大伙房水库输水 (二期)工程无粘结预应力钢绞线束张拉施工措施

穆有森 冯国军 张春雷

(1.珠海市水利勘测设计院 沈阳 1100031;2.辽宁水利土木工程咨询有限公司沈阳 1100031;3.中国水利水电第六工程局有限公司 辽宁丹东 )

1 引言

大伙房水库输水 (二期)工程是将浑江流域调来的水由大伙房水库调节后,向辽宁省抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦等六城市输水的一项大型输水工程。

本工程引水隧洞环形混凝土衬砌节长12m,每节段布置锚具槽30个。衬砌厚度为0.5m,锚具槽间距0.386m,锚固端与张拉端的包角为2×360°。预留内槽口长度1.3m,中心深度为0.22m,宽度为0.20m,40°交替布置。本工程Ⅳ、Ⅴ类围岩采用HM15-6型的环形游动锚具。搭连进口隧洞总长1032m,预应力衬砌部分54仓,共648m;东洲出口隧洞总长1008m,预应力段51仓,共总长612m;2#洞总长1884m,预应力段 14仓,总长168m。

2 张拉工艺流程

本工程为双圈双层布筋结构,预应力筋采用符合ISO14655-1999标准的厚环氧涂层钢绞线,剥除PE层后,再采用专用加热设备剥除环氧层后锚固,整体变角张拉。施工工艺流程:

锚具槽的凿毛、清理、检验→锚具槽无粘结钢绞线的处理,锚具、防腐件的安装→张拉设备的准备、标定,张拉台车及设备的安装→变角张拉、测量→锚具及钢绞线的锚固、防腐→锚具槽回填混凝土、养护。

3 无粘结预应力钢绞线束的张拉

混凝土浇筑达到设计强度后进行预应力张拉。张拉以一个衬砌块为一个作业单元。

3.1 张拉一般规定

1)最大张拉应力不宜大于0.75fptk(fptk=1860MPa)即1395MPa;锁定前锚具处每束锚索的张拉力为1150kN;锁定后锚具处每束锚索的张拉力为1100kN;

2)张拉荷载主要以应力控制为主,伸长值校核为辅的控制方法;

3)任何两个相邻锚具槽所受拉力差值不得大于50%,锁定后锚具位置与设计所在环形截面中心偏离不大于6mm;

4)张拉应匀速加载,加载速度按无粘结筋应力增加100MPa/min的速度为宜;

5)张拉起始应力为0.1～0.2 σ con,达到1.03σ con且满足伸长要求时进行锚固;

4)张拉过程中不满足以上规定时,应立即停机查找原因,在消除故障后再恢复作业;

5)张拉过程中,要经常检查混凝土衬砌有无异常的变化,如冷缝、裂缝等;

6)根据操作规范和实际张拉情况认真做好张拉记录。

3.2 预应力钢绞线束的张拉顺序

张拉前对钢绞线束进行编号,以一个衬砌块为作业单元,规定从洞外 (A端)向洞内 (B端)顺序编号1#～30#。因内外层钢绞线长度不一致,张拉时内外层分开进行,也就是每次只能拉3根。所有编号的钢绞线束都是先张拉内层3根钢绞线束,再张拉外层3根钢绞线束。

张拉顺序如下:

1)由A端向B端依序张拉编号为奇数的钢绞线束,张拉力由 0至 50%σ con;

2)由B端向A端依序张拉编号为偶数的钢绞线束,张拉力由0至 103%σ con;

3)由A端向B端依序第二次张拉编号为奇数的钢绞线束,张拉力由50%σ con至103%σ con。顺序如下图7所示。

图2 张拉顺序图

3.3 无粘结钢绞线束的张拉、测量和记录

张拉前先用小型单根千斤顶预动每根钢绞线后放张,张拉力为到钢绞线能自由滑动为止。张拉分级匀速进行,张拉力的增长率不大于100MPa/min。具体操作步骤及方法如下:

1)奇数序钢绞线束的第一次张拉:①给1#钢绞线束进行预紧张拉至0.15σ con停止供油。检查夹片情况完好后,画线作标记,持荷2min,锁定、卸荷,[此过程表示为:“1#,0→0.15σ con(持荷2min)//→0”];

②给1#钢绞线束加载张拉至0.15σ con,持荷测量并记录钢绞线伸长值△l、千斤顶压力表读数P以及对应的张拉力T,继续均匀加载至0.5σ con,持荷5min,再测量、记录△l、P、T,然后锁定、卸荷。[此过程表示为:“1#,0→0.15σ con(持荷测记)→0.5σ con(持荷5min再测记)→0”];

