渡槽三向預(yù)應(yīng)力張拉（后張法）工藝簡介及技術(shù)難點分析

溫紹霖

【摘要】預(yù)應(yīng)力用在橋梁中施工中較為普遍，在水利工程中較為少見，本文介紹的三向預(yù)應(yīng)力水利渡槽施工在國內(nèi)尚屬首例，從定位筋安裝、波紋管安裝、鋼絞線穿梭、鋼絞線錨定、灌漿孔及透氣孔等施工流程都做了逐一介紹，在施工中碰到的問題也逐一分析。預(yù)應(yīng)力控制及伸長值做了簡單計算。在施工中根據(jù)計算的表盤壓力值進行換算張拉力值來控制張拉力，施加預(yù)應(yīng)力目的是控制渡槽裂縫，加大渡槽的跨度，預(yù)應(yīng)力簡化了渡槽支撐結(jié)構(gòu)，減小了施工難度。作者單位曾經(jīng)承建的東深供水工程項目，大多采用斷面為U型的渡槽，部分渡槽支撐系統(tǒng)采用的是拱形結(jié)構(gòu)，模板搭設(shè)極其復(fù)雜。鄂北地區(qū)水資源配置工程的渡槽三相預(yù)應(yīng)力技術(shù)的實施為以后的的相關(guān)技術(shù)提供了參考和參照，積累相關(guān)的施工及設(shè)計經(jīng)驗，控制渡槽裂縫及保證施工質(zhì)量提供了良好的經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】水利；渡槽；三向預(yù)應(yīng)力

工程概況：

湖北省鄂北地區(qū)水資源配置工程是以城鄉(xiāng)生活、工業(yè)供水和唐東地區(qū)農(nóng)業(yè)供水為主，通過退還被城市擠占的農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)用水量，改善受水地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)環(huán)境用水條件為任務(wù)的一項大型水資源配置工程。該工程是從丹江口水庫清泉溝隧洞進口引水，向沿線城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和唐東地區(qū)農(nóng)業(yè)供水，工程線路先后穿越襄陽市的老河口市、襄州區(qū)，棗陽市，隨州市的隨縣、曾都區(qū)、廣水市以及孝感市的大悟縣。線路總長度269.34km，輸水干渠設(shè)計流量38.0 m3/s～1.8m3/s，

作者參與的是鄂北地區(qū)水資源配置工程2016年第3標(biāo)七方（方寨）渡槽～七方（王坡）王坡渡槽施工位于棗陽市七方鎮(zhèn)境內(nèi)，包括四段渡槽及三段明渠。

1、渡槽預(yù)應(yīng)力概述

2016年第3標(biāo)段渡槽槽身采用了簡支梁式結(jié)構(gòu)，槽身采用C50W8F150混凝土，每跨槽身長30m、寬8m、高6.7m-6.2m，槽身預(yù)應(yīng)力施工采用三向后張法張拉：分別為槽身墻身縱向張拉，槽身橫向、底板縱向及槽身豎向張拉。

本標(biāo)段每單榀槽縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線工32孔，兩端張拉；其中26孔為直線筋（6孔為12φs15.2，8孔為10φs15.2，4孔為6φs15.2，底板8孔為4φs15.2），6孔為曲線筋（均為12φs15.2）除底板8孔4φs15.2為扁錨外，其他均為圓形錨具。橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線共39孔，采用圓形錨具，單端張拉；起重26孔為直線筋（均為5φs15.2），13孔為曲線筋（中間低肋11孔、端部底肋2孔均為10φs15.2）。在側(cè)墻豎向共布置146孔（2×73孔，其中側(cè)肋外側(cè)2×13孔）φps15.2預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋，單端張拉，詳見各渡槽槽身預(yù)應(yīng)力筋布置圖。

2、預(yù)應(yīng)力施工工藝流程

2.1張拉前工作

2.1.1定位筋安裝

1）波紋管縱、橫定位采用“井”形Φ10鋼筋定位框點焊或固定在鋼筋骨架上，管道施工嚴(yán)格控制井形鋼筋定位框間距，曲線管道定位間距0.3m左右，直線管道定位間距0.5m左右，管道安裝平順。

