預應力襯砌無粘結鋼絞線張拉及錨具防腐施工技術

鐘理炳

【摘要】隧洞預應力襯砌張拉施工技術，由于錨具槽空間狹小，按照傳統張拉施工技術施工難度大，可操作性不高。在實際施工過程中遇到問題，通過分析，選擇合適施工器具，保證了襯砌張拉的質量及進度;以及無粘結預應力鋼絞線及錨具防腐施工技術控制細節，最終實現了吉林省中部城市引松供水工程8#隧洞順利施工完成。

【關鍵詞】無粘結預應力鋼絞線;預應力襯砌;錨具防腐;張拉

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

1、前言

無粘結預應力鋼絞線外層由HDPE護套保護，并且HDPE護套和鋼絞線之間有防腐潤滑油脂，可起到防腐潤滑作用。水利隧洞長期埋藏在地下，結合地下水豐富，地下環境復雜，因此對預應力體系防腐蝕的能力要求較高。預應力體系在預應力混凝土結構中非常重要，因此對于無粘結預應力鋼絞線張拉、錨具防腐工作顯得尤為重要。本文介紹吉林省中部城市引松供水工程8#隧洞預應力襯砌無粘結鋼絞線張拉施工、錨具防腐施工，供相識工程參考。

2、工程概況

總干線六標段引水隧洞設計為有壓隧洞，由于部分里程段埋深較淺，當隧洞通水，內部壓力上升時，襯砌有可能無法抵抗內部水壓力，從而導致混凝土結構開裂，因此，在隧洞進出口及埋深較淺的位置，給混凝土結構施加預應力，從而抵抗內水壓力，避免結構受到破壞。

8#隧洞，前杏樹頂子至東茶棚庵（樁號92+605～94+388m）成洞洞徑為5.1m。比降為1/4000，本段長度1783m。

地貌為波狀臺地及丘陵，地面高程233.0～273.4m，隧洞埋深6～46m。地層巖性表層為黃土狀壤土，基巖為白堊系礫巖。地層位于黃土狀壤土和全、強風化礫巖中及侏羅～白堊系安山巖，部分洞段上覆圍巖厚度不足1倍洞徑。隧洞進口位于地下11.2m，

隧洞地下水水量較豐富，地下水對對鋼結構和混凝土中鋼筋有弱腐蝕。圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主，隧洞出口位于地下11.3m。

整個8#隧洞埋深較淺，隧洞圍巖較差，地下水量較為豐富，為了避免發生較大變形而導致襯砌開裂失效，因此8#隧洞均采用無粘結預應力襯砌的方式進行二次襯砌。

3、無粘結預應力襯砌設計情況

無粘結預應力襯砌設計厚度均為45cm，成洞后洞涇5.1米。混凝土強度等級為C40F150W12，骨料采用二級配，采用普通P.O42.5硅酸鹽水泥。

鋼絞線采用1860級，4根布置，直徑為15.2。鋼絞線沿隧洞環向繞兩圈，單層布置。沿著隧洞方向，每50cm布設一組，錨具槽為左右45度間隔布置。錨具槽尺寸為1.2m*0.2m*0.2m。

4、無粘結預應力襯砌張拉及防腐施工重難點

4.1 施工重點

鋼絞線為預應力混凝土的靈魂，因此鋼絞線張拉、錨固工作在施工中應加強質量控制。對鋼絞線施加預應力，主要使鋼絞線對隧洞襯砌其環向擠壓作用，從而抵抗淺埋地段隧洞中內水壓力。施工過程中若出現張拉力不足、設備未率定或者錨固不到位，鋼絞線及錨具防腐不到位等一系列不符合規程的現象，可能會導致鋼絞線應力不足，鋼絞線及錨具提前腐蝕，以及隧洞開裂從而難以估計得嚴重后果，造成重大損失。

