預埋槽道組件承載力現場非破損檢驗方法探討

丁祥華

摘 要：本文通過對預埋槽道組件抗拔抗剪承載力現場非破損試驗采用的方法及發現的問題進行分析，對改進完善預埋槽道組件抗拔抗剪承載力現場非破損試驗檢測的方法進行了探討。

關鍵詞：預埋槽道；承載力；試驗

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0352-02

1 引 言

為了地鐵工程安裝階段施工的方便性和經濟性，目前國內地鐵工程中使用預埋槽道組件的情況越來越多。在預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鐵隧道內的二村混凝土上和幕墻工程的外墻混凝土上。由于預埋槽道組件的安全使用至關重要，因而深圳地鐵二期、三期工程的設計文件均增加了預埋槽道組件的現場抗拔抗剪承載力檢測的試驗要求，通過現場檢測，不但可以復驗槽道組件的產品質量，還可查驗管片生產廠家在預制管片時槽道的埋設質量。筆者所在單位承接了部分深圳地鐵預埋槽道組件抗拔、抗剪承載力的現場檢測任務。

2 抗拔、抗剪承載力試驗的方法

根據設計及業主要求，地鐵管片和隧道二襯預埋槽道組件抗拔抗剪承載力試驗應委托第三方檢測機構進行現場試驗。設計一般要求在拉伸工作荷載或剪切工作荷載（如8kN）作用下，在螺栓固定點，槽道的變形性能在力作用方向上的槽道位移不大于某一數值（如0.5mm）。

目前國內沒有現行的預埋槽道組件抗拔抗剪承載力現場檢測的方法標準。有關槽道的產品標準至目前只有《電氣化鐵路隧道內預埋槽道》（TB/T3329-2013）一種，該標準規定了預埋槽道組件產品的技術要求及檢驗方法，但未規定安裝在混凝土結構中的預埋槽道組件抗拔、抗剪承載力的現場檢測方法。目前部分檢測單位參考《混凝土后錨固件抗拔和抗剪性能檢測技術規程》（DBJ/T15-35-2004）進行抗拔和抗剪承載力的現場非破損檢測，部分檢測單位參考《電氣化鐵路隧道內預埋槽道》（TB/T3329-2013/6.10條）（槽道、錨桿、T型螺栓組合一體預制在混凝土試塊中的試驗）進行抗拔、抗剪承載力的現場非破損檢測。通過對兩個標準的檢測對象、檢測項目、試驗方法進行比較分析，各方人員認為《電氣化鐵路隧道內預埋槽道》（TB/T3329-2013/6.10條）（槽道、錨桿、T型螺栓組合一體預制在混凝土試塊中的試驗）與預埋槽道組件抗拔、抗剪承載力現場非破損檢測的對象、檢測項目和檢測目的基本一致，但具體的檢測方法描述不是很清楚。綜合參考這兩個標準的方法進行預埋槽道組件承載力現場非破損檢測更具指導意義。室內試驗的加載方式和加載目的與現場試驗有所不同，現場試驗一般是非破壞性的驗收檢驗，而TB/T3329-2013/6.10條的室內試驗是先進行非破壞性試驗然后進行破壞性試驗。根據深圳地鐵二期、三期工程的設計文件及各方意見，并考慮直觀方便的原則，承檢單位設計并加工了抗拔反力裝置、雙向抗剪反力裝置、抗剪夾具和轉換傳力桿等設施。綜合考慮以上兩個標準后，制訂了預埋槽道組件抗拔、抗剪承載力現場非破損檢測的要求和具體檢測方法報監理單位認可后實施，試驗方法及要求大致如下：

