混塔筒體外預應力錨固體系的施工工藝

張兵

【摘? 要】體外預應力錨固技術能在不影響構筑物原有結構的前提下，達到有效的提載強化效果，而且該體系具有設計靈活、施工快捷的優點，為混凝土結構構件采用預制化、標準化和裝配化的施工方案提供了技術條件和建設選擇。與通常橋梁和舊橋加固中應用的體外索不同，風電混凝土塔筒配置覆蓋整個混凝土塔筒高度的豎向預應力束，一方面是在塔筒承受彎矩的情況下防止混凝土出現拉應力和過早開裂;另一方面則是在交變載荷的作用下維持塔筒的固有頻率，有效避免共振和疲勞失效的發生。本文基于河南西華豫能 140m 豎向體外預應力錨固體系的適用結構型式和錨固性能進行試驗研究和分析，基于實際工況進行專用施工方法和配套施工機具的設計和工程應用，介紹了鋼-混塔混合塔筒體外預應力錨固體系的施工工藝。

【關鍵詞】預應力;張拉工藝;鋼-混塔筒

近年來，隨著風電塔筒的建設高度達到并超越 120m，應用體外預應力技術的混凝土塔筒表現出優異的性能，成為國外風電塔筒建設的熱點，并發展了多邊形、多階圓柱形、錐形等多種薄壁塔筒構型。而體外預應力錨固技術能在不影響構筑物原有結構的前提下，達到有效的提載強化效果，而且該體系具有設計靈活、施工快捷的優點，為混凝土結構構件采用預制化、標準化和裝配化的施工方案提供了技術條件和建設選擇。相關研究表明配置豎向體外預應力的預制拼裝混凝土塔筒在減少造價、提高結構耐久性等方面具有特殊優勢。

1 概述

預應力混凝土塔筒不同于鋼塔筒，其破壞形態是在剪力與壓力的共同作用下，混凝土發生斜裂縫或者某一截面被壓碎，導致塔筒破壞，失去穩定性。在機組運行時，塔架在外荷載的作用下會發生變形和位移，作用在塔頂的軸向壓力會產生對塔架各截面的彎矩，當外荷載達施加到一定值時，彎矩的增大會導致塔架某一截面超出其屈曲極限，局部失穩，使得塔架發生破壞，要解決這一問題，相關研究表明可以施加豎向體外預應力錨固體系，在同樣的荷載工況下，預應力塔筒比鋼塔筒的變形和應力都要小，若不考慮混凝的開裂，隨著塔筒高度的增加，預應力塔筒比鋼塔筒更能適應惡劣環境。然而目前我國混凝土塔筒的建設還比較少，對混凝土塔筒所需的體外預應力錨固技術研究有待加強。

本文以河南西華20MW 風電場為例進行塔筒外預應力技術可行性分析。該項目采用了鋼-混塔混合塔筒作為塔架，并使用了體外預應力錨固體系的施工技術，混凝土塔筒結構采用錐筒截斷拼裝技術，塔架從下到上為4段混凝土塔筒，1段混凝土轉接環和3段鋼塔筒組成，塔筒體外預應力主要施加在塔架的混凝土段。

2 錨固體系的介紹

預應力錨固體系主要由錨頭、錨束體及錨固段（又稱錨根或內錨頭）組成。錨頭是用于張拉錨索和鎖定的構件，包括外錨頭、混凝土基座及墊板等。錨束體是連結內、外錨頭及承受張拉力的構件，由鋼筋或高強鋼絲束等組成。本文中的所依托的鋼-混塔筒塔架的預應力體系需要張拉12束鋼絞線，分別位于塔筒的4個圓角且互相對稱，每個圓角需要張拉3束鋼絞線，每一束鋼絞線由22束高強度鋼絲構成。張拉的鋼絞線的一端在混凝土連接環頂部固定后，由上往下牽引鋼絞線，最后在塔筒最底部進行張拉。

3 張拉工藝流程

3.1張拉施工前準備

將施工塔頂吊架、鋼索放索盤、索體導向架、鋼索、張拉端錨頭、固定端和張拉端的墊板等材料運至需要安裝的風塔現場，在現場進行組裝吊架，擰緊錨固螺栓，安裝張拉端的錨具托架，且將錨頭固定于托架上，將固定端的雙半墊板（12 套）、蓋帽和油脂等一起放入吊架內且固定，然后一起吊到轉接環頂部上。塔底吊架的鋼絲繩從要吊裝的預埋管中放下，到達塔底后用5T卸扣于錨頭處的萬向吊環進行連接，將鋼絞線釣上連接環頂端以后，把張拉端的鋼絞線PE保護層剝除，然后逐根依次插入張拉端的錨頭內，直至將12束全部安裝結束。

防腐過程：拆卸下牽引導向頭和夾片壓板，開始進行固定端的錨頭防腐工作。將錨頭端部填充滿防腐油脂，且完全覆蓋住裸露的鋼絞線，后再在蓋帽內裝入定量的油脂，反蓋上錨頭，保證蓋帽的周邊有油脂溢出即可，后擰緊蓋帽螺栓，清理蓋帽周邊溢出的油脂。防腐工作結束后，掉下吊架，風塔的鋼索吊裝工作完成，隨后會在塔底進行張拉工作。

3.2 張拉流程

進行張拉前需要將鋼絞線上的混凝土清理干凈，不得有任何雜物，錨環的每個錐孔內均勻涂滿黃油，在每根鋼絞線的端頭裝入子彈頭，其作用是保證在安裝千斤頂時其不脫落。張拉需要先進行預緊，將千斤頂移到需要張拉的鋼束附近后，再改用 1000KG 的手動液壓舉升小車對千斤頂進行微調，直至達到張拉時的要求，按照千斤頂的標定報告再次核對其千斤頂的編號是否和油壓表相對應，油管的連接是否正確，在無誤的情況下將進行張拉，當兩端油壓表的指針上升到設計應力的 25%時，立即停止供油，則預緊過程完成，隨后進行第二次的張拉，張拉控制程序0 → 25% → 75% → 100%（持荷穩壓 2min）→ 錨固。張拉結束后，切除外露的多余的鋼絞線，鋼絞線外露錨環的長度應嚴格控制在 350mm≥380mm 之內，最后進行防腐工作，在永久性蓋帽內填充防腐油脂，安裝密封墊后用螺栓固定于錨具端面。

4 結論

體外預應力錨固技術能在不影響構筑物原有結構的前提下，達到有效的提載強化效果，而且該體系具有設計靈活、施工快捷的優點，為混凝土結構構件采用預制化、標準化和裝配化的施工方案提供了技術條件和建設選擇。風電混凝土塔筒配置覆蓋整個混凝土塔筒高度的豎向預應力束，一方面是在塔筒承受彎矩的情況下防止混凝土出現拉應力和過早開裂;另一方面則是在交變載荷的作用下維持塔筒的固有頻率，有效避免共振和疲勞失效的發生。本文結合豫能20MW風電項目鋼-混凝土混合風電塔筒的預應力混凝土的結構特點，詳細分析了預制混凝土塔筒拼裝方法與其預應力工程施工過程中的關鍵點和難點，在以后可為類似工程的實施提供參考和借鑒。

參考文獻：

[1]畢繼紅，任洪鵬，尹元彪. 預應力鋼筋混凝土風力發電塔架的地震響應分析[J]. 天津大學學報（自然科學與工程技術版），2011（02）：126-133.

（作者單位：中國電建集團貴州工程有限公司）