后張法預應力鋼筋混凝土施工技術要點

任 劍

（中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250013）

目前，我國LNG 全容罐的外罐都是用預應力鋼筋混凝土結構建造的。在鋼筋混凝土主體結構中預設環向與豎向孔道，然后通過預應力后張拉法，為儲存罐的外部部分施加預拉應力，保證外部罐體的混凝土始終處于壓力狀態，即便在儲罐內罐出現故障，外部罐體也能夠承載全部的LNG液體，進而避免罐體破裂和天然氣泄漏。為避免預應力施工的不良影響，需要施行合理的工藝技術，提高預應力工程建設質量，從而構筑符合標準的LNG 儲罐。

1 工程概況

本工程主要負責建設16 萬m3的LNG 全容儲罐，以及相關配套設施等建筑物，儲罐外罐的預應力工藝主要參數如下。（1）周長84m 的混凝土外罐中，直徑是40.52m，此數值是從環梁頂部開始計算的，1 層與2 層墻體為變截面，厚度由0.08m 逐漸增加到0.65m，3 層以上標準墻厚度為0.65m，并在罐體墻四周均勻放置4 根支撐柱。（2）預應力80 層環狀水平鋼絞線束總計160 對，每一束由19 根鋼絞線組成，圍罐體半圈，兩束以一周圈方式垂直排列，并且各自對齊，安裝在4根支撐柱上，每一束的長度是140.05m。128 根豎向預應力鋼絞線，每束由12 根鋼絞線組成，頂部固定在罐壁頂部環梁上，底部則固定在承臺下方，每束長度大約為42m。（3）預應力鋼絞線選擇直徑為15.7mm、公稱面積為150mm2且強度達到1 860MPa 的鋼絞線，采用0.5mm 厚的鍍鋅鋼帶卷制的鍍鋅金屬波紋管作為預應力管道，其中，豎向束波紋管直徑為Φ80/87mm，水平束波紋管直徑為Φ100/107mm。

2 儲罐預應力施工重難點

（1）預先安裝的環形管線布局存在較大偏移。因此，進行儲罐環形預應力筋拉伸時，要消除鋼絞線和孔洞之間的摩擦力，給儲罐墻壁一定的預壓力。本工程中，應用μ=0.19/rad 的預應力設計摩擦系數，k=0.001/m 擺動不變數。假如鋪設的環形預埋管弧度和標高出現偏差，或者在灌注混凝土時因建造需要引起了預埋管偏移，都會在后續預應力拉伸操作中加劇鋼絞線和孔道之間的摩擦，從而導致最后的預拉力不滿足規定要求。（2）預應力鋼絞線拉伸過程中鋼絞線可能出現滑動、破損和過度拉伸等問題。大部分儲罐都設立在海濱地帶，鋼絞線被束緊并暴露在大氣中，因此，更容易出現銹跡。而且，在預應力孔道內部安裝的鋼絞線拉伸時會遇到力量分配問題，可能使鋼絞線拉伸過程中發生滑絲、破裂、超負荷拉伸等狀況。（3）環向和豎向預應力管道長度過長，使得管道內部狀態的監測變得困難。此外，單個預應力管道灌漿量較大，使得管道內灌漿密實度控制困難，不能保證100%的灌漿密實度。

3 預應力施工流程

第一，安裝預應力錨座時，必須特別關注其固定方法，確保其穩固。在預應力錨座上，兩個螺栓孔起到了固定錨座和灌漿帽的功能，但可能會產生沖突，因此，需要給予足夠的重視。第二，預應力波紋管的安裝位置直接影響其使用壽命。如果波紋管的安裝位置波動較大，那么后續灌漿工作將無法覆蓋整個波紋管，可能會加速鋼絞線的腐蝕速度。在預應力波紋管安裝過程中，必須確保其穩固。同時，需要對波紋管的完好狀態和連接部位進行嚴格的密封檢查。第三，混凝土澆筑前進行通球試驗，以保證波紋管暢通。第四，混凝土澆筑過程中進行通球試驗，以便混凝土澆筑時及時檢測波紋管是否受損，或者是否有漏漿阻塞。第五，鋼絞線穿梭包括豎向和水平鋼絞線運動，其中，鋼絞線施工需要使用腳手架。預應力工程是在高空進行的，因此，施工的安全性是關鍵的控制因素。第六，鋼絞線的切割和保護，需要考慮到錨環和夾片的設置，同時需要切割和保護鋼絞線。VSL 提供了雙層夾片，筆者推薦使用3 層并配有橡膠套箍的夾片。第七，預應力鋼絞線的拉伸過程包括安裝彈簧和頂部塊，安置千斤頂和千斤頂后的夾片。開始拉伸工作時，油壓計和千斤頂需要每半年檢查一次，如果千斤頂的行程不足，則需要二次拉伸，并測量千斤頂的行程。第八，預應力孔道灌漿。首先，進行灌漿材料混合比例、流動特性和硬度測試。其次，進行灌漿材料的收縮率測試，并儲存水泥和添加劑，對灌漿材料進行攪拌。最后，安裝豎向預應力灌漿存漿斗，要保證灌漿帽安裝正確，如果灌漿帽有漏漿情況，可以使用腳手架頂絲作托盤來固定灌漿帽。

