大伙房水庫(kù)輸水工程二次襯環(huán)氧噴涂無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)

李 震，馮國(guó)軍

(1.蓋州市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，遼寧蓋州115200;2.遼寧水利土木工程咨詢有限公司，沈陽(yáng)110003)

1 工程概況

大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程從大伙房水庫(kù)取水，向遼寧省撫順、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山、營(yíng)口、盤(pán)錦計(jì)6個(gè)城市輸水的一項(xiàng)大型輸水工程。工程由頭部29.1 km隧洞和231.37 km輸水管線組成。二次襯砌設(shè)計(jì)為全圓一次襯砌成型，其中Ⅳ、Ⅴ類圍巖段采用普通鋼筋+環(huán)氧噴涂無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋襯砌，Ⅲ、Ⅱ采用普通鋼筋混凝土襯砌。無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋固定端和張拉端包角為720°。

2 試驗(yàn)總體要求及研究?jī)?nèi)容

2.1 試驗(yàn)總體要求

本次試驗(yàn)分兩段，每段長(zhǎng)度10.5 m。第一試驗(yàn)段29+ 098～29+87.5錨具槽圓心角為80°，采用邱姆公司的錨具和防腐體系，混凝土中不摻加抗裂防水劑;第二試驗(yàn)段29+ 87.5～29+77錨具槽圓心角為90°，采用歐維姆錨具和防腐體系，混凝土中摻加抗裂防水劑。兩組試驗(yàn)張拉端鋼絞線均為裸線。

2.2 試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

試驗(yàn)重點(diǎn)研究下述內(nèi)容:

1)鋼絞線下料長(zhǎng)度、編束方法。

2)選擇、優(yōu)化施工中鋼絞線和預(yù)留槽的安裝、定位施工工藝。

3)使施工人員熟悉預(yù)應(yīng)力張拉及錨具防腐的施工程序及操作方法。

4)測(cè)試施工控制要求的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，決定控制張拉力與張拉施工工序。

5)模板臺(tái)車運(yùn)行工藝及開(kāi)窗方式。

6)混凝土的澆筑方法與質(zhì)量控制。

7)錨具槽回填混凝土質(zhì)量控制。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段布置

試驗(yàn)段布置在四標(biāo)段劉山出口工區(qū)，施工里程為29+ 077～29+098。試驗(yàn)段地表為既有廠內(nèi)運(yùn)輸鐵路線，隧洞內(nèi)為Ⅴ類圍巖，支護(hù)采用鋼支撐、錨噴網(wǎng)支護(hù)。

3 施工工藝流程

總體施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力襯砌試驗(yàn)段施工工序框圖

4 預(yù)應(yīng)力襯砌試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

4.1 預(yù)應(yīng)力施工材料準(zhǔn)備

鋼絞線:環(huán)氧涂覆無(wú)黏結(jié)鋼絞線，無(wú)黏結(jié)筋(7Φ5)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 N/mm2，公稱直徑為15.24 mm，公稱截面面積139 mm2，破壞荷載(單根)Fptk=260.4 kN，彈性模量為1.8 ×105MPa。

4.2 材料采購(gòu)

鋼絞線供應(yīng)廠家:沈陽(yáng)科明控制腐蝕技術(shù)有限公司

錨具及張拉設(shè)備供應(yīng)廠家:柳州邱姆預(yù)應(yīng)力機(jī)械有限公司

4.3 鋼絞線和錨具施工前的材料檢驗(yàn)

4.3.1 依據(jù)規(guī)范

JGJ/T92－2004(J409－2005) 無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

GB/T14370－2000預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器

JGJ85－2002(J219－2002) 預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程

JG161－2004 無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線

ISO14655:1999 預(yù)應(yīng)力混凝土用環(huán)氧涂層鋼絞線

4.3.2 材料檢驗(yàn)項(xiàng)目

4.3.2.1 無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線

《無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線》JG161－2004中的規(guī)定:

1)鋼絞線直徑、整根鋼絞線的最大力、規(guī)定非比例延伸力、最大力總伸長(zhǎng)率和伸直性

2)防腐潤(rùn)滑油脂:滴點(diǎn)、腐蝕試驗(yàn)和防腐油脂質(zhì)量

3)護(hù)套:拉伸強(qiáng)度、彎曲屈服強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和護(hù)套厚度

