上海白龍港蛋形消化池后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工

陳小歡 孫太平

(中鐵上海工程局市政工程有限公司，上海 201101)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土蛋形消化池為特種異形構(gòu)筑物(以下簡稱消化池)，主要用來處理污泥，目前國內(nèi)尚無專門的技術(shù)規(guī)范和施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)一般采用《給水排水構(gòu)筑物施工及驗(yàn)收規(guī)范》及其他相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工是消化池結(jié)構(gòu)施工核心工序，其施工質(zhì)量對結(jié)構(gòu)安全有十分重要的意義。

1 工程概況

上海白龍港水質(zhì)凈化廠設(shè)計(jì)建造8座蛋形消化池，設(shè)計(jì)使用年限為50年，消化池池體為雙曲面預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單池設(shè)計(jì)容積12 400 m3，全高45．555 m(設(shè)計(jì)地面以上高32．255 m，地下埋深13．3 m)，赤道圓處池內(nèi)直徑25．0 m，地面以上殼體為800 mm～400 mm厚漸變池壁，主體混凝土強(qiáng)度等級C40，抗?jié)B等級S10。8座消化池總體規(guī)模目前在同類結(jié)構(gòu)中位居亞洲第一。整體效果見圖1。

圖1 蛋形消化池整體效果圖

消化池有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力為后張法施工，采用低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線。豎向均勻分布72根4φs15．20預(yù)應(yīng)力束，采用內(nèi)置張拉端池內(nèi)張拉(其中c型鋼絞線每池18根，下端采用預(yù)埋擠壓P錨，b型18根，a型36根)，張拉時，c型采用一端固定，一端張拉，a，b型采用兩端張拉。消化池水平向共分布122圈預(yù)應(yīng)力束，其中 V1～V102為6φs15．20預(yù)應(yīng)力束，V103～V122為4φs15．20預(yù)應(yīng)力束，張拉端采用張拉孔設(shè)計(jì)，在池壁外側(cè)張拉，張拉方式均采用兩點(diǎn)同步變角張拉(25°變角)。預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力為σcos=0．80fptk，張拉控制采用應(yīng)力和鋼絞線伸長值雙重控制。

預(yù)應(yīng)力筋孔道用塑料波紋管做成，4索內(nèi)徑為55 mm，6索內(nèi)徑為65 mm，孔道灌漿采用真空灌漿技術(shù)，真空度80%以上，灌漿壓力大于 0．7 MPa。

2 預(yù)應(yīng)力制孔

2．1 預(yù)應(yīng)力制孔材料

制孔材料采用塑料HDPE塑料波紋管(見圖2)，四索內(nèi)徑為55 mm(SBG-50Y)，六索內(nèi)徑為65 mm(SBG-60Y)波紋管質(zhì)量滿足給水用高密度聚乙烯HDPE管材GB/T 13663-92的規(guī)定。

2．2 預(yù)應(yīng)力孔道敷設(shè)

波紋管的敷設(shè)按設(shè)計(jì)標(biāo)高及位置敷設(shè)，塑料波紋管豎向和水平向的埋管誤差應(yīng)控制在5 mm。

波紋管安裝后，用φ12的U形筋點(diǎn)焊在鋼筋上固定，以免澆混凝土?xí)r變形，見圖3。

同時，為防止混凝土施工中孔道變形，采用在波紋管中安裝硬聚乙烯內(nèi)襯管確保成孔質(zhì)量，即φ65 mm波紋管內(nèi)設(shè)φ58內(nèi)襯管，φ55 mm波紋管內(nèi)安裝φ58內(nèi)襯管。

