预埋槽道组件承载力现场非破损检验方法探讨

丁祥华

摘 要：本文通过对预埋槽道组件抗拔抗剪承载力现场非破损试验采用的方法及发现的问题进行分析，对改进完善预埋槽道组件抗拔抗剪承载力现场非破损试验检测的方法进行了探讨。

关键词：预埋槽道；承载力；试验

中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0352-02

1 引 言

为了地铁工程安装阶段施工的方便性和经济性，目前国内地铁工程中使用预埋槽道组件的情况越来越多。在预制混凝土管片上普遍使用滑槽多年后，目前滑槽的使用又延伸到地铁隧道内的二村混凝土上和幕墙工程的外墙混凝土上。由于预埋槽道组件的安全使用至关重要，因而深圳地铁二期、三期工程的设计文件均增加了预埋槽道组件的现场抗拔抗剪承载力检测的试验要求，通过现场检测，不但可以复验槽道组件的产品质量，还可查验管片生產厂家在预制管片时槽道的埋设质量。笔者所在单位承接了部分深圳地铁预埋槽道组件抗拔、抗剪承载力的现场检测任务。

2 抗拔、抗剪承载力试验的方法

根据设计及业主要求，地铁管片和隧道二衬预埋槽道组件抗拔抗剪承载力试验应委托第三方检测机构进行现场试验。设计一般要求在拉伸工作荷载或剪切工作荷载（如8kN）作用下，在螺栓固定点，槽道的变形性能在力作用方向上的槽道位移不大于某一数值（如0.5mm）。

目前国内没有现行的预埋槽道组件抗拔抗剪承载力现场检测的方法标准。有关槽道的产品标准至目前只有《电气化铁路隧道内预埋槽道》（TB/T3329-2013）一种，该标准规定了预埋槽道组件产品的技术要求及检验方法，但未规定安装在混凝土结构中的预埋槽道组件抗拔、抗剪承载力的现场检测方法。目前部分检测单位参考《混凝土后锚固件抗拔和抗剪性能检测技术规程》（DBJ/T15-35-2004）进行抗拔和抗剪承载力的现场非破损检测，部分检测单位参考《电气化铁路隧道内预埋槽道》（TB/T3329-2013/6.10条）（槽道、锚杆、T型螺栓组合一体预制在混凝土试块中的试验）进行抗拔、抗剪承载力的现场非破损检测。通过对两个标准的检测对象、检测项目、试验方法进行比较分析，各方人员认为《电气化铁路隧道内预埋槽道》（TB/T3329-2013/6.10条）（槽道、锚杆、T型螺栓组合一体预制在混凝土试块中的试验）与预埋槽道组件抗拔、抗剪承载力现场非破损检测的对象、检测项目和检测目的基本一致，但具体的检测方法描述不是很清楚。综合参考这两个标准的方法进行预埋槽道组件承载力现场非破损检测更具指导意义。室内试验的加载方式和加载目的与现场试验有所不同，现场试验一般是非破坏性的验收检验，而TB/T3329-2013/6.10条的室内试验是先进行非破坏性试验然后进行破坏性试验。根据深圳地铁二期、三期工程的设计文件及各方意见，并考虑直观方便的原则，承检单位设计并加工了抗拔反力装置、双向抗剪反力装置、抗剪夹具和转换传力杆等设施。综合考虑以上两个标准后，制订了预埋槽道组件抗拔、抗剪承载力现场非破损检测的要求和具体检测方法报监理单位认可后实施，试验方法及要求大致如下：

2.1 试验样品及检测位置的选取

样品的选取应有代表性和随机性，每一检验批（1000环）应由监理或业主随机选取有代表性的各类管片（封顶块、标准块、邻接块）各一片（检验批的大小及检测项目一般由设计给定，设计未明确时，一般由业主及监理单位确定），分别在其上进行预埋槽道组件的抗拔承载力试验、垂直抗剪承载力（垂直于T型螺栓轴向和槽道轴向方向）试验、平行抗剪（或抗滑）承载力（垂直于T型螺栓轴向并沿槽道轴向方向）试验。选取的管片其内弧面应与滑槽的开口表面基本齐平，如滑槽开口面低于周边混凝土面1mm及以上时，在安装抗剪夹具时应先用不同厚度的钢垫片垫平，以消除紧固T型螺栓及夹具时对槽道产生的预拉力。在滑槽上的检测位置应由现场见证监理及业主代表随机选定，一个位置只能检测一次一个参数。抗拔试验和垂直抗剪试验时，T型螺栓应安装在滑槽锚杆的正上方，平行抗剪试验时，T型螺栓的安装位置可不在锚杆正上方。

2.2 试验设备的安装

抗拔（沿T型螺栓轴向并垂直于槽道轴向方向）承载力试验：将带齿T型螺栓头（含平垫片、弹簧垫和螺母）卡入锚杆正上方槽道的带齿开口处，用扭力扳手按设计的安装扭矩拧紧螺母，T型螺栓的另一端与带内螺纹的转换杆连接，然后安装抗拔反力装置（不平衡、不垂直时应适当调整反力装置的支撑腿）、穿心千斤顶、钢挡板、锁定螺帽，使之连接成一体，使荷载作用线与T型螺栓轴线重合，为了方便，百分表可架在抗拔加载杆的端部，用专用支架固定，此种架表法对受力点位移的计算应减去加载杆的变形量，装置图见图1。

