浅谈低回缩竖向预应力二次张拉控制技术

2018-06-28尹洪图

中国设备工程 2018年12期

尹洪图

（中交第二航务工程局南方工程有限公司，广东广州 511458）

二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统是一种新型的预直力筋锚固体系，不同于传统的精轧螺纹钢YGM锚固体系，也不同于夹片式钢绞线锚固体系，它具有其自身的特点。本文以广州南沙凤凰二桥主桥岸跨竖向预应力施工为背景工程，研究低回缩竖向预应力二次张拉控制技术及二次预应力施加时机对施工效果的影响。

1 背景工程

岸跨拱梁位于两岸过渡墩与边墩之间，一端简支于过渡墩上，另一端与边墩（拱脚）固结，岸跨拱梁为19.96m长的变截面箱梁（下称岸跨纵梁）和20m（平面投影长）的等截面曲梁组合而成的预应力砼结构。平衡拱脚部分水平推力的体外预应力系杆锚固在简支端的中横隔上。岸跨预应力包含顶板横向预应力、端横梁及中横隔梁Ⅰ预应力、纵向预应力。

在系杆锚固的岸跨拱中横梁Ⅰ处设置横向预应力和竖向预应力。竖向预应力采用OHM竖向预应力锚固体系，充分利用二次张拉低回缩锚具的特性，以减少短束预应力筋的预应力损失。预应力钢筋采用Φs15.2-3高强度低松弛钢绞线，采用内径Φ50mm的塑料波纹管成孔。单个岸跨有112套OHM二次张拉预应力钢束，全桥共计448套。图1为预应力立面图。

图1 预应力立面图

2 低回缩二次张拉工艺

低回缩二次张拉体系主要由固定端“P型锚具系统”、钢绞线力筋、管道系统和张拉端“低回缩二次张拉锚具”等几个部分组成，经二次张拉施工实现其预应力钢绞线低回缩锚固。第二次张拉要求锚固回缩量≤1 mm。

二次张拉锚固体系的实现过程如下。

第一次，按夹片式锚具通用张拉施工方法整束张拉并锚固，张拉程序：0→ 0.1σcon→ 1.05σcon(持荷2min)→锚固；第二次，用专用H型支承角支承千斤顶，采用连接器与张拉杆相连，将锚环整体拉起，张拉至设计张拉力，拧紧外圈支承螺母，消除第一次张拉钢绞线产生的锚具放张回缩值。第一次张拉2～16小时内进行第二次张拉，张拉程序：0→ 0.5 σcon→ 1.0σcon(持荷2min)→锚杯的下端离开垫板6～12mm，旋紧支承螺母→锚固。二次张拉操作仍采用张拉力与伸长量双控，理论伸长值和实际伸长值按相关规程计算。

2.1 理论伸长量复核

（1）第一次张拉理论伸长量复核。

计算公式：ΔL=(Pp×L)/(Ap×Ep)

式中：ΔL为预应力筋理论伸长值（mm）；Pp为预应力筋平均张拉力（N）。

Pp=P(1-e-(kx+μθ))/(kx+μθ)

式中：P为预应力筋张拉端的张拉力(N)；X为从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；θ为从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）；k为孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；μ为预应力筋与孔道壁的摩擦系数；Ap为预应力筋的截面面积（mm2）；L为预应力筋长度（mm）；Ep为预应力筋的弹性模量（N/mm2）。

取μ=0.15，k=0.0015，A s=140mm2，Es=195000MPa，计算得第一次张拉理论伸长量14mm。

（2）第二次张拉理论伸长量复核。

计算公式：ΔLⅡ=(PⅡp-PⅠps)×L/(Apv×Ep)；其中，PⅠps=PⅠp(1-x%-7/ΔL1)

图2 第一次张拉放后示意图

式中：PⅡp——第二次张拉预应力筋的平均张拉力(N)；PⅠps——第一次张拉放张后，扣除预应力损失部分（含锚口磨阻损失和夹片回缩损失）后的剩余张拉力(N)；X%——锚口部位的磨阻损失系数，一般通过试验确定，简化时可取x=3；PⅠp——第一次张拉预应力筋的平均张拉力 (N)；ΔL1——第一次张拉预应力筋的平均张拉力 (N)；7/ΔL1——夹片回缩损失系数。

已知x=3，ΔL1=14mm，计算得：PⅠps =275373N，L=2005mm，PⅡp=585900N，As=140 mm2，Es=195000Mpa计算得：ΔLⅡ=7mm。