《預(yù)應(yīng)力混凝土用環(huán)氧涂層鋼絞線》ISO14655:1999中的規(guī)定

環(huán)氧涂層厚度、涂層連續(xù)性、涂層的粘附

4.3.2.2 錨具

1)錨具外觀、硬度、靜載試驗(yàn)2)配套油泵、千斤頂標(biāo)定試驗(yàn)

4.3.2.3 千斤頂和偏轉(zhuǎn)器摩擦力損失試驗(yàn)

用于環(huán)錨的設(shè)備包括2個(gè)應(yīng)力板、2×3個(gè)U形偏轉(zhuǎn)器、2個(gè)HOZ950/120千斤頂，以上設(shè)備應(yīng)配套組裝后在出場(chǎng)前及現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，以確定千斤頂和偏轉(zhuǎn)器共同工作時(shí)由偏轉(zhuǎn)器引起的張拉力損失，摩擦損失應(yīng)不大于9%。偏轉(zhuǎn)器摩擦損失率定示意見(jiàn)圖2。

圖2 偏轉(zhuǎn)器摩擦損失率定示意圖

5 預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)施工

5.1 隧洞內(nèi)施工

洞內(nèi)準(zhǔn)備工作包括:

5.1.1 襯砌斷面測(cè)量

襯砌鋼筋施工前進(jìn)行斷面測(cè)量，為保證預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌厚度(50 cm)，隧洞初期支護(hù)后斷面不允許欠挖，對(duì)欠挖部位采用風(fēng)鎬或弱爆破進(jìn)行處理;斷面達(dá)到設(shè)計(jì)要求再進(jìn)行鋼筋施工。

5.1.2 試驗(yàn)段底板清洗

鋼筋施工前進(jìn)行隧洞底部積水、浮渣、洞壁渣土清理，保證二襯混凝土和初期支護(hù)有較好的黏結(jié)。

5.1.3 預(yù)埋檢測(cè)儀器

鋼筋施工前，水科院組織預(yù)埋最外層檢測(cè)儀器(在邊墻埋設(shè)Φ100鋼管24根/2m+25根/12m+5根/24m，鉆測(cè)縫計(jì)預(yù)埋孔2組/5個(gè))。現(xiàn)場(chǎng)組織人工20人，用時(shí)3 d來(lái)完成此項(xiàng)工作。

5.1.4 回填拱腳C15混凝土

在檢測(cè)單位的外層檢測(cè)儀器預(yù)埋完成并驗(yàn)收合格后，開(kāi)始回填兩側(cè)拱腳混凝土，回填混凝土?xí)r應(yīng)保證混凝土密實(shí)，表面順滑平整。

5.2 洞外準(zhǔn)備工作

5.2.1 普通鋼筋的制作

根據(jù)設(shè)計(jì)鋼筋長(zhǎng)度，在洞外平整下料場(chǎng)地，按照設(shè)計(jì)半徑制作鋼筋加工胎模。

5.2.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋的洞外準(zhǔn)備

5.2.2.1 鋼絞線下料場(chǎng)地的準(zhǔn)備

為了保證鋼絞線的堆放、下料及剝皮在干凈的場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)用C25混凝土澆筑10m×15m的場(chǎng)地，混凝土厚度20 cm，砂墊層10 cm。

5.2.2.2 預(yù)應(yīng)力胎模

為了保證鋼絞線的編束及更精確的下料，在鋼絞線預(yù)制場(chǎng)地上按1∶1的洞室比例將鋼筋模型放樣，制作預(yù)應(yīng)力筋編束及安裝胎模。

5.2.2.3 鋼絞線模擬編束

利用預(yù)應(yīng)力筋胎模，用紅、綠兩種顏色的橡膠管代替鋼絞線做環(huán)繞練習(xí)，確認(rèn)張拉段和固定段鋼絞線進(jìn)錨具槽的孔位。

