存期过长的预应力梁片质量检测与评价方法

■付贤龙

（三明市交通运输综合执法支队，三明 365000）

桥梁预制拼装工艺能够加快建造速度、降低工程造价，在山区公路桥梁建设中运用十分广泛。 福建省地处东南丘陵地段，境内峰岭耸峙，丘陵连绵，河谷、盆地穿插其间，山地、丘陵占全省总面积的80%以上，素有“八山一水一分田”之称。 因此，桥梁预制拼装工艺在我省应用也较多。 此外，福建省近年来一直推进公路工程施工标准化建设，对公路桥梁工程的预制拼装、标准化施工的质量及精度要求越来越高。 受新冠肺炎疫情影响，部分工程因防疫要求，工人无法及时到岗，加之地方财政负担较大，致使工程处于停工状态。 已预制好的梁片放置在存梁区时间超过了JTG/T 3650-2020《公路桥涵施工技术规范》[1]规定的最大存放时间5 个月。待项目恢复生产时，如何正确评价存放的梁片是否满足施工质量检验要求，是一个需要解决的问题。

后张法预制梁施工后，随着时间的推移，有效预应力的效应、混凝土收缩和徐变等均会引起预制梁上拱值的变化。 邬晓光等[2]认为在混凝土收缩、徐变的作用下， 随着预应力混凝土梁存放时间的增加，简支梁片上拱值增幅较大。 王超[3]在对高速公路大跨度预应力T 型梁施工阶段上拱度计算时，总结得到预应力结构在存梁期间，上拱度随时间推移逐渐增大，在张拉后第60 d 与张拉后整10 年的上拱度偏差不大。 杨海忠[4]对预制梁片上拱的影响因素进行研究，结果表明结构的有效预应力直接影响结构上拱度值的大小。 何剑辉[5]指出预应力结构上拱值偏小的原因在于预应力的损失或有效预应力不足，上拱度偏大的原因在于存梁期过长，钢筋逐渐松弛，混凝土产生收缩徐变现象。 综上可知，对预制梁梁片上拱值有较大影响的主要因素有有效预应力大小、预应力损伤、混凝土收缩徐变等。 因此后续预应力混凝土预制梁的质量检查中应重点关注存期较长的预制梁的有效预应力等内容。 为此，本研究结合某公路桥梁工程存梁超期的案例，阐述预应力梁预制质量检验技术，重点讨论预制梁上拱度因存期过长引起的问题及检测方法。

1 质量验收技术路线及方法

对于存梁时间过长的预应力结构，JTG/T 3650-2020《公路桥涵施工技术规范》[1]的条文规定：“预应力混凝土梁、板的存放时间宜不超过3 个月，特殊情况下应不超过5 个月；存放时间超过3 个月时，应对梁、板的上拱度值进行检测。 评价指标：将上拱度值与设计上拱度值进行对比，当上拱度值过大将会严重影响后续桥面铺装施工或梁、板混凝土产生严重开裂时，则不得使用。 ”然而对于上拱度值偏小的结构如何进行质量验收评价，并没有相关规范条文规定，对建设单位开展施工质量管理造成一定的困难。 根据经验，当上拱度值过小，存在预应力损失，应进行相应的检测，评价有效预应力或梁体整体承载力是否满足设计要求，具体技术路线见图1。

图1 上拱度偏小结构质量验收技术路线

1.1 上拱度测量

上拱度是指预制主梁结构为抵抗运营期间的外界荷载作用预先设置的变形值。 在梁场的预制梁片开展上拱度测量的方法主要有尺量法、水准仪法2 种。其中尺量法适用于梁片仍在预制台座上，无枕木垫底。 运用斜塞尺、游标卡尺等测定跨中位置与两侧支点位置距离基准线的距离h’，通过计算扣除施工上拱度h 获得上拱度值△h。

水准仪法适用于梁片已经调离预制台座，放置在枕木上。 在梁片两端及跨中位置梁底粘贴3～5 mm 钢板作为底座，水准尺放置在底座上，采用水准仪测量实际高程值， 上拱度值△h=-H1/2-h，其中H1为小里程梁端梁底高程；H2为大里程梁端梁底高程；H1/2为跨中梁底高程；h 为施工上拱度，见图2。

图2 水准仪法测试上拱度

1.2 有效预应力测试

预制梁上拱值的大小与有效预应力有关。 而预加的有效预应力主要影响因素有预应力施加时产生的孔道摩阻、锚圈口摩阻、锚夹具变形、钢绞线回缩、钢绞线松弛等。 有效预应力越大，上拱度越大；反之则小。 对于上拱度小于设计值的梁片，需要测量其在有无注浆状态下的有效预应力才能判断是否满足梁片使用要求。 检测项目可以分为破坏性检测、无损检测及单片梁静载试验3 种，各方法之间的比较分析见表1。

