預(yù)應(yīng)力襯砌無粘結(jié)鋼絞線張拉及錨具防腐施工技術(shù)

鐘理炳

【摘要】隧洞預(yù)應(yīng)力襯砌張拉施工技術(shù)，由于錨具槽空間狹小，按照傳統(tǒng)張拉施工技術(shù)施工難度大，可操作性不高。在實際施工過程中遇到問題，通過分析，選擇合適施工器具，保證了襯砌張拉的質(zhì)量及進度;以及無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線及錨具防腐施工技術(shù)控制細(xì)節(jié)，最終實現(xiàn)了吉林省中部城市引松供水工程8#隧洞順利施工完成。

【關(guān)鍵詞】無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線;預(yù)應(yīng)力襯砌;錨具防腐;張拉

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

1、前言

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線外層由HDPE護套保護，并且HDPE護套和鋼絞線之間有防腐潤滑油脂，可起到防腐潤滑作用。水利隧洞長期埋藏在地下，結(jié)合地下水豐富，地下環(huán)境復(fù)雜，因此對預(yù)應(yīng)力體系防腐蝕的能力要求較高。預(yù)應(yīng)力體系在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中非常重要，因此對于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉、錨具防腐工作顯得尤為重要。本文介紹吉林省中部城市引松供水工程8#隧洞預(yù)應(yīng)力襯砌無粘結(jié)鋼絞線張拉施工、錨具防腐施工，供相識工程參考。

2、工程概況

總干線六標(biāo)段引水隧洞設(shè)計為有壓隧洞，由于部分里程段埋深較淺，當(dāng)隧洞通水，內(nèi)部壓力上升時，襯砌有可能無法抵抗內(nèi)部水壓力，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂，因此，在隧洞進出口及埋深較淺的位置，給混凝土結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，從而抵抗內(nèi)水壓力，避免結(jié)構(gòu)受到破壞。

8#隧洞，前杏樹頂子至東茶棚庵（樁號92+605～94+388m）成洞洞徑為5.1m。比降為1/4000，本段長度1783m。

地貌為波狀臺地及丘陵，地面高程233.0～273.4m，隧洞埋深6～46m。地層巖性表層為黃土狀壤土，基巖為白堊系礫巖。地層位于黃土狀壤土和全、強風(fēng)化礫巖中及侏羅～白堊系安山巖，部分洞段上覆圍巖厚度不足1倍洞徑。隧洞進口位于地下11.2m，

隧洞地下水水量較豐富，地下水對對鋼結(jié)構(gòu)和混凝土中鋼筋有弱腐蝕。圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主，隧洞出口位于地下11.3m。

整個8#隧洞埋深較淺，隧洞圍巖較差，地下水量較為豐富，為了避免發(fā)生較大變形而導(dǎo)致襯砌開裂失效，因此8#隧洞均采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力襯砌的方式進行二次襯砌。

3、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計情況

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力襯砌設(shè)計厚度均為45cm，成洞后洞涇5.1米?；炷翉姸鹊燃墳镃40F150W12，骨料采用二級配，采用普通P.O42.5硅酸鹽水泥。

鋼絞線采用1860級，4根布置，直徑為15.2。鋼絞線沿隧洞環(huán)向繞兩圈，單層布置。沿著隧洞方向，每50cm布設(shè)一組，錨具槽為左右45度間隔布置。錨具槽尺寸為1.2m*0.2m*0.2m。

4、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力襯砌張拉及防腐施工重難點

4.1 施工重點

鋼絞線為預(yù)應(yīng)力混凝土的靈魂，因此鋼絞線張拉、錨固工作在施工中應(yīng)加強質(zhì)量控制。對鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，主要使鋼絞線對隧洞襯砌其環(huán)向擠壓作用，從而抵抗淺埋地段隧洞中內(nèi)水壓力。施工過程中若出現(xiàn)張拉力不足、設(shè)備未率定或者錨固不到位，鋼絞線及錨具防腐不到位等一系列不符合規(guī)程的現(xiàn)象，可能會導(dǎo)致鋼絞線應(yīng)力不足，鋼絞線及錨具提前腐蝕，以及隧洞開裂從而難以估計得嚴(yán)重后果，造成重大損失。

4.2 施工難點

直徑5.1m大型預(yù)應(yīng)力涵的實際應(yīng)用在國內(nèi)尚屬首例，施工案例相對較少，可借鑒的成功經(jīng)驗不多，因此施工過程中可能會出現(xiàn)不可預(yù)料的困難。