③按以上①、②点相同步骤及方法进行3#、5#、7#……29#钢绞线束的预张拉和张拉、测量及记录。

2)偶数序钢绞线束的张拉:①奇数序钢绞线束的第一次张拉全部结束后,依序进行偶数序钢绞线束的张拉:30#,0→0.15σ con(持荷 2min)//→0;

②30#,0 → 0.15σ con(持 荷 测 记) →1.03σ con(持荷5min再测记)→0;

③按以上①、②点相同步骤及方法进行28#、26#、24#……2#钢绞线束的预张拉和张拉、测量及记录。

3)奇数序钢绞线束的第二次张拉

①偶数序钢绞线束的张拉全部完成后,再依序进行奇数序钢绞线束的第二次张拉:1#,0→0.5σ con(持荷测记) →1.03σ con(持荷 5min 再测记)→0;

②按照相同的步骤及方法进行3#、5#、7#……29#钢绞线束的预张拉和张拉、测量及记录,直至全部完成。

4 张拉注意事项

①无粘结预应力钢绞线束的张拉以应力控制为主,伸长值为辅的原则进行操作,应力的施加要缓慢、匀速,严禁非规范施工;

②整个施工过程要认真记录,并将数据录入电脑数据库保存;

③张拉时变角器内要涂润滑剂;

④当钢绞线束张拉过程中发现实测伸长值超过理论计算值得10%或者小于5%时,立即停止张拉操作,并报告监理人,待查明原因、消除故障并经监理人同意后方可继续进行作业;

⑤因锚具在安装前进行一次外涂环氧的前处理,加热造成锚板锥孔的润滑剂全部损失掉,且锚板的锥孔类有时也黏附有环氧喷涂块,所以安装前应清理锚孔并在锚孔内涂少许机油或黄油润滑,以保证夹片能平整的顺利跟进锚固;

⑥夹片,特别是固定端的夹片,每束设备安装后准备张拉前应检查是否安装好,并应保证两片外露平齐,敲紧;

⑦张拉端的夹片在安装限位版之前应检查是否有掉出的现象,防止安装遗漏和夹片掉出,这点至关重要,因为锚具在槽口中为倾斜安装,任何的振动都可能造成夹片掉出,如有夹片遗漏就进行张拉,将会造成很麻烦的后果。

4 施工测量

(1)测量在起始应力15%时,作张拉伸长值测量基点;

(2)张拉至1.03σ con时,测量伸长值,伸长值达到要求值锚固;

(3)实测伸长值必须符合以下要求:

0.95ΔL(计算值)≤ΔL(实测值)＜1.1ΔL(计算值)

按照设计补充通知单,实测伸长值必须符合以下数据要求:

229.7mm ≤ΔL(实测值)≤266mm

5 钢绞线的切割

(1)预应力筋锚固后外露部分采用砂轮机切割,外露长度符合设计要求;

(2)终张拉完毕24h,检查确认无滑丝后,进行切割,切割后的钢绞线不得散头;

(3)钢绞线切割前如发现滑丝,应及时处理,放松钢绞线采用专用的退锚器进行,两端均不得站人,作业时两端用标识牌明示。

6 施工中可能出现的问题及处理方法

张拉过程中,预应力钢铰线的伸长值与理论伸长值的误差应在±6%范围内,否则应:

(1)测试钢铰线实际弹性模量;

(2)根据标准规定的方法测试孔道摩阻值;

(3)按公式复算理论伸长值。

张拉后锚固时发生滑丝现象,则采用如下图8所示的专用退锚工装配合单孔千斤顶放松钢铰线。

退锚后的钢绞线束采取以下措施后再重新张拉、锚固:

(1)用汽油清洗该股钢铰线内侧,以防因油污填塞齿缝间隙而影响锚固;

(2)用钢丝刷或细砂纸打磨钢铰线表面,以防锈蚀层影响锚固性能;

(3)对该股钢铰线的夹片硬度测试,如因硬度太低而导致夹片齿纹磨平,则更换夹片。

图4 退锚专用工装图

张拉锚固时发生断丝现象的,断丝数量严禁超过同一截面预应力筋总根数的3%,且每束不得超过一根,鉴于本工程的钢绞线难更换性(用特制的连接器可以进行更换,但国内没有先例),张拉过程中需严格按照规范要求进行施工避免断丝现象发生,如有断丝超标的个别情况发生,需报请监理查清原因后再张拉,断丝超标的钢束可采取适当增大相邻束或未断丝钢绞线应力的方法给予补偿,方案需报请设计监理审批通过再实施。

5 结束语

目前,大伙房输水二期工程无粘结预应力钢绞线束张拉施工已经全部结束,通水试验顺利。