渡槽三向預應力張拉（后張法）工藝簡介及技術難點分析

溫紹霖

【摘要】預應力用在橋梁中施工中較為普遍，在水利工程中較為少見，本文介紹的三向預應力水利渡槽施工在國內尚屬首例，從定位筋安裝、波紋管安裝、鋼絞線穿梭、鋼絞線錨定、灌漿孔及透氣孔等施工流程都做了逐一介紹，在施工中碰到的問題也逐一分析。預應力控制及伸長值做了簡單計算。在施工中根據計算的表盤壓力值進行換算張拉力值來控制張拉力，施加預應力目的是控制渡槽裂縫，加大渡槽的跨度，預應力簡化了渡槽支撐結構，減小了施工難度。作者單位曾經承建的東深供水工程項目，大多采用斷面為U型的渡槽，部分渡槽支撐系統采用的是拱形結構，模板搭設極其復雜。鄂北地區水資源配置工程的渡槽三相預應力技術的實施為以后的的相關技術提供了參考和參照，積累相關的施工及設計經驗，控制渡槽裂縫及保證施工質量提供了良好的經驗。

【關鍵詞】水利；渡槽；三向預應力

工程概況：

湖北省鄂北地區水資源配置工程是以城鄉生活、工業供水和唐東地區農業供水為主，通過退還被城市擠占的農業灌溉和生態用水量，改善受水地區的農業灌溉和生態環境用水條件為任務的一項大型水資源配置工程。該工程是從丹江口水庫清泉溝隧洞進口引水，向沿線城鄉生活、工業和唐東地區農業供水，工程線路先后穿越襄陽市的老河口市、襄州區，棗陽市，隨州市的隨縣、曾都區、廣水市以及孝感市的大悟縣。線路總長度269.34km，輸水干渠設計流量38.0 m3/s～1.8m3/s，

作者參與的是鄂北地區水資源配置工程2016年第3標七方（方寨）渡槽～七方（王坡）王坡渡槽施工位于棗陽市七方鎮境內，包括四段渡槽及三段明渠。

1、渡槽預應力概述

2016年第3標段渡槽槽身采用了簡支梁式結構，槽身采用C50W8F150混凝土，每跨槽身長30m、寬8m、高6.7m-6.2m，槽身預應力施工采用三向后張法張拉：分別為槽身墻身縱向張拉，槽身橫向、底板縱向及槽身豎向張拉。

本標段每單榀槽縱向預應力鋼絞線工32孔，兩端張拉；其中26孔為直線筋（6孔為12φs15.2，8孔為10φs15.2，4孔為6φs15.2，底板8孔為4φs15.2），6孔為曲線筋（均為12φs15.2）除底板8孔4φs15.2為扁錨外，其他均為圓形錨具。橫向預應力鋼絞線共39孔，采用圓形錨具，單端張拉；起重26孔為直線筋（均為5φs15.2），13孔為曲線筋（中間低肋11孔、端部底肋2孔均為10φs15.2）。在側墻豎向共布置146孔（2×73孔，其中側肋外側2×13孔）φps15.2預應力螺紋鋼筋，單端張拉，詳見各渡槽槽身預應力筋布置圖。

2、預應力施工工藝流程

2.1張拉前工作

2.1.1定位筋安裝

1）波紋管縱、橫定位采用“井”形Φ10鋼筋定位框點焊或固定在鋼筋骨架上，管道施工嚴格控制井形鋼筋定位框間距，曲線管道定位間距0.3m左右，直線管道定位間距0.5m左右，管道安裝平順。

2）按照定位筋標識線安裝定位筋網片，定位筋采用焊接方式固定（采用其他形式固定時，需確保定位筋牢固可靠）。

3）定位筋安裝完成后，用測量儀器、鋼尺和線繩復核單片定位筋的空間位置。

2.1.2波紋管及錨墊板安裝及問題處理

1）對定位筋位置檢查無誤后，開始安裝波紋管。波紋管上的控制環與定位鋼筋焊接牢，防止波紋管位置偏移或上浮。波紋管與鋼筋同步安裝，并協調配合，在波紋管安裝中，遇箍筋阻，應適當調整鋼筋位置，焊接鋼筋要防止焊渣濺落在波紋管上，易引起波紋管燒穿，混凝土易流入波紋管內，導致堵塞。