錨具槽預(yù)留內(nèi)槽口長度為1.20m，中心深度為0.20m，寬度為0.20m。空間較小，常規(guī)作業(yè)方法在錨具槽內(nèi)實施張拉作業(yè)十分困難。

張拉前，大部分錨具防腐配件均已套上在鋼絞線及錨具上，對張拉作業(yè)造成干擾，從而施工困難。

5、預(yù)應(yīng)力砼用材料、錨具、張拉機具等技術(shù)指標(biāo)

5.1 預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線

無粘結(jié)鋼絞線采用高強度、低松弛鋼絞線，主要技術(shù)性能指標(biāo)如下。

5.2 護套

鋼絞線用的護套原料必須采用原生料，不得采用再生料。護套制作應(yīng)采用擠塑機擠出成型。為了預(yù)防鋼絞線安裝發(fā)生纏繞錯位，護套顏色采用紅、藍(lán)、黃、黑四種，添加了色母料的護套應(yīng)滿足護套性能的要求。主要技術(shù)參數(shù)如下。

5.3 錨具、夾具及張拉設(shè)備

張拉所用所有設(shè)備工器具均應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。材料需要進行檢測，設(shè)備需經(jīng)過配套校核。

錨具水密性能：將錨具防腐構(gòu)件安裝好后，將其放入3m深水中靜置96小時，要求試驗后水不能滲入鋼絞線中，供貨廠家應(yīng)提供該試驗報告。

為解決錨具槽尺寸較小，無法在錨具槽內(nèi)實施張拉作業(yè)，張拉時采用特制偏轉(zhuǎn)器及延長筒，偏轉(zhuǎn)器主要作用在于變角張拉，使張拉的千斤頂和鋼絞線存在一定角度，從而避開錨具槽，獲得更多的作業(yè)空間，為施工提供便利。

張拉系統(tǒng)由限位板、偏轉(zhuǎn)器、延長筒、千斤頂及油泵等完整配套組件，要求由錨具廠家配套生產(chǎn)。成套設(shè)備要求設(shè)備尺寸小、輕便，施工便利。

張拉系統(tǒng)由限位板、偏轉(zhuǎn)器、延長筒、千斤頂及油泵組成，見變角張拉示意圖。

偏轉(zhuǎn)器的作用是使千斤頂張拉方向和混凝土結(jié)構(gòu)中鋼絞線的受力方向不在同一直線上，以此來解決錨具槽空間過小無法進行張拉作業(yè)的問題，其摩擦阻力不能大于9%。

且使用前，張拉所用油泵、千斤頂、控制器、油表及偏轉(zhuǎn)器均要配套標(biāo)定，配套出具相應(yīng)標(biāo)定證書及回歸方程，用于張拉作業(yè)。

為方便洞內(nèi)張拉作業(yè)，預(yù)應(yīng)力施工設(shè)備的組件包括千斤頂和油泵，要求按“產(chǎn)品輕巧，易于施工，保證工程質(zhì)量”的原則選擇。

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線、錨具及其附件、千斤頂及油泵等，應(yīng)有原材料質(zhì)量合格證明書、生產(chǎn)廠家質(zhì)量合格證明書和工地驗收合格證明書，三者缺一不可。

6、隧洞襯砌無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉施工技術(shù)

6.1錨具槽鑿毛、清理

為了后續(xù)錨具擦回填混凝土，錨具槽一期混凝土和二期混凝土相接觸的部位要進行鑿毛，清理多余浮漿、雜物。直至漏出新鮮石子。

錨具槽內(nèi)空間狹小，若在后期張拉后進行錨具槽鑿毛，鑿毛極具容易觸碰鋼絞線及錨具，影響張拉后成品的保護。并且錨具槽內(nèi)防腐部件較多，且張拉前就會安裝絕大部分，防腐構(gòu)件及鋼絞線上充滿油脂，極容易被粉塵污染，影響防腐質(zhì)量。首先對錨具槽進行鑿毛，并清理錨具槽內(nèi)雜物。

6.2 張拉前準(zhǔn)備

（1）設(shè)備準(zhǔn)備

張拉設(shè)備使用前配套校核。

（2）無粘結(jié)鋼絞線的清理

每組鋼絞線預(yù)留時可能過長，因此按照圖紙尺寸裁剪多余尺寸。之后再鋼絞線外層PE護套做好標(biāo)記，然后切割多余PE護套。切割護套時采用專用器具切割，避免傷及鋼絞線。