2）按照定位筋標(biāo)識線安裝定位筋網(wǎng)片，定位筋采用焊接方式固定（采用其他形式固定時，需確保定位筋牢固可靠）。

3）定位筋安裝完成后，用測量儀器、鋼尺和線繩復(fù)核單片定位筋的空間位置。

2.1.2波紋管及錨墊板安裝及問題處理

1）對定位筋位置檢查無誤后，開始安裝波紋管。波紋管上的控制環(huán)與定位鋼筋焊接牢，防止波紋管位置偏移或上浮。波紋管與鋼筋同步安裝，并協(xié)調(diào)配合，在波紋管安裝中，遇箍筋阻，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置，焊接鋼筋要防止焊渣濺落在波紋管上，易引起波紋管燒穿，混凝土易流入波紋管內(nèi)，導(dǎo)致堵塞。

2）對于預(yù)應(yīng)力長孔道，單根波紋管長度無法滿足要求時，采用大一個直徑級別的專用波紋管接頭，將相鄰兩根波紋管連接起來，波紋管接頭與波紋管之間的縫隙采用泡沫膠等填充材料充填密實，并在外邊再用塑料膠帶纏裹嚴(yán)密，接頭長度為被連接管道內(nèi)徑的5～7倍。

2.1.3 鋼絞線穿索及端頭錨定板

波紋管安裝并固定好之后，將已加工完成并檢驗合格的鋼絞線前端包裹膠布便于穿束，市面上也有專門的穿束塑料頭，鋼絞線按長度和孔位編號人工穿入孔道，或者用穿索機穿索，在鋼束頭進孔道時，旁邊配合人工協(xié)助使其順利入孔。

鋼絞線穿束中應(yīng)防止鋼絞線扭轉(zhuǎn)，注意鋼束端部的上、下標(biāo)志。錨束在張拉前應(yīng)有專人保護，以防人為或自然因素導(dǎo)致的鋼絞線刮傷、松散等現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.1.4錨具、錨墊板安裝

1）張拉端錨墊板安裝

波紋管安裝就位，鋼絞線穿索后，進行錨墊板安裝。將錨墊板的頸部套在波紋管上，波紋管與錨墊板的搭接長度不小于30mm，其縫先用環(huán)氧樹脂粘牢，搭接處外緣用膠布纏緊，最后用軟鋼絲綁扎在固定錨墊板上，以防施工中脫開及管道漏漿。在安裝前將螺旋筋套入，安裝錨具后，螺旋筋緊貼錨墊板固定在鋼筋上，錨墊板的管道出口端與波紋管中心線垂直、同軸，端面的傾角均符合設(shè)計要求，同軸偏差不大于2mm，錨具槽底面傾斜不超過0.5。對于下臥式張拉端，在結(jié)構(gòu)物表層下按設(shè)計圖紙預(yù)留錐形凹槽。在端面模板立好后，用螺栓將錨墊板固定在模板上。

2）固定端P型錨具安裝

固定端P型錨具在鋼絞線穿束前裝配完畢。P型錨具裝配是將固定端的鋼絞線穿過錨墊板及錨板的小孔做擠壓套、封壓板。當(dāng)張拉端穿束后，將固定端P型錨墊板的小孔端套在波紋管上，并將螺旋筋套入P型錨具的頸部。裝配好的P型錨具安裝到位，用鋼筋架固定在附近的鋼筋上。

3） 預(yù)應(yīng)力鋼筋固定端組裝

①將波紋管套入預(yù)應(yīng)力鋼筋。

②安裝固定端的螺旋筋。

③安裝固定端錨墊板（錨墊板事先已焊接了鋼管節(jié)，用于固定波紋管）。

④用扳手安裝錨墊板下部的固定螺母，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)露出端部螺母（當(dāng)采用連接器接長預(yù)應(yīng)力鋼筋時，確保兩端均旋至連接器中央）。

⑤用泡沫膠等填充材料將錨固端波紋管與鋼管之間的縫隙充填密實，波紋管外側(cè)用塑料膠帶密封嚴(yán)實。

2.1.5灌漿管及排氣管（排漿管）安裝

灌漿管安裝

1）用手電鉆在近錨固端波紋管開孔。

2）將灌漿管伸入波紋管內(nèi)。

3）將灌漿管與波紋管交接處用塑料膠帶固定牢靠。

4）穿束定位后，用細(xì)鐵絲將灌漿管與結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎牢固，沿結(jié)構(gòu)鋼筋敷設(shè)出混凝土面，灌漿管露出混凝土面高度宜不少于50cm。

5）用塑料膠帶將灌漿管管口密封嚴(yán)實。

排氣管（排漿管）安裝

1）將排氣管伸入波紋管孔道內(nèi)，伸入長度不宜小于1m。

2）用泡沫膠等填充材料將約束環(huán)處波紋管與鋼絞線之間縫隙充填密實。

3）將排氣管沿結(jié)構(gòu)鋼筋敷設(shè)出混凝土面（細(xì)鐵絲將排氣管與結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎牢固），出漿管露出混凝土面高度不宜少于50cm。

