公路近一年的PC 梁張拉質(zhì)量檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)目前PC 梁存在的主要張拉質(zhì)量問題見表1。

表1 PC 梁張拉質(zhì)量問題一覽表

4 PC梁張拉質(zhì)量問題主要原因分析

4.1 技術(shù)交底不到位

4.1.1 端部錨固長度預(yù)留不足

某1×20 m 一跨簡支的20 m 預(yù)制T 梁橋，波紋管注漿后錨頭外露鋼絞線均被工人齊根切斷，甚至夾片外露部分也被切斷（見圖2、圖3）?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》[2]要求切割后預(yù)應(yīng)力筋的外露長度不應(yīng)小于30 mm，且不應(yīng)小于1.5 倍預(yù)應(yīng)力筋直徑。該橋預(yù)制梁端部錨固構(gòu)造不滿足規(guī)范要求，端部錨固力嚴(yán)重削弱且無法彌補，最終該T 梁被報廢。

圖2 外露鋼絞線、夾片被齊根切斷

圖3 外露鋼絞線被全部齊根切斷

經(jīng)事后調(diào)查，問題的原因在于：T 梁架設(shè)前，技術(shù)員安排工人將頂?shù)装孱A(yù)埋的多余鋼筋齊根切掉，由于技術(shù)交底細(xì)節(jié)不到位，工人誤將頂?shù)装孱A(yù)埋多余鋼筋連同外露鋼絞線一并切斷。

4.1.2 張拉參數(shù)設(shè)定錯誤

在梁場抽檢過程中發(fā)現(xiàn)，某已張拉并切斷多余外露鋼絞線的N2 束端部無明顯的外露牙痕（按照設(shè)計方案，N2 束分兩次張拉。第二次張拉時，初次張拉錨固后在鋼絞線上形成的牙痕就會隨著鋼絞線的伸長而外露）。調(diào)閱張拉記錄發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場張拉參數(shù)設(shè)定錯誤，相關(guān)參數(shù)設(shè)置見表2。

表2 張拉參數(shù)設(shè)定表

鑒于鋼絞線外露端已切割無補張條件，最終通過采用火焰切割錨具的方式退錨重新穿束張拉。經(jīng)事后調(diào)查，問題的原因在于：現(xiàn)場工人錯誤理解初次張拉50%N2 后二次張拉50%N2 就能使N2 鋼束張拉力值達(dá)到100%N2。

4.1.3 張拉指令和實際鋼束設(shè)置不一致

在梁場抽檢過程中發(fā)現(xiàn)，部分預(yù)制梁的錨下有效預(yù)應(yīng)力和標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏差在10%以上（見表3）。調(diào)閱張拉記錄發(fā)現(xiàn)，問題主要原因在于現(xiàn)場張拉指令和實際鋼束設(shè)置不一致。

表3 檢測數(shù)據(jù)分析表

4.1.4 隨意更改張拉方案

在梁場抽檢過程中發(fā)現(xiàn)，部分已經(jīng)張拉完畢預(yù)制T 梁N2 束端部未見外露牙痕。調(diào)閱張拉記錄發(fā)現(xiàn)工人為圖省事，將分四步張拉的原設(shè)計張拉方案縮減為分三步張拉方案（見表4）。

表4 某張拉設(shè)備張拉參數(shù)設(shè)計表

4.1.5 不同噸位千斤頂標(biāo)定參數(shù)混用

某4×20 m 的單箱單室現(xiàn)澆匝道橋，在初次張拉左側(cè)腹板13 根一束的鋼絞線過程中接連拉斷了兩根鋼絞線，隨后停止繼續(xù)張拉。經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)人員復(fù)核設(shè)計張拉力值為2 520.8 kN，而智能張拉設(shè)備示值顯示僅為1 160 kN。隨后又對稱張拉右側(cè)腹板13根一束的鋼絞線，張拉過程中又接連拉斷3 根鋼絞線。

我們通過現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)主要原因在于張拉時采用的是一對額定650 t 的千斤頂，而智能張拉設(shè)備實際設(shè)置的卻是另外一對額定250 t 千斤頂?shù)臉?biāo)定參數(shù)，使得實際張拉力值為張拉設(shè)備示值的2.67倍。經(jīng)驗算，當(dāng)示值為1 160 kN 時，實際張拉力值已經(jīng)達(dá)到3 101 kN，超張拉23%，進(jìn)而導(dǎo)致鋼絞線拉斷。具體原因分析見表5。

