锚下有效应力检测技术在混凝土张拉施工中的应用

孟祥鹤 （中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810007）

桥梁预应力主要通过张拉施工获取，对预应力工程施工中有效预应力控制与检测，现行相关规范有明确的要求，但由于缺乏有效精确的检测手段，实际施工往往仅通过双控法来控制质量，质量检验一般仅通过核查施工记录来验收，无法对预应力张拉施工质量进行定量的分析评价[1-3]。桥梁在后期使用过程中因预应力不足、不均匀引起桥梁下挠和梁体开裂，存在安全隐患的同时对项目后期运行维护造成严重影响，工程施工中对提高混凝土预应力施工质量有迫切需要[4-5]。

1 锚下预应力技术原理

在一定变形范围内，钢绞线可以看作弹性材料，钢绞线束张拉锚固完成后使用专用的穿心式千斤顶，采用反张拉带动单根钢绞线和夹片沿轴线轻微移动，根据力学平衡原理，此时传感器上显示的力值即为所检测钢绞线的当前受力值，即该钢绞线的锚下有效应力值[6]。

2 锚下预应力检测结果统计分析

2020 年2 月至7 月，广东中开高速公路TJ-8 标项目共生产各种规格箱梁582 榀，对不同梁长的锚下预应力开展了系统的检测工作。其中检测25m 箱梁4 榀，钢绞线170 根；30m 箱梁6榀，钢绞线316根；35m箱梁3榀，钢绞线188根。经检测，单根锚下预应力合格率、同束不均匀度和同断面不均匀度整体情况较好，但随着梁长的增加，单根锚下有效应力合格率、同束不均匀和同断面不均匀度合格率均呈下降趋势。

对检测结果统计分析，不同梁型各孔道钢绞线束预应力大小统计结果，见表1，不同孔道预应力损失趋势图，如图1所示。

图1 不同孔道预应力损失趋势图

表1 不同梁型各孔道钢绞线束预应力大小统计

从中可以看出：①随着梁长的增加，各孔道预应力损失逐渐增大；②曲线段（N1、N2、N3 孔束）的预应力损失大于直线段（N4、N5孔束）；随着梁长的增加，该差值有增大的趋势。

单孔锚下预应力不合格孔号统计情况，见表2。

表2 单孔锚下预应力不合格孔号统计表

从统计结果发现：不考虑同束不均匀情况对单根锚下预应力的影响，单根锚下预应力不合格孔号主要集中在N1、N2、N3孔号，占比达到了80%，主要表现为锚下预应力不足。

3 提高预应力张拉施工质量的措施

采用胎架施工以提高波纹管定位的准确性和顺直性，加强金属波纹管安装质量控制以降低张拉过程管道摩阻损失；为保证金属波纹管安装精度，在箱梁底腹板胎架上每2m设有一道立杆，通过画图准确计算出各个点在相应位置与底板的高差，在胎架立杆上安装定位圆管，通过圆管控制波纹管的线性顺直及高差符合设计要求。钢筋吊装完成后及时检查金属波纹管位置，确保波纹管定位准确、线性顺直[7]。

加强张拉设备的校准，以提高张拉过程张拉控制力的准确性。

对钢绞线进行梳编整体穿束，避免钢绞线缠绕，改善同束不均匀度。

加强张拉千斤顶、锚具、夹片的安装质量控制，按要求做到工具锚、限位板、工作锚、千斤顶四心一线，减少张拉过程预应力损失，同时提高同束不均匀度。

采用两机四顶、同一孔位左右两束钢绞线同步张拉的施工工艺，有效避免单束依次张拉过程中，后续张拉孔束张拉时混凝土受力发生形变使已完成张拉锚固的孔束张拉力发生变化的问题，以提高同断面不均匀度。

推广应用全自动张拉设备提高预应力施工效率和张拉精度，实现持荷时间的精准控制。

通过对施工班组进行张拉施工技术培训，提高金属波纹管安装定位准确性，提高锚具安装质量，严格控制钢绞线梳编质量和加强张拉施工规范化作业等措施，30m 以下预制箱梁张拉施工质量得到有效改善，各项检测结果进一步提高。但35m 箱梁N1、N2、N3孔整束锚下预应力偏低，同断面不均匀度偏差较大的问题依然存在。

4 预制箱梁张拉控制力调整

降低35m预制箱梁曲线段孔束的预应力损失或者适当提高曲线孔束的张拉控制力（即超张拉）是有效的解决途径。可以预见，通过适当提高35m箱梁N1、N2、N3孔束锚下预应力值，同断面不均匀度合格率偏低的情况也会得到改善。

通过与设计方沟通和现场试验验证，课题组对35m 预制箱梁曲线段（N1、N2、N3）束张拉控制力由195kN，提高到F=1860×0.75×0.14×1.02=198.9kN，N4、N5保持张拉控制力195kN。

在保证预应力施工各工序施工质量的同时，对后续施工的35m箱梁进行锚下预应力检测，N1～N3孔整束锚下预应力均值增大2.0kN～3.7kN，单根锚下预应力合格率和同断面不均匀度合格率与原方案相比显著提升。方案实施后35m箱梁锚下预应力统计结果，见表3。

表3 方案实施后35m箱梁锚下预应力统计结果

由于梁长和梁高的增加，预制梁的预应力损失逐渐增大，在曲线孔束中表现得更加明显，适当提高曲线孔束的张拉控制力，是为了弥补该孔束的预应力损失，这需要有效的检测手段做保障。盲目改变同一梁体不同孔束的张拉控制力，不仅会改变梁体的预应力结构，加剧梁体的同断面不均度，严重的还会破坏预应力结构和混凝土构件，影响混凝土构件的使用寿命。

5 结语

通过锚下预应力检测技术，在钢绞线张拉锚固完成后对单根钢绞线进行反张拉，可以得到量化的锚下预应力检测结果，客观准确地反映预应力施工质量，真正实现预应力施工的无损检测和随机抽检。

预应力混凝土锚下控制应力大小和不均匀度，受预应力施工各个环节的影响，通过加强金属波纹管安装质量、张拉设备校准、钢绞线梳编和穿束质量、锚具夹片张拉设备安装质量，采用全自动张拉设备和先进的张拉工艺等手段，可以提高预应力张拉施工质量。

同一预制箱梁不同孔道的预应力损失对该箱梁同断面不均匀度有一定的影响，在钢绞线张拉力允许范围内，以锚下预应力检测技术为保证手段，通过设计验算和检测验证，适当提高预应力损失较大孔束的张拉控制力，可提高该孔束锚下有效应力大小，并显著改善该梁体同断面不均匀度。