2.2 第一次张拉施工

（1）第一次张拉时支承螺母应不受力，支承螺母与垫板之间有较小间隙（图2）。

（2）施工工序：0 → 0.1σcon→0.2σcon → 1.0σcon(持荷)→锚固。

（3）测量 0.1σcon与 1.0σcon工具夹片外露差值，计算实测伸长值。

2.3 第二次张拉施工

（1）第二次张拉在第一次张拉完成后2～16小时内进行。

（2）第二次张拉过程：①清除干净张拉槽口内杂物。②安装张拉连接套。③安装张拉杆。④安装张拉支架。⑤安装千斤顶及张拉杆连接螺母。⑥消除支承螺母与垫板之间间隙（图3～5）。

（3）进行第二次张拉（图6）。

按下式计算第二次张拉放张后实测伸长值：

L放II=△LH－(H1－H2)＋1

将△L放II与第二次张拉理论伸长值△LII进行比较，误差应在±15%之内。

消除支承螺母和垫板之间的间隙支承螺母相对位置之差△LH离开垫板产生6～12mm的间隙（图7、8）。

2.4 管道压浆及封端处理

（1）灌浆前的准备工作。

预应力筋张拉完成后,经检查合格,即可用切割机切除锚具外漏的钢绞线（注意钢绞线的外露量≥30mm）。灌浆前，张拉端锚具部位应用水泥砂浆密封，并保证密封严实，以免泻浆及降低灌浆的压力。

图3 安装张拉连接套后

图4 安装张拉连接杆后

图5 安装张拉支架后

图6 开始第二次张拉初始状态

图7 测量二次张拉锚杯

图8 第二次张拉终，支承螺母

（2）灌浆程序。

封锚→搅拌水泥浆及过虑→灌浆机压浆→灌浆机压浆持续稳压→完成灌浆。

硅酸盐为主的矿床主要包含高铝硅酸盐、高钙硅酸盐、碱性硅酸盐、钙铝硅酸盐、镁铁硅酸盐矿床，其主要矿物组成包括高岭土、铝矾土、硅灰石、透辉石、绿帘石、石榴子石、绿泥石、霞石、沸石、云母、橄榄石和角闪石等。在这类尾矿中一般同时富含石英。我国大多数的煤矸石中富含高岭土，其储量达180亿t，全球排名第一[13]；栾川洛钼集团炉场沟尾矿库钼尾矿中石榴子石含量在60%～65%等。

（3）压浆设备。

管道压浆采用灰浆搅拌机制浆、UB-3型活塞式压浆机压浆，灌浆压力为0.6～0.8MPa。

（4）材料。

①水泥浆采用P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺合高性能预应力管道压浆剂，浆体对钢绞线无腐蚀作用。浆体参数的确定如表1。②搅拌水泥浆先下水后下水泥，拌和时间3～5分钟直至均匀，然后倒入盛浆桶。倒入盛浆桶的浆体应马上泵送，否则要不停的搅拌，水泥浆进入灌浆泵以前应先通过1.2mm的筛网进行过滤。③盛浆桶内的浆体要保持足够的数量，以保证每根管道能一次连续完成。

表1 浆体参数表

（5）压浆。

①启动灌浆泵以正压力将水泥浆从管道的压浆端灌入。②灌浆泵继续工作，压力达到0.8MPa左右，持续1～2min。关闭灌浆泵及灌浆端的阀门，完成灌浆。③拆卸外接的管路、附件、清洗气流分离器及阀泵。④完成当日灌浆后，必须将所有水泥浆的设备清洗干净。安装在压浆端及出浆端的球阀，应在灌浆后2h后拆除并进行清理。

（6）记录。操作人员应做好压浆记录，包括灌浆日期、作业时间、温度、灰浆的比例、灰浆数量、压浆压力及压浆过程中所发生的异常情况等。

（7）封端处理。管道压浆后将端锚水泥浆冲洗干净，将封端补强钢筋绑扎就位，安装模板完毕后，用与纵梁相同等级的混凝土进行灌注封端。

3 二次张拉时机对张拉效果的影响

《二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统施工、验收操作规则》中规定，二次张拉要在一次张拉完成后2～16小时内进行。结合项目工期紧的背景，在保证施工质量的情况下，尽量快的进行二次张拉，我部组织对前几次张拉进行针对性记录，得出结果见图9。

图9

综上可知，一次张拉后相同时间内启动不同束预应力二次张拉，其得到的锚板与垫板间隙基本相同，差值保持在0.5mm内。2～9h内启动二次张拉，间隙均值依次为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、8mm、8mm。

为得到更准确最佳二次张拉启动时间，还对单束预应力进行多个启动时间张拉试验并记录，如下图10。

图10

由上图可知，不同束预应力，在相同二次张拉启动时间下得到的结果基本一致。而同束预应力在不同启动时间下得到的结果不一样，从第八小时开始，二次张拉得到的锚杯与垫板间隙基本保持在8mm，而二次张拉与一次张拉间隔时间未满7小时的，无法达到操作规程中规定的6～12mm间隙。因此，岸跨竖向预应力二次张拉启动时间选择在一次张拉完成后8小时左右。