表5 張拉參數(shù)對比結(jié)果一覽表

4.2 施工過程控制不嚴(yán)格

4.2.1 鋼絞線下料長度不足

某30 m 預(yù)制T 梁單根鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力目標(biāo)值為179.5 kN，實測單根有效預(yù)應(yīng)力僅為120.5 kN。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該根鋼絞線較同孔其他鋼絞線偏短20 cm 左右，尾部鋼絞線咬痕較同孔其他鋼絞線偏短1/3，且有滑絲痕跡，對應(yīng)夾片外露尺寸較同孔其他夾片多 2 mm 左右（見圖4、圖5）。

問題主要原因在于：下料時該鋼絞線預(yù)留長度不足，張拉時工具夾片僅部分螺紋夾住端部鋼絞線、導(dǎo)致握裹力不足，進(jìn)而在整束同步張拉過程中出現(xiàn)滑絲，使得實際張拉力不滿足設(shè)計要求。

圖4 問題鋼絞線外露尺寸偏小

圖5 問題鋼絞線夾片嵌固深度偏小

4.2.2 工具錨、工作錨不配套

某工地千斤頂張拉端面較預(yù)制梁端部承壓面尺寸偏大，導(dǎo)致端部張拉空間不足。張拉時工人在工作錨具和限位板間支墊錨具（見圖6）。張拉完畢后，鋼絞線表面劃痕嚴(yán)重（見圖7），檢測結(jié)果顯示，錨下有效預(yù)應(yīng)力水平普遍偏低。

圖6 張拉千斤頂承壓面和梁端部不匹配

圖7 鋼絞線表面劃痕嚴(yán)重

4.3 張拉設(shè)備保養(yǎng)不及時

4.3.1 液壓油變質(zhì)

某梁場張拉質(zhì)量平時控制較好，但有段時間抽檢結(jié)果發(fā)現(xiàn)錨下有效預(yù)應(yīng)力均較理論值偏低6%～8%。排查過程中發(fā)現(xiàn)，張拉設(shè)備內(nèi)原本清澈的液壓油已呈乳白色并伴有渾濁狀，說明液壓油已經(jīng)變質(zhì)。液壓油變質(zhì)后，容易產(chǎn)生膠質(zhì)和油泥，堵塞過濾網(wǎng)，使液壓油循環(huán)性變差導(dǎo)致壓力不足。更換液壓油后，經(jīng)過重新張拉、檢測，檢測結(jié)果恢復(fù)正常。

4.3.2 工具夾片螺紋磨損嚴(yán)重

某T 梁張拉有效預(yù)應(yīng)力檢測結(jié)果較標(biāo)準(zhǔn)值偏低13.7%。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，張拉前工具夾片已預(yù)頂緊，并且夾片都處于同一平面，但張拉過程中同束鋼絞線中有3 個工具夾片出現(xiàn)錯位（見圖8）、鋼絞線滑絲。經(jīng)分析原因如下：工具夾片使用次數(shù)過多，夾片內(nèi)側(cè)倒錐形螺紋磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致和鋼絞線之間機械咬合力不足，鋼絞線滑絲，造成張拉過程中預(yù)應(yīng)力損失。更換工具夾片后，經(jīng)過重新張拉、檢測，檢測結(jié)果恢復(fù)正常。

圖8 工具夾片錯位

5 PC梁張拉質(zhì)量控制措施

本文依托現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，從檢測人員視角展開了張拉質(zhì)量問題成因分析。為了進(jìn)一步提高PC 梁的張拉質(zhì)量，建議從以下幾個方面展開工作：

a）加強技術(shù)人員專業(yè)培訓(xùn)、現(xiàn)場操作人員崗前培訓(xùn)，提高質(zhì)量控制責(zé)任意識和安全意識。

b）規(guī)范操作流程、建立復(fù)核確認(rèn)制度，做到自檢、復(fù)核相結(jié)合。

c）進(jìn)一步提高張拉設(shè)備的智能化水平，以技術(shù)進(jìn)步促質(zhì)量提升，降低人為失誤風(fēng)險。目前智能張拉設(shè)備普遍停留在張拉、保壓階段的智能化，缺乏對張拉參數(shù)的自適應(yīng)檢測，張拉對象張拉方案的自適應(yīng)匹配，以及張拉結(jié)果的自動回傳。

d）要做好張拉設(shè)備的保養(yǎng)工作，耗材應(yīng)及時更換，確保張拉設(shè)備工作正常。例如：夏季溫度過高、張拉工作量大、液壓油灌注口密封不嚴(yán)等原因都會加速液壓油的變質(zhì)。隨著工作夾片使用次數(shù)增加，內(nèi)側(cè)倒錐形螺紋磨損加重，降低張拉過程中與鋼絞線間的咬合力，易造成滑絲。

e）鑒于施工單位自身檢測手段缺乏，建議質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)將預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量納入必檢參數(shù)，以起到質(zhì)量監(jiān)督、把關(guān)的作用，做到質(zhì)量問題及時發(fā)現(xiàn)及時解決。