基于水利工程預應力襯砌環錨錨索二次張拉施工實踐研究

晉 健

(遼寧省大伙房水庫管理局有限責任公司，遼寧 撫順 113007)

0 引 言

由于運行可靠性好、施工便捷性強等優點，預應力襯砌結構在結構抗裂性能要求高、地質條件較差及圍巖厚度較薄的輸水隧洞工程中被廣泛的應用，輸水隧洞襯砌環錨預應力施工的關鍵環節是張拉施工技術和鋼絞線錨固體系的固定、夾持，該過程直接決定著輸水隧洞的安全運行[1-3]。目前，夾片自鎖的傳統張拉施工為錨索一次張拉的常用技術，錨固回縮量在張拉過程中不易控制且往往較大，并由此導致錨索預應力的損失。環錨錨索預應力損失過大不僅影響著結構的耐久性和可靠性，而且將消弱錨索的加固效果影響隧洞襯砌的整體承載力，在解決錨固回縮量大的問題時環錨錨索二次張拉技術具有明顯的成效[4]。因此，文章以遼寧省某輸水工程的襯砌結構為例，對環錨錨索的二次張拉預應力施工從設備選擇、工藝流程、技術要點等方面進行分析，可為環形預應力錨索的推廣和應用提供技術依據。

1 錨固體系張拉施工設備選擇

1.1 錨固體系結構原理

環錨錨索二次張拉的預應力錨固系統主要由固定端墊板、固定端螺旋筋、約束圈、固定端P型錨具、錨索、波紋管、進漿鋼管、張拉端墊板、張拉端螺旋筋和張拉端二次張拉錨具等部件構成。承力架構由混凝土結構、固定端與張拉端墊板組件等構成，而張拉錨索的固定主要由固定端P型錨具實現。沿軸向布置于工作錨板上的圓錐孔，將夾片座套設置在孔內側，通過旋接將支承螺母的內周螺紋與錨板的外周螺紋連接。第一次張拉完成后，將錨索及錨板在第二次張拉時整體拉起離開墊板，在達到設計荷載的同時確保支承螺母處于擰緊狀態，其中以墊板作為錨板支承，然后回頂工作夾片和放張錨固，從而提高預應力錨索的錨固效率和消除一次張拉中的回縮損失[5-7]。

1.2 錨固體系張拉施工設備

張拉千斤頂、固定端P型錨具及二次張拉錨具為環錨錨索二次張拉錨固體系的施工設備，各設備的組成和特性如下：

1)二次張拉錨具。螺旋筋、墊板、夾片、錨板、支承螺母為組成二次張拉錨具的主要部分，壓漿孔設置于墊板平面內，孔上設置螺旋紋，波紋管外徑與壓漿孔直徑相匹配，從而保證漿液在壓漿孔中的暢通。

2)固定端P型錨具。擠壓錨、鋼絞線、螺旋筋、固定錨板、出漿管、約束圈和波紋管等為構成固定端P型錨具的部件，采用優質合金結構鋼作為固定端P型錨具的擠壓錨，固定錨板為Q235鋼板，厚度大于18mm。

3)特性分析。二次張拉錨具的放張回縮值λ≤1mm，當預應力損失值是由錨固內縮量引起時，放張回縮值λ值建議取1mm；破段總應變εA應≥2%，錨固效率系數ηA≥95%。二次張拉錨具在具備優良的靜力錨固性能和放張預應力錨索性能的同時，還要滿足補張拉、分級張拉一級Ⅰ類錨具的技術要求，同時滿足50次循環周期荷載試驗和200萬次循環的疲勞性能試驗。采用張拉連接配置和專用千斤頂的二次張拉，為實現放張錨固、張拉、錨索預緊的目標張拉千斤頂要配合張拉油泵，另外張拉千斤頂還要滿足安裝與操作簡便、結構緊湊、性能穩定等要求[8]。

