裝配式混塔體外預應(yīng)力系統(tǒng)施工研究
——以免灌漿干式連接分片預制裝配式混塔為例

李向姚，王文玉

（1：中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014；2：中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007）

1 概述

1.1 混塔（混合塔架）概述

混塔（混合塔架）下部采用分片預制裝配式混凝土塔筒，上部采用常規(guī)鋼制塔筒，兩者之間通過鋼-混過渡段銜接，整體施加預應(yīng)力系統(tǒng)以提高塔架抗彎能力，以此形成整體支撐體系。混塔（混合塔架）承受風力發(fā)電機組設(shè)備自重及風機運行過程中所受到的各類動、靜荷載，是風力發(fā)電機組安全運行的關(guān)鍵受力構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)[1]。

結(jié)合裝配式建筑理念，將混凝土塔筒分割成（1/4 片）管片，采用高精度模具，集約工廠化預制生產(chǎn)，解決了大件運輸難題和減少了施工現(xiàn)場環(huán)保、水保影響。預制管片（1/4 片）采用常規(guī)運輸車輛運抵施工現(xiàn)場后，通過彎螺栓連接，接縫采用高強環(huán)氧密封膠填充形成環(huán)形筒體，然后將環(huán)形筒體垂直疊加達到所需高度的混凝土塔筒，再施加整體預應(yīng)力系統(tǒng)，使混凝土塔筒的抗彎性能滿足風電機組的運行荷載要求。

1.2 預應(yīng)力系統(tǒng)概述

預應(yīng)力系統(tǒng)采用16 束縱向預應(yīng)力索（分離式鋼絞線），上部與鋼混過渡段自平衡反向連接（法蘭連接），下端與中空齒輪基礎(chǔ)連接，形成整體預應(yīng)力體系。縱向預應(yīng)力索與塔筒內(nèi)壁平行，16 束對稱均勻布置，每束由15 根Φ15.24 mm 鋼絞線組成，每束預應(yīng)力為2 540 kN。

2 施工準備

2.1 工器具準備（單座塔）

鋼絞線放線專用工裝：自主設(shè)計、制作專用工裝 4 套。

鋼絞線穿索專用工裝：自主設(shè)計、制作專用工裝1 套，可同時提升2 根～4 根鋼絞線。

張拉設(shè)備：千斤頂4 套。

其它：500 t 吊車、220 v/380 v 電源、自行設(shè)計制作鋼絞線夾頭4 個、記錄表、柔性護材料若干、對講機 1 套、定滑輪 4 組、5 t 手拉葫蘆 2 套、手持切割機1 套等。

2.2 材料準備（單座塔）

鋼絞線：若干，23 000 m/座；

夾片：若干，500 套/座；

錨板：若干，32 片/座；

鋼絞線上、下保護罩：若干，32 個/座；

保護油脂：防護油若干。

3 總體施工方案

鋼-混過渡段安裝完成后施工預應(yīng)力系統(tǒng)，利用吊裝混凝土塔筒主吊撤離之前將提升鋼絞線的專用裝置（已申請專利并受理）吊裝安裝至鋼-混過渡段頂面；將鋼絞線吊放至放線索盤上，布置至塔筒門正前方附近，鋼絞線穿過塔筒門洞，從塔筒內(nèi)部提升穿索。上端利用夾片、錨具固定在鋼-混過渡段錨固法蘭盤上，下端穿過中空齒輪基礎(chǔ)空腔內(nèi)預留孔道，利用夾片、錨具固定在基礎(chǔ)內(nèi)錨板上。穿索完成后，利用4 臺張拉設(shè)備在下端基礎(chǔ)空腔內(nèi)同時對稱一次張拉，張拉至設(shè)計值的70%，張拉完成后吊裝整機，再進行二次張拉，張拉順序同一次張拉，張拉至設(shè)計值的103%。最后在上、下兩端錨頭外安裝防護罩加以保護。

3.1 索盤布置

結(jié)合現(xiàn)場情況自行加工鋼絞線放線索盤。鋼絞線出廠包裝呈環(huán)型卷繞，根據(jù)單盤鋼絞線尺寸設(shè)計索盤，使放索時整盤鋼絞線呈水平轉(zhuǎn)動，避免鋼絞線扭轉(zhuǎn)。每個工作面布置4 套索盤，配合2 處提升裝置連續(xù)作業(yè)，索盤布置在塔筒門正前方并平行擺放，確保鋼絞線穿索時牽引滑動順暢。