2.1 試驗樣品及檢測位置的選取

樣品的選取應有代表性和隨機性，每一檢驗批（1000環）應由監理或業主隨機選取有代表性的各類管片（封頂塊、標準塊、鄰接塊）各一片（檢驗批的大小及檢測項目一般由設計給定，設計未明確時，一般由業主及監理單位確定），分別在其上進行預埋槽道組件的抗拔承載力試驗、垂直抗剪承載力（垂直于T型螺栓軸向和槽道軸向方向）試驗、平行抗剪（或抗滑）承載力（垂直于T型螺栓軸向并沿槽道軸向方向）試驗。選取的管片其內弧面應與滑槽的開口表面基本齊平，如滑槽開口面低于周邊混凝土面1mm及以上時，在安裝抗剪夾具時應先用不同厚度的鋼墊片墊平，以消除緊固T型螺栓及夾具時對槽道產生的預拉力。在滑槽上的檢測位置應由現場見證監理及業主代表隨機選定，一個位置只能檢測一次一個參數?？拱卧囼灪痛怪笨辜粼囼灂r，T型螺栓應安裝在滑槽錨桿的正上方，平行抗剪試驗時，T型螺栓的安裝位置可不在錨桿正上方。

2.2 試驗設備的安裝

抗拔（沿T型螺栓軸向并垂直于槽道軸向方向）承載力試驗：將帶齒T型螺栓頭（含平墊片、彈簧墊和螺母）卡入錨桿正上方槽道的帶齒開口處，用扭力扳手按設計的安裝扭矩擰緊螺母，T型螺栓的另一端與帶內螺紋的轉換桿連接，然后安裝抗拔反力裝置（不平衡、不垂直時應適當調整反力裝置的支撐腿）、穿心千斤頂、鋼擋板、鎖定螺帽，使之連接成一體，使荷載作用線與T型螺栓軸線重合，為了方便，百分表可架在抗拔加載桿的端部，用專用支架固定，此種架表法對受力點位移的計算應減去加載桿的變形量，裝置圖見圖1。

抗剪（分兩個方向：①垂直抗剪；②平行抗剪）承載力試驗：把一體式抗剪反力裝置放在管片內弧面及滑槽上，根據測點位置，移動該裝置，利用管片的吊裝孔及配套的吊裝螺栓固定抗剪反力裝置，同時利用兩個截短T型螺栓將反力鋼板壓住固定，防止反力支架旋轉（截短T型螺栓與被測點間的距離不得少于100mm）。當前后移動抗剪反力裝置還是不能利用吊裝孔時，根據受力情況可采用2～3個T型螺栓直接固定反力裝置。進行垂直抗剪試驗時，將T型螺栓頭卡入槽道并移至錨桿正上方右旋使之相互吻合，進行平行抗剪即抗滑試驗時，T型螺栓卡入位置可隨意。套上抗剪夾具（抗剪夾具剪切板上的開孔孔徑應與T型螺栓螺紋大徑相匹配，相差不得大于0.5mm，剪切板的厚度同T型螺栓的直徑，剪切板及反力裝置應有足夠的剛度和強度，采用牌號不低于Q345的鋼材），放上配套墊片，夾具向T型螺栓受力點靠緊，初擰螺母，以減小安裝縫隙對位移帶來的影響?？辜魥A具的另一端鉸接加載桿，套入千斤頂，在加載桿末端旋入鎖定螺母。對垂直抗剪試驗，調節加載桿及夾具軸線使之與槽道軸線垂直，對平行抗剪即抗滑試驗，調節加載桿及夾具軸線使之與槽道受力點切線平行，用扭力扳手終擰T型螺栓的螺母，安裝百分表，使之連成一體，百分表安裝在抗剪夾具的端部中間，用專用支架固定，垂直抗剪裝置圖見圖2，平行抗剪裝置圖見圖3。

2.3 加載方式、加荷速度及保荷的規定

采用連續加載的方式進行非破損試驗。為消除傳力桿件連接節點對位移測量的影響，先預加10%的荷載，持荷1min，卸載，位移調零。重新開始加載，荷重在最大檢驗荷載的50%以內時，對加荷速度不作規定，達到最大檢驗荷載的50%以后，按每分鐘10～30%的最大檢驗荷載均勻平穩地增加載荷，約3min達到規定荷載，然后保荷3min（荷載降低時應隨時補荷），讀取百分表讀數，記錄最大試驗荷載。

