淺談低回縮豎向預應力二次張拉控制技術

尹洪圖

（中交第二航務工程局南方工程有限公司，廣東 廣州 511458）

二次張拉低回縮鋼絞線豎向預應力錨固系統是一種新型的預直力筋錨固體系，不同于傳統的精軋螺紋鋼YGM錨固體系，也不同于夾片式鋼絞線錨固體系，它具有其自身的特點。本文以廣州南沙鳳凰二橋主橋岸跨豎向預應力施工為背景工程，研究低回縮豎向預應力二次張拉控制技術及二次預應力施加時機對施工效果的影響。

1 背景工程

岸跨拱梁位于兩岸過渡墩與邊墩之間，一端簡支于過渡墩上，另一端與邊墩（拱腳）固結，岸跨拱梁為19.96m長的變截面箱梁（下稱岸跨縱梁）和20m（平面投影長）的等截面曲梁組合而成的預應力砼結構。平衡拱腳部分水平推力的體外預應力系桿錨固在簡支端的中橫隔上。岸跨預應力包含頂板橫向預應力、端橫梁及中橫隔梁Ⅰ預應力、縱向預應力。

在系桿錨固的岸跨拱中橫梁Ⅰ處設置橫向預應力和豎向預應力。豎向預應力采用OHM豎向預應力錨固體系，充分利用二次張拉低回縮錨具的特性，以減少短束預應力筋的預應力損失。預應力鋼筋采用Φs15.2-3高強度低松弛鋼絞線，采用內徑Φ50mm的塑料波紋管成孔。單個岸跨有112套OHM二次張拉預應力鋼束，全橋共計448套。圖1為預應力立面圖。

圖1 預應力立面圖

2 低回縮二次張拉工藝

低回縮二次張拉體系主要由固定端“P型錨具系統”、鋼絞線力筋、管道系統和張拉端“低回縮二次張拉錨具”等幾個部分組成，經二次張拉施工實現其預應力鋼絞線低回縮錨固。第二次張拉要求錨固回縮量≤1 mm。

二次張拉錨固體系的實現過程如下。

第一次，按夾片式錨具通用張拉施工方法整束張拉并錨固，張拉程序：0→ 0.1σcon→ 1.05σcon(持荷2min)→錨固；第二次，用專用H型支承角支承千斤頂，采用連接器與張拉桿相連，將錨環整體拉起，張拉至設計張拉力，擰緊外圈支承螺母，消除第一次張拉鋼絞線產生的錨具放張回縮值。第一次張拉2～16小時內進行第二次張拉，張拉程序：0→ 0.5 σcon→ 1.0σcon(持荷2min)→錨杯的下端離開墊板6～12mm，旋緊支承螺母→錨固。二次張拉操作仍采用張拉力與伸長量雙控，理論伸長值和實際伸長值按相關規程計算。

2.1 理論伸長量復核

（1）第一次張拉理論伸長量復核。

計算公式：ΔL=(Pp×L)/(Ap×Ep)

式中：ΔL為預應力筋理論伸長值（mm）；Pp為預應力筋平均張拉力（N）。

Pp=P(1-e-(kx+μθ))/(kx+μθ)

式中：P為預應力筋張拉端的張拉力(N)；X為從張拉端至計算截面的孔道長度（m）；θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）；k為孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數；μ為預應力筋與孔道壁的摩擦系數；Ap為預應力筋的截面面積（mm2）；L為預應力筋長度（mm）；Ep為預應力筋的彈性模量（N/mm2）。

取μ=0.15，k=0.0015，A s=140mm2，Es=195000MPa，計算得第一次張拉理論伸長量14mm。

（2）第二次張拉理論伸長量復核。

計算公式：ΔLⅡ=(PⅡp-PⅠps)×L/(Apv×Ep)；其中，PⅠps=PⅠp(1-x%-7/ΔL1)

圖2 第一次張拉放后示意圖

式中：PⅡp——第二次張拉預應力筋的平均張拉力(N)；PⅠps——第一次張拉放張后，扣除預應力損失部分（含錨口磨阻損失和夾片回縮損失）后的剩余張拉力(N)；X%——錨口部位的磨阻損失系數，一般通過試驗確定，簡化時可取x=3；PⅠp——第一次張拉預應力筋的平均張拉力 (N)；ΔL1——第一次張拉預應力筋的平均張拉力 (N)；7/ΔL1——夾片回縮損失系數。

已知x=3，ΔL1=14mm，計算得：PⅠps =275373N，L=2005mm，PⅡp=585900N，As=140 mm2，Es=195000Mpa計算得：ΔLⅡ=7mm。

2.2 第一次張拉施工

（1）第一次張拉時支承螺母應不受力，支承螺母與墊板之間有較小間隙（圖2）。

（2）施工工序：0 → 0.1σcon→0.2σcon → 1.0σcon(持荷)→錨固。

（3）測量 0.1σcon與 1.0σcon工具夾片外露差值，計算實測伸長值。

2.3 第二次張拉施工

（1）第二次張拉在第一次張拉完成后2～16小時內進行。

（2）第二次張拉過程：①清除干凈張拉槽口內雜物。②安裝張拉連接套。③安裝張拉桿。④安裝張拉支架。⑤安裝千斤頂及張拉桿連接螺母。⑥消除支承螺母與墊板之間間隙（圖3～5）。

