孟樓渡槽槽身三向預(yù)應(yīng)力施工工藝

馮小慶，陳華貴，譚金瑋

（鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌），430071，武漢）

孟樓渡槽槽身三向預(yù)應(yīng)力施工工藝

馮小慶，陳華貴，譚金瑋

（鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌），430071，武漢）

鄂北地區(qū)水資源配置工程孟樓渡槽槽身采用三面環(huán)向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，為避免混凝土產(chǎn)生裂縫，提高渡槽的抗裂性能和整體剛度，在進(jìn)行三向預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，制定詳細(xì)的施工工藝流程與質(zhì)量控制方案，確保了渡槽槽身工程質(zhì)量，同時(shí)還節(jié)省了大量鋼材，在一定程度上提高了渡槽的耐久性。

鄂北地區(qū)水資源配置工程；孟樓渡槽；三向預(yù)應(yīng)力

一、工程概況

鄂北地區(qū)水資源配置工程孟樓渡槽位于老河口市孟樓鎮(zhèn)境內(nèi)，樁號(hào)20+200～25+190，全長 4.99 km，孟樓渡槽由進(jìn)口段、槽身段、出口段3部分組成。其中槽身段長4 920 m，每跨長30 m，共164跨。單槽橫斷面尺寸：內(nèi)輪廓 6.5 m×5.0 m （凈寬×凈高），空槽重量約1 200 t。

孟樓渡槽槽身為三面環(huán)向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，槽身縱向、橫向預(yù)應(yīng)力采用1 860 MPa級(jí)的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力采用1 080 MPa級(jí)Фps 32精軋螺紋預(yù)應(yīng)力鋼筋。槽身采用后張法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工。槽身縱向預(yù)應(yīng)力筋采用兩端張拉，橫向、豎向采用一端張拉。除縱向預(yù)應(yīng)力采用BJM15—4扁形夾片式錨具外，其余縱、橫向鋼絞線采用YJM15—12型、YJM15—10 型、YJM15—6 型、YJM15—5型圓形夾片式群錨錨具，豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用 LMM—32—1型螺母式錨具。預(yù)應(yīng)力束孔道采用高密度聚乙烯（HDPE）波紋管成型，預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50W8F150，張拉結(jié)束后采用真空輔助工藝進(jìn)行灌漿。

二、預(yù)應(yīng)力施工準(zhǔn)備工作

1.預(yù)應(yīng)力鋼絞線

孟樓渡槽預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用標(biāo)準(zhǔn)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。鋼絞線公稱直徑為15.2mm，公稱橫截面面積140 mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 N/mm2。整根鋼絞線的最大負(fù)荷不小于260kN，0.2%屈服負(fù)荷不小于229kN，伸長率不小于3.5%，1 000小時(shí)應(yīng)力松弛率不大于2.5%。

2.預(yù)應(yīng)力鋼筋

孟樓渡槽槽身豎向預(yù)應(yīng)力采用1 080 MPa級(jí)Фps32精軋螺紋鋼筋。公稱直徑32mm，公稱截面面積804.2 mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為 1 230 N/mm2。

3.錨具、夾具和連接器

錨具應(yīng)滿足分級(jí)張拉、補(bǔ)張拉及放松預(yù)應(yīng)力的要求，附件上設(shè)置灌漿孔和排氣孔。夾具應(yīng)具有良好的自錨性能、松錨性能和重復(fù)使用性能。在張拉后永久留在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中的連接器應(yīng)符合錨具性能要求，需拆卸的應(yīng)符合夾具性能要求。

4.塑料波紋管及灌漿材料

預(yù)應(yīng)力束孔道采用高密度聚乙烯（HDPE）塑料波紋管成型，預(yù)應(yīng)力張拉前應(yīng)做縱向、橫向摩阻試驗(yàn)。波紋管的連接管及連接頭采用專用連接頭。

波紋管內(nèi)徑應(yīng)不小于設(shè)計(jì)尺寸，壁厚不小于2.5 mm，外表面光滑平整，不允許有裂紋、氣泡、裂口及明顯雜質(zhì)，波紋管應(yīng)均勻一致，不應(yīng)出現(xiàn)短缺波紋，波峰上不得有收縮凹紋。