4.2 施工難點

直徑5.1m大型預應力涵的實際應用在國內尚屬首例，施工案例相對較少，可借鑒的成功經驗不多，因此施工過程中可能會出現不可預料的困難。

錨具槽預留內槽口長度為1.20m，中心深度為0.20m，寬度為0.20m。空間較小，常規作業方法在錨具槽內實施張拉作業十分困難。

張拉前，大部分錨具防腐配件均已套上在鋼絞線及錨具上，對張拉作業造成干擾，從而施工困難。

5、預應力砼用材料、錨具、張拉機具等技術指標

5.1 預應力混凝土用鋼絞線

無粘結鋼絞線采用高強度、低松弛鋼絞線，主要技術性能指標如下。

5.2 護套

鋼絞線用的護套原料必須采用原生料，不得采用再生料。護套制作應采用擠塑機擠出成型。為了預防鋼絞線安裝發生纏繞錯位，護套顏色采用紅、藍、黃、黑四種，添加了色母料的護套應滿足護套性能的要求。主要技術參數如下。

5.3 錨具、夾具及張拉設備

張拉所用所有設備工器具均應符合相關規定。材料需要進行檢測，設備需經過配套校核。

錨具水密性能：將錨具防腐構件安裝好后，將其放入3m深水中靜置96小時，要求試驗后水不能滲入鋼絞線中，供貨廠家應提供該試驗報告。

為解決錨具槽尺寸較小，無法在錨具槽內實施張拉作業，張拉時采用特制偏轉器及延長筒，偏轉器主要作用在于變角張拉，使張拉的千斤頂和鋼絞線存在一定角度，從而避開錨具槽，獲得更多的作業空間，為施工提供便利。

張拉系統由限位板、偏轉器、延長筒、千斤頂及油泵等完整配套組件，要求由錨具廠家配套生產。成套設備要求設備尺寸小、輕便，施工便利。

張拉系統由限位板、偏轉器、延長筒、千斤頂及油泵組成，見變角張拉示意圖。

偏轉器的作用是使千斤頂張拉方向和混凝土結構中鋼絞線的受力方向不在同一直線上，以此來解決錨具槽空間過小無法進行張拉作業的問題，其摩擦阻力不能大于9%。

且使用前，張拉所用油泵、千斤頂、控制器、油表及偏轉器均要配套標定，配套出具相應標定證書及回歸方程，用于張拉作業。

為方便洞內張拉作業，預應力施工設備的組件包括千斤頂和油泵，要求按“產品輕巧，易于施工，保證工程質量”的原則選擇。

無粘結預應力鋼絞線、錨具及其附件、千斤頂及油泵等，應有原材料質量合格證明書、生產廠家質量合格證明書和工地驗收合格證明書，三者缺一不可。

6、隧洞襯砌無粘結預應力鋼絞線張拉施工技術

6.1錨具槽鑿毛、清理

為了后續錨具擦回填混凝土，錨具槽一期混凝土和二期混凝土相接觸的部位要進行鑿毛，清理多余浮漿、雜物。直至漏出新鮮石子。

錨具槽內空間狹小，若在后期張拉后進行錨具槽鑿毛，鑿毛極具容易觸碰鋼絞線及錨具，影響張拉后成品的保護。并且錨具槽內防腐部件較多，且張拉前就會安裝絕大部分，防腐構件及鋼絞線上充滿油脂，極容易被粉塵污染，影響防腐質量。首先對錨具槽進行鑿毛，并清理錨具槽內雜物。

