晉 健

(遼寧省大伙房水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司，遼寧 撫順 113007)

0 引 言

由于運(yùn)行可靠性好、施工便捷性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力襯砌結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)抗裂性能要求高、地質(zhì)條件較差及圍巖厚度較薄的輸水隧洞工程中被廣泛的應(yīng)用，輸水隧洞襯砌環(huán)錨預(yù)應(yīng)力施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是張拉施工技術(shù)和鋼絞線錨固體系的固定、夾持，該過(guò)程直接決定著輸水隧洞的安全運(yùn)行[1-3]。目前，夾片自鎖的傳統(tǒng)張拉施工為錨索一次張拉的常用技術(shù)，錨固回縮量在張拉過(guò)程中不易控制且往往較大，并由此導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力的損失。環(huán)錨錨索預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大不僅影響著結(jié)構(gòu)的耐久性和可靠性，而且將消弱錨索的加固效果影響隧洞襯砌的整體承載力，在解決錨固回縮量大的問(wèn)題時(shí)環(huán)錨錨索二次張拉技術(shù)具有明顯的成效[4]。因此，文章以遼寧省某輸水工程的襯砌結(jié)構(gòu)為例，對(duì)環(huán)錨錨索的二次張拉預(yù)應(yīng)力施工從設(shè)備選擇、工藝流程、技術(shù)要點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，可為環(huán)形預(yù)應(yīng)力錨索的推廣和應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。

1 錨固體系張拉施工設(shè)備選擇

1.1 錨固體系結(jié)構(gòu)原理

環(huán)錨錨索二次張拉的預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)主要由固定端墊板、固定端螺旋筋、約束圈、固定端P型錨具、錨索、波紋管、進(jìn)漿鋼管、張拉端墊板、張拉端螺旋筋和張拉端二次張拉錨具等部件構(gòu)成。承力架構(gòu)由混凝土結(jié)構(gòu)、固定端與張拉端墊板組件等構(gòu)成，而張拉錨索的固定主要由固定端P型錨具實(shí)現(xiàn)。沿軸向布置于工作錨板上的圓錐孔，將夾片座套設(shè)置在孔內(nèi)側(cè)，通過(guò)旋接將支承螺母的內(nèi)周螺紋與錨板的外周螺紋連接。第一次張拉完成后，將錨索及錨板在第二次張拉時(shí)整體拉起離開墊板，在達(dá)到設(shè)計(jì)荷載的同時(shí)確保支承螺母處于擰緊狀態(tài)，其中以墊板作為錨板支承，然后回頂工作夾片和放張錨固，從而提高預(yù)應(yīng)力錨索的錨固效率和消除一次張拉中的回縮損失[5-7]。

1.2 錨固體系張拉施工設(shè)備

張拉千斤頂、固定端P型錨具及二次張拉錨具為環(huán)錨錨索二次張拉錨固體系的施工設(shè)備，各設(shè)備的組成和特性如下：

1)二次張拉錨具。螺旋筋、墊板、夾片、錨板、支承螺母為組成二次張拉錨具的主要部分，壓漿孔設(shè)置于墊板平面內(nèi)，孔上設(shè)置螺旋紋，波紋管外徑與壓漿孔直徑相匹配，從而保證漿液在壓漿孔中的暢通。

2)固定端P型錨具。擠壓錨、鋼絞線、螺旋筋、固定錨板、出漿管、約束圈和波紋管等為構(gòu)成固定端P型錨具的部件，采用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼作為固定端P型錨具的擠壓錨，固定錨板為Q235鋼板，厚度大于18mm。