圖2 塑料波紋管實(shí)物圖

圖3 塑料波紋管固定圖

3 預(yù)應(yīng)力筋穿束

1)采用整束穿法，穿束前，鋼絞線匯編成束，將標(biāo)簽貼于鋼絞線上(如a1～a18，b1～b18，v1～v18)與編好號的波紋管一一對應(yīng)，過程中用φ8鋼絲繩做牽引，將鋼絞線束引入孔道，一端拉鋼絲繩，另一端人工推送。2)水平向管道穿束，從任何一端穿入均可。a，b型豎向管道的鋼絞線，從頂部到底部由上往下穿入，已穿入的鋼絞線用夾片固定于頂部錨板中。3)對于c型豎向鋼絞線擠壓好后從下往上穿。施工中嚴(yán)禁電火花燒傷管道內(nèi)的鋼絞線，或利用鋼筋骨架做電焊回路。4)孔道內(nèi)鋼絞線穿完后，用彩條布將露在孔道處的鋼絞線包好，防止水和其他雜物進(jìn)入管道內(nèi)。5)預(yù)應(yīng)力筋預(yù)留工作長度。錨固端預(yù)留長度為:錨具1/2厚度+50 mm;張拉端預(yù)留長度為:錨具1/2厚度+限位板厚度+轉(zhuǎn)向裝置長度+過渡塊厚度+500 mm。

4 預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)

4．1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1)確定預(yù)應(yīng)力施工過程中的各項(xiàng)短期預(yù)應(yīng)力損失，包括變角損失、孔道摩阻損失、錨口損失和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮引起的損失;

2)利用實(shí)測數(shù)據(jù)分析判斷實(shí)際的預(yù)應(yīng)力損失來校核設(shè)計(jì)參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)確定合理的施工工藝，使得殼體預(yù)應(yīng)力值的建立符合設(shè)計(jì)要求;

3)在結(jié)構(gòu)正式施工之前，通過預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力張拉過程的預(yù)演，檢驗(yàn)施工工藝、機(jī)具及施工組織安排的可靠性，為實(shí)體結(jié)構(gòu)施工提供經(jīng)驗(yàn)及指導(dǎo)。

4．2 試驗(yàn)測試參數(shù)

根據(jù)GB 50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，后張法預(yù)應(yīng)力混凝土的預(yù)應(yīng)力損失包括:1)張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮損失σl1(含錨口損失與夾片回縮損失);2)預(yù)應(yīng)力鋼筋的摩擦損失σl2(含孔道摩阻損失與轉(zhuǎn)向器摩阻損失);3)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛損失σl4;4)混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失σl5;5)混凝土局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失 σl6;這幾項(xiàng)中，σl1，σl2，σl6為短期損失，本預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)選擇池體結(jié)構(gòu)的V3～V5的三圈換向預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行試驗(yàn)，由于試驗(yàn)部位的池壁截面較大，近似于塊體結(jié)構(gòu)，且構(gòu)件的直徑較大，試驗(yàn)對混凝土的擠壓變形不予考慮，而σl4，σl5為長期損失，不會影響試驗(yàn)結(jié)果，因此本次試驗(yàn)主要針對σl1，σl2進(jìn)行測試。

4．3 試驗(yàn)方法

4．3．1 孔道摩阻損失與轉(zhuǎn)向器摩阻損失σl2

測試時把水平預(yù)應(yīng)力束的兩端一個作為張拉端，另一個作為固定端，在每端各布置2個錨索計(jì)，試驗(yàn)裝置布置見圖4，圖5，其中工具錨2，3均不裝夾片。在每次張拉過程中，2號和3號錨索計(jì)讀數(shù)的差值即為本次張拉時因孔道摩阻產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失，1號和2號(或3號和4號)錨索計(jì)讀數(shù)的差值即為轉(zhuǎn)向塊摩阻損失。具體操作時，先A端為張拉端、B端為錨固端;再B端為張拉端、A端為錨固端;兩次試驗(yàn)結(jié)果的平均值為實(shí)測摩阻損失。