6.2 張拉前準備

（1）設備準備

張拉設備使用前配套校核。

（2）無粘結鋼絞線的清理

每組鋼絞線預留時可能過長，因此按照圖紙尺寸裁剪多余尺寸。之后再鋼絞線外層PE護套做好標記，然后切割多余PE護套。切割護套時采用專用器具切割，避免傷及鋼絞線。

（3）張拉設備安裝

錨具安裝完成后，在施工前安裝張拉設備。

張拉設備在滿足張拉力的同時，優先選擇重量輕，故障少，品質較好的張拉設備，方便施工的同時減少故障率。

所有構件及工器具安裝要逐步安裝正確，安裝完成后要按照步驟一一檢查核對，避免錯裝漏裝。

安裝過程中高壓油管不能有彎折，應順直，施工過程中注意保護。

6.3無粘結預應力筋的張拉

6.3.1張拉與測量

（1）張拉前應檢測混凝土強度，達到要求后方可進行下一步施工。

（2）張拉前再次核對所有工器具安裝的準確性，避免張拉過程中出現事故。

隧洞每一倉長度為12m，共24個錨具槽。施工前從小里程向大里程對所有錨具槽編號，每倉分三步進行張拉。

第一步，左下角大里程方向最后7個及右下角小里程方向7個錨具槽，先張拉至50%設計荷載;

第二步，左下角小里程5個及右下角大里程5個錨具槽，從0%張拉至100%設計荷載;

第三步，將第一步所張拉的錨具槽，再從50%設計荷載張拉至100%設計荷載。

（3） 張拉過程中按照順序依次對稱張拉。

（4） 無粘結鋼絞線張拉的一般規定：

1）最大張拉力為鋼絞線標準值的0.75。2）每組鋼絞線張拉時至100%的過程中，都要分5級，依次控制總體張拉速率。每級張拉過程中，其加壓過程不得大于100MPa/min，盡量勻速施加張拉力。前4級在對應荷載下穩定2min以上，第5級荷載穩定5min以上，量測達到要求后錨固。

（5） 測量

鋼絞線伸長值經過量測計算后，實際伸長值與理論伸長值偏差不得超過±6%。

6.3.2相關要求

1）為了保證精確控制張拉力，油表精度不低于0.4級。

2）對于偏角器于錨具接觸部位軸線必須重合，減少摩擦阻力的同時避免鋼絞線受剪力破壞。

3）設備出現故障、或者超出使用期限以及張拉次數必須重新進行效驗。

4）無粘結預應力筋張拉前，必須檢測混凝土強度，滿足要求后方可進行下一步施工。

5）張拉完成后填寫張拉記錄表。

6.3.3錨具槽防腐

⑴ 張拉完成后，采用專用切割機將鋼絞線多余部分進行切除。

⑵ 錨固端外露鋼絞線要短于防腐密封套長度，將防腐密封套內注滿防腐油脂，并安裝到錨具，用螺釘旋緊防腐密封鋼板和橡膠墊。

⑶ 張拉端鋼絞線切除后，剩余長度要短于防腐密封管長度，將防腐密封管內注滿防腐油脂，并安裝到錨具，用螺釘旋緊防腐密封鋼板和橡膠墊。

⑷ 剝去PE護套，采用PE防腐密封管、PE防腐密封套管、PE防腐密封套、緊箍圈，與錨具形成密封系統并注滿防腐油脂，與鋼絞線PE護套搭接并用緊箍圈箍牢。

⑸ 錨具采用防腐錨具，外表涂環氧防腐層或者其他防腐涂層。

⑹ 錨具及防腐蝕件安裝見錨具槽內預應力環錨體系安裝、固定、錨固以及防腐密封示意圖，必須確保不漏油。

⑺ 錨具槽口進行箍筋加固。

與常規錨具相比，本工程所應用的錨具出廠時配套自帶防腐套件。錨具上四個角落有螺栓孔，外側有防腐橡膠墊、防腐密封鋼板。張拉前需要安裝橡膠墊板、防腐密封鋼板及部分防腐密封套管。

結語：

由于采用變角張拉，該施工技術適用于張拉作業空間有限變換張拉角度后可滿足張拉施工的情況。

由于鋼絞線被油脂及HDPE護套包裹，鋼絞線防腐能力更強，因此對于地下環境較為復雜，防腐等級需求高的地方可采用此工法。

鋼絞線被油脂包裹，相對于有粘結鋼絞線結構，該施工技術再隧洞襯砌無粘結鋼絞線張拉后，鋼絞線摩擦阻力小，鋼絞線應力分布更加均勻，在單根鋼絞線較長，拐點較多，拐角較大的情況，該施工技術能夠體現出一定優勢。