桥梁工程先张法预应力高强混凝土管桩抗弯性能研究

2020-09-09潘念

资源信息与工程 2020年4期

潘念

（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳111000）

所谓先张法预应力高强混凝土管桩，即PHC 管桩，在桥梁工程中得到了广泛的应用。但由于管桩生产部门选用工艺及自身技术水平并不相同，因此，对桥梁工程先张法预应力高强度混凝土管桩的抗弯性能试验以及破损检测试验进行分析具有重要的意义。

1 预应力高强混凝土管桩的优势

按照预应力筋不同张拉特征及时间，可将预应力混凝土管桩张拉方法分为两类：先张法以及后张法。其中，先张法预应力混凝土管桩的应用较为普遍，而后张法预应力混凝土管桩多被用到桥梁工程当中。按照不同混凝土等级，先张法预应力混凝土管桩又被分成PHC（先张法预应力高强混凝土管桩）以及PC（先张法预应力混凝土管桩）。按照预压应力值的不同可以被分成A 型预应力混凝土管桩、B 型预应力混凝土管桩、AB 型预应力混凝土管桩以及C 型预应力混凝土管桩。按照预应力筋钢棒直径的不同又被划分成以下几个规格：400、500、700、800 mm。

PHC 管桩主要的优势在于：①适应范围广，适用的工程包含了建筑工程、挡土墙工程以及桥梁基础工程等，在地层中穿透力极强。 ②预应力混凝土管桩强度能达到C80。 ③应用此类管桩时一般会用到离心工艺，也体现了其高质量、强抗裂性、强抗弯刚度等优势。 ④此类管桩还拥有较高经济性，竖向承载力也极为良好，能缩短工程工期。 ⑤有可靠的沉桩质量，此类管桩属于标准化、工厂化以及专业化生产，有着可靠的桩身质量。 ⑥便于运输吊装，接桩作业十分方便，同时也有着较高的机械化程度，便于操作。 ⑦对此类管桩经济效益展开评价时，除了需要看整体工期，还应当关注造价。 PHC 管桩拥有极快的施工速度，较高的工效以及较短的工期，往往能够提前完工，使项目早日投产，能够产生极大的经济价值以及社会价值。 ⑧预应力混凝土管桩施工有极高的机械化程度，可以保持现场整洁，拥有良好的作业环境。避免出现灌注时满地流污，人工作业时乱抽水，乱运土的现象，减少井下作业的安全隐患。 ⑨确保现场进行文明作业，提升施工经济效益。

2 影响抗弯性能的关键要素

（1）预应力钢筋结构构造，尤其是其主筋的位置。（2）钢筋张拉伸长值与张拉力值的控制。（3）钢筋尺寸上出现的偏差，尤其是其壁厚。（4）钢筋预应力产生的损失。（5）预应力混凝土的龄期。（6）预应力混凝土的强度。

3 PHC 管桩抗弯性能试验内容和方法

3.1 试验方法

试验主要目的是检测桥梁工程管桩的极限弯矩以及抗裂弯矩。试验开始前需要备齐各项试验材料，包含质保书、钢棒、砂石、水泥以及减水剂等。根据相应规范，PHC 管桩抗弯性试验方式包括水平加载法、垂直向上加载法及垂直向下加载法。在选择试验方法时，应考虑每种试验方法的操作难易程度，根据相关要求，本试验最适合选用垂直向下加载法。

3.2 试验步骤

在具体试验当中，选用为 “ 垂直向下逐级加载法”，其具体的试验步骤为：（1）根据抗裂弯矩20%极差，从0 开始逐渐加载到抗裂弯矩80%，随后根据抗裂弯矩10%极差，进一步加载到抗裂弯矩100%。在此过程中，且每一级荷载保持的时间都是3 min。（2）根据抗裂弯矩5%极差，逐渐加载到出现裂缝，且每一级荷载保持的时间都是3 min，此时需要记录裂缝的宽度。（3）根据极限弯矩5% 极差，逐渐加载，当发现极限状态检验信号时，停止加载，且每一级荷载保持的时间都是3 min。此时需记录分析各项有关数据。需注意有关规范当中所指极限状态检验信号包括受压区的混凝土被破坏，受拉区产生的混凝土裂缝（其宽度为1.5 mm 时）及受拉区的相应钢筋被拉断等。

3.3 实时荷载计算

本次试验选用的先张法预应力高强混凝土管桩，规格是PHC500AB125-10，试验实时的荷载计算方法，如表1 所示：

表1 管桩抗弯性能试验实时荷载计算方式

此次试验最关键的应力主要处于跨中纯弯段，在出现裂缝之前，跨中界面的应变基本和平截面的假定相符合，而在出现裂缝之后，相应中性轴将向上移动。表明，为确保最大弯矩的中心处于支座的中心位置，必须实测管桩的长度。试验人员检测的过程中需要注意以下几点：（1）需要把此类管桩的试验台放到平整而又坚实的场地当中，以确保在后续加载过程中管桩的受力均匀。（2）试验人员应当定期校正，测量试验台及其附属加载设备的自重。（3）需要定期验证，校核观测裂缝和数据收集传输系统。

4 管桩破损检测要点

以上检测方法的主要优势在于能够较为直观地测定管柱技术参数。但环箍筋、高强混凝土以及预应力钢筋间相互作用力极强，导致管柱破损检测并不容易。当试验人员对于管桩质量存在质疑的时候，便需要采取破损检测。其中，抽检结构钢筋时，应先对超过2 m 的余桩人工破碎后，进行破损检测。如果现场没有可以利用的余桩，便需要在现场随机筛选2 节桩，破碎后进行检测。钢筋的直径可选数显游标卡尺；对箍筋间距、加密区长度进行检测时，选择钢直尺以及钢卷尺。在PHC 破损时，应确保不会损伤钢筋以及对端板，从而防止环箍以及预应力钢筋位置被扰动。

在桥梁工程管桩的混凝土抗压强度钻芯检测的过程中，不可以在沉桩之后或者已沉桩桩身进行钻取，同时也不能在破损管桩的桩身之上进行钻取。检测部门需要考虑破损检测目的以及必要性，并且在各部门人员的见证之下对螺旋箍筋的加密区长度、管桩端板的厚度、螺旋箍筋的间距与直径以及预应力钢筋数量和直径等展开现场勘查。随后对所有测量结果与相应标准进行比较，倘若与标准不相符，不可继续使用，对打入地下的管桩，进行处理。另外，在进行检测时，需要有关人员进行实时拍照或者录像并将保存好档案。