新特工程異形預應力施工技術研究

韋潔，熊佳雯，莫德榮

（1.柳州歐維姆工程有限公司，廣西 柳州 545006；2.廣西建工第五建筑工程集團有限公司，廣西 柳州 545001）

0 引言

在我國近30年的基礎設施建設中，預應力技術以其優(yōu)越的加固性能及力學性能得以廣泛應用于工業(yè)與民用建筑及交通運輸建筑領域。朱文兵［1］研究了特種結構預應力混凝土與普通混凝土，列舉特種結構預應力混凝土的諸多優(yōu)點及其廣泛的應用前景，例如預應力空心樓板、門形屋面板，預應力屋面大梁、屋架、吊車梁，預應力橋梁、鐵路軌枕等。在水工建筑中，預應力技術已用于修建碼頭、棧橋、樁、閘門、調度室、壓力水管、渡槽、圓形水池、工作橋、公路橋、水電站廠房的屋面梁及吊車梁等結構構件，預應力技術還可用于加固大壩、襯砌隧洞等，成就了諸多重點工程。楊宗放等［2］綜述水池、水塔、筒倉、安全殼、電視塔等特種結構中應用的環(huán)向和豎向預應力技術，分析預應力技術應用于這些結構中帶來的經濟效益，并提出一些開發(fā)與推廣高效預應力混凝土結構的建議。隨著近年來國家能源儲備戰(zhàn)略的實施，一大批風電、核電、LNG（液化天然氣）儲罐等新特項目投入建造，預應力技術在這些領域中也經歷了從起步到不斷完善的過程。溫朝臣等［3］研究LNG工程超低溫預應力錨固體系的設計和施工要點，提出超低溫預應力錨固體系設計及施工中各個環(huán)節(jié)的關鍵控制點，為后續(xù)同類型的結構體系設計及施工提供參考。預應力技術作為影響特種結構發(fā)展的關鍵技術值得深入研究，如優(yōu)化其設計思路，規(guī)范其施工方法，拓展其應用領域。

預應力鋼絞線作為預應力技術的完美產品，融合了鋼材高強度的特性和線材的柔性，既可以獨立使用，又可以集束構成一個受力系統(tǒng)，其優(yōu)異的性能造就了多種應用形式。鋼絞線預應力系統(tǒng)契合了LNG儲罐混凝土外罐的結構特點，主要有水平“C”形預應力、豎向“I”形預應力、豎向“U”形預應力3種代表性的結構形式，統(tǒng)稱為異形預應力。本文以該類異形預應力技術在LNG儲罐工程中的應用為例展開論述。3類預應力系統(tǒng)的施工工序主要有穿束、張拉、灌漿3個環(huán)節(jié)，其中不同類型的預應力張拉及灌漿工藝大同小異，但不同的構造形式卻形成獨特的穿束施工方法，本文主要描述這3類預應力的穿束施工方法。

1 3類預應力穿束的施工工藝

1.1 水平“C”形預應力穿束工藝

1.1.1 施工步驟

“C”形預應力即沿罐壁水平向半圓形布置的預應力束，其主要施工步驟如下。

（1）將穿束機固定于操作平臺上，穿束方式為單根推送。

（2）用塔吊將裝有鋼絞線的放線架吊至合理工作點（儲罐上半?yún)^(qū)穿束時放至罐頂水平面，下半?yún)^(qū)穿束時放至地面），將HDPE（高密度聚乙烯）制成的導向管設置在穿束機兩端，一端至孔道入口，另一端至放線架，導向管必須固定好。

（3）鋼絞線端頭從盤內抽出穿入導向管和穿束機，通過導向管后套上穿束帽，然后進入波紋管；開動穿束機把鋼絞線推入孔道，當出口端伸出的長度達到設計值時停止穿束，穿束端預留張拉工作需要的長度，切斷鋼絞線。

（4）重復上述操作，直至整束鋼絞線穿束完成，安裝完孔道兩端的錨夾具后轉移至下一個待穿孔道口進行穿束?！癈”形預應力施工工藝圖如圖1所示。

圖1 “C”形預應力施工工藝圖

1.1.2 施工要點

（1）在孔道預埋階段需采取可靠的定位措施，按設計要求嚴格控制孔道的線型，否則孔道的變形和位移可能會引起摩阻增大。在罐壁混凝土澆筑階段，應注意保護波紋管孔道不受碰撞或擠壓，做好孔道內的通球檢查試驗，防止水泥漿滲入孔道造成孔道堵塞，導致后期預應力束無法穿過孔道。