2.4 試驗結果的判定

加載至最大檢驗荷載并保載3min后，百分表顯示的荷載點位移未超過設計值（如0.5mm），則預埋槽道組件抗拔或抗剪承載力符合設計要求。

3 試驗探索過程中發現的問題

為了弄清影響檢測結果的影響因數，公司技術團隊在室內和管片預制廠進行了一系列的對比試驗，通過一系列的試驗，發現了以下問題：

（1）過程中能持荷，但保荷結束后百分表讀數較大；位移遠遠超過設計要求；位移的再現性差。

（2）無法加載到設計的抗拔或抗剪承載力要求值；位移持續增大。

（3）試驗前的夾具、反力支架、螺栓的安裝質量對位移影響較大；人員間的復現性較差；同一位置檢測的再現性差。

4 出現問題的原因分析

（1）此種情況下，通過對比試驗和數據分析發現了三種可能的原因：①T型螺栓的緊固力矩不足，未達設計緊固力矩，抗剪試驗時，螺栓傾斜較大，從而位移較大；②抗剪夾具的螺栓孔與T型螺栓間的空隙較大，安裝時未排除縫隙效應，從而造成夾具相對螺栓滑移，引起位移較大；③T型螺栓的安裝位置不在錨桿的正上方，而在兩錨桿中間位置，此種情況引起了抗拔、抗剪（垂直槽道方向）承載力試驗的位移較大。

（2）此種情況下，通過對比試驗和數據分析也發現了三種可能的原因：①槽道及錨桿鋼材的牌號較低（如Q235），在拉、剪試驗的最后階段，滑槽鋼材已處于屈服階段，理論上就達不到設計的抗拔或抗剪承載力；②廠家使用的鋼材材質符合設計要求，但槽道鋼材的厚度不足，拉、剪試驗時引起鋼材的彈性和塑性變形，位移持續增大；③抗拔、抗剪承載力的設計值偏大，設計計算有誤。

（3）因最終的檢驗力值不大，只有10kN左右，但安裝的不規范，對螺栓、滑槽的受力不利，人員間的復現性較差，因而安裝的規范性尤顯重要?？拱位蚩辜粼囼灪?，試驗點T型螺栓及槽道均有一定的損傷，因而即使是同一個人在同一個點重復試驗，也沒有好的再現性，因此一個T型螺栓只能進行一次試驗，滑槽上的某一位置也只能進行一次試驗。

5 完善檢測細節的建議

使用的穿心千斤頂的量程應為最大試驗荷載的1.2～5.0倍，測力系統的誤差應在±1%以內；建議統一規定影響檢測結果的一些因素，如T型螺栓的安裝位置和安裝要求，抗剪夾具的形狀和尺寸，與混凝土接觸面的粗糙度，剪切板孔洞的大小和厚度，是否在抗剪夾具下放上平滑的聚四氟乙烯墊片或橡膠墊片，傳力桿與夾具的連接方式，夾具安裝時T型螺栓的擰緊扭矩，試驗管片內弧面與滑槽開口表面的高差要求；建議改進傳統的抗剪反力裝置（傳統裝置一般用兩塊大鋼板和四條長的螺桿組裝，安裝此裝置時費時費力），建議推廣使用適用范圍更廣更為方便高效的一體式雙向抗剪反力裝置。

6 結束語

近年來預埋滑槽的使用越來越廣，不僅在地鐵預制管片上大量使用，在隧道二襯現澆混凝土工程和房建幕墻工程中也在推行使用，預埋槽道組件的耐久性能和安全性能已引起了有關部門和有關人員的高度重視，為保證檢測結果的準確可靠性和檢測結果的可再現性，出臺一個統一的預埋槽道組件承載力現場非破損檢測的方法標準已刻不容緩。

參考文獻

[1]《電氣化鐵路隧道內預埋槽道》（TB/T3329-2013）.中國鐵道出版社出版、發行。

[2]《混凝土后錨固件抗拔和抗剪性能檢測技術規程》（DBJ/T15-35-2004）.

收稿日期：2018-9-14