2）對于預應力長孔道，單根波紋管長度無法滿足要求時，采用大一個直徑級別的專用波紋管接頭，將相鄰兩根波紋管連接起來，波紋管接頭與波紋管之間的縫隙采用泡沫膠等填充材料充填密實，并在外邊再用塑料膠帶纏裹嚴密，接頭長度為被連接管道內徑的5～7倍。

2.1.3 鋼絞線穿索及端頭錨定板

波紋管安裝并固定好之后，將已加工完成并檢驗合格的鋼絞線前端包裹膠布便于穿束，市面上也有專門的穿束塑料頭，鋼絞線按長度和孔位編號人工穿入孔道，或者用穿索機穿索，在鋼束頭進孔道時，旁邊配合人工協助使其順利入孔。

鋼絞線穿束中應防止鋼絞線扭轉，注意鋼束端部的上、下標志。錨束在張拉前應有專人保護，以防人為或自然因素導致的鋼絞線刮傷、松散等現象出現。

2.1.4錨具、錨墊板安裝

1）張拉端錨墊板安裝

波紋管安裝就位，鋼絞線穿索后，進行錨墊板安裝。將錨墊板的頸部套在波紋管上，波紋管與錨墊板的搭接長度不小于30mm，其縫先用環氧樹脂粘牢，搭接處外緣用膠布纏緊，最后用軟鋼絲綁扎在固定錨墊板上，以防施工中脫開及管道漏漿。在安裝前將螺旋筋套入，安裝錨具后，螺旋筋緊貼錨墊板固定在鋼筋上，錨墊板的管道出口端與波紋管中心線垂直、同軸，端面的傾角均符合設計要求，同軸偏差不大于2mm，錨具槽底面傾斜不超過0.5。對于下臥式張拉端，在結構物表層下按設計圖紙預留錐形凹槽。在端面模板立好后，用螺栓將錨墊板固定在模板上。

2）固定端P型錨具安裝

固定端P型錨具在鋼絞線穿束前裝配完畢。P型錨具裝配是將固定端的鋼絞線穿過錨墊板及錨板的小孔做擠壓套、封壓板。當張拉端穿束后，將固定端P型錨墊板的小孔端套在波紋管上，并將螺旋筋套入P型錨具的頸部。裝配好的P型錨具安裝到位，用鋼筋架固定在附近的鋼筋上。