圖4 A端試驗(yàn)裝置布置圖

4．3．2 錨口損失與夾片回縮損失σl1

在每圈預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉端布置2個錨索計(jì)，如圖6所示，張拉預(yù)應(yīng)力束到控制應(yīng)力(0．8fptk)時，開始讀數(shù)，5號、6號2個錨索計(jì)讀數(shù)的差值即為錨口損失;然后將預(yù)應(yīng)力筋錨固并讀數(shù)，6號錨索計(jì)兩次讀數(shù)差即為夾片回縮損失。

圖6 張拉端設(shè)備布置示意圖

通過三圈預(yù)應(yīng)力筋的試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)出預(yù)應(yīng)力筋張拉至設(shè)計(jì)要求的張拉控制應(yīng)力σcon(即0．8fptk)時的各項(xiàng)損失指標(biāo)如下:

25°變角損失:4．54%;

孔道摩阻系數(shù) μ =0．214(k=0．002);

錨口損失:5．81%;

預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮引起的損失:11．45%。

5 預(yù)應(yīng)力張拉

5．1 理論伸長值及油壓表讀數(shù)的計(jì)算

根據(jù)DGJ 08-235-1999后張預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程(上海市標(biāo)準(zhǔn))，后張預(yù)應(yīng)力筋張拉時理論伸長值Δl，按下式計(jì)算:

其中，Ep為預(yù)應(yīng)力筋彈性模量，1．95×105;Fm為從張拉端到計(jì)算截面預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力;l為從張拉端到計(jì)算截面的孔道長度。

其中，F(xiàn)為張拉斷拉力，F(xiàn)=σconAp，Ap為預(yù)應(yīng)力筋的公稱截面積，139 mm2。

以V1為例(水平圓周半徑r=11．377 m):

張拉力 F=σconAp=0．8×fptk×Ap=125 t。

錨口張拉端拉力F(扣除變角與錨口損失):

取 μ =0．214，k=0．002。

取張拉端至計(jì)算截面長度l(1/4圓周):

1/4圈伸長量:

半圈伸長量Δl/2=2Δl/4=126 mm。

一圈伸長量Δl=2Δl/2=252 mm。

根據(jù)施工實(shí)測伸長值的驗(yàn)證，上述計(jì)算公式符合規(guī)范計(jì)算要求。

5．2 實(shí)際伸長值的量測

預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長值的量測，在建立初拉力之后進(jìn)行，實(shí)測的張拉伸長值:

其中，Δl1為初應(yīng)力至最大張拉力之間的實(shí)測伸長值;Δl0為初應(yīng)力至最大張拉力之間的實(shí)測伸長值;Δk為千斤頂長度內(nèi)的張拉伸長值。另外為開始量測伸長值時的張拉力，一般為0．1F;F為錨固前測量伸長值時的張拉力。

5．3 環(huán)向預(yù)應(yīng)力張拉

環(huán)向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋采用變角張拉:預(yù)應(yīng)力筋張拉端凹入混凝土池壁內(nèi)，采用變角塊張拉方法，變角器為25°。按次序安裝限位板、變角器(偏轉(zhuǎn)器)要求位置正確，各部件間緊密、縫隙小。再按要求安裝千斤頂和相關(guān)的張拉桿、工具錨等。

千斤頂加載順序?yàn)?0→0．1σcon→0．2σcon→0．5σcon→0．5σcon(回油)→1．0σcon(持荷2 mm 錨固)→錨固(σcon=0．8fptk)。

5．4 豎向預(yù)應(yīng)力張拉

在張拉順序上，預(yù)應(yīng)力施工先張拉0．00以下水平向鋼絞線，再張拉b，c型鋼絞線，然后張拉剩余水平向鋼絞線，最后張拉豎向a型鋼絞線。

千斤頂加載順序?yàn)?0→0．1σcon→0．2σcon→1．0σcon→錨固(σcon=0．8fptk)。

5．5 張拉控制要求

池壁混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%，齡期1個月后方可進(jìn)行張拉施工，水平向預(yù)應(yīng)力均采用兩點(diǎn)同步張拉，豎向預(yù)應(yīng)力按設(shè)計(jì)圖分別采用一端固定、一端張拉和兩端張拉兩種形式，張拉控制應(yīng)力為0．80fptk，張拉控制采用應(yīng)力和鋼絞線伸長值雙重控制，即從應(yīng)力為零開始張拉至1．00倍預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力，同時校核鋼絞線的伸長值，如實(shí)際伸長值大于計(jì)算值的10%或小于計(jì)算值的5%，應(yīng)停止張拉，查明原因，采取措施予以調(diào)整后方可繼續(xù)進(jìn)行張拉。

