淺談低回縮豎向預(yù)應(yīng)力二次張拉控制技術(shù)

尹洪圖

（中交第二航務(wù)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(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)是一種新型的預(yù)直力筋錨固體系，不同于傳統(tǒng)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(diǎn)。本文以廣州南沙鳳凰二橋主橋岸跨豎向預(yù)應(yīng)力施工為背景工程，研究低回縮豎向預(yù)應(yīng)力二次張拉控制技術(shù)及二次預(yù)應(yīng)力施加時(shí)機(jī)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(jié)，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(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)。平衡拱腳部分水平推力的體外預(yù)應(yīng)力系桿錨固在簡支端的中橫隔上。岸跨預(yù)應(yīng)力包含頂板橫向預(yù)應(yīng)力、端橫梁及中橫隔梁Ⅰ預(yù)應(yīng)力、縱向預(yù)應(yīng)力。

在系桿錨固的岸跨拱中橫梁Ⅰ處設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力。豎向預(yù)應(yīng)力采用OHM豎向預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力鋼筋采用Φs15.2-3高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，采用內(nèi)徑Φ50mm的塑料波紋管成孔。單個(gè)岸跨有112套OHM二次張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，全橋共計(jì)448套。圖1為預(yù)應(yīng)力立面圖。

圖1 預(yù)應(yīng)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(tǒng)”、鋼絞線力筋、管道系統(tǒng)和張拉端“低回縮二次張拉錨具”等幾個(gè)部分組成，經(jīng)二次張拉施工實(shí)現(xiàn)其預(yù)應(yīng)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(shí)現(xiàn)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(huán)整體拉起，張拉至設(shè)計(jì)張拉力，擰緊外圈支承螺母，消除第一次張拉鋼絞線產(chǎn)生的錨具放張回縮值。第一次張拉2～16小時(shí)內(nèi)進(jìn)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(shí)際伸長值按相關(guān)規(guī)程計(jì)算。

2.1 理論伸長量復(fù)核

（1）第一次張拉理論伸長量復(fù)核。

計(jì)算公式：ΔL=(Pp×L)/(Ap×Ep)

式中：ΔL為預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值（mm）；Pp為預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力（N）。

Pp=P(1-e-(kx+μθ))/(kx+μθ)

式中：P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力(N)；X為從張拉端至計(jì)算截面的孔道長度（m）；θ為從張拉端至計(jì)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(shù)；μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)；Ap為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）；L為預(yù)應(yīng)力筋長度（mm）；Ep為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（N/mm2）。

取μ=0.15，k=0.0015，A s=140mm2，Es=195000MPa，計(jì)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(fù)核。

計(jì)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(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力(N)；PⅠps——第一次張拉放張后，扣除預(yù)應(yīng)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(shù)，一般通過試驗(yàn)確定，簡化時(shí)可取x=3；PⅠp——第一次張拉預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力 (N)；ΔL1——第一次張拉預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力 (N)；7/ΔL1——夾片回縮損失系數(shù)。

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

2.2 第一次張拉施工

（1）第一次張拉時(shí)支承螺母應(yīng)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(jì)算實(shí)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(shí)內(nèi)進(jìn)行。

（2）第二次張拉過程：①清除干凈張拉槽口內(nèi)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(jìn)行第二次張拉（圖6）。

按下式計(jì)算第二次張拉放張后實(shí)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(jìn)行比較，誤差應(yīng)在±15%之內(nèi)。

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(chǎn)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(zhǔn)備工作。

預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后,經(jīng)檢查合格,即可用切割機(jī)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(yīng)用水泥砂漿密封，并保證密封嚴(yán)實(shí)，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(tài)

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(jī)壓漿→灌漿機(jī)壓漿持續(xù)穩(wěn)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(shí)富含石英。我國大多數(shù)的煤矸石中富含高嶺土，其儲(chǔ)量達(dá)180億t，全球排名第一[13]；欒川洛鉬集團(tuán)爐場溝尾礦庫鉬尾礦中石榴子石含量在60%～65%等。