3.2 提升裝置布置

針對混凝土塔筒段高度90 m 及以上，受大型吊車作業(yè)參數(shù)限制，預應(yīng)索無法直接吊裝安裝，且塔筒內(nèi)部空間受限（塔筒內(nèi)部布置有操作平臺、升降機等其它設(shè)施）的特點，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境條件，充分利用常規(guī)的機具，自行設(shè)計加工專用提升裝置。在混凝土塔頂部鋼-混過渡段安裝其專用提升裝置，提升裝置具備水平旋轉(zhuǎn)功能，2 臺提升卷揚機對稱布置，同步提升鋼絞線，作業(yè)時根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)角度，使提升掛點處于鋼絞線安裝目標位置正上方即可作業(yè)。

3.3 穿索

鋼絞線由塔筒底部門洞進入塔筒內(nèi)，通過定位滑輪變向使其垂直狀態(tài)提升。送料由鋼絞線提升卷揚機提供的牽引車帶動索盤自行轉(zhuǎn)動，人工輔助，每次保持2 個吊點同步作業(yè)。通過自行設(shè)計加工的夾具，將鋼絞線垂直牽引至上錨固端，下部根據(jù)所需長度下料，可有效減少提前下料占用大量場地的弊端。

每完成1 根鋼絞線穿索后采用手拉葫蘆預緊，使其保持每束預應(yīng)力索的鋼絞線聚中、整齊，避免因鋼絞線在塔筒內(nèi)緊湊的空間散開，從而與提升裝置下放吊具的鋼絲繩纏繞。穿索時上、下端按既定的孔位編號依次對應(yīng)入孔，同時保持整座塔筒內(nèi)穿索總體呈對稱作業(yè)，減少塔筒不均勻受壓的情況。

3.4 張拉

混凝土塔筒及鋼混過渡段吊裝完成后，進行預應(yīng)力系統(tǒng)第1 次張拉，張拉力為設(shè)計最終力值的75%；整機吊裝完成后進行第2 次張拉，張拉力為設(shè)計最終力值的103%。在預應(yīng)力下端張拉，呈正交施工，四點同步單根張拉作業(yè)，確保混凝土塔筒對稱受壓，保證結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。

3.5 防護

鋼絞線張拉完成后，對錨頭、夾具、鋼絞線端頭等位置涂抹專用防腐油脂或其他可清洗的防腐蝕材料，并加裝防護罩，防護罩與下錨板通過螺絲連接。通過防護可提高預應(yīng)力系統(tǒng)的使用壽命和安全性能。

4 工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工準備→鋼絞線穿索→鋼絞線預緊→鋼絞線張拉→錨固端防護。

4.2 操作要點

1）施工準備

鋼絞線索盤并排布置，位于塔筒門正前方約8 m～10 m，整盤鋼絞線擺放到索盤固定位置；鋼混過渡段頂部鋼絞線提升裝置安裝到位，接通電源并調(diào)試；塔筒底部鋼絞線牽引變向動滑輪固定到位。鋼絞線牽引過程中，在塔筒門洞等摩擦力較大的位置，應(yīng)施加防護措施避免剮蹭鋼絞線，損壞外保護層。

2）鋼絞線穿索

①鋼絞線提升裝置的卷揚機從塔筒內(nèi)將吊具下放至塔筒基底部，鋼絞線穿過塔筒門進入塔筒內(nèi)，利用夾具將鋼絞線與吊具固定連接，通過卷揚機牽引鋼絞線索盤轉(zhuǎn)動，鋼絞線提升就位。提升裝置的2 臺卷揚機需對稱同步作業(yè)；

②鋼絞線上端穿索固定，頂端達到預定位置后，利用錨具和夾片將頂端固定在過渡段錨固內(nèi)法蘭上，夾片安裝到位后脫開吊具；

③鋼絞線下端穿索，上端固定完成后測量所需鋼絞線的彎度，采用手持切割機下料，鋼絞線端頭打磨光滑并將端頭的彎曲部分順直。將鋼絞線下部穿過基礎(chǔ)預埋孔道，固定在內(nèi)部基礎(chǔ)錨墊板上。需注意每根鋼絞線要與位于上端和下端的錨板孔位對應(yīng)，不允許交叉或錯孔；

④塔筒呈圓臺型，鋼絞線與塔筒管壁平行，安裝后呈斜拉狀態(tài)，外加鋼絞線有一定剛度，穿索后呈自然散落狀態(tài)，為了避免已安裝的鋼絞線與吊繩發(fā)生纏繞，每穿索1 根就需采用手拉葫蘆將鋼絞線進行預緊固定，手拉葫蘆可固定在基礎(chǔ)預埋管或其它合適位置；

⑤為了掌握鋼絞線應(yīng)力情況，在鋼絞線錨固端安裝應(yīng)力傳感器，選擇正交的4 束為監(jiān)測對象，再選定束中最后張拉的1 根鋼絞線為監(jiān)測索（本文對具體監(jiān)測方案不作分析）[2]；