3） 預應力鋼筋固定端組裝

①將波紋管套入預應力鋼筋。

②安裝固定端的螺旋筋。

③安裝固定端錨墊板（錨墊板事先已焊接了鋼管節，用于固定波紋管）。

④用扳手安裝錨墊板下部的固定螺母，預應力鋼筋應露出端部螺母（當采用連接器接長預應力鋼筋時，確保兩端均旋至連接器中央）。

⑤用泡沫膠等填充材料將錨固端波紋管與鋼管之間的縫隙充填密實，波紋管外側用塑料膠帶密封嚴實。

2.1.5灌漿管及排氣管（排漿管）安裝

灌漿管安裝

1）用手電鉆在近錨固端波紋管開孔。

2）將灌漿管伸入波紋管內。

3）將灌漿管與波紋管交接處用塑料膠帶固定牢靠。

4）穿束定位后，用細鐵絲將灌漿管與結構鋼筋綁扎牢固，沿結構鋼筋敷設出混凝土面，灌漿管露出混凝土面高度宜不少于50cm。

5）用塑料膠帶將灌漿管管口密封嚴實。

排氣管（排漿管）安裝

1）將排氣管伸入波紋管孔道內，伸入長度不宜小于1m。

2）用泡沫膠等填充材料將約束環處波紋管與鋼絞線之間縫隙充填密實。

3）將排氣管沿結構鋼筋敷設出混凝土面（細鐵絲將排氣管與結構鋼筋綁扎牢固），出漿管露出混凝土面高度不宜少于50cm。

4）用塑料膠帶將排氣管管口密封嚴實。

5）逐束通水或通氣檢查波紋管密封性。

6）在混凝土澆筑施工中，要保護好排氣管，防止堵塞。

2.2預應力張拉力及伸長率控制

2.2.1張拉程序

槽身縱向預應力筋采用兩端張拉，橫向、豎向采用一端張拉。

2.2.2張拉分級

預應力鋼束張拉時緩慢、平穩、勻速，應力增加的速率控制在100MPa/min以下，分4級張拉，順序如下：

第一步：應力由0.15σcon（預緊階段，單根張拉）（單根預應力鋼筋）；

第二步：應力由0.15σcon→0.3σcon；

第三步：應力由0.3σcon→0.6σcon；

第四步：應力由0.6σcon→1.03σcon，持荷10min，補張至1.03σcon，鎖定。

每級張拉荷載下持荷2min，張拉后分別記錄其伸長值，每步按要求進行伸長值校驗。鎖定完成后測定鋼絞線長度的回縮量不大于5mm。

2.2.3張拉控制應力

1）預應力鋼絞線張拉控制應力為超張拉控制應力σcon=0.7×fptk=0.7×1860=1302MPa，超張拉控制應力為1.03σcon=1.03×0.7×fptk=1341.1MPa。持荷10min鎖定。單根鋼絞線張拉端的張拉控制力：P=σconxAp=1302x 140x10-3=182.3kN。

2）預應力螺紋鋼筋張拉控制應力σcon=0.65×fptk=0.65×1230=799.5MPa，超張拉控制應力1.03σcon=1.03×0.65×fptk =823.5MPa。持荷10min鎖定。單根ΦPS32螺紋鋼筋張拉控制力：P=σcon×Ap=799.5×804.2 x10-3=643KN。

3）當混凝土強度達到設計強度等級的85%時，進行拆除端模、脫離內模，松開外模緊固件，先進行60%σcon的縱向預應力筋初張拉，而后進行103%σcon的橫向預應力鋼絞線和103σcon的豎向螺紋鋼筋初張拉。當槽身混凝土強度達到設計強度等級值的100%、彈性模量達到設計值的100%、張拉時混凝土的齡期不小于10天時，進行終張拉。

2.2.4伸長值控制

縱、橫、豎向預應力采用張拉力與伸長值雙控，預施應力值以壓力表讀數為主，以預應力伸長值作校核。應力控制即由壓力表讀數控制；伸長值控制按張拉過程實測伸長值與理論伸長值比較。

鋼絞線張拉作為初應力，伸長值從初應力時開始量測。預應力筋的實際伸長值除量測的伸長值外，加上初應力以下的推算伸長值。

預應力筋張拉的實際伸長值△Ls（cm），按下式計算：

△Ls=△L1+△L2+△L3

式中：△L1—從初應力至最大張拉應力間的實測伸長值（一般測量油缸伸長值，cm）；

△L2—初應力以下的推算伸長值（cm），可采用相鄰級的伸長值或理論推算伸長值；

△L3—為工作錨到工具錨之間的鋼絞線彈性伸長值（cm），本工程采用后張法，可省略。

若實際伸長值與理論伸長值的差值超過6%，則暫停張拉，待查明原因并采取相應措施予以調整后才繼續張拉。在預應力張拉實施中，出現預應力張拉的伸長值超過6%的問題，主要考慮是預應力筋安裝不到位的問題。存在波紋管彎曲，造成摩擦力較大，消除的主要方法是應先預緊，嚴格按照規范要求安裝波紋管及鋼絞線。

結束語：

在本項目中，預應力張拉取得了良好的效果，未出現預應力筋出現斷裂、渡槽出現拉裂或者工具錨脫出的問題。

參考文獻：

[1]《水利水電工程預應力錨索施工規范》（DL/T 5083-2010）；

[2]《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T 5224-2014）

[3]《預應力混凝土用螺紋鋼筋》（GB/T20065-2006）

[4]《預應力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T14370-2015）

[5]《預應力混凝土橋梁用塑料波紋管》（JT/T529-2016）

[6]《水工混凝土施工規范》（SL 677-2014）；