預應力群錨體系施工中的技術問題與應對措施

劉惠林

1 概述

從20世紀30年代開始,預應力技術廣泛地應用于橋梁、建筑結構、海洋平臺、水工結構等土木工程之中。目前,預應力技術已成為建設大(大跨度,大空間結構)、高(高層,高聳結構)、重(重荷載結構)、特(特種結構以及在鋼結構、基礎工程、道路、地下建筑、結構加固等工程中的特殊應用)、新(新型結構工程)中不可缺少的一項重要技術,在經濟和社會的發展中發揮著越來越重要的作用,成為2020年中國土木工程科學和技術發展橋梁建設目標中的重點推廣技術[1]。

特別是大噸位鋼絞線群錨體系的大量使用,使得預應力技術應用更加廣泛,施工也變得更加簡捷,本文以OVM型預應力錨固體系為例著重介紹鋼絞線群錨施工中常出現的問題及對策。

2 群錨的工作原理及主要特點

2.1 工作原理

其工作原理是每組兩片四開式斜夾片放在錨杯的圓錐孔內,利用楔形效應夾持一根鋼絞線形成一個錨固單元,如圖1所示。

2.2 主要特點

1)鋼絞線每束的錨固根數,可以在2根～27根范圍內任意選擇,給選用不同的張拉噸位提供了很大方便。2)由于各個錨固單元獨立工作,相互影響很小,所以,一根鋼絞線發生故障不會導致整束預應力失效。3)施加預應力的千斤頂可以往復操作,束長可以不受限制。4)對鋼絞線損傷小,自錨能力強。5)采用限位板代替頂壓器,使千斤頂機構簡單,操作簡捷。6)采用特制自動工具錨,工具錨夾片可以多次重復使用。7)使用整體式錨座,受力合理,便于布置。

3 施工中易出現的問題及處理

3.1 預應力孔道與構造鋼筋打架

出現這種情況,應遵循整體結構受力為主的原則,對構造鋼筋進行調整和局部加固,按圖施工并確保孔道順直,同時應報監理審批。

3.2 預應力孔道不通,穿束困難

1)采用高壓氣體清孔。預應力孔道在成孔過程中極易進入雜物,一般情況下可采用高壓氣體吹出孔道內的雜物,給穿束帶來便利。2)孔道“開刀”。孔道內若進入水泥漿、波紋管被壓扁或孔道不順直,這時可通過測量,對孔道進行“開刀”處理。“開刀”必須注意兩個問題:a.對梁體“開刀”不能損傷構造鋼筋;b.對“刀口”要及時進行“縫合”處理。3)啟用備用孔道。預應力孔道布設不順直,出現死彎,“開刀”會損壞結構時,應考慮啟用備用孔道。4)給索頭“戴帽”。有時由于鋼絞線索頭不圓滑,會拉帶孔道波紋管,造成孔道不通和穿束困難,所以,最好給索頭安裝上特制圓帽,即可避免此類問題的發生。

3.3 工作長度不夠

預應力鋼筋下料時,如不慎造成工作長度不夠。如果報廢會給施工單位帶來經濟損失,于是可分以下情況對其進行處理:

1)轉用于其他短束。根據鋼束明細表綜合考慮,以不浪費為原則。2)兩端張拉改為一端張拉。《公路橋涵施工技術規范》規定:“曲線預應力鋼材或長度不小于25 m的直線預應力鋼材宜在兩端張拉”。其條文說明為:曲線預應力鋼材或長度不小于25 m的直線預應力鋼材與孔道壁的摩阻力較大,如采取一端錨固,只在另一端張拉的方法,則摩阻力集中在一端的錨夾具和千斤頂上,實際預應力可能達不到要求,故條文規定在這種情況下應兩端同時張拉。但預應力鋼筋錨固后,由錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓密引起的預應力損失,由于受管道反摩阻的影響,在張拉端最大,沿構件的長度方向逐漸減少最后至零,所以,只要錨固后預應力的損失影響長度S≥L/2或S與L/2相差不大,就可以采取一端張拉。另外,為了減小孔道的摩阻力,可以采用反復張拉2次～3次后再錨固的方法,這種方法施工中還是很有效的。3)用單根張拉千斤頂逐根分端加拉。這種方法只適用于工作長度雖不能滿足穿心千斤頂,但可滿足單根千斤頂工作時的情況。采用這種方法張拉,各根預應力鋼筋受力更加均勻。

3.4 滑絲

造成滑絲的原因很多,其主要為:1)限位板限位厚度過大。2)錨杯錐孔及夾片上粘有雜物。3)夾片質量不合格或不配套。4)千斤頂回油太快。5)鋼絞線質量不合格。6)鋼絞線受力不均勻及千斤頂或壓力表不準,這兩種情況出現滑絲幾率較小,極易造成斷絲,具體處理見斷絲處理。