預(yù)應(yīng)力管道灌漿材料采用低堿普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度不低于結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，水膠比不得大于0.4。

三、預(yù)應(yīng)力施工

1.工藝流程

預(yù)應(yīng)力施工工藝流程詳見圖1。

2.預(yù)應(yīng)力筋布置及張拉要求

（1）渡槽預(yù)應(yīng)力布置形式

孟樓渡槽縱向、橫向采用1 860 MPa級(jí)Фs15.2 mm低松弛有黏結(jié)鋼絞線，豎向采用強(qiáng)度為1 080 MPs級(jí)Φps32 mm預(yù)應(yīng)力精扎螺紋鋼筋，公稱直徑32 mm。

槽身每跨縱向共布置32孔鋼絞線，其中扁錨8孔，橫向布置39孔鋼絞線，豎向布置146孔Φps32 mm預(yù)應(yīng)力鋼筋。

（2）預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力值

鋼絞線錨下張拉控制應(yīng)力為1 302 N/mm2，超張拉控制應(yīng)力為1341.1 N/mm2，持荷5 min錨固。單根鋼絞線張拉端的張拉控制力為187.75kN。

豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉控制應(yīng)力為799.5 N/mm2，超張拉控制應(yīng)力為823.5 N/mm2，持荷5 min錨固。單根Φps32螺紋鋼筋張拉控制力662.2 kN。

圖1 預(yù)應(yīng)力施工工藝流程圖

縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力采用張拉力與伸長量雙控，以張拉力控制為主。實(shí)測延伸量與計(jì)算延伸量允許±6%以內(nèi)的誤差，鋼束伸長量計(jì)算參數(shù)μ、k分別取值 0.15、0.001 5。

四、預(yù)應(yīng)力施工

1.波紋管安裝及預(yù)留孔道保護(hù)

預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)留孔道的施工與鋼筋工程同步進(jìn)行。底網(wǎng)鋼筋及側(cè)向鋼筋綁扎完成后進(jìn)行波紋管安裝。安裝時(shí)按圖紙每個(gè)孔道坐標(biāo)在模板上標(biāo)出的斷面及矢高控制，坐標(biāo)尺寸量測控制水平偏差小于或等于5 mm。采用Φ10 mm定位鋼筋將所有預(yù)應(yīng)力管道的線形控制點(diǎn)精確定位出來，之后鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力管道，定位鋼筋與分布鋼筋焊接，將波紋管上的井字架或控制環(huán)與定位鋼筋焊牢，固定波紋管。安裝中使用波紋管專用接頭，在搭接處外緣用密封膠布纏緊，接頭處要封嚴(yán)，不得漏漿。

波紋管安裝完成后，保護(hù)好預(yù)留孔道位置、形狀及外觀；電氣焊操作時(shí)，焊渣不得堆落在波紋管表面，嚴(yán)禁電火花觸及波紋管及連接膠帶。

2.鋼絞線施工

（1）鋼絞線下料及編號(hào)

鋼絞線在平坦干凈、無泥漿及油污的場地進(jìn)行切割，下方墊彩條布以免生銹，鋼絞線下料采用無齒鋸切割，嚴(yán)禁采用弧焊切割，下料長度誤差控制在±50 mm。切割完成后，將鋼絞線端頭的毛刺打磨干凈。為了避免下料過程中鋼絞線紊亂后彈出傷人，采用鋼筋制作防護(hù)籠，下料時(shí)將鋼絞線盤卷裝在籠內(nèi)，從盤卷中央逐步抽出。

鋼鉸線下料在加工車間內(nèi)完成。下料長度根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸及錨具、張拉機(jī)具的性能要求確定。注意做好對已下鋼絞線的保護(hù)。鋼絞線下料前，按規(guī)定要求進(jìn)行抽樣檢查，不合格的鋼絞線不得使用。下料長度按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，L為鋼絞線下料長度，s為實(shí)測管道長度，h為錨墊板外鋼絞線使用長度。