（2）鋼絞線端頭必須安裝穿束帽，穿束帽可起導向和保護的作用，防止鋼絞線端頭頂撞孔道壁而產生散頭。

（3）鋼絞線的剛度有限，為保證鋼絞線能推送入孔道，穿束機應布置于孔道口附近且穿束角度應對著孔道軸線延伸的方向。

（4）隨著孔道內逐根穿入的鋼絞線越來越多，后穿的鋼絞線有時在孔道內很難前進，此時可采取后退再前進的方式反復試穿，或者從另一端孔道口穿入，亦可采取在鋼絞線表面涂抹減阻劑的方法使鋼絞線順利穿過孔道。

（5）料盤所剩鋼絞線不多時，應降低穿束速度，注意防止鋼絞線尾端彈出傷人。

1.2 豎向“I”形預應力穿束工藝

1.2.1 施工步驟

“I”形預應力即沿罐壁豎向直線布置的預應力束，其主要施工步驟如下。

（1）將穿束機固定于罐頂，穿束方式為從罐頂單根往下穿束。

（2）從放線架內抽出鋼絞線端頭穿過穿束機及引導裝置，將穿束帽套在鋼絞線頭上后開始穿束。

（3）在孔道下端出口處穿束限位箱體，限位箱體上留有觀察孔，當觀察到鋼絞線抵達限位箱體時即停機，上端預留足夠的張拉工作長度后切斷鋼絞線。

（4）重復上述操作，直至孔道內所需鋼絞線穿束完成，安裝好上端錨夾具后拆除限位箱體，將底端錨具推至錨墊板并安裝好夾片。“I”形預應力施工工藝圖如圖2所示。

圖2 “I”形預應力施工工藝圖

1.2.2 施工要點

（1）在孔道預埋階段需采取可靠的定位措施，并且做好孔道內的通球檢查試驗，防止水泥漿滲入孔道造成孔道堵塞。

（2）鋼絞線端頭必須安裝穿束帽，防止鋼絞線端頭頂撞孔道壁而產生散頭。

（3）鋼絞線必須經過90°的彎曲才能進入孔道，而鋼絞線具有一定的剛度，為保證鋼絞線能平順地進入孔道，穿束機的位置與孔道口應有一定的距離，以滿足彎曲半徑的要求。

（4）由于無法準確判斷鋼絞線在孔道內下放的速度和位置，因此應通過穿束機控制鋼絞線勻速下放，在鋼絞線快到達底部時提前減速下放，防止速度過快沖擊箱體底部，導致鋼絞線端頭損壞。

（5）斷料前在孔道底部觀察確認鋼絞線是否抵達底部。

（6）料盤所剩鋼絞線不多時應降低穿束速度，防止鋼絞線尾端彈出傷人。

1.3 豎向“U”形預應力穿束工藝

1.3.1 施工步驟

“U”形預應力即沿罐壁豎向“U”形布置的預應力束，其主要施工步驟如下。

（1）將拉線機及支架等導向裝置布置于罐頂預埋管口位置，穿束方式為采用拉線機整束牽引。

（2）編束制索，用塔吊將鋼鉸線吊上罐頂水平面并放置于合理的工作距離點，穿束鋼絞線放線架，把鋼絞線端頭從放線架內抽出，根據(jù)設計長度下好料。將所有的鋼絞線編束后與1個牽引頭連接在一起，以備穿束時整體拉入。

（3）將牽引鋼絲繩穿入預應力管道直至與另一端的編束牽引頭連接在一起，牽引鋼絲繩的尾端則與拉線機連接在一起。為減少牽引過程對鋼束的損傷以及避免牽引至最后鋼束因其自重而突然滑落至預應力管道中，在鋼束牽引過程中還需塔吊或吊車輔助將鋼束抬起。

（4）待所有準備工作完成后，拉線機緩慢啟動，當鋼束向前移動1m左右時停止牽引，檢查各個連接點的連接情況，若一切正常即可在低速狀態(tài)下繼續(xù)牽引穿束，輔助吊機則跟著拉線機的速度平穩(wěn)地將鋼束往前送，直至鋼束穿出預應力管道端口且兩端鋼絞線長度符合設計要求時停止穿束，拆開連接部件，將孔道兩端的錨夾具裝上，完成整體穿束?！癠”形預應力施工工藝圖如圖3所示。

