混塔筒體外預(yù)應(yīng)力錨固體系的施工工藝

張兵

【摘? 要】體外預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)能在不影響構(gòu)筑物原有結(jié)構(gòu)的前提下，達(dá)到有效的提載強化效果，而且該體系具有設(shè)計靈活、施工快捷的優(yōu)點，為混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用預(yù)制化、標(biāo)準(zhǔn)化和裝配化的施工方案提供了技術(shù)條件和建設(shè)選擇。與通常橋梁和舊橋加固中應(yīng)用的體外索不同，風(fēng)電混凝土塔筒配置覆蓋整個混凝土塔筒高度的豎向預(yù)應(yīng)力束，一方面是在塔筒承受彎矩的情況下防止混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)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(fā)生。本文基于河南西華豫能 140m 豎向體外預(yù)應(yīng)力錨固體系的適用結(jié)構(gòu)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(shè)計和工程應(yīng)用，介紹了鋼-混塔混合塔筒體外預(yù)應(yīng)力錨固體系的施工工藝。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力;張拉工藝;鋼-混塔筒

近年來，隨著風(fēng)電塔筒的建設(shè)高度達(dá)到并超越 120m，應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的混凝土塔筒表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，成為國外風(fēng)電塔筒建設(shè)的熱點，并發(fā)展了多邊形、多階圓柱形、錐形等多種薄壁塔筒構(gòu)型。而體外預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)能在不影響構(gòu)筑物原有結(jié)構(gòu)的前提下，達(dá)到有效的提載強化效果，而且該體系具有設(shè)計靈活、施工快捷的優(yōu)點，為混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用預(yù)制化、標(biāo)準(zhǔn)化和裝配化的施工方案提供了技術(shù)條件和建設(shè)選擇。相關(guān)研究表明配置豎向體外預(yù)應(yīng)力的預(yù)制拼裝混凝土塔筒在減少造價、提高結(jié)構(gòu)耐久性等方面具有特殊優(yōu)勢。

1 概述

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

本文以河南西華20MW 風(fēng)電場為例進行塔筒外預(yù)應(yīng)力技術(shù)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(yù)應(yīng)力錨固體系的施工技術(shù)，混凝土塔筒結(jié)構(gòu)采用錐筒截斷拼裝技術(shù)，塔架從下到上為4段混凝土塔筒，1段混凝土轉(zhuǎn)接環(huán)和3段鋼塔筒組成，塔筒體外預(yù)應(yīng)力主要施加在塔架的混凝土段。

2 錨固體系的介紹

預(yù)應(yīng)力錨固體系主要由錨頭、錨束體及錨固段（又稱錨根或內(nèi)錨頭）組成。錨頭是用于張拉錨索和鎖定的構(gòu)件，包括外錨頭、混凝土基座及墊板等。錨束體是連結(jié)內(nèi)、外錨頭及承受張拉力的構(gòu)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(yù)應(yīng)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(gòu)成。張拉的鋼絞線的一端在混凝土連接環(huán)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(zhǔn)備

將施工塔頂?shù)跫?、鋼索放索盤、索體導(dǎo)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(fēng)塔現(xiàn)場，在現(xiàn)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(nèi)且固定，然后一起吊到轉(zhuǎn)接環(huán)頂部上。塔底吊架的鋼絲繩從要吊裝的預(yù)埋管中放下，到達(dá)塔底后用5T卸扣于錨頭處的萬向吊環(huán)進行連接，將鋼絞線釣上連接環(huán)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(nèi)，直至將12束全部安裝結(jié)束。

防腐過程：拆卸下牽引導(dǎo)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(nèi)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(jié)束后，掉下吊架，風(fēng)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(huán)的每個錐孔內(nèi)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(yù)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(diào)，直至達(dá)到張拉時的要求，按照千斤頂?shù)臉?biāo)定報告再次核對其千斤頂?shù)木幪柺欠窈陀蛪罕硐鄬?yīng)，油管的連接是否正確，在無誤的情況下將進行張拉，當(dāng)兩端油壓表的指針上升到設(shè)計應(yīng)力的 25%時，立即停止供油，則預(yù)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(wěn)壓 2min）→ 錨固。張拉結(jié)束后，切除外露的多余的鋼絞線，鋼絞線外露錨環(huán)的長度應(yīng)嚴(yán)格控制在 350mm≥380mm 之內(nèi)，最后進行防腐工作，在永久性蓋帽內(nèi)填充防腐油脂，安裝密封墊后用螺栓固定于錨具端面。

4 結(jié)論

體外預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)能在不影響構(gòu)筑物原有結(jié)構(gòu)的前提下，達(dá)到有效的提載強化效果，而且該體系具有設(shè)計靈活、施工快捷的優(yōu)點，為混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用預(yù)制化、標(biāo)準(zhǔn)化和裝配化的施工方案提供了技術(shù)條件和建設(shè)選擇。風(fēng)電混凝土塔筒配置覆蓋整個混凝土塔筒高度的豎向預(yù)應(yīng)力束，一方面是在塔筒承受彎矩的情況下防止混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)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(fā)生。本文結(jié)合豫能20MW風(fēng)電項目鋼-混凝土混合風(fēng)電塔筒的預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)特點，詳細(xì)分析了預(yù)制混凝土塔筒拼裝方法與其預(yù)應(yīng)力工程施工過程中的關(guān)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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔架的地震響應(yīng)分析[J]. 天津大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2011（02）：126-133.

（作者單位：中國電建集團貴州工程有限公司）