預(yù)應(yīng)力筋下料長度由技術(shù)人員計(jì)算，經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人審核，由施工作業(yè)班組配料。鋼絞線束孔位不同，長度也不同，須分別編號(hào)并事先標(biāo)出全長，列表交施工班組據(jù)此下料，編號(hào)后須在兩端掛上鐵皮小牌。

鋼絞線的下料長度根據(jù)結(jié)構(gòu)體型、張拉工藝及張拉設(shè)備等因素確定，縱向鋼絞線長度分別按照31.2 m、31.6 m、31.9 m、32.5 m 控制，橫向鋼絞線分別按照8.8 m、9.45 m進(jìn)行控制。

下料前將鋼絞線包裝鐵皮拆去，拉出鋼絞線頭，由工人牽引在調(diào)直臺(tái)上緩緩順直拉出鋼絞線，按技術(shù)部下達(dá)的尺寸畫線、下料，每次只能牽引1根鋼絞線。

鋼絞線下料后，按規(guī)格型號(hào)分別編號(hào)，分開存放，按孔道規(guī)格掛牌標(biāo)識(shí)，防止錯(cuò)用。鋼絞線下料后要覆以塑料布防止雨淋生銹。

為防止下料完成的鋼絞線順序混亂且便于張拉過程中進(jìn)行記錄，我們對鋼絞線進(jìn)行了統(tǒng)一編號(hào)。順?biāo)鞣较?，將槽身分為左、右兩?cè)?？v向采用左右對稱編號(hào)和張拉，上、下游編號(hào)分別為上、下；橫向分底板、端橫肋、中橫肋錨束，編號(hào)采用上游至下游順序編號(hào)，上下游對稱張拉；豎向順?biāo)鞣较?，左右對稱編號(hào)，上下游及左右對稱張拉。

預(yù)應(yīng)力錨索采用人工搬運(yùn)、安裝，局部采用吊車配合安裝。對外露部分鋼絞線采用塑料膠帶包裹密實(shí)，防止槽身澆筑和蒸養(yǎng)過程中鋼絞線受潮。

（2）鋼絞線穿束

鋼絞線穿束前，先完成波紋管下料、連接，保證管道暢通，鋼束穿束順利。

根據(jù)孟樓渡槽實(shí)際情況，鋼絞線采用單根穿束工藝，縱向鋼絞線自上游向下游穿束，橫向鋼絞線自左向右穿束。

3.錨具安裝

槽身墻體豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋固定端錨具焊接固定在底板或側(cè)面鋼筋上，張拉端錨具采用預(yù)埋盒預(yù)留，波紋管端部的墊板通過鋼筋骨架與預(yù)埋盒頂緊。

槽身縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線固定端錨具焊接固定在相鄰的鋼筋上，張拉端錨具預(yù)留采用預(yù)埋盒，安裝時(shí)要保證位置準(zhǔn)確。在張拉完成、孔道灌漿后，澆筑二期混凝土與周圍混凝土抹平，使錨具被混凝土包裹。

4.灌漿孔及排氣管安裝

對于兩端張拉的預(yù)應(yīng)力孔道不再另設(shè)排氣孔；對于一端固定、一端張拉的預(yù)應(yīng)力孔道應(yīng)在固定端埋設(shè)硬塑料管排氣孔道并引出混凝土面外。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋固定端及張拉端均應(yīng)埋設(shè)塑料管孔道。混凝土澆筑完成終凝后，組織人員清理孔道，或抽動(dòng)孔道內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋，以確保孔道及灌漿孔道通暢。預(yù)應(yīng)力孔道經(jīng)檢查合格后，做好孔口封閉保護(hù)。

5.預(yù)應(yīng)力張拉

（1）張拉條件

當(dāng)槽體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值85%時(shí)，進(jìn)行初張拉。張拉數(shù)量、位置及張拉值符合設(shè)計(jì)要求。初張拉后槽體可吊移出制槽臺(tái)位。