抗剪（分两个方向：①垂直抗剪；②平行抗剪）承载力试验：把一体式抗剪反力装置放在管片内弧面及滑槽上，根据测点位置，移动该装置，利用管片的吊装孔及配套的吊装螺栓固定抗剪反力装置，同时利用两个截短T型螺栓将反力钢板压住固定，防止反力支架旋转（截短T型螺栓与被测点间的距离不得少于100mm）。当前后移动抗剪反力装置还是不能利用吊装孔时，根据受力情况可采用2～3个T型螺栓直接固定反力装置。进行垂直抗剪试验时，将T型螺栓头卡入槽道并移至锚杆正上方右旋使之相互吻合，进行平行抗剪即抗滑试验时，T型螺栓卡入位置可随意。套上抗剪夹具（抗剪夹具剪切板上的开孔孔径应与T型螺栓螺纹大径相匹配，相差不得大于0.5mm，剪切板的厚度同T型螺栓的直径，剪切板及反力装置应有足够的刚度和强度，采用牌号不低于Q345的钢材），放上配套垫片，夹具向T型螺栓受力点靠紧，初拧螺母，以减小安装缝隙对位移带来的影响。抗剪夹具的另一端铰接加载杆，套入千斤顶，在加载杆末端旋入锁定螺母。对垂直抗剪试验，调节加载杆及夹具轴线使之与槽道轴线垂直，对平行抗剪即抗滑试验，调节加载杆及夹具轴线使之与槽道受力点切线平行，用扭力扳手终拧T型螺栓的螺母，安装百分表，使之连成一体，百分表安装在抗剪夹具的端部中间，用专用支架固定，垂直抗剪装置图见图2，平行抗剪装置图见图3。

2.3 加载方式、加荷速度及保荷的规定

采用连续加载的方式进行非破损试验。为消除传力杆件连接节点对位移测量的影响，先预加10%的荷载，持荷1min，卸载，位移调零。重新开始加载，荷重在最大检验荷载的50%以内时，对加荷速度不作规定，达到最大检验荷载的50%以后，按每分钟10～30%的最大检验荷载均匀平稳地增加载荷，约3min达到规定荷载，然后保荷3min（荷载降低时应随时补荷），读取百分表读数，记录最大试验荷载。

2.4 试验结果的判定

加载至最大检验荷载并保載3min后，百分表显示的荷载点位移未超过设计值（如0.5mm），则预埋槽道组件抗拔或抗剪承载力符合设计要求。

3 试验探索过程中发现的问题

为了弄清影响检测结果的影响因数，公司技术团队在室内和管片预制厂进行了一系列的对比试验，通过一系列的试验，发现了以下问题：

（1）过程中能持荷，但保荷结束后百分表读数较大；位移远远超过设计要求；位移的再现性差。

（2）无法加载到设计的抗拔或抗剪承载力要求值；位移持续增大。

（3）试验前的夹具、反力支架、螺栓的安装质量对位移影响较大；人员间的复现性较差；同一位置检测的再现性差。

4 出现问题的原因分析

（1）此种情况下，通过对比试验和数据分析发现了三种可能的原因：①T型螺栓的紧固力矩不足，未达设计紧固力矩，抗剪试验时，螺栓倾斜较大，从而位移较大；②抗剪夹具的螺栓孔与T型螺栓间的空隙较大，安装时未排除缝隙效应，从而造成夹具相对螺栓滑移，引起位移较大；③T型螺栓的安装位置不在锚杆的正上方，而在两锚杆中间位置，此种情况引起了抗拔、抗剪（垂直槽道方向）承载力试验的位移较大。

（2）此种情况下，通过对比试验和数据分析也发现了三种可能的原因：①槽道及锚杆钢材的牌号较低（如Q235），在拉、剪试验的最后阶段，滑槽钢材已处于屈服阶段，理论上就达不到设计的抗拔或抗剪承载力；②厂家使用的钢材材质符合设计要求，但槽道钢材的厚度不足，拉、剪试验时引起钢材的弹性和塑性变形，位移持续增大；③抗拔、抗剪承载力的设计值偏大，设计计算有误。

（3）因最终的检验力值不大，只有10kN左右，但安装的不规范，对螺栓、滑槽的受力不利，人员间的复现性较差，因而安装的规范性尤显重要。抗拔或抗剪试验后，试验点T型螺栓及槽道均有一定的损伤，因而即使是同一个人在同一个点重复试验，也没有好的再现性，因此一个T型螺栓只能进行一次试验，滑槽上的某一位置也只能进行一次试验。

5 完善检测细节的建议

使用的穿心千斤顶的量程应为最大试验荷载的1.2～5.0倍，测力系统的误差应在±1%以内；建议统一规定影响检测结果的一些因素，如T型螺栓的安装位置和安装要求，抗剪夹具的形状和尺寸，与混凝土接触面的粗糙度，剪切板孔洞的大小和厚度，是否在抗剪夹具下放上平滑的聚四氟乙烯垫片或橡胶垫片，传力杆与夹具的连接方式，夹具安装时T型螺栓的拧紧扭矩，试验管片内弧面与滑槽开口表面的高差要求；建议改进传统的抗剪反力装置（传统装置一般用两块大钢板和四条长的螺杆组装，安装此装置时费时费力），建议推广使用适用范围更广更为方便高效的一体式双向抗剪反力装置。

6 结束语

近年来预埋滑槽的使用越来越广，不仅在地铁预制管片上大量使用，在隧道二衬现浇混凝土工程和房建幕墙工程中也在推行使用，预埋槽道组件的耐久性能和安全性能已引起了有关部门和有关人员的高度重视，为保证检测结果的准确可靠性和检测结果的可再现性，出台一个统一的预埋槽道组件承载力现场非破损检测的方法标准已刻不容缓。

参考文献

[1]《电气化铁路隧道内预埋槽道》（TB/T3329-2013）.中国铁道出版社出版、发行。

[2]《混凝土后锚固件抗拔和抗剪性能检测技术规程》（DBJ/T15-35-2004）.

收稿日期：2018-9-14