（3）進行第二次張拉（圖6）。

按下式計算第二次張拉放張后實測伸長值：

L放II=△LH－(H1－H2)＋1

將△L放II與第二次張拉理論伸長值△LII進行比較，誤差應在±15%之內。

消除支承螺母和墊板之間的間隙支承螺母相對位置之差△LH離開墊板產生6～12mm的間隙（圖7、8）。

2.4 管道壓漿及封端處理

（1）灌漿前的準備工作。

預應力筋張拉完成后,經檢查合格,即可用切割機切除錨具外漏的鋼絞線（注意鋼絞線的外露量≥30mm）。灌漿前，張拉端錨具部位應用水泥砂漿密封，并保證密封嚴實，以免瀉漿及降低灌漿的壓力。

圖3 安裝張拉連接套后

圖4 安裝張拉連接桿后

圖5 安裝張拉支架后

圖6 開始第二次張拉初始狀態

圖7 測量二次張拉錨杯

圖8 第二次張拉終，支承螺母

（2）灌漿程序。

封錨→攪拌水泥漿及過慮→灌漿機壓漿→灌漿機壓漿持續穩壓→完成灌漿。

硅酸鹽為主的礦床主要包含高鋁硅酸鹽、高鈣硅酸鹽、堿性硅酸鹽、鈣鋁硅酸鹽、鎂鐵硅酸鹽礦床，其主要礦物組成包括高嶺土、鋁礬土、硅灰石、透輝石、綠簾石、石榴子石、綠泥石、霞石、沸石、云母、橄欖石和角閃石等。在這類尾礦中一般同時富含石英。我國大多數的煤矸石中富含高嶺土，其儲量達180億t，全球排名第一[13]；欒川洛鉬集團爐場溝尾礦庫鉬尾礦中石榴子石含量在60%～65%等。

（3）壓漿設備。

管道壓漿采用灰漿攪拌機制漿、UB-3型活塞式壓漿機壓漿，灌漿壓力為0.6～0.8MPa。

（4）材料。

①水泥漿采用P.Ⅱ42.5硅酸鹽水泥，摻合高性能預應力管道壓漿劑，漿體對鋼絞線無腐蝕作用。漿體參數的確定如表1。②攪拌水泥漿先下水后下水泥，拌和時間3～5分鐘直至均勻，然后倒入盛漿桶。倒入盛漿桶的漿體應馬上泵送，否則要不停的攪拌，水泥漿進入灌漿泵以前應先通過1.2mm的篩網進行過濾。③盛漿桶內的漿體要保持足夠的數量，以保證每根管道能一次連續完成。

表1 漿體參數表

（5）壓漿。

①啟動灌漿泵以正壓力將水泥漿從管道的壓漿端灌入。②灌漿泵繼續工作，壓力達到0.8MPa左右，持續1～2min。關閉灌漿泵及灌漿端的閥門，完成灌漿。③拆卸外接的管路、附件、清洗氣流分離器及閥泵。④完成當日灌漿后，必須將所有水泥漿的設備清洗干凈。安裝在壓漿端及出漿端的球閥，應在灌漿后2h后拆除并進行清理。

（6）記錄。操作人員應做好壓漿記錄，包括灌漿日期、作業時間、溫度、灰漿的比例、灰漿數量、壓漿壓力及壓漿過程中所發生的異常情況等。

（7）封端處理。管道壓漿后將端錨水泥漿沖洗干凈，將封端補強鋼筋綁扎就位，安裝模板完畢后，用與縱梁相同等級的混凝土進行灌注封端。

3 二次張拉時機對張拉效果的影響

《二次張拉低回縮鋼絞線豎向預應力錨固系統施工、驗收操作規則》中規定，二次張拉要在一次張拉完成后2～16小時內進行。結合項目工期緊的背景，在保證施工質量的情況下，盡量快的進行二次張拉，我部組織對前幾次張拉進行針對性記錄，得出結果見圖9。

圖9

綜上可知，一次張拉后相同時間內啟動不同束預應力二次張拉，其得到的錨板與墊板間隙基本相同，差值保持在0.5mm內。2～9h內啟動二次張拉，間隙均值依次為2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、8mm、8mm。

為得到更準確最佳二次張拉啟動時間，還對單束預應力進行多個啟動時間張拉試驗并記錄，如下圖10。

圖10

由上圖可知，不同束預應力，在相同二次張拉啟動時間下得到的結果基本一致。而同束預應力在不同啟動時間下得到的結果不一樣，從第八小時開始，二次張拉得到的錨杯與墊板間隙基本保持在8mm，而二次張拉與一次張拉間隔時間未滿7小時的，無法達到操作規程中規定的6～12mm間隙。因此，岸跨豎向預應力二次張拉啟動時間選擇在一次張拉完成后8小時左右。

4 結語

（1）岸跨中橫梁I混凝土澆筑時，需要細心振搗，盡量避免錨具、錨墊板及波紋管位置移動甚至被破壞，導致漏漿，影響張拉質量。

（2）混凝土澆筑完成后3小時左右，及時拆除張拉槽口模板。此時拆除難度小，不易破壞槽口，拆除模板后立即封堵孔口防止雜物進入孔道內。

（3）關模之前需仔細查看排氣管連接情況，如出現脫開或者漏孔現象要重新布置，從而確保壓緊能順利完成。

（4）本工程二次張拉啟動時間選擇在一次張拉完成后8小時左右，可達到操作規程中規定的6～12mm錨杯與墊板間隙。其他工程建議全面張拉前現場試驗得出最佳的二次張拉啟動時間。

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