⑥鋼絞線頂端頂壓。鋼絞線穿索完成后，為確保鋼絞線夾片的夾持性能，非張拉端夾片張拉前先進行頂壓，通常垂直預應(yīng)力系統(tǒng)采用下端張拉，故對上端夾片進行頂壓。頂壓力控制在（150±5）kN，頂壓過程應(yīng)緩慢進行并觀察夾片頂壓時的狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)夾片跟進異常或有開裂情況應(yīng)立即停止，查明原因后更換夾片再重新操作。頂壓加壓過程時間應(yīng)≥30 s。

3）鋼絞線張拉

①張拉前準備。為求塔筒受力均衡、張拉終值準確，分二級（階段）張拉。第一階段為混凝土塔筒和鋼混過渡段吊裝完成后，張拉至設(shè)計值70%，第二級（階段） 為整機吊裝完成后張拉至設(shè)計值103%。

張拉前檢定張拉機具，根據(jù)標定方程和設(shè)計要求，結(jié)合規(guī)范及鋼絞線材質(zhì)性能作出分級張拉力，進行油壓力換算得出對應(yīng)的油壓表讀數(shù)值，并將其粘貼在顯眼位置，以方便操作和查驗[3]。配置4 臺張拉設(shè)備和對應(yīng)的操作人員，張拉端位于基礎(chǔ)內(nèi)部受限空間內(nèi)，應(yīng)保持內(nèi)部空氣清新、流通；

②張拉順序。預應(yīng)力鋼絞線張拉應(yīng)嚴格按照分序進行，正交4 束同步，每束單根張拉。張拉前對各束、各根分別進行編號，如圖1～圖2 所示，對預應(yīng)力系統(tǒng)各束、各根編號。

4 臺設(shè)備同時對稱張拉，分為4 組。第1 組為：1#，5#，9#，13#；第 2 組為：2#，6#，10#，14#；第 3 組為：3#，7#，11#，15#；第 4 組為：4#，8#，12#，16#；每組分3 批次張拉完成，每批次張拉5 根鋼絞線，共計張拉12 批次。

第1 批次張拉第1 組前5 根鋼絞線，第2 批次張拉第3 組前5 根鋼絞線，第3 批次張拉第2 組前5 根鋼絞線，第4 批次張拉第4 組前5 根鋼絞線，第5 批次張拉第4 組中5 根鋼絞線，第6 批次張拉第2 組中5 根鋼絞線，第7 批次張拉第3 組中5 根鋼絞線，第8 批次張拉第1 組中5 根鋼絞線，第9 批次張拉第1 組后5 根鋼絞線，第10 批次張拉第3組后5 根鋼絞線，第11 批次張拉第2 組后5 根鋼絞線，第12 批次張拉第4 組后5 根鋼絞線。

張拉完成后，為減緩鋼絞線持續(xù)震動和產(chǎn)生疲勞等問題，在每束鋼絞線中部安裝2 個減震裝置。

4）鋼絞線兩端防護

張拉完成經(jīng)驗收合格后，應(yīng)將上、下端錨具外露的預應(yīng)力筋部分預留并切除多余量，清理干凈，涂抹專用防腐油脂或其他可清洗的防腐蝕材料，封堵密實后加裝防護罩。

5 質(zhì)量控制重點

1）鋼絞線及夾具等附件運輸?shù)綀龊筮M行外觀質(zhì)量復核，要求鋼絞線、錨具、夾具和連接器表面無污物、銹蝕、機械損傷和裂紋。

2）鋼絞線穿索過程中采取防護措施，避免穿索過程中鋼絞線與其它硬物剮蹭，損傷鋼絞線外保護層；如出現(xiàn)局部嚴重剮傷，應(yīng)采用高粘度液態(tài)環(huán)氧樹脂材料進行修補，嚴禁鋼絲裸露。

3）鋼絞線張拉過程中應(yīng)嚴格控制張拉力值，每束張拉力允許誤差為0%～+1%。

4）嚴格控制張拉順序，各臺張拉千斤頂同步作業(yè)，嚴禁出現(xiàn)同時張拉非同一個編號的鋼絞線。

6 結(jié)語

本文介紹的體外預應(yīng)力可在混塔段安裝完成后統(tǒng)一安裝鋼絞線，可集中資源在短時間內(nèi)完成穿索、張拉工作，實現(xiàn)資源的最優(yōu)化利用。采用上部提升裝置與底部放線工裝聯(lián)動運行，實現(xiàn)下料、穿索一體化，可以有效減少人工等資源浪費。對超高級混塔的發(fā)展起到積極推動作用，也可為今后類似工程的施工提供經(jīng)驗借鑒和技術(shù)支撐，社會效益顯著。

采用本方法大大提高了預應(yīng)力施工效率，可有效節(jié)約工期，同時對比體內(nèi)預應(yīng)力系統(tǒng)，有效降低了混塔塔筒壁厚，節(jié)約工程投資，且方便后期檢修更換，具有良好的經(jīng)濟效益。