大伙房水库输水工程二次衬环氧喷涂无黏结预应力试验

李 震，冯国军

(1.盖州市水利勘测设计队，辽宁盖州115200;2.辽宁水利土木工程咨询有限公司，沈阳110003)

1 工程概况

大伙房水库输水(二期)工程从大伙房水库取水，向辽宁省抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦计6个城市输水的一项大型输水工程。工程由头部29.1 km隧洞和231.37 km输水管线组成。二次衬砌设计为全圆一次衬砌成型，其中Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用普通钢筋+环氧喷涂无黏结预应力筋衬砌，Ⅲ、Ⅱ采用普通钢筋混凝土衬砌。无黏结预应力筋固定端和张拉端包角为720°。

2 试验总体要求及研究内容

2.1 试验总体要求

本次试验分两段，每段长度10.5 m。第一试验段29+ 098～29+87.5锚具槽圆心角为80°，采用邱姆公司的锚具和防腐体系，混凝土中不掺加抗裂防水剂;第二试验段29+ 87.5～29+77锚具槽圆心角为90°，采用欧维姆锚具和防腐体系，混凝土中掺加抗裂防水剂。两组试验张拉端钢绞线均为裸线。

2.2 试验研究内容

试验重点研究下述内容:

1)钢绞线下料长度、编束方法。

2)选择、优化施工中钢绞线和预留槽的安装、定位施工工艺。

3)使施工人员熟悉预应力张拉及锚具防腐的施工程序及操作方法。

4)测试施工控制要求的实测数据，决定控制张拉力与张拉施工工序。

5)模板台车运行工艺及开窗方式。

6)混凝土的浇筑方法与质量控制。

7)锚具槽回填混凝土质量控制。

2.3 现场试验段布置

试验段布置在四标段刘山出口工区，施工里程为29+ 077～29+098。试验段地表为既有厂内运输铁路线，隧洞内为Ⅴ类围岩，支护采用钢支撑、锚喷网支护。

3 施工工艺流程

总体施工工艺流程见图1。

图1 预应力衬砌试验段施工工序框图

4 预应力衬砌试验准备工作

4.1 预应力施工材料准备

钢绞线:环氧涂覆无黏结钢绞线，无黏结筋(7Φ5)标准强度为1 860 N/mm2，公称直径为15.24 mm，公称截面面积139 mm2，破坏荷载(单根)Fptk=260.4 kN，弹性模量为1.8 ×105MPa。

4.2 材料采购

钢绞线供应厂家:沈阳科明控制腐蚀技术有限公司

锚具及张拉设备供应厂家:柳州邱姆预应力机械有限公司

4.3 钢绞线和锚具施工前的材料检验

4.3.1 依据规范

JGJ/T92－2004(J409－2005) 无黏结预应力混凝土结构技术规程

GB/T14370－2000预应力筋用锚具、夹具和连接器

JGJ85－2002(J219－2002) 预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程

JG161－2004 无黏结预应力钢绞线

ISO14655:1999 预应力混凝土用环氧涂层钢绞线

4.3.2 材料检验项目

4.3.2.1 无黏结预应力钢绞线

《无黏结预应力钢绞线》JG161－2004中的规定:

1)钢绞线直径、整根钢绞线的最大力、规定非比例延伸力、最大力总伸长率和伸直性

2)防腐润滑油脂:滴点、腐蚀试验和防腐油脂质量

3)护套:拉伸强度、弯曲屈服强度、断裂伸长率和护套厚度

《预应力混凝土用环氧涂层钢绞线》ISO14655:1999中的规定

环氧涂层厚度、涂层连续性、涂层的粘附

4.3.2.2 锚具

1)锚具外观、硬度、静载试验2)配套油泵、千斤顶标定试验

4.3.2.3 千斤顶和偏转器摩擦力损失试验

用于环锚的设备包括2个应力板、2×3个U形偏转器、2个HOZ950/120千斤顶，以上设备应配套组装后在出场前及现场进行试验，以确定千斤顶和偏转器共同工作时由偏转器引起的张拉力损失，摩擦损失应不大于9%。偏转器摩擦损失率定示意见图2。

图2 偏转器摩擦损失率定示意图

5 预应力试验段现场施工

5.1 隧洞内施工

洞内准备工作包括:

5.1.1 衬砌断面测量

衬砌钢筋施工前进行断面测量，为保证预应力混凝土衬砌厚度(50 cm)，隧洞初期支护后断面不允许欠挖，对欠挖部位采用风镐或弱爆破进行处理;断面达到设计要求再进行钢筋施工。

