大伙房水庫輸水工程二次襯環氧噴涂無黏結預應力試驗

李 震，馮國軍

(1.蓋州市水利勘測設計隊，遼寧蓋州115200;2.遼寧水利土木工程咨詢有限公司，沈陽110003)

1 工程概況

大伙房水庫輸水(二期)工程從大伙房水庫取水，向遼寧省撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦計6個城市輸水的一項大型輸水工程。工程由頭部29.1 km隧洞和231.37 km輸水管線組成。二次襯砌設計為全圓一次襯砌成型，其中Ⅳ、Ⅴ類圍巖段采用普通鋼筋+環氧噴涂無黏結預應力筋襯砌，Ⅲ、Ⅱ采用普通鋼筋混凝土襯砌。無黏結預應力筋固定端和張拉端包角為720°。

2 試驗總體要求及研究內容

2.1 試驗總體要求

本次試驗分兩段，每段長度10.5 m。第一試驗段29+ 098～29+87.5錨具槽圓心角為80°，采用邱姆公司的錨具和防腐體系，混凝土中不摻加抗裂防水劑;第二試驗段29+ 87.5～29+77錨具槽圓心角為90°，采用歐維姆錨具和防腐體系，混凝土中摻加抗裂防水劑。兩組試驗張拉端鋼絞線均為裸線。

2.2 試驗研究內容

試驗重點研究下述內容:

1)鋼絞線下料長度、編束方法。

2)選擇、優化施工中鋼絞線和預留槽的安裝、定位施工工藝。

3)使施工人員熟悉預應力張拉及錨具防腐的施工程序及操作方法。

4)測試施工控制要求的實測數據，決定控制張拉力與張拉施工工序。

5)模板臺車運行工藝及開窗方式。

6)混凝土的澆筑方法與質量控制。

7)錨具槽回填混凝土質量控制。

2.3 現場試驗段布置

試驗段布置在四標段劉山出口工區，施工里程為29+ 077～29+098。試驗段地表為既有廠內運輸鐵路線，隧洞內為Ⅴ類圍巖，支護采用鋼支撐、錨噴網支護。

3 施工工藝流程

總體施工工藝流程見圖1。

圖1 預應力襯砌試驗段施工工序框圖

4 預應力襯砌試驗準備工作

4.1 預應力施工材料準備

鋼絞線:環氧涂覆無黏結鋼絞線，無黏結筋(7Φ5)標準強度為1 860 N/mm2，公稱直徑為15.24 mm，公稱截面面積139 mm2，破壞荷載(單根)Fptk=260.4 kN，彈性模量為1.8 ×105MPa。

4.2 材料采購

鋼絞線供應廠家:沈陽科明控制腐蝕技術有限公司

錨具及張拉設備供應廠家:柳州邱姆預應力機械有限公司

4.3 鋼絞線和錨具施工前的材料檢驗

4.3.1 依據規范

JGJ/T92－2004(J409－2005) 無黏結預應力混凝土結構技術規程

GB/T14370－2000預應力筋用錨具、夾具和連接器

JGJ85－2002(J219－2002) 預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程

JG161－2004 無黏結預應力鋼絞線

ISO14655:1999 預應力混凝土用環氧涂層鋼絞線

4.3.2 材料檢驗項目

4.3.2.1 無黏結預應力鋼絞線

《無黏結預應力鋼絞線》JG161－2004中的規定:

1)鋼絞線直徑、整根鋼絞線的最大力、規定非比例延伸力、最大力總伸長率和伸直性

2)防腐潤滑油脂:滴點、腐蝕試驗和防腐油脂質量

3)護套:拉伸強度、彎曲屈服強度、斷裂伸長率和護套厚度

《預應力混凝土用環氧涂層鋼絞線》ISO14655:1999中的規定

環氧涂層厚度、涂層連續性、涂層的粘附

4.3.2.2 錨具

1)錨具外觀、硬度、靜載試驗2)配套油泵、千斤頂標定試驗

4.3.2.3 千斤頂和偏轉器摩擦力損失試驗

用于環錨的設備包括2個應力板、2×3個U形偏轉器、2個HOZ950/120千斤頂，以上設備應配套組裝后在出場前及現場進行試驗，以確定千斤頂和偏轉器共同工作時由偏轉器引起的張拉力損失，摩擦損失應不大于9%。偏轉器摩擦損失率定示意見圖2。

圖2 偏轉器摩擦損失率定示意圖

5 預應力試驗段現場施工

5.1 隧洞內施工

洞內準備工作包括:

5.1.1 襯砌斷面測量

襯砌鋼筋施工前進行斷面測量，為保證預應力混凝土襯砌厚度(50 cm)，隧洞初期支護后斷面不允許欠挖，對欠挖部位采用風鎬或弱爆破進行處理;斷面達到設計要求再進行鋼筋施工。

