渡槽三向预应力张拉（后张法）工艺简介及技术难点分析

2018-07-12温绍霖

水能经济 2018年7期

关键词：水利

温绍霖

【摘要】预应力用在桥梁中施工中较为普遍，在水利工程中较为少见，本文介绍的三向预应力水利渡槽施工在国内尚属首例，从定位筋安装、波纹管安装、钢绞线穿梭、钢绞线锚定、灌浆孔及透气孔等施工流程都做了逐一介绍，在施工中碰到的问题也逐一分析。预应力控制及伸长值做了简单计算。在施工中根据计算的表盘压力值进行换算张拉力值来控制张拉力，施加预应力目的是控制渡槽裂缝，加大渡槽的跨度，预应力简化了渡槽支撑结构，减小了施工难度。作者单位曾经承建的东深供水工程项目，大多采用断面为U型的渡槽，部分渡槽支撑系统采用的是拱形结构，模板搭设极其复杂。鄂北地区水资源配置工程的渡槽三相预应力技术的实施为以后的的相关技术提供了参考和参照，积累相关的施工及设计经验，控制渡槽裂缝及保证施工质量提供了良好的经验。

【关键词】水利；渡槽；三向预应力

工程概况：

湖北省鄂北地区水资源配置工程是以城乡生活、工业供水和唐东地区农业供水为主，通过退还被城市挤占的农业灌溉和生态用水量，改善受水地区的农业灌溉和生态环境用水条件为任务的一项大型水资源配置工程。该工程是从丹江口水库清泉沟隧洞进口引水，向沿线城乡生活、工业和唐东地区农业供水，工程线路先后穿越襄阳市的老河口市、襄州区，枣阳市，随州市的随县、曾都区、广水市以及孝感市的大悟县。线路总长度269.34km，输水干渠设计流量38.0 m3/s～1.8m3/s，

作者参与的是鄂北地区水资源配置工程2016年第3标七方（方寨）渡槽～七方（王坡）王坡渡槽施工位于枣阳市七方镇境内，包括四段渡槽及三段明渠。

1、渡槽预应力概述

2016年第3标段渡槽槽身采用了简支梁式结构，槽身采用C50W8F150混凝土，每跨槽身长30m、宽8m、高6.7m-6.2m，槽身预应力施工采用三向后张法张拉：分别为槽身墙身纵向张拉，槽身横向、底板纵向及槽身竖向张拉。

本标段每单榀槽纵向预应力钢绞线工32孔，两端张拉；其中26孔为直线筋（6孔为12φs15.2，8孔为10φs15.2，4孔为6φs15.2，底板8孔为4φs15.2），6孔为曲线筋（均为12φs15.2）除底板8孔4φs15.2为扁锚外，其他均为圆形锚具。横向预应力钢绞线共39孔，采用圆形锚具，单端张拉；起重26孔为直线筋（均为5φs15.2），13孔为曲线筋（中间低肋11孔、端部底肋2孔均为10φs15.2）。在侧墙竖向共布置146孔（2×73孔，其中侧肋外侧2×13孔）φps15.2预应力螺纹钢筋，单端张拉，详见各渡槽槽身预应力筋布置图。

2、预应力施工工艺流程

2.1张拉前工作

2.1.1定位筋安装

1）波纹管纵、横定位采用“井”形Φ10钢筋定位框点焊或固定在钢筋骨架上，管道施工严格控制井形钢筋定位框间距，曲线管道定位间距0.3m左右，直线管道定位间距0.5m左右，管道安装平顺。

2）按照定位筋标识线安装定位筋网片，定位筋采用焊接方式固定（采用其他形式固定時，需确保定位筋牢固可靠）。

3）定位筋安装完成后，用测量仪器、钢尺和线绳复核单片定位筋的空间位置。

2.1.2波纹管及锚垫板安装及问题处理

1）对定位筋位置检查无误后，开始安装波纹管。波纹管上的控制环与定位钢筋焊接牢，防止波纹管位置偏移或上浮。波纹管与钢筋同步安装，并协调配合，在波纹管安装中，遇箍筋阻，应适当调整钢筋位置，焊接钢筋要防止焊渣溅落在波纹管上，易引起波纹管烧穿，混凝土易流入波纹管内，导致堵塞。

2）对于预应力长孔道，单根波纹管长度无法满足要求时，采用大一个直径级别的专用波纹管接头，将相邻两根波纹管连接起来，波纹管接头与波纹管之间的缝隙采用泡沫胶等填充材料充填密实，并在外边再用塑料胶带缠裹严密，接头长度为被连接管道内径的5～7倍。

2.1.3 钢绞线穿索及端头锚定板

波纹管安装并固定好之后，将已加工完成并检验合格的钢绞线前端包裹胶布便于穿束，市面上也有专门的穿束塑料头，钢绞线按长度和孔位编号人工穿入孔道，或者用穿索机穿索，在钢束头进孔道时，旁边配合人工协助使其顺利入孔。

钢绞线穿束中应防止钢绞线扭转，注意钢束端部的上、下标志。锚束在张拉前应有专人保护，以防人为或自然因素导致的钢绞线刮伤、松散等现象出现。

2.1.4锚具、锚垫板安装

1）张拉端锚垫板安装

波纹管安装就位，钢绞线穿索后，进行锚垫板安装。将锚垫板的颈部套在波纹管上，波纹管与锚垫板的搭接长度不小于30mm，其缝先用环氧树脂粘牢，搭接处外缘用胶布缠紧，最后用软钢丝绑扎在固定锚垫板上，以防施工中脱开及管道漏浆。在安装前将螺旋筋套入，安装锚具后，螺旋筋紧贴锚垫板固定在钢筋上，锚垫板的管道出口端与波纹管中心线垂直、同轴，端面的倾角均符合设计要求，同轴偏差不大于2mm，锚具槽底面倾斜不超过0.5。对于下卧式张拉端，在结构物表层下按设计图纸预留锥形凹槽。在端面模板立好后，用螺栓将锚垫板固定在模板上。