張拉前實(shí)施混凝土強(qiáng)度、彈性模量、混凝土齡期“三控”：張拉前梁體混凝土強(qiáng)度及彈性模量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且齡期不少于10天。張拉中實(shí)施張拉應(yīng)力、應(yīng)變、時(shí)間“三控”：張拉時(shí)以傳感器讀數(shù)為主、以鋼絞線伸長值作校核，在1.03 σcon張拉控制應(yīng)力作用下持荷10 min。

（2）張拉施工程序

混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)值（C50）的85%后對槽身施加預(yù)應(yīng)力。張拉整體分為初張拉和終張拉兩個(gè)階段，即張拉分期；為了保證槽身移位時(shí)結(jié)構(gòu)安全滿足要求，同時(shí)減少制槽臺(tái)上占用的時(shí)間，在制槽臺(tái)上進(jìn)行初張拉，先拆除端模、脫離內(nèi)模，張拉60%σcon的縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線，使槽身能夠承受其自重后，拆除側(cè)模板，分別將橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線及豎向螺紋鋼筋張拉至滿張到位，移槽至存槽臺(tái)座?；炷两Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%、混凝土彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值、混凝土齡期不小于10天時(shí)，張拉剩余縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

張拉順序采用縱、橫、豎分步循環(huán)，鋼束張拉按同步、對稱、分級(jí)加載、同時(shí)張拉的原則。從兩端向中間對稱張拉，每次張拉2根及以上鋼束。首先縱向張拉，由兩邊梁到底板，由頂至底。其次橫向張拉，每個(gè)橫肋及底板的3個(gè)孔道為一組，同時(shí)張拉，由兩端向中間推進(jìn)。預(yù)應(yīng)力完工后澆筑渡槽頂部拉桿。壓漿采用真空輔助壓漿，槽端封錨采用聚氨酯防水處理。每級(jí)張拉荷載下應(yīng)持荷5 min，張拉后分別記錄其伸長值，每步按要求進(jìn)行伸長值效驗(yàn)。鎖定完成后測定鋼絞線長度的回縮量不應(yīng)大于5 mm。為便于現(xiàn)場施工記錄準(zhǔn)確方便，我們特制定專用于本工程的張拉記錄表。

（3）實(shí)測張拉伸長值的方法

預(yù)緊應(yīng)力選定為張拉控制應(yīng)力的0.1 σcon進(jìn)行逐根張拉，不計(jì)其伸長量。

實(shí)測伸長值應(yīng)該從進(jìn)行整體張拉時(shí)即0.1 σcon開始量測，實(shí)際伸長值除量測的伸長值外還應(yīng)加上0.1 σcon以下的推算值。

式中：ΔL1為從 0.1 σcon 到最大張拉應(yīng)力間的實(shí)測伸長值 （mm），ΔL2為0.1 σcon 以下的推算值（mm）。

（4）預(yù)應(yīng)力張拉工藝

孟樓渡槽槽體鋼絞線束張拉按照設(shè)計(jì)規(guī)定的張拉順序，采取兩端同步張拉，左右對稱進(jìn)行，最大不平衡束不得多于1束。

采用槽體兩端、左右兩側(cè)張拉千斤頂，同時(shí)分級(jí)加載的辦法進(jìn)行。兩端同步張拉，保持千斤頂升、降壓速度相近，使兩端荷載值相同。

張拉至鋼束設(shè)計(jì)控制應(yīng)力，持荷5min，在持荷狀態(tài)下，如油壓下降，應(yīng)立即補(bǔ)至張拉控制應(yīng)力。

測量鋼束伸長值，檢查兩端鋼束伸長值偏差是否在規(guī)定范圍（±6%）以內(nèi)，若超出該范圍，須查明原因后重新張拉。

終張拉完成24小時(shí)后檢查確認(rèn)鋼束無滑絲、斷絲現(xiàn)象方可割束，切斷處距夾片尾3～4 cm。鋼束切割采用砂輪角磨機(jī)作業(yè)。

