存期過(guò)長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力梁片質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法

■付賢龍

（三明市交通運(yùn)輸綜合執(zhí)法支隊(duì)，三明 365000）

橋梁預(yù)制拼裝工藝能夠加快建造速度、降低工程造價(jià)，在山區(qū)公路橋梁建設(shè)中運(yùn)用十分廣泛。 福建省地處東南丘陵地段，境內(nèi)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(yù)制拼裝工藝在我省應(yīng)用也較多。 此外，福建省近年來(lái)一直推進(jìn)公路工程施工標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，對(duì)公路橋梁工程的預(yù)制拼裝、標(biāo)準(zhǔn)化施工的質(zhì)量及精度要求越來(lái)越高。 受新冠肺炎疫情影響，部分工程因防疫要求，工人無(wú)法及時(shí)到崗，加之地方財(cái)政負(fù)擔(dān)較大，致使工程處于停工狀態(tài)。 已預(yù)制好的梁片放置在存梁區(qū)時(shí)間超過(guò)了JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[1]規(guī)定的最大存放時(shí)間5 個(gè)月。待項(xiàng)目恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，如何正確評(píng)價(jià)存放的梁片是否滿足施工質(zhì)量檢驗(yàn)要求，是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

后張法預(yù)制梁施工后，隨著時(shí)間的推移，有效預(yù)應(yīng)力的效應(yīng)、混凝土收縮和徐變等均會(huì)引起預(yù)制梁上拱值的變化。 鄔曉光等[2]認(rèn)為在混凝土收縮、徐變的作用下， 隨著預(yù)應(yīng)力混凝土梁存放時(shí)間的增加，簡(jiǎn)支梁片上拱值增幅較大。 王超[3]在對(duì)高速公路大跨度預(yù)應(yīng)力T 型梁施工階段上拱度計(jì)算時(shí)，總結(jié)得到預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在存梁期間，上拱度隨時(shí)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(duì)預(yù)制梁片上拱的影響因素進(jìn)行研究，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的有效預(yù)應(yīng)力直接影響結(jié)構(gòu)上拱度值的大小。 何劍輝[5]指出預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)上拱值偏小的原因在于預(yù)應(yīng)力的損失或有效預(yù)應(yīng)力不足，上拱度偏大的原因在于存梁期過(guò)長(zhǎng)，鋼筋逐漸松弛，混凝土產(chǎn)生收縮徐變現(xiàn)象。 綜上可知，對(duì)預(yù)制梁梁片上拱值有較大影響的主要因素有有效預(yù)應(yīng)力大小、預(yù)應(yīng)力損傷、混凝土收縮徐變等。 因此后續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁的質(zhì)量檢查中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注存期較長(zhǎng)的預(yù)制梁的有效預(yù)應(yīng)力等內(nèi)容。 為此，本研究結(jié)合某公路橋梁工程存梁超期的案例，闡述預(yù)應(yīng)力梁預(yù)制質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)，重點(diǎn)討論預(yù)制梁上拱度因存期過(guò)長(zhǎng)引起的問(wèn)題及檢測(cè)方法。

1 質(zhì)量驗(yàn)收技術(shù)路線及方法

對(duì)于存梁時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[1]的條文規(guī)定：“預(yù)應(yīng)力混凝土梁、板的存放時(shí)間宜不超過(guò)3 個(gè)月，特殊情況下應(yīng)不超過(guò)5 個(gè)月；存放時(shí)間超過(guò)3 個(gè)月時(shí)，應(yīng)對(duì)梁、板的上拱度值進(jìn)行檢測(cè)。 評(píng)價(jià)指標(biāo)：將上拱度值與設(shè)計(jì)上拱度值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)上拱度值過(guò)大將會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)橋面鋪裝施工或梁、板混凝土產(chǎn)生嚴(yán)重開裂時(shí)，則不得使用。 ”然而對(duì)于上拱度值偏小的結(jié)構(gòu)如何進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)價(jià)，并沒(méi)有相關(guān)規(guī)范條文規(guī)定，對(duì)建設(shè)單位開展施工質(zhì)量管理造成一定的困難。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)上拱度值過(guò)小，存在預(yù)應(yīng)力損失，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，評(píng)價(jià)有效預(yù)應(yīng)力或梁體整體承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，具體技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