2 環錨錨索二次張拉施工技術流程

2.1 預應力錨索的制作與安裝

錨索張拉施工的準備工作有：采用卷揚機及鋼絲繩將下料編束完成后的預應力錨索牽引穿束，然后澆筑混凝土并達到設計強度，將張拉所需的機具設備材料，如油泵、千斤頂等利用弧形錨索張拉臺車安裝就位，由此可開始施工[9]。

按照如下流程安裝預應力管道及錨索：①預應力錨索的下料長度根據錨索外露長度、張拉千斤頂工作段長度、錨索固定端長度、錨具結構尺寸及輸水隧洞襯砌混凝土孔道長度等計算確定，對錨索按設計下料長度機械切割。②然后將擠壓錨設置在錨固段，錨具擠壓錨內應保證長度超過90%的彈簧。導向帽、隔離環分別安裝在錨固段頭部和錨索張拉端，波紋管內穿梭錨索。③注漿管和塑料波紋管分別安置在預應力錨索索體的中部、錨索張拉段，為保證孔道位置在混凝土澆筑振搗過程中不發生改變，應按設計坐標嚴格布置塑料波紋管。④在螺旋筋的安裝固定過程中，對固定端的墊板按設計坐標應用鋼筋搭橋進行固定、支承定位。

2.2 環錨錨索二次張拉施工

在達到設計強度要求后拆除混凝土臨時防護，開始張拉施工。張拉施工以錨索伸長值校核為輔，以應力控制為主，另外錨索實際測量與理論計算的伸長值誤差在第一、二次張拉放張完成后應不超過±6%、±10%，若不滿足該條件應立即終止張拉，待分析原因并提出有效的解決方案，而后方可張拉。

2.2.1 第一次張拉施工

1)預應力錨索的張拉要求按照二次張拉伸長量值要求、二次張拉錨具錨固回所致、結構橫截面積、控制應力和預應力錨索的強度標準確定，張拉力大小的控制選用標定后的油壓表。

2)安裝工具錨、配套前景定、限位板、工作夾片及二次張拉錨具。在二次張拉錨具安裝之前應確保夾片表面及錨板上錐形孔的清潔，可將少量的潤滑劑涂抹在工作夾片上，從而確保工具錨的順利拆卸。從配套千斤頂、限位板、工作錨中間將曲線預應力錨索穿過，并使作用線和中心點切線保持一致。工作錨板自約束部套上，并將其移動至弧形墊板止槽正中處固定，根據錨板尺寸設計限位板，緊靠安裝錨具。前端工作錨的孔位應與錨板上的孔位排列位置保持一致，并將其安裝支承止口上。

3)根據0→0.1σcon→0.2σcon→1.03σcon→放張錨固的施加流程進行第一次張拉施工，其中鋼絞線的控制應力為σcon。由于墊板與支承螺母之間存在一定的間隙，所以此過程支承螺母不受力的作用。除去工具夾片在錨索張拉至0.1σcon與1.03σcon時外露差值的實測伸長值即為第一次張拉施工的伸長量。

2.2.2 第二次張拉施工

1)第一次張拉完成后2-16h內進行第二次張拉施工，清理張拉槽口內雜物及安裝配套千斤頂、張拉桿連接螺母、張拉支架、長拉桿和張拉連接套等為第二次張拉施工前的準備工作。

2)根據0→0.5σcon→1.03σcon→旋緊支承螺母→放張錨固的施加程序進行預應力的第二次張拉施工，為確保墊板與支承螺母的無間隙貼近應擰緊支承螺母放張錨固。

3)理論計算確定的錨索伸長值和第二次張拉放張后的實測值之間的誤差應不超過±10%，否則應重新張拉直至滿足工程要求。

在保證張拉控制應力穩定的條件下進行錨固施工，內縮量限值在第一、二次張拉施工錨固階段分別為6mm和1mm。

2.3 孔道壓漿封錨

1)張拉錨索完工后應，要盡早的對孔道壓漿。在壓漿過程中漿液從最低點的曲線孔道口壓入，為保持排氣管和進漿管的暢通將壓漿產生的水、氣由最高點排氣孔排出。

2)在壓漿施工前用專門的管卡或接頭扎緊固定端P型進漿鋼管與進漿連接管的接口部位，將開關或止回閥門設置在進漿管內。采用波紋管連接固定端P型錨具系統的約束圈與張拉端墊板錐孔，為防止波紋管與張拉端墊板錐孔連接處水泥砂漿的滲入，還要用膠帶紙對連接處做密封處理，同時用水泥砂漿嚴實封堵固定端波紋管管口，從而防止灌漿進入管道。