圖3 “U”形預應力施工工藝圖

1.3.2 施工要點

（1）在孔道預埋階段需采取可靠的定位措施，并且做好孔道內的通球檢查試驗，防止水泥漿滲入孔道造成孔道堵塞。

（2）整束牽引需要預先下料、編束、制索，鋼絞線的下料長度應根據(jù)孔道長度及工作長度精確計算。

（3）穿束前需要采用專用的穿線裝置引導拉線機的鋼絲繩穿過孔道。

（4）需要制作專用的牽引頭連接鋼絲繩與鋼絞線束，可采用鐓頭連接的方式制作牽引頭，牽引頭的直徑應盡可能地小，以便順利引導鋼絞線束穿過孔道。

（5）鋼絞線必須經過90°的彎曲才能進入孔道，因此應在孔道口布置調偏裝置，以滿足鋼絞線束彎曲半徑的要求。

（6）在牽引過程中應采用吊機連接鋼絞線束尾端，控制鋼絞線束進入孔道的速度，避免鋼絞線束在重力作用下突然掉落而引起安全事故。

2 3類異形預應力施工技術的優(yōu)點和缺點及改進方向

目前新特工程應用中最具代表性的3類異形預應力體系的應用特點分析詳見表1。

表1 3類異形預應力特點分析表

從表1中的分析可以看出，鋼絞線束預應力系統(tǒng)具有廣泛的適用性，其不同的布置形式構成了多樣的異形預應力系統(tǒng)，各種類型的預應力系統(tǒng)既有共性又有特性，最主要的施工方法有單根穿束和整束穿束2種，根據(jù)具體的布置形式需要采取針對性的措施。表1列舉了3種具有代表性的異形預應力的施工方法，分析其不同的適用條件及優(yōu)缺點，提出了后續(xù)的改進方向，這些改進有利于提高施工效率，保證施工質量，降低施工成本。

3 異形預應力施工技術在新特工程中的發(fā)展方向

新特工程顧名思義為新型、特殊的工程類型，故“新型”、“特殊”是該類工程最主要的兩大特點。例如，LNG儲罐要儲存液化天然氣，其工作狀態(tài)為高壓、低溫，有時溫度甚至可達到-165℃，故LNG混凝土外罐建設的安全性要求及工程質量標準非常高，常規(guī)的預應力錨固體系不能滿足其超低溫狀態(tài)下的各項工作性能指標要求，因此結構設計常需要用到滿足相應標注要求的超低溫預應力錨固體系。同時，超低溫預應力錨固體系的施工質量是LNG外罐工程質量達到設計標準要求的保障，因而需嚴格執(zhí)行各項施工要求，保證施工質量［3］。

新的工程類型的結構體系和施工方法必然存在試行—應用—改進—完善的過程，異形預應力施工技術發(fā)展至今已形成一些主流方法，然而這些方法還存在諸多施工難點，需要廣大工程技術人員持續(xù)研究，解決施工難題，創(chuàng)新施工方法，形成標準化的施工工藝。同時，通過總結分析，從工程實踐發(fā)現(xiàn)的問題或得到的啟發(fā)反推出結構體系的發(fā)展方向和應用的新思路。

新特工程作為特殊用途的工程實體，其施工質量的重要性顯而易見。異型預應力系統(tǒng)作為結構中最重要的受力部件，其施工環(huán)節(jié)中的每一個細節(jié)都值得仔細研究和嚴格把控，有必要形成一套專用的施工規(guī)范和驗收標準。同時，為盡可能地降低人為控制帶來的誤差，諸如智能化操作系統(tǒng)、可視化監(jiān)控系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)等高新技術手段在該類工程中的應用也值得深入研究和推廣。

4 結語

本文提出了LNG儲罐工程中水平“C”形、豎向“I”形、豎向“U”形3類異形預應力的穿束施工方法，著重介紹不同方法的優(yōu)點和缺點及適用條件，這類預應力系統(tǒng)不僅可以應用于LNG儲罐工程，對其施工技術的研究分析與總結提升也為異型預應力系統(tǒng)的拓展應用提供了技術保障，對開發(fā)異型預應力系統(tǒng)新的應用領域具有重要的促進作用。同時，本文探討異型預應力施工技術在新特工程中的應用狀況，提出目前施工技術的一些改進思路及發(fā)展方向，有利于該領域施工技術的系統(tǒng)性提高和標準化，對同類型工程的施工具有重要參考價值。