總之,無論什么原因造成滑絲,除了做以上針對性處理外,還應做如下處理:1)若整束內個別鋼絞線出現滑絲,利用單根千斤頂進行補強,使每根滑絲的鋼絞線都達到張拉控制應力;2)若整束內大部分鋼絞線出現滑絲,首先利用千斤頂進行放張,必要時更換所有夾片,再進行整體張拉直至控制應力。

3.5 斷絲

3.5.1 產生斷絲的原因

1)千斤頂、壓力表不準。2)鋼絞線受力不均。3)孔道內鋼索纏繞。4)千斤頂內鋼索交叉、扭轉。5)孔道內不順直,有尖角。6)電弧打火。7)鋼絞線質量不合格。8)反復張拉,鋼絞線受損。

3.5.2 斷絲處理措施

出現斷絲以后,可根據實際情況做如下處理:

1)如斷絲數量在《公路橋涵施工技術規范》范圍之內,可不做換索處理,采用補救措施繼續張拉,確保整束控制張拉噸位不變,但受力鋼絞線平均應力不得超過0.9R。

2)如斷絲數量盡管超出《公路橋涵施工技術規范》允許范圍,通過計算,在確保整束控制張拉噸位不變的前提下,受力鋼絞線平均應力不超過0.9R,也可不做換索處理,繼續張拉進行補救。

3)換索。換索之前先用千斤頂放張,卸下工作錨具,然后根據需要進行單根換索或整體換索,最后重新進行張拉,直至合格。

3.6 工具錨無法退楔

工具錨是專用設備,經過特殊處理,能反復使用。使用前應在夾片上涂退楔劑,沒涂退楔劑或退楔劑使用不當都會造成工具錨無法退楔。工具錨使用3次～4次后應涂一次退楔劑,特別是首次使用時一定需涂退楔劑。工具錨比較昂貴,為了不使工具夾片和工具錨杯錐孔出現氧化膜而致材質變性,從而保證工具錨長期正常使用,建議每次使用前都涂上退楔劑,退楔劑有石蠟、石墨等。

3.7 理論伸長量與實際伸長量差值超出規范規定

1)調整預應力鋼筋彈性模量。預應力鋼筋實際彈性模量與計算取值不一致,這樣對伸長量的計算影響較大,所以,可以通過實驗測定預應力鋼筋的彈性模量,對理論伸長量進行調整。2)重新校驗標定油泵、千斤頂及壓力表。油泵、千斤頂或壓力表不準確,實際伸長量就不準確,所以,只有重新校驗標定才能測出正確的伸長量。3)測定孔道摩擦損失。預應力孔道實際摩擦損失與理論計算不符是實際伸長量與理論伸長量不符的重要原因之一,特別是對曲線束及長束更加明顯,因此,通過測定孔道實際摩擦損失,調整理論伸長量,對問題進行處理。4)加強量測工作。伸長量的量測人為因素較大,若量測人責任心不強,工作不細致,則會導致量測結果不實,造成實際伸長量與理論伸長量偏差較大。因此,要加強操作人員上崗培訓量測監督等;另外,分級張拉(即0%—20%—40%—60%—80%—100%)對量測工作能起到復核作用。5)調整張拉控制力。一般設計中的張拉控制應力不包括錨頭摩擦損失。因此,如果預應力鋼筋實際伸長量比理論伸長量總是偏小,且超出規范允許不大,就應考慮是不是因為實際張拉控制應力未計入錨頭摩阻損失。錨頭摩阻損失可通過試驗確定。

3.8 壓漿受阻

壓漿受阻時可按以下情況進行分析和處理:1)壓漿機壓力不足。孔道過長、水泥漿過稠均應考慮提高壓漿機壓力。2)孔道中擴空,消除堵塞。如果加大壓漿機壓力仍不能順利壓漿,可考慮在孔道中部或特定位置打孔,分解阻力。需指出的是,打孔以后壓漿必須在兩端反復進行或逐孔推進,以確保壓漿的密實性。

4 結論及建議

尤其對于大噸位群錨預應力體系,在預應力體系的建立過程中為了能使預應力施工整個過程處于受控狀態,從而及時、有效、安全、簡捷的解決突發的技術問題,從施工工藝控制的角度有針對性的給出了應對措施。

文中涉及的部分處理方法與應對措施在多座大型預應力混凝土結構工程中得到了成功應用,但鑒于預應力體系的復雜性與實際工程的多樣性,是否文中方法仍具有適應性并且為最優對策,還需要更多的施工實踐積累與檢驗。

[1] 中國土木工程學會.2020年中國土木工程科學和技術發展研究[R].2004.

[2] 杜拱辰.現代預應力混凝土結構[M].北京:中國建筑工業出版社,1988.