表1 有效预应力测试方法比较分析

图3 张紧弦受力图式

图4 反拉法检测有效预应力原理图

图5 有效张力引起混凝土振动体系关系图

图6 单片梁静载试验图

2 工程实例分析

三明境内某国道扩建项目，桥梁设计上部结构为2×20 m 预应力砼简支空心板。设计梁片40 片，每片长20 m。2019 年12 月24 日起开始第1 片空心板梁的浇筑，2019 年12 月24 日至2020 年1 月14 日，共计浇筑20 片空心板梁。2020 年3 月8—23 日浇筑剩余20 片空心板梁。 项目受新冠肺炎疫情影响于2020 年9 月恢复施工，现场的预制空心梁存梁期均超过6 个月及以上，需要进行梁片质量检测。 根据图1 技术路线，本项目检测内容主要包括：（1）对40 片空心板梁进行上挠度值检测，并与设计值进行对比；（2）选择上挠度值过小的梁片，进行预应力张力检测，评价有效预应力是否满足设计要求。

采用水准仪对现场40 片梁进行上挠度测试，根据设计文件：“20 m 预制空心板梁张拉后理论计算上拱值为19.1 mm， 存梁60 d 内上拱值为22.7 mm。 为了防止预制板上拱度过大，且预制板与桥面现浇层由于龄期差别而产生过大收缩差，存梁期不宜超过90 d， 若累计上拱值超过计算值10 mm，应采取控制措施。 ”实测上拱度值分布情况见表2、图7。 实测上拱度实测值最小为18.79 mm，最大为35.53 mm。

表2 梁片上拱度值分布区间

图7 某桥梁片上拱度实测分布

根据上挠度检测结果，现场抽取了上挠度值实测最小的1 片空心板梁，采用前述检测方法对该片空心板梁N1 预应力钢束的有效预应力张力值进行检测，其中反拉法因不适用于有粘结预应力孔道的张力测试，本次无法使用。

2.1 单片梁静载试验法

根据图纸建立结构有限元模型（图8），施加一定的预应力， 在考虑混凝土收缩徐变效应的情况下，使结构满足上挠度仅为18.79 mm 的数值要求，对该模型开展静载试验。 静力荷载的施加需要满足规范[7]的要求，荷载试验效率ηq宜介于0.95～1.05，计算公式见式（1）。

图8 单片梁有限元模型

式中：SS—荷载试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或位移的最大计算效应值；S—控制荷载产生的同一加载控制截面内力或位移的最不利效应计算值；μ—按规范取得冲击系数值。

通过静力荷载试验，各测试截面应变、挠度的测量值校验系数为0.84～0.86，相对残余挠度最大值为8.0%，结果满足JTG/T J21-01-2015《公路桥梁荷载试验规程》[7]要求。 根据静力试验结果推断该梁孔道后张力值为1 550 kN。

2.2 等效质量法

通过测试敲击锚圈口时锚头附近混凝土的振动响应，获得振动时域曲线（图9），多次测试进行算术平均分析获得张力值为1 444 kN。

图9 单次测试振动曲线

图10 多次测试综合分析结果

2.3 单弦张拉法

破坏性测点选择在该梁片N1 孔道跨中位置，采用小型机械局部凿除预应力钢束保护层，形成最大约30 cm×80 cm 的槽口，临时剥除有干扰的横向构造钢筋及波纹管，使钢束外露，现场检测见图11。采用预应力钢索张拉仪对单根钢绞线依次张拉测试，计算该钢束的张力值为1 576 kN。

图11 单弦张拉法现场检测

对以上3 种方法进行结果分析（表3），该梁片N1 孔道的张拉力设计值为1 674.0 kN，综合评价预应力张力实测值与设计值相对偏差为-6.6%。 参考JTG/T 3650-2020《公路桥涵施工技术规范》[1]后张法施工预制梁，在张拉锚固后，建立在锚下的实际有效预应力与设计张拉控制应力的相对偏差不超过±5%。本次检测结果表明：该梁片的N1 孔道的有效预应力张力实际检测结果不满足规范要求，存梁时间过长降低孔道的有效预应力。

表3 不同测试方法结果分析

3 结语

本研究针对存梁期过长的预应力混凝土预制梁片质量检验技术进行研究和总结， 得到以下结论：（1）存梁时间过长，会造成结构孔道有效预应力的损失过大，有效预应力不足，实测预拱度偏小，结构的承载能力不足；因此对于实测上拱度偏小的预制梁片应进行有效预应力检测；（2）结合实际工程案例，在应对类似工程时，推荐使用单弦张拉法或单梁静载试验法进行整体评估检测。