5.2.2.4 預(yù)應(yīng)力筋的下料及加工

1)預(yù)應(yīng)力鋼絞線下料長(zhǎng)度的計(jì)算

預(yù)應(yīng)力鋼絞線的下料長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)安裝半徑和張拉設(shè)備的規(guī)格來(lái)確定。本試驗(yàn)段的HM15－6環(huán)錨鋼絞線下料長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果如下:

內(nèi)層鋼絞線下料長(zhǎng)度L內(nèi)

L內(nèi)≥L1+L2+L3=20.73+20.80+1.164=42.694m

建議取42.83 m(按1.3 m的搭接)

外層鋼絞線下料長(zhǎng)度L外

L外≥L1+L2+L3=21.260+21.363+1.164=43.787m

建議取43.923 m(按1.3 m的搭接)

變角40°的搭接L 3=變角張拉輔助長(zhǎng)度1034+錨板厚度90+固端外露絞線長(zhǎng)度40mm=1164m。

圖3 L 1為內(nèi)圈長(zhǎng)

L 2為外圈長(zhǎng)

L 3為搭接重復(fù)長(zhǎng)度

下料長(zhǎng)度誤差為0～+50mm，考慮到預(yù)應(yīng)力布置位置的偏差和鋼絞線未受力情況下的不平直性，實(shí)際下料長(zhǎng)度在試驗(yàn)段建議取搭接長(zhǎng)度為1 300，這樣可以即可保證鋼絞線在施工過(guò)程中能全部沉入槽內(nèi)不影響澆注混凝土支模，又能保證張拉的輔助長(zhǎng)度足夠。根據(jù)本次試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，在正式批量施工中再對(duì)下料長(zhǎng)度和搭接長(zhǎng)度作修正。

2)鋼絞線下料、剝皮、存放

5.2.2.5 錨具槽的加工

為保證錨具槽的安裝和拆除方便并能重復(fù)利用，在洞外一共設(shè)計(jì)了7種錨具槽加工方案，通過(guò)洞外模擬施工，最終確定下圖所示組合式錨具槽，此錨具槽端模分割成3塊，首先拆除，然后拆除側(cè)模，最后拆除底模。

5.3 洞內(nèi)安裝工作

總體安裝順序:外層鋼筋定位筋——外層鋼筋安裝——錨具槽安裝——鋼絞線定位托架安裝——鋼絞線安裝——內(nèi)層鋼筋安裝——預(yù)埋注漿管安裝

5.3.1 定位筋及外層鋼筋安裝

定位筋采用 L=55cm，φ 22的螺紋鋼，環(huán)向間距1 000 mm、縱向間距1 100 mm。

5.3.2 錨具槽安裝

錨具槽安裝順序:測(cè)量放樣定位——定位筋——定位托架——錨具槽

5.3.3 鋼絞線定位托架安裝

鋼絞線托架用Φ14Ⅰ級(jí)鋼筋，具體尺寸見(jiàn)下圖，安裝在外層縱向鋼筋上，環(huán)向間距1 000 mm，縱向間距為400 mm。

5.3.4 鋼絞線及內(nèi)層普通鋼筋安裝

洞內(nèi)安裝鋼絞線采用單根安裝，由7個(gè)人同時(shí)工作，相互配合，先在錨具槽內(nèi)固定張拉端，然后以固定端牽頭，鋼絞線從所焊接的鋼絞線托架中走過(guò)，環(huán)向兩周，最后固定端進(jìn)入錨具槽。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)二次襯環(huán)氧噴涂無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)，取得了重要施工參數(shù)，為施工提供依據(jù)，在施工時(shí)按照實(shí)驗(yàn)成果實(shí)施，進(jìn)度和質(zhì)量效果良好，目前，工程已經(jīng)進(jìn)行通水試運(yùn)行，施工質(zhì)量合格。

［1］魯少陽(yáng).輸水隧洞環(huán)形無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力襯砌施工技術(shù)［J］.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，8(3):55－58.

圖4 變角張拉鋪助長(zhǎng)度≥35+50+374+23+180+242+80+50=1034 1300－170－90=1040＞1034能滿足

圖5 錨具槽安裝

圖6 錨具槽定位

圖7 鋼絞線定位托架