張拉按設(shè)計(jì)要求分級(jí)進(jìn)行，張拉過程中應(yīng)采用應(yīng)力應(yīng)變的雙控措施進(jìn)行監(jiān)控。

（5）預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量要求

每片槽斷絲及滑絲數(shù)量不得多于預(yù)應(yīng)力鋼絞線總絲數(shù)的0.5%，并且斷絲、滑絲不得發(fā)生在槽體的同一側(cè)，一束內(nèi)斷絲不得超過一絲。

錨固后夾片外露量大于或者等于3 mm，平齊，夾片不得錯(cuò)牙。鋼絞線回縮量不得超過6 mm。

縱向預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后，才能進(jìn)行橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉。在張拉過程中，張拉應(yīng)力以油表讀數(shù)為主，以鋼絞線伸長量作校核。

(6)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿

終拉完成后，須在48小時(shí)內(nèi)進(jìn)行管道壓漿。采用真空輔助壓漿工藝進(jìn)行管道壓漿，灌漿材料采用高性能無收縮防腐灌漿液。

施工步驟：清除管道→水泥砂漿密封錨具→清理錨墊板上的灌漿孔→確定抽真空端及灌漿端，安裝引出管、堵閥和接頭→攪拌水泥漿→抽真空→灌漿泵灌漿→出漿稠度與灌入的漿體相同時(shí)，關(guān)閉抽真空端所有的閥→灌漿泵保壓→關(guān)閉灌漿泵及灌漿端閥門→拆卸外接管路、灌漿泵→漿體初凝后拆卸并清洗出漿端堵閥。

灌漿劑抗壓強(qiáng)度7天齡期大于或者等于30 MPa，28天齡期滿足設(shè)計(jì)要求。壓入孔道的灌漿劑密實(shí)，漿體體積收縮率小于1.5%。

（7）封錨

在預(yù)應(yīng)力錨索張拉鎖定、回灌補(bǔ)漿結(jié)束后進(jìn)行封錨。封錨采用強(qiáng)度等級(jí)不低于C50無收縮混凝土填塞。

施工步驟：錨具穴槽表面鑿毛→錨具防水處理→安裝封錨鋼筋→填塞混凝土→養(yǎng)護(hù)→對新舊混凝土接合部進(jìn)行防水處理。

五、結(jié) 語

孟樓渡槽采用了三向預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，在施工過程中不僅節(jié)省了大量的鋼材，而且使混凝土中存在預(yù)壓應(yīng)力，使得渡槽槽身在過水時(shí)不產(chǎn)生拉應(yīng)力，避免了混凝土裂縫的出現(xiàn)，提高了渡槽的抗裂性能和整體剛度。混凝土中的預(yù)應(yīng)力鋼筋由于在灌漿后不易銹蝕，也在一定程度上提高了渡槽的耐久性。

[1]水工預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 212—2012）[S].2012.

[2]水電水利工程預(yù)應(yīng)力錨索施工規(guī)范（DL/T 5083—2010）[S].2010.

[3]林傳威，等.后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工方法[J].遼寧交通科技，2005(12).

[4]鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿技術(shù)條件 （TB/T 3192—2008）[S].2008.

[5]岳永民，邢九平.南水北調(diào)中線京石段水北溝渡槽三向預(yù)應(yīng)力施工工藝[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2008(4).

Three dimensional prestressconst ruction techniques for aqueductbody of Menglou Aqueduct

Feng Xiaoqing,Chen Huagui,Tan Jinwei

Menglou Aqueduct of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province employs an aqueduct body surrounded on three sides by the prestressed structure.In order to avoid concrete crack,increase anti-cracking ability and integral rigidity of the aqueduct,construction techniques and quality control options are worked out in detail during three-way prestressed construction,so as to ensure engineering quality of aqueduct body and save steel material and moreover enhance the durability of aqueduct in some degree.

Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province;Menglou Aqueduct;three dimensional prestress

TV68+TV672.3

B

1000-1123（2017）22-0045-04

2017-10-11

馮小慶，工程師。

責(zé)任編輯 韋鳳年