锚索测力计在双洎河渡槽监测中的应用

汪林

（中国电建集团西北勘测设计研究院，陕西西安 710043）

1 工程概况

双洎河渡槽全长810 m，其中梁式渡槽为预应力混凝土矩形槽，长600 m。闸渡连接段长55 m，进出口渐变段长155 m，分2联4孔20跨，单跨宽30 m。单孔净宽7 m，槽高7.9 m，设计流量为305 m3/s，加大流量为365 m?/s。单跨渡槽一期C50F200W8混凝土方量约982 m3，钢筋总量163 t，钢铰线重量56 t，单跨总重量2 500 t，属世界之最[1]。

对于这个大型的构件来说，在其施工及运行过程中的安全监测工作就显得尤为重要。因此在项目的实施过程中，一个重点关注方面就是对渡槽预应力锚索的监测。

2 过程简述

双洎河渡槽槽身为三向预应力C50混凝土结构，单跨纵向预应力钢绞线共63孔，两端张拉，其中53孔为直线筋，10孔曲线筋；单跨横向预应力钢绞线共128孔，其中64孔为直线筋，64孔为曲线筋，直线筋一端张拉，曲线筋两端张拉。单跨竖向预应力钢绞线共378孔，竖向钢绞线均为直线筋，单端张拉。监测仪器在横向、纵向、竖向位置均匀布设，工程中选取第3，12，20号跨3个监测断面共计66支预应力锚索进行永久监测。

槽身所用的钢绞线结构为1×7（9）；公称直径ϕs15.2 mm；公称截面面积140 mm2；工程选定的ϕs15.2预应力钢绞线的标准强度1 860 MPa。直线钢束锚下张拉控制应力σcom=0.75 fptk=1 395 MPa，曲线钢束锚下张拉控制应力σcom=1 436.85 MPa[2]。锚具型号分别为M15A-7（纵向和横向），M15A-9（纵向和横向），M15A-5（竖向），M15-5PT（竖向）。

锚索张拉顺序为：每阶段按先纵向后横向再竖向，纵向和横向曲线均为两端张拉，横向直线和竖向为一端张拉。纵向底板部位张拉分2次进行，第一次由两侧到中间间隔对称张拉，第二次待上部分张拉完成后再进行张拉；横向开始时由两端向跨中Z字形间隔张拉，完成后再由跨中向两端Z字形间隔张拉剩部分；竖向开始时由两端向跨中Z字形间隔张拉，完成后再由跨中向两端Z字形间隔张拉剩部分。张拉完毕经过24 h复查，确认无滑丝、断丝时方进行钢绞线头的切割，割丝保留长度为夹片外30 mm，且保证封锚混凝土保护层厚度不小于30 mm。钢绞线的切割采用砂轮切割机切除。

监测仪器采用北京基康BGK4 900-1 2001 4001 800 kN三种型号振弦式锚索测力计[3]，预应力张拉按5个阶段进行：0→10%σcon→25%σcon→50%σcon→75%σcon→100%（103%）σcon（持荷10 min→补张至100%（105%）σcon）。在施工过程中实时进行各级张拉数据的记录，严格控制油压表的读数，并对钢绞线的伸长量进行测量，确保钢绞线实际伸长量控制在理论伸长量±6%范围内，两端不对称张拉未超过±10%。

3 数据计算

3.1 人工观测

BGK-4900系列锚索测力计电缆连接：1号传感器输出线为红色-红色；2号传感器输出线为黑色-黑色；3号传感器输出线为蓝色-蓝色；4号传感器输出线黄色-黄色；温度传感器输出线为绿色-白色。采用BGK-408读数仪进行观测，分别测量4个测弦的频率（模数），同时记录测量时间、编号等相关信息。

3.2 荷载计算

式中：Pi——锚索荷载，kN；G——仪器系数，kN/kHz2；K——温度系数，kN/℃；R0——初始频率模数平均值，kHz2；Ri——当前频率模数平均值，kHz2；T0——初始温度，℃；Ti——当前温度，℃。