4）用塑料膠帶將排氣管管口密封嚴(yán)實。

5）逐束通水或通氣檢查波紋管密封性。

6）在混凝土澆筑施工中，要保護好排氣管，防止堵塞。

2.2預(yù)應(yīng)力張拉力及伸長率控制

2.2.1張拉程序

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。

2.2.2張拉分級

預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時緩慢、平穩(wěn)、勻速，應(yīng)力增加的速率控制在100MPa/min以下，分4級張拉，順序如下：

第一步：應(yīng)力由0.15σcon（預(yù)緊階段，單根張拉）（單根預(yù)應(yīng)力鋼筋）；

第二步：應(yīng)力由0.15σcon→0.3σcon；

第三步：應(yīng)力由0.3σcon→0.6σcon；

第四步：應(yīng)力由0.6σcon→1.03σcon，持荷10min，補張至1.03σcon，鎖定。

每級張拉荷載下持荷2min，張拉后分別記錄其伸長值，每步按要求進行伸長值校驗。鎖定完成后測定鋼絞線長度的回縮量不大于5mm。

2.2.3張拉控制應(yīng)力

1）預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉控制應(yīng)力為超張拉控制應(yīng)力σcon=0.7×fptk=0.7×1860=1302MPa，超張拉控制應(yīng)力為1.03σcon=1.03×0.7×fptk=1341.1MPa。持荷10min鎖定。單根鋼絞線張拉端的張拉控制力：P=σconxAp=1302x 140x10-3=182.3kN。

2）預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋張拉控制應(yīng)力σcon=0.65×fptk=0.65×1230=799.5MPa，超張拉控制應(yīng)力1.03σcon=1.03×0.65×fptk =823.5MPa。持荷10min鎖定。單根ΦPS32螺紋鋼筋張拉控制力：P=σcon×Ap=799.5×804.2 x10-3=643KN。

3）當(dāng)混凝土強度達到設(shè)計強度等級的85%時，進行拆除端模、脫離內(nèi)模，松開外模緊固件，先進行60%σcon的縱向預(yù)應(yīng)力筋初張拉，而后進行103%σcon的橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線和103σcon的豎向螺紋鋼筋初張拉。當(dāng)槽身混凝土強度達到設(shè)計強度等級值的100%、彈性模量達到設(shè)計值的100%、張拉時混凝土的齡期不小于10天時，進行終張拉。

2.2.4伸長值控制

縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力采用張拉力與伸長值雙控，預(yù)施應(yīng)力值以壓力表讀數(shù)為主，以預(yù)應(yīng)力伸長值作校核。應(yīng)力控制即由壓力表讀數(shù)控制；伸長值控制按張拉過程實測伸長值與理論伸長值比較。

鋼絞線張拉作為初應(yīng)力，伸長值從初應(yīng)力時開始量測。預(yù)應(yīng)力筋的實際伸長值除量測的伸長值外，加上初應(yīng)力以下的推算伸長值。

預(yù)應(yīng)力筋張拉的實際伸長值△Ls（cm），按下式計算：

△Ls=△L1+△L2+△L3

式中：△L1—從初應(yīng)力至最大張拉應(yīng)力間的實測伸長值（一般測量油缸伸長值，cm）；

△L2—初應(yīng)力以下的推算伸長值（cm），可采用相鄰級的伸長值或理論推算伸長值；

△L3—為工作錨到工具錨之間的鋼絞線彈性伸長值（cm），本工程采用后張法，可省略。

若實際伸長值與理論伸長值的差值超過6%，則暫停張拉，待查明原因并采取相應(yīng)措施予以調(diào)整后才繼續(xù)張拉。在預(yù)應(yīng)力張拉實施中，出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉的伸長值超過6%的問題，主要考慮是預(yù)應(yīng)力筋安裝不到位的問題。存在波紋管彎曲，造成摩擦力較大，消除的主要方法是應(yīng)先預(yù)緊，嚴(yán)格按照規(guī)范要求安裝波紋管及鋼絞線。

結(jié)束語：

在本項目中，預(yù)應(yīng)力張拉取得了良好的效果，未出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)斷裂、渡槽出現(xiàn)拉裂或者工具錨脫出的問題。

參考文獻：

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[2]《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T 5224-2014）

[3]《預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋》（GB/T20065-2006）

[4]《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T14370-2015）

[5]《預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管》（JT/T529-2016）

[6]《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）；