6 預(yù)應(yīng)力灌漿

6．1 孔道灌漿制漿要求

1)孔道灌漿采成品料灌漿，配合比為1∶0．34(料∶水重量比);2)漿體性能:采用UBC3．0灌漿泵和普通砂漿攪拌機(jī)，攪拌后3 h泌水率宜控制在2%，最大不得超過3%，24 h泌水應(yīng)能被吸收，體積變化率不大于2%，流動度20 s左右;3)水泥漿體進(jìn)入壓漿泵前必須經(jīng)過不大于1．2 mm篩孔篩網(wǎng)過濾;4)水泥漿拌合至灌入孔道的間隔時間不宜大于20 min，灌漿前應(yīng)防止?jié){體沉淀離析;5)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，漿體的7 d齡期強(qiáng)度大于30 MPa，抗?jié)B性能大于1 MPa。

6．2 孔道灌漿施工

6．2．1 真空灌漿工作原理

真空灌漿工作原理:在孔道的一端采用真空泵對孔道進(jìn)行抽真空使之產(chǎn)生負(fù)壓(－0．06 MPa～－0．1 MPa左右)后，在孔道的另一端用灌漿泵進(jìn)行灌漿，直至充滿整條孔道，然后灌漿泵再給孔道施加0．7 MPa的正壓力。從而獲得更加飽滿、密實(shí)的灌漿效果。

6．2．2 真空灌漿施工方法

1)攪拌灌漿料使其水灰比、流動度、泌水性達(dá)到技術(shù)要求指標(biāo);2)啟動真空泵抽真空，使真空度達(dá)到－0．08 MPa～－0．1 MPa并保持穩(wěn)定;3)啟動灌漿泵，當(dāng)灌漿泵輸出的漿體達(dá)到要求稠度時，將泵上的輸送管接到錨墊板上的引出管上，開始灌漿;4)灌漿緩慢、均勻進(jìn)行，灌漿泵壓力保持在0．5 MPa～0．7 MPa，在出漿孔流出的漿體稠度與灌入的漿體一致時，關(guān)閉出漿孔等，并保持1 min～2 min方可關(guān)閉灌漿泵;5)管道灌漿順序?yàn)橄认旅婵椎?，后上面孔道，集中一處的孔道?yīng)一次完成，豎向孔道灌漿應(yīng)由低端壓入，高端溢出;6)待抽真空端的空氣濾清器中有漿體經(jīng)過時，關(guān)閉空氣濾清器前端的閥門，稍后打開排氣閥，當(dāng)水泥漿從排氣閥順暢流出，且稠度與灌入的漿體相當(dāng)時，關(guān)閉抽真空端所有的閥;7)關(guān)閉灌漿泵及灌漿端閥門，完成真空灌漿。

7 結(jié)語

通過精心組織，上海白龍港8座蛋形消化池成功運(yùn)用了后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力變角張拉施工工藝，施工質(zhì)量優(yōu)良，且一次性通過了消化池閉水閉氣試驗(yàn)，為國內(nèi)外消化池的類似施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

［1］GB 50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］．

［2］JGJ 85-2002，預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用規(guī)程［S］．

［3］DGJ 08-235-1999，后張預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程(上海市標(biāo)準(zhǔn))［S］．

［4］CECS 216∶2006，給水排水工程預(yù)應(yīng)力混凝土圓形水池結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

［5］GB 50268-2008，給水排水構(gòu)筑物施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］．