4 简要分析

选取渡槽第20跨DP20-4和DP20-22两支监测仪器实测荷载、温度与观测日期的关系曲线见图1，2所示。从连续3年的测值来看，施加到预应力混凝土构件上的初始预应力，由于种种原因会发生应力损失[4]：有张拉过程中引起的瞬时性预应力损失，锚索锁定过程的损失以及锁定后因时间变化引起的损失等。具体表现在：仪器安装初期（锁定阶段）仪器荷载损失较小，在随后的20～30 d内，锁定荷载出现较大幅度的损失，然后逐渐趋于稳定[5]。

图1 第20跨纵向上游中墙中部锚索测力计DP20-4变化曲线图

1）张拉及锁定过程损失。

图2 第20跨横向左侧底板中间断面（上）锚索测力计DP20-22变化曲线图

表1 中墙底板曲线预应力筋张拉端各项预应力损失MPa

横向预应力筋为双向张拉，曲线预应力筋锚下张拉控制应力σcon＝1 436.85 MPa，直线预应力筋锚下张拉控制应力σcon＝1 395 MPa。在张拉后回缩值为6 mm、孔道摩擦系数u＝0.17、k＝0.001 5、预应力筋弹模E＝1.95×105MPa条件下底板横向预应力筋张拉端各项预应力损失见表1。

按照锚固回缩计算公式：回缩损失=（锚固前拉力－锚固后拉力）／锚固前拉力×100%，得出实测数据，见表2。

从表2可以看出：锚索在锁定后（10 min），DP20-4瞬时损失率为3.32%，DP20-20瞬时损失率为2.52%，张拉锁定阶段锚索的回缩损失约占总锚固比的1%～4%。随后，锚固应力测值变化表现为小幅、频繁波动，这一阶段持续20～30 d，该阶段锚索有效预应力降损失为总锚固力的10%～15%，经与设计单位给出的总损失百分比做对照，真实地验证了设计数据[7]。

2）因时间变化引起的损失。

预应力锚索加固结构的效果取决于预应力的长期保持。从表2可以看出，仪器安装完成30 d左右，由于锚索在巨大的初始应力作用下造成的钢绞线松弛，以及混凝土自身收缩和徐变损失发生的变形已基本稳定，仪器测值也就逐渐趋于稳定。

表2 第20跨渡槽锚索测力锁定值及锁定前后损失率统计表

对于全预应力混凝土构件来说，预应力损失的大小将直接影响建立的有效预应力的大小，进而影响构件乃至整个结构的性能。在锚索张拉过程中对高强混凝土筑件所施加的有效预应力，其预应力损失值或实测值的大小是对混凝土结构监测的重点。双洎河渡槽中运用的锚索测力计在对渡槽监测过程中，已切实给施工带来了可靠的指导，同时也为相关课题研究积累了第一手准确的监测资料。

5 结语

通过3年来连续的监测数据来看，锚索测力计总体的运行状况和测值情况，能够真实准确地反映预应力锚索在张拉阶段、锚固锁定阶段以及运行阶段预应力的发展变化情况，它是直接反映锚固效果和锚索工作性况的最直接的参考资料，并对结构的受力状态监测发挥着重要作用。

［参 考 文 献］

［1］胡艳军.双洎河特大型现浇混凝土渡槽施工技术［J］.森林工程，2013，29（05）.

［2］冯光伟，陈玉英，张玉明，梁祥金，等.双洎河渡槽预应力说明［R］.2011.

［3］北京基康4900型锚索测力计说明书［Z］.

［4］赵长海.预应力锚固技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2001.

［5］谌军.锚索预应力损失变化规律分析.建筑工程技术与设计［R］.2007.

［6］冯光伟，陈玉英，张玉明，梁祥金，等.双洎河渡实验平台锚索预应力张拉技术要求［R］.2011.

［7］朱太山，赵健仓，等.南水北调中线一期工程沙河南～黄河南双洎河段设计单元通水验收设计工作报告［R］.河南省水利勘测设计研究有限公司，2014.