5.1.2 試驗段底板清洗

鋼筋施工前進行隧洞底部積水、浮渣、洞壁渣土清理，保證二襯混凝土和初期支護有較好的黏結。

5.1.3 預埋檢測儀器

鋼筋施工前，水科院組織預埋最外層檢測儀器(在邊墻埋設Φ100鋼管24根/2m+25根/12m+5根/24m，鉆測縫計預埋孔2組/5個)。現場組織人工20人，用時3 d來完成此項工作。

5.1.4 回填拱腳C15混凝土

在檢測單位的外層檢測儀器預埋完成并驗收合格后，開始回填兩側拱腳混凝土，回填混凝土時應保證混凝土密實，表面順滑平整。

5.2 洞外準備工作

5.2.1 普通鋼筋的制作

根據設計鋼筋長度，在洞外平整下料場地，按照設計半徑制作鋼筋加工胎模。

5.2.2 預應力鋼筋的洞外準備

5.2.2.1 鋼絞線下料場地的準備

為了保證鋼絞線的堆放、下料及剝皮在干凈的場地內進行，現場用C25混凝土澆筑10m×15m的場地，混凝土厚度20 cm，砂墊層10 cm。

5.2.2.2 預應力胎模

為了保證鋼絞線的編束及更精確的下料，在鋼絞線預制場地上按1∶1的洞室比例將鋼筋模型放樣，制作預應力筋編束及安裝胎模。

5.2.2.3 鋼絞線模擬編束

利用預應力筋胎模，用紅、綠兩種顏色的橡膠管代替鋼絞線做環繞練習，確認張拉段和固定段鋼絞線進錨具槽的孔位。

5.2.2.4 預應力筋的下料及加工

1)預應力鋼絞線下料長度的計算

預應力鋼絞線的下料長度根據設計安裝半徑和張拉設備的規格來確定。本試驗段的HM15－6環錨鋼絞線下料長度計算結果如下:

內層鋼絞線下料長度L內

L內≥L1+L2+L3=20.73+20.80+1.164=42.694m

建議取42.83 m(按1.3 m的搭接)

外層鋼絞線下料長度L外

L外≥L1+L2+L3=21.260+21.363+1.164=43.787m

建議取43.923 m(按1.3 m的搭接)

變角40°的搭接L 3=變角張拉輔助長度1034+錨板厚度90+固端外露絞線長度40mm=1164m。

圖3 L 1為內圈長

L 2為外圈長

L 3為搭接重復長度

下料長度誤差為0～+50mm，考慮到預應力布置位置的偏差和鋼絞線未受力情況下的不平直性，實際下料長度在試驗段建議取搭接長度為1 300，這樣可以即可保證鋼絞線在施工過程中能全部沉入槽內不影響澆注混凝土支模，又能保證張拉的輔助長度足夠。根據本次試驗的經驗，在正式批量施工中再對下料長度和搭接長度作修正。

2)鋼絞線下料、剝皮、存放

5.2.2.5 錨具槽的加工

為保證錨具槽的安裝和拆除方便并能重復利用，在洞外一共設計了7種錨具槽加工方案，通過洞外模擬施工，最終確定下圖所示組合式錨具槽，此錨具槽端模分割成3塊，首先拆除，然后拆除側模，最后拆除底模。

5.3 洞內安裝工作

總體安裝順序:外層鋼筋定位筋——外層鋼筋安裝——錨具槽安裝——鋼絞線定位托架安裝——鋼絞線安裝——內層鋼筋安裝——預埋注漿管安裝

5.3.1 定位筋及外層鋼筋安裝

定位筋采用 L=55cm，φ 22的螺紋鋼，環向間距1 000 mm、縱向間距1 100 mm。

5.3.2 錨具槽安裝

錨具槽安裝順序:測量放樣定位——定位筋——定位托架——錨具槽

5.3.3 鋼絞線定位托架安裝

鋼絞線托架用Φ14Ⅰ級鋼筋，具體尺寸見下圖，安裝在外層縱向鋼筋上，環向間距1 000 mm，縱向間距為400 mm。

5.3.4 鋼絞線及內層普通鋼筋安裝

洞內安裝鋼絞線采用單根安裝，由7個人同時工作，相互配合，先在錨具槽內固定張拉端，然后以固定端牽頭，鋼絞線從所焊接的鋼絞線托架中走過，環向兩周，最后固定端進入錨具槽。

6 結束語

通過二次襯環氧噴涂無黏結預應力試驗，取得了重要施工參數，為施工提供依據，在施工時按照實驗成果實施，進度和質量效果良好，目前，工程已經進行通水試運行，施工質量合格。

［1］魯少陽.輸水隧洞環形無黏結預應力襯砌施工技術［J］.石家莊鐵路職業技術學院學報，2009，8(3):55－58.

圖4 變角張拉鋪助長度≥35+50+374+23+180+242+80+50=1034 1300－170－90=1040＞1034能滿足

圖5 錨具槽安裝

圖6 錨具槽定位

圖7 鋼絞線定位托架