（3）壓漿設(shè)備。

管道壓漿采用灰漿攪拌機(jī)制漿、UB-3型活塞式壓漿機(jī)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(yù)應(yīng)力管道壓漿劑，漿體對鋼絞線無腐蝕作用。漿體參數(shù)的確定如表1。②攪拌水泥漿先下水后下水泥，拌和時(shí)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(yīng)馬上泵送，否則要不停的攪拌，水泥漿進(jìn)入灌漿泵以前應(yīng)先通過1.2mm的篩網(wǎng)進(jìn)行過濾。③盛漿桶內(nèi)的漿體要保持足夠的數(shù)量，以保證每根管道能一次連續(xù)完成。

表1 漿體參數(shù)表

（5）壓漿。

①啟動(dòng)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(xù)工作，壓力達(dá)到0.8MPa左右，持續(xù)1～2min。關(guān)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(dāng)日灌漿后，必須將所有水泥漿的設(shè)備清洗干凈。安裝在壓漿端及出漿端的球閥，應(yīng)在灌漿后2h后拆除并進(jìn)行清理。

（6）記錄。操作人員應(yīng)做好壓漿記錄，包括灌漿日期、作業(yè)時(shí)間、溫度、灰漿的比例、灰漿數(shù)量、壓漿壓力及壓漿過程中所發(fā)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(bǔ)強(qiáng)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(jìn)行灌注封端。

3 二次張拉時(shí)機(jī)對張拉效果的影響

《二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)施工、驗(yàn)收操作規(guī)則》中規(guī)定，二次張拉要在一次張拉完成后2～16小時(shí)內(nèi)進(jìn)行。結(jié)合項(xiàng)目工期緊的背景，在保證施工質(zhì)量的情況下，盡量快的進(jìn)行二次張拉，我部組織對前幾次張拉進(jìn)行針對性記錄，得出結(jié)果見圖9。

圖9

綜上可知，一次張拉后相同時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)不同束預(yù)應(yīng)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(nèi)。2～9h內(nèi)啟動(dòng)二次張拉，間隙均值依次為2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、8mm、8mm。

為得到更準(zhǔn)確最佳二次張拉啟動(dòng)時(shí)間，還對單束預(yù)應(yīng)力進(jìn)行多個(gè)啟動(dòng)時(shí)間張拉試驗(yàn)并記錄，如下圖10。

圖10

由上圖可知，不同束預(yù)應(yīng)力，在相同二次張拉啟動(dòng)時(shí)間下得到的結(jié)果基本一致。而同束預(yù)應(yīng)力在不同啟動(dòng)時(shí)間下得到的結(jié)果不一樣，從第八小時(shí)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(shí)間未滿7小時(shí)的，無法達(dá)到操作規(guī)程中規(guī)定的6～12mm間隙。因此，岸跨豎向預(yù)應(yīng)力二次張拉啟動(dòng)時(shí)間選擇在一次張拉完成后8小時(shí)左右。

4 結(jié)語

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

（2）混凝土澆筑完成后3小時(shí)左右，及時(shí)拆除張拉槽口模板。此時(shí)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(jìn)入孔道內(nèi)。

（3）關(guān)模之前需仔細(xì)查看排氣管連接情況，如出現(xiàn)脫開或者漏孔現(xiàn)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(dòng)時(shí)間選擇在一次張拉完成后8小時(shí)左右，可達(dá)到操作規(guī)程中規(guī)定的6～12mm錨杯與墊板間隙。其他工程建議全面張拉前現(xiàn)場試驗(yàn)得出最佳的二次張拉啟動(dòng)時(shí)間。

[1] 盧愛鳳，仝麗珍，馬文.高強(qiáng)度精軋螺紋鋼筋的試制及其組織與性能研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2010,28(6)：51-53.

[2] 邵旭東，肜輝，張陽.低回縮預(yù)應(yīng)力錨具錨下混凝土應(yīng)力的試驗(yàn)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2010, 37(2)：1-5.

[3] 張陽，邵旭東，李斌.二次張拉鋼絞線箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力損失研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2012, 39(6)：13-18.

[4] 李守凱，張鋒，李術(shù)才等. 施工定位誤差對豎向預(yù)應(yīng)力損失的影響研究 [J]. 山東大學(xué)學(xué)報(bào) (工學(xué)版 ).2011，41(3)：101-105.