（3）張拉設(shè)備安裝

錨具安裝完成后，在施工前安裝張拉設(shè)備。

張拉設(shè)備在滿足張拉力的同時，優(yōu)先選擇重量輕，故障少，品質(zhì)較好的張拉設(shè)備，方便施工的同時減少故障率。

所有構(gòu)件及工器具安裝要逐步安裝正確，安裝完成后要按照步驟一一檢查核對，避免錯裝漏裝。

安裝過程中高壓油管不能有彎折，應(yīng)順直，施工過程中注意保護。

6.3無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉

6.3.1張拉與測量

（1）張拉前應(yīng)檢測混凝土強度，達(dá)到要求后方可進行下一步施工。

（2）張拉前再次核對所有工器具安裝的準(zhǔn)確性，避免張拉過程中出現(xiàn)事故。

隧洞每一倉長度為12m，共24個錨具槽。施工前從小里程向大里程對所有錨具槽編號，每倉分三步進行張拉。

第一步，左下角大里程方向最后7個及右下角小里程方向7個錨具槽，先張拉至50%設(shè)計荷載;

第二步，左下角小里程5個及右下角大里程5個錨具槽，從0%張拉至100%設(shè)計荷載;

第三步，將第一步所張拉的錨具槽，再從50%設(shè)計荷載張拉至100%設(shè)計荷載。

（3） 張拉過程中按照順序依次對稱張拉。

（4） 無粘結(jié)鋼絞線張拉的一般規(guī)定：

1）最大張拉力為鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)值的0.75。2）每組鋼絞線張拉時至100%的過程中，都要分5級，依次控制總體張拉速率。每級張拉過程中，其加壓過程不得大于100MPa/min，盡量勻速施加張拉力。前4級在對應(yīng)荷載下穩(wěn)定2min以上，第5級荷載穩(wěn)定5min以上，量測達(dá)到要求后錨固。

（5） 測量

鋼絞線伸長值經(jīng)過量測計算后，實際伸長值與理論伸長值偏差不得超過±6%。

6.3.2相關(guān)要求

1）為了保證精確控制張拉力，油表精度不低于0.4級。

2）對于偏角器于錨具接觸部位軸線必須重合，減少摩擦阻力的同時避免鋼絞線受剪力破壞。

3）設(shè)備出現(xiàn)故障、或者超出使用期限以及張拉次數(shù)必須重新進行效驗。

4）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉前，必須檢測混凝土強度，滿足要求后方可進行下一步施工。

5）張拉完成后填寫張拉記錄表。

6.3.3錨具槽防腐

⑴ 張拉完成后，采用專用切割機將鋼絞線多余部分進行切除。

⑵ 錨固端外露鋼絞線要短于防腐密封套長度，將防腐密封套內(nèi)注滿防腐油脂，并安裝到錨具，用螺釘旋緊防腐密封鋼板和橡膠墊。

⑶ 張拉端鋼絞線切除后，剩余長度要短于防腐密封管長度，將防腐密封管內(nèi)注滿防腐油脂，并安裝到錨具，用螺釘旋緊防腐密封鋼板和橡膠墊。

⑷ 剝?nèi)E護套，采用PE防腐密封管、PE防腐密封套管、PE防腐密封套、緊箍圈，與錨具形成密封系統(tǒng)并注滿防腐油脂，與鋼絞線PE護套搭接并用緊箍圈箍牢。

⑸ 錨具采用防腐錨具，外表涂環(huán)氧防腐層或者其他防腐涂層。

⑹ 錨具及防腐蝕件安裝見錨具槽內(nèi)預(yù)應(yīng)力環(huán)錨體系安裝、固定、錨固以及防腐密封示意圖，必須確保不漏油。

⑺ 錨具槽口進行箍筋加固。

與常規(guī)錨具相比，本工程所應(yīng)用的錨具出廠時配套自帶防腐套件。錨具上四個角落有螺栓孔，外側(cè)有防腐橡膠墊、防腐密封鋼板。張拉前需要安裝橡膠墊板、防腐密封鋼板及部分防腐密封套管。

結(jié)語：

由于采用變角張拉，該施工技術(shù)適用于張拉作業(yè)空間有限變換張拉角度后可滿足張拉施工的情況。

由于鋼絞線被油脂及HDPE護套包裹，鋼絞線防腐能力更強，因此對于地下環(huán)境較為復(fù)雜，防腐等級需求高的地方可采用此工法。

鋼絞線被油脂包裹，相對于有粘結(jié)鋼絞線結(jié)構(gòu)，該施工技術(shù)再隧洞襯砌無粘結(jié)鋼絞線張拉后，鋼絞線摩擦阻力小，鋼絞線應(yīng)力分布更加均勻，在單根鋼絞線較長，拐點較多，拐角較大的情況，該施工技術(shù)能夠體現(xiàn)出一定優(yōu)勢。