圖1 上拱度偏小結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗(yàn)收技術(shù)路線

1.1 上拱度測(cè)量

上拱度是指預(yù)制主梁結(jié)構(gòu)為抵抗運(yùn)營(yíng)期間的外界荷載作用預(yù)先設(shè)置的變形值。 在梁場(chǎng)的預(yù)制梁片開展上拱度測(cè)量的方法主要有尺量法、水準(zhǔn)儀法2 種。其中尺量法適用于梁片仍在預(yù)制臺(tái)座上，無(wú)枕木墊底。 運(yùn)用斜塞尺、游標(biāo)卡尺等測(cè)定跨中位置與兩側(cè)支點(diǎn)位置距離基準(zhǔn)線的距離h’，通過(guò)計(jì)算扣除施工上拱度h 獲得上拱度值△h。

水準(zhǔn)儀法適用于梁片已經(jīng)調(diào)離預(yù)制臺(tái)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(zhǔn)尺放置在底座上，采用水準(zhǔn)儀測(cè)量實(shí)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(jiàn)圖2。

圖2 水準(zhǔn)儀法測(cè)試上拱度

1.2 有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試

預(yù)制梁上拱值的大小與有效預(yù)應(yīng)力有關(guān)。 而預(yù)加的有效預(yù)應(yīng)力主要影響因素有預(yù)應(yīng)力施加時(shí)產(chǎn)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(yù)應(yīng)力越大，上拱度越大；反之則小。 對(duì)于上拱度小于設(shè)計(jì)值的梁片，需要測(cè)量其在有無(wú)注漿狀態(tài)下的有效預(yù)應(yīng)力才能判斷是否滿足梁片使用要求。 檢測(cè)項(xiàng)目可以分為破壞性檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)及單片梁靜載試驗(yàn)3 種，各方法之間的比較分析見(jiàn)表1。

表1 有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試方法比較分析

圖3 張緊弦受力圖式

圖4 反拉法檢測(cè)有效預(yù)應(yīng)力原理圖

圖5 有效張力引起混凝土振動(dòng)體系關(guān)系圖

圖6 單片梁靜載試驗(yàn)圖

2 工程實(shí)例分析

三明境內(nèi)某國(guó)道擴(kuò)建項(xiàng)目，橋梁設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)為2×20 m 預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支空心板。設(shè)計(jì)梁片40 片，每片長(zhǎng)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(jì)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(xiàng)目受新冠肺炎疫情影響于2020 年9 月恢復(fù)施工，現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)制空心梁存梁期均超過(guò)6 個(gè)月及以上，需要進(jìn)行梁片質(zhì)量檢測(cè)。 根據(jù)圖1 技術(shù)路線，本項(xiàng)目檢測(cè)內(nèi)容主要包括：（1）對(duì)40 片空心板梁進(jìn)行上撓度值檢測(cè)，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比；（2）選擇上撓度值過(guò)小的梁片，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張力檢測(cè)，評(píng)價(jià)有效預(yù)應(yīng)力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

采用水準(zhǔn)儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)40 片梁進(jìn)行上撓度測(cè)試，根據(jù)設(shè)計(jì)文件：“20 m 預(yù)制空心板梁張拉后理論計(jì)算上拱值為19.1 mm， 存梁60 d 內(nèi)上拱值為22.7 mm。 為了防止預(yù)制板上拱度過(guò)大，且預(yù)制板與橋面現(xiàn)澆層由于齡期差別而產(chǎn)生過(guò)大收縮差，存梁期不宜超過(guò)90 d， 若累計(jì)上拱值超過(guò)計(jì)算值10 mm，應(yīng)采取控制措施。 ”實(shí)測(cè)上拱度值分布情況見(jiàn)表2、圖7。 實(shí)測(cè)上拱度實(shí)測(cè)值最小為18.79 mm，最大為35.53 mm。

表2 梁片上拱度值分布區(qū)間

圖7 某橋梁片上拱度實(shí)測(cè)分布

根據(jù)上撓度檢測(cè)結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)抽取了上撓度值實(shí)測(cè)最小的1 片空心板梁，采用前述檢測(cè)方法對(duì)該片空心板梁N1 預(yù)應(yīng)力鋼束的有效預(yù)應(yīng)力張力值進(jìn)行檢測(cè)，其中反拉法因不適用于有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力孔道的張力測(cè)試，本次無(wú)法使用。