3)壓漿穩定后關閉進漿管道內的開關，對壓漿機管道給予拆除。在達到30min的初凝時間后，將進漿管道內的附件和開關拆除。壓漿完工和錨具冷卻后，對錨具外露的多余錨索利用砂輪鋸切割[10]。

4)第一、二次張拉預應力施加完畢后要連接錨具與輸水隧洞襯砌混凝土，一般是將構造鋼筋設置在錨具周圍。選用可靠的防銹防水措施對需要封錨的錨具、錨索進行處理，同時確保錨具周圍的干凈，對錨固段混凝土鑿毛處理后設置鋼筋網片，從而提高結構的整體可靠性。

2.4 施工技術要點

1)對管道和預應力錨索的坐標位置嚴格按照施工設計圖紙進行放樣定位，確保錨索和預應力管道的準確定位，并保證管道不存在接頭松動、破損、堵塞等現象，若存在問題應及時采取有效的不久措施。

2)剔除由于鋼廠剪切造成的錨索兩端扁頭及表面存在明顯缺陷或凹坑的錨索段，保證錨索表面干凈清潔。在電焊作業時應對錨索和波紋管采取相應的防護措施，嚴禁在錨索及其管道附近進行氧割和電焊火花，由此降低錨索強度并影響張拉施工質量。

3)二次張拉環錨錨索過程中應采用配套的張拉連接其，預應力損失值受張拉時螺母旋緊程度的影響較大。另外，在張拉前還要清理張拉槽口內的雜物確保干凈清潔，否則在強大的壓力作用下預埋墊板與螺母之間殘留的雜物被壓縮，從而導致接縫壓縮和回縮值的增大。在第一次張拉施工時為防止預應力損失過大和受力不均勻，應保證支承螺母在第一次張拉后為擰起狀態，在該條件下張拉端墊板與工作錨板密實緊貼。第二次張拉時整體將預應力錨索與工作錨板拉起，為了使張拉端墊板處于密實緊貼狀態須擰緊支承螺母。

4)在張拉基座處通過張拉千斤頂和張拉錨具完成環錨錨索的二次張拉施工。在二次張拉過程中若錨墊板安裝存在偏差，則錨索受力狀態發生扭曲，由此很容易引起測量數據存在偏差，甚至會導致錨索的斷裂等問題。為解決以上問題，通過調整張拉支座傾角使其與錨墊板傾角保持一致，再按照相應的工序施工。在錨墊板較小的條件下該方法的實施存在較大的困難，此時可將錨墊板定位鋼筋設置在曲線預應力錨索墊板處，然后在定位鋼筋上點焊錨墊板，從而保證錨墊板位置在混凝土澆筑時不產生傾斜。

3 結 論

1)在減少錨索鎖定和張拉過程中產生的預應力損失方面環錨錨索二次張拉施工技術具有明顯的效應。將環錨錨索張拉施工技術應用于預應力襯砌結構中時，應對進漿管道、二次張拉錨具、預應力錨索和固定端P型錨具嚴格按照二次張拉施工技術相關規范操作；另外，應嚴格執行孔道壓漿封錨前的驗收要求和二次張拉施工工序控制相關要求，從而提高環錨預應力錨索在輸水隧洞襯砌結構中的有效利用率，保證有效的預應力。

2)研究成果可為圓筒型混凝土結構和輸水隧洞襯砌結構的環錨錨索二次張拉施工提供一定參考和指導作用，為環形錨索施工的推廣應用提供技術支撐。