4 后張法預應力鋼筋混凝土關鍵施工技術

本項目采用了后張法預應力技術施工外罐墻體。每一束后張錨都由12 根鋼絞線組成，這些鋼絞線是根據BSEN10138 的標準生產的，規格是10mm×70mm，長度是15.70mm，抗拉強度等級是1860N/mm。預應力筋設計方式包括水平環形和豎直兩種。其中，從上到下的環形預應力筋劃分為50 道，每道兩組。扶壁柱應用于環向水平預應力筋后張錨固。預應力筋縱向分布有36 道，且均勻分布在外罐的墻體內，錨具主要安裝在儲罐的頂部圈梁上。

4.1 預留管道安裝

4.1.1 預留管道材料

選擇Φ80mm×3mm 的金屬波紋管作為水平環向預留管道材質，Φ89.10mm×3mm 的無縫鋼管用于縱向預留管道。

4.1.2 管道連接方法

使用直徑為85mm 的Φ 型波紋管作為水平環形的連接部分，其長度在200～300mm 之間；連接波紋管后，使用密封膠帶進行封閉，以避免在灌注混凝土的過程中，水泥漿流入管道，導致阻塞。采用承插式方式進行縱向管道連接，首先通過擴孔設備擴大鋼管的一端，然后在其接口部位覆蓋塑料保護層，再進行熱壓密封，最后使用Φ12mm 的鋼筋進行穩固。

4.1.3 固定方法

選擇Φ12mm 鋼筋作為水平環向波紋管的固定支架，如圖1 所示。牢固焊接支架與兩側的鋼筋網片，用16#鐵絲緊密捆綁波紋管與支架，使波紋管能夠按照預設的曲線進行定位，形成流暢曲線形狀。鋼筋支架之間的間隔不能超過800mm，如果預埋件與支架發生碰撞，可以適當調整支架位置，在罐壁鋼筋綁扎完成后，需要安裝縱向鋼管，需依照施工縫位置確定長度，并保證與每一次墻體澆筑高度一致。將短鋼筋對接頭套管的上端及中心區域與儲罐墻的主鋼按照“井”字形焊接。

圖1 水平環向波紋管鋼筋支架固定方法

4.1.4 水平環形波紋管安裝

安裝水平環形波紋管的過程中，必須將其頂至接口，以避免波紋管的弧度發生劇烈變化，同時保證水平。在封閉模具前，需要檢查、驗收波紋管，檢查其是否存在破損。而在每一段混凝土澆筑前，需要逐一檢查縱向鋼管的垂直度、位置和固定狀態。安裝波紋管時，需要反復彎曲，以避免管壁破裂。同時，要防止在附近進行火源操作，避免損傷管壁。

4.1.5 壓漿孔設置

在管道中預設壓漿孔，在最高位置設置排氣孔，如有必要，在最低處設置排水孔。在穿束前和混凝土澆筑完成后，需要清潔孔道，并進行通球測試，以確保孔道流暢。在施工期間，需封閉預留管道的兩端孔洞與排氣孔，以阻止水泥漿或其他外來物質侵入。安裝錨座時，4 支螺栓應固定在支撐壁柱錨具模板上，灌漿口則設在錨座頂端。

4.2 鋼絞線穿束

4.2.1 穿束方法

水平環向鋼絞線穿束時，應按照一定順序穿過預埋孔道，在進行縱向鋼絞線穿束時，選用集中穿束的技術。穿束前，使用膠帶包裹預應力筋的末端，降低摩擦力，同時避免損傷波紋管。