2.1 單片梁靜載試驗(yàn)法

根據(jù)圖紙建立結(jié)構(gòu)有限元模型（圖8），施加一定的預(yù)應(yīng)力， 在考慮混凝土收縮徐變效應(yīng)的情況下，使結(jié)構(gòu)滿足上撓度僅為18.79 mm 的數(shù)值要求，對(duì)該模型開展靜載試驗(yàn)。 靜力荷載的施加需要滿足規(guī)范[7]的要求，荷載試驗(yàn)效率ηq宜介于0.95～1.05，計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

圖8 單片梁有限元模型

式中：SS—荷載試驗(yàn)荷載作用下，某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力或位移的最大計(jì)算效應(yīng)值；S—控制荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力或位移的最不利效應(yīng)計(jì)算值；μ—按規(guī)范取得沖擊系數(shù)值。

通過(guò)靜力荷載試驗(yàn)，各測(cè)試截面應(yīng)變、撓度的測(cè)量值校驗(yàn)系數(shù)為0.84～0.86，相對(duì)殘余撓度最大值為8.0%，結(jié)果滿足JTG/T J21-01-2015《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》[7]要求。 根據(jù)靜力試驗(yàn)結(jié)果推斷該梁孔道后張力值為1 550 kN。

2.2 等效質(zhì)量法

通過(guò)測(cè)試敲擊錨圈口時(shí)錨頭附近混凝土的振動(dòng)響應(yīng)，獲得振動(dòng)時(shí)域曲線（圖9），多次測(cè)試進(jìn)行算術(shù)平均分析獲得張力值為1 444 kN。

圖9 單次測(cè)試振動(dòng)曲線

圖10 多次測(cè)試綜合分析結(jié)果

2.3 單弦張拉法

破壞性測(cè)點(diǎn)選擇在該梁片N1 孔道跨中位置，采用小型機(jī)械局部鑿除預(yù)應(yīng)力鋼束保護(hù)層，形成最大約30 cm×80 cm 的槽口，臨時(shí)剝除有干擾的橫向構(gòu)造鋼筋及波紋管，使鋼束外露，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)見(jiàn)圖11。采用預(yù)應(yīng)力鋼索張拉儀對(duì)單根鋼絞線依次張拉測(cè)試，計(jì)算該鋼束的張力值為1 576 kN。

圖11 單弦張拉法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

對(duì)以上3 種方法進(jìn)行結(jié)果分析（表3），該梁片N1 孔道的張拉力設(shè)計(jì)值為1 674.0 kN，綜合評(píng)價(jià)預(yù)應(yīng)力張力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值相對(duì)偏差為-6.6%。 參考JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[1]后張法施工預(yù)制梁，在張拉錨固后，建立在錨下的實(shí)際有效預(yù)應(yīng)力與設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力的相對(duì)偏差不超過(guò)±5%。本次檢測(cè)結(jié)果表明：該梁片的N1 孔道的有效預(yù)應(yīng)力張力實(shí)際檢測(cè)結(jié)果不滿足規(guī)范要求，存梁時(shí)間過(guò)長(zhǎng)降低孔道的有效預(yù)應(yīng)力。

表3 不同測(cè)試方法結(jié)果分析

3 結(jié)語(yǔ)

本研究針對(duì)存梁期過(guò)長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁片質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行研究和總結(jié)， 得到以下結(jié)論：（1）存梁時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成結(jié)構(gòu)孔道有效預(yù)應(yīng)力的損失過(guò)大，有效預(yù)應(yīng)力不足，實(shí)測(cè)預(yù)拱度偏小，結(jié)構(gòu)的承載能力不足；因此對(duì)于實(shí)測(cè)上拱度偏小的預(yù)制梁片應(yīng)進(jìn)行有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)；（2）結(jié)合實(shí)際工程案例，在應(yīng)對(duì)類似工程時(shí)，推薦使用單弦張拉法或單梁靜載試驗(yàn)法進(jìn)行整體評(píng)估檢測(cè)。