5.1.2 试验段底板清洗

钢筋施工前进行隧洞底部积水、浮渣、洞壁渣土清理，保证二衬混凝土和初期支护有较好的黏结。

5.1.3 预埋检测仪器

钢筋施工前，水科院组织预埋最外层检测仪器(在边墙埋设Φ100钢管24根/2m+25根/12m+5根/24m，钻测缝计预埋孔2组/5个)。现场组织人工20人，用时3 d来完成此项工作。

5.1.4 回填拱脚C15混凝土

在检测单位的外层检测仪器预埋完成并验收合格后，开始回填两侧拱脚混凝土，回填混凝土时应保证混凝土密实，表面顺滑平整。

5.2 洞外准备工作

5.2.1 普通钢筋的制作

根据设计钢筋长度，在洞外平整下料场地，按照设计半径制作钢筋加工胎模。

5.2.2 预应力钢筋的洞外准备

5.2.2.1 钢绞线下料场地的准备

为了保证钢绞线的堆放、下料及剥皮在干净的场地内进行，现场用C25混凝土浇筑10m×15m的场地，混凝土厚度20 cm，砂垫层10 cm。

5.2.2.2 预应力胎模

为了保证钢绞线的编束及更精确的下料，在钢绞线预制场地上按1∶1的洞室比例将钢筋模型放样，制作预应力筋编束及安装胎模。

5.2.2.3 钢绞线模拟编束

利用预应力筋胎模，用红、绿两种颜色的橡胶管代替钢绞线做环绕练习，确认张拉段和固定段钢绞线进锚具槽的孔位。

5.2.2.4 预应力筋的下料及加工

1)预应力钢绞线下料长度的计算

预应力钢绞线的下料长度根据设计安装半径和张拉设备的规格来确定。本试验段的HM15－6环锚钢绞线下料长度计算结果如下:

内层钢绞线下料长度L内

L内≥L1+L2+L3=20.73+20.80+1.164=42.694m

建议取42.83 m(按1.3 m的搭接)

外层钢绞线下料长度L外

L外≥L1+L2+L3=21.260+21.363+1.164=43.787m

建议取43.923 m(按1.3 m的搭接)

变角40°的搭接L 3=变角张拉辅助长度1034+锚板厚度90+固端外露绞线长度40mm=1164m。

图3 L 1为内圈长

L 2为外圈长

L 3为搭接重复长度

下料长度误差为0～+50mm，考虑到预应力布置位置的偏差和钢绞线未受力情况下的不平直性，实际下料长度在试验段建议取搭接长度为1 300，这样可以即可保证钢绞线在施工过程中能全部沉入槽内不影响浇注混凝土支模，又能保证张拉的辅助长度足够。根据本次试验的经验，在正式批量施工中再对下料长度和搭接长度作修正。

2)钢绞线下料、剥皮、存放

5.2.2.5 锚具槽的加工

为保证锚具槽的安装和拆除方便并能重复利用，在洞外一共设计了7种锚具槽加工方案，通过洞外模拟施工，最终确定下图所示组合式锚具槽，此锚具槽端模分割成3块，首先拆除，然后拆除侧模，最后拆除底模。

5.3 洞内安装工作

总体安装顺序:外层钢筋定位筋——外层钢筋安装——锚具槽安装——钢绞线定位托架安装——钢绞线安装——内层钢筋安装——预埋注浆管安装

5.3.1 定位筋及外层钢筋安装

定位筋采用 L=55cm，φ 22的螺纹钢，环向间距1 000 mm、纵向间距1 100 mm。

5.3.2 锚具槽安装

锚具槽安装顺序:测量放样定位——定位筋——定位托架——锚具槽

5.3.3 钢绞线定位托架安装

钢绞线托架用Φ14Ⅰ级钢筋，具体尺寸见下图，安装在外层纵向钢筋上，环向间距1 000 mm，纵向间距为400 mm。

5.3.4 钢绞线及内层普通钢筋安装

洞内安装钢绞线采用单根安装，由7个人同时工作，相互配合，先在锚具槽内固定张拉端，然后以固定端牵头，钢绞线从所焊接的钢绞线托架中走过，环向两周，最后固定端进入锚具槽。

6 结束语

通过二次衬环氧喷涂无黏结预应力试验，取得了重要施工参数，为施工提供依据，在施工时按照实验成果实施，进度和质量效果良好，目前，工程已经进行通水试运行，施工质量合格。

［1］鲁少阳.输水隧洞环形无黏结预应力衬砌施工技术［J］.石家庄铁路职业技术学院学报，2009，8(3):55－58.

图4 变角张拉铺助长度≥35+50+374+23+180+242+80+50=1034 1300－170－90=1040＞1034能满足

图5 锚具槽安装

图6 锚具槽定位

图7 钢绞线定位托架