4.2.2 預應力束布置

在水平環向上，每一束預應力鋼絞線被劃分為I、Ⅱ、Ⅲ、IV4 個組別。其中，I 和Ⅱ組、Ⅲ和IV組各自位于同一水平面上，并圍繞外罐墻體一圈，然后分別固定在4 根呈90°對稱排列的豎向扶壁柱（B 和D、A 和C）上，如圖2 所示。豎向預應力鋼絞線的兩側分別固定在外罐墻的底部與頂部，在高度方向呈間隔布置。只有當儲罐的外部壁面混凝土達到規定強度時，才可以進行穿束工作。在鋼絞線穿束工作結束后，需保證操作長度及端部能夠被密封保護，以防止水或其他雜質進入孔道。

圖2 水平環向預應力束布置

4.3 預應力張拉

主要通過錨固區將預應力鋼絞線的拉力傳遞到結構中，因此，在進行鋼筋混凝土張拉操作時，必須達到設計標準；如果無法達到設計標準，鋼筋混凝土的強度也不能低于設計中規定的標準混凝土的75%。在進行張拉操作時，需要有統一的指導，并且要遵循張拉順序。在張拉過程中，應從零開始，逐漸增加到初始拉力，首先要測量出拉伸值的初始數值，再根據平穩速度進行分級和分級加載，直至達到最終的張力。當鋼絞線的拉伸力度達到可控制水平時，其張拉速度應維持在2min，根據本工程設計，將其分為50MPa、100MPa、200MPa、300MPa、400MPa、500MPa、570MPa、600MPa 和50bar 張拉階段。完成張拉操作后，應檢驗預應力鋼絞線的伸展情況，實際伸展值與預設伸展值的偏差不應超過±6%。錨桿拉伸部分的內部收縮必須滿足設計要求，對于沒有特殊要求的，應在6～8mm 范圍內。同時，必須認真完成所需的初步記錄。由于預應力鋼絞線的破損與滑移會顯著改變建筑部分的承重能力，因此，應在張拉操作的過程中采取適當的預防措施。后拉預應力破裂與滑動規定為：其范圍應在一個相等的橫截面上，預應力鋼筋的比例必須在3%以下，且僅限于1 根鋼絞線。在張拉操作完成并通過檢查，確認滿足規定的條件下，使用砂輪機完成切割，所需長度應為鋼絞線直徑的1.5 倍，不得低于30mm。本項目使用的鋼絞線直徑是15.7mm，切割長度大于30mm。

4.4 預應力孔道灌漿

（1）后張預應力結構設計過程中，預應力孔道灌漿不僅可以防止鋼筋腐蝕，還可以將預應力鋼筋和混凝土相結合，實現整體應力效應，同時減輕錨桿系統的荷載。（2）必須保證灌漿完全、緊實，完全覆蓋住預應力鋼絲。（3）預應力鋼筋張拉后承受的壓力較大，且對張拉過程中的腐蝕反應極為敏感，因此，必須嚴格遵循設計規定，在28d 內完成預應力混凝土灌漿。（4）使用水泥漿，根據相關標準檢查、配比原材料，水泥漿的水灰比必須保持在0.45 以下（添加減水劑情況下）。為提高混凝土密實度，可以將水灰比調整到0.35～0.38。（5）混凝土澆筑3h 后排出的水分不能超出3%，24h后排出的水分需要被混凝土充分吸收，混凝土的流動速度要保持在10～16s。（6）在進行注漿操作時，必須保證使用的高強度膠管不會破裂，且連接部位需要穩定，絕對不能有任何脫落。（7）為防止水泥漿液冷凍而在孔洞中產生裂縫，灌漿過程中的周邊環境溫度差應保持在±5℃。在周圍氣溫超過35℃時，最好晚上注漿，且保證注漿前的氣溫不超過35℃。（8）每個孔道的灌漿工作都要持續進行，不能有任何中斷，同時要保證空氣流通順暢。（9）為防止壓漿出現問題，需提前準備好發電機，并持續攪拌漿液，若管路阻塞，需立即使用高壓水清潔孔道，再開始壓漿，以確保壓漿均勻、緊實。（10）在漿液填滿孔道并封閉排氣口后，需要繼續施加壓力，直至達到0.5～0.7MPa的穩定壓力，保持1～2min 才可以關閉。

總之，LNG 儲罐工程質量極其關鍵，高質量的預應力外罐工程能夠保證儲罐的安全性，因此，預拉應力施工質量不容忽視。在工程實施前，需要研究并掌握預應力施工的主要控制因素，采用前期籌劃、施工控制和后期總結的方法，嚴格管理施工流程、材料質量及相關技術手段，以保證預應力施工順暢推進，對后續工程實施起到重要的引領作用。