2）固定端P型锚具安装

固定端P型锚具在钢绞线穿束前装配完毕。P型锚具装配是将固定端的钢绞线穿过锚垫板及锚板的小孔做挤压套、封压板。当张拉端穿束后，将固定端P型锚垫板的小孔端套在波纹管上，并将螺旋筋套入P型锚具的颈部。装配好的P型锚具安装到位，用钢筋架固定在附近的钢筋上。

3）预应力钢筋固定端组装

①将波纹管套入预应力钢筋。

②安装固定端的螺旋筋。

③安装固定端锚垫板（锚垫板事先已焊接了钢管节，用于固定波纹管）。

④用扳手安装锚垫板下部的固定螺母，预应力钢筋应露出端部螺母（当采用连接器接长预应力钢筋时，确保两端均旋至连接器中央）。

⑤用泡沫胶等填充材料将锚固端波纹管与钢管之间的缝隙充填密实，波纹管外侧用塑料胶带密封严实。

2.1.5灌浆管及排气管（排浆管）安装

灌浆管安装

1）用手电钻在近锚固端波纹管开孔。

2）将灌浆管伸入波纹管内。

3）将灌浆管与波纹管交接处用塑料胶带固定牢靠。

4）穿束定位后，用细铁丝将灌浆管与结构钢筋绑扎牢固，沿结构钢筋敷设出混凝土面，灌浆管露出混凝土面高度宜不少于50cm。

5）用塑料胶带将灌浆管管口密封严实。

排气管（排浆管）安装

1）将排气管伸入波纹管孔道内，伸入长度不宜小于1m。

2）用泡沫胶等填充材料将约束环处波纹管与钢绞线之间缝隙充填密实。

3）将排气管沿结构钢筋敷设出混凝土面（细铁丝将排气管与结构钢筋绑扎牢固），出浆管露出混凝土面高度不宜少于50cm。

4）用塑料胶带将排气管管口密封严实。

5）逐束通水或通气检查波纹管密封性。

6）在混凝土浇筑施工中，要保护好排气管，防止堵塞。

2.2预应力张拉力及伸长率控制

2.2.1张拉程序

槽身纵向预应力筋采用两端张拉，横向、竖向采用一端张拉。

2.2.2张拉分级

预应力钢束张拉时缓慢、平稳、匀速，应力增加的速率控制在100MPa/min以下，分4级张拉，顺序如下：

第一步：应力由0.15σcon（预紧阶段，单根张拉）（单根预应力钢筋）；

第二步：应力由0.15σcon→0.3σcon；

第三步：应力由0.3σcon→0.6σcon；

第四步：应力由0.6σcon→1.03σcon，持荷10min，補张至1.03σcon，锁定。

每级张拉荷载下持荷2min，张拉后分别记录其伸长值，每步按要求进行伸长值校验。锁定完成后测定钢绞线长度的回缩量不大于5mm。

2.2.3张拉控制应力

1）预应力钢绞线张拉控制应力为超张拉控制应力σcon=0.7×fptk=0.7×1860=1302MPa，超张拉控制应力为1.03σcon=1.03×0.7×fptk=1341.1MPa。持荷10min锁定。单根钢绞线张拉端的张拉控制力：P=σconxAp=1302x 140x10-3=182.3kN。

2）预应力螺纹钢筋张拉控制应力σcon=0.65×fptk=0.65×1230=799.5MPa，超张拉控制应力1.03σcon=1.03×0.65×fptk =823.5MPa。持荷10min锁定。单根ΦPS32螺纹钢筋张拉控制力：P=σcon×Ap=799.5×804.2 x10-3=643KN。

3）当混凝土强度达到设计强度等级的85%时，进行拆除端模、脱离内模，松开外模紧固件，先进行60%σcon的纵向预应力筋初张拉，而后进行103%σcon的横向预应力钢绞线和103σcon的竖向螺纹钢筋初张拉。当槽身混凝土强度达到设计强度等级值的100%、弹性模量达到设计值的100%、张拉时混凝土的龄期不小于10天时，进行终张拉。

2.2.4伸长值控制

纵、横、竖向预应力采用张拉力与伸长值双控，预施应力值以压力表读数为主，以预应力伸长值作校核。应力控制即由压力表读数控制；伸长值控制按张拉过程实测伸长值与理论伸长值比较。

钢绞线张拉作为初应力，伸长值从初应力时开始量测。预应力筋的实际伸长值除量测的伸长值外，加上初应力以下的推算伸长值。

预应力筋张拉的实际伸长值△Ls（cm），按下式计算：

△Ls=△L1+△L2+△L3

式中：△L1—从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值（一般测量油缸伸长值，cm）；

△L2—初应力以下的推算伸长值（cm），可采用相邻级的伸长值或理论推算伸长值；

△L3—为工作锚到工具锚之间的钢绞线弹性伸长值（cm），本工程采用后张法，可省略。

若实际伸长值与理论伸长值的差值超过6%，则暂停张拉，待查明原因并采取相应措施予以调整后才继续张拉。在预应力张拉实施中，出现预应力张拉的伸长值超过6%的问题，主要考虑是预应力筋安装不到位的问题。存在波纹管弯曲，造成摩擦力较大，消除的主要方法是应先预紧，严格按照规范要求安装波纹管及钢绞线。

结束语：

在本项目中，预应力张拉取得了良好的效果，未出现预应力筋出现断裂、渡槽出现拉裂或者工具锚脱出的问题。

参考文献：