3)特性分析。二次張拉錨具的放張回縮值λ≤1mm，當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失值是由錨固內(nèi)縮量引起時(shí)，放張回縮值λ值建議取1mm；破段總應(yīng)變?chǔ)臕應(yīng)≥2%，錨固效率系數(shù)ηA≥95%。二次張拉錨具在具備優(yōu)良的靜力錨固性能和放張預(yù)應(yīng)力錨索性能的同時(shí)，還要滿足補(bǔ)張拉、分級(jí)張拉一級(jí)Ⅰ類錨具的技術(shù)要求，同時(shí)滿足50次循環(huán)周期荷載試驗(yàn)和200萬(wàn)次循環(huán)的疲勞性能試驗(yàn)。采用張拉連接配置和專用千斤頂?shù)亩螐埨?，為?shí)現(xiàn)放張錨固、張拉、錨索預(yù)緊的目標(biāo)張拉千斤頂要配合張拉油泵，另外張拉千斤頂還要滿足安裝與操作簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定等要求[8]。

2 環(huán)錨錨索二次張拉施工技術(shù)流程

2.1 預(yù)應(yīng)力錨索的制作與安裝

錨索張拉施工的準(zhǔn)備工作有：采用卷?yè)P(yáng)機(jī)及鋼絲繩將下料編束完成后的預(yù)應(yīng)力錨索牽引穿束，然后澆筑混凝土并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，將張拉所需的機(jī)具設(shè)備材料，如油泵、千斤頂?shù)壤没⌒五^索張拉臺(tái)車安裝就位，由此可開始施工[9]。

按照如下流程安裝預(yù)應(yīng)力管道及錨索：①預(yù)應(yīng)力錨索的下料長(zhǎng)度根據(jù)錨索外露長(zhǎng)度、張拉千斤頂工作段長(zhǎng)度、錨索固定端長(zhǎng)度、錨具結(jié)構(gòu)尺寸及輸水隧洞襯砌混凝土孔道長(zhǎng)度等計(jì)算確定，對(duì)錨索按設(shè)計(jì)下料長(zhǎng)度機(jī)械切割。②然后將擠壓錨設(shè)置在錨固段，錨具擠壓錨內(nèi)應(yīng)保證長(zhǎng)度超過(guò)90%的彈簧。導(dǎo)向帽、隔離環(huán)分別安裝在錨固段頭部和錨索張拉端，波紋管內(nèi)穿梭錨索。③注漿管和塑料波紋管分別安置在預(yù)應(yīng)力錨索索體的中部、錨索張拉段，為保證孔道位置在混凝土澆筑振搗過(guò)程中不發(fā)生改變，應(yīng)按設(shè)計(jì)坐標(biāo)嚴(yán)格布置塑料波紋管。④在螺旋筋的安裝固定過(guò)程中，對(duì)固定端的墊板按設(shè)計(jì)坐標(biāo)應(yīng)用鋼筋搭橋進(jìn)行固定、支承定位。

2.2 環(huán)錨錨索二次張拉施工

在達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后拆除混凝土臨時(shí)防護(hù)，開始張拉施工。張拉施工以錨索伸長(zhǎng)值校核為輔，以應(yīng)力控制為主，另外錨索實(shí)際測(cè)量與理論計(jì)算的伸長(zhǎng)值誤差在第一、二次張拉放張完成后應(yīng)不超過(guò)±6%、±10%，若不滿足該條件應(yīng)立即終止張拉，待分析原因并提出有效的解決方案，而后方可張拉。

2.2.1 第一次張拉施工

1)預(yù)應(yīng)力錨索的張拉要求按照二次張拉伸長(zhǎng)量值要求、二次張拉錨具錨固回所致、結(jié)構(gòu)橫截面積、控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力錨索的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)確定，張拉力大小的控制選用標(biāo)定后的油壓表。

2)安裝工具錨、配套前景定、限位板、工作夾片及二次張拉錨具。在二次張拉錨具安裝之前應(yīng)確保夾片表面及錨板上錐形孔的清潔，可將少量的潤(rùn)滑劑涂抹在工作夾片上，從而確保工具錨的順利拆卸。從配套千斤頂、限位板、工作錨中間將曲線預(yù)應(yīng)力錨索穿過(guò)，并使作用線和中心點(diǎn)切線保持一致。工作錨板自約束部套上，并將其移動(dòng)至弧形墊板止槽正中處固定，根據(jù)錨板尺寸設(shè)計(jì)限位板，緊靠安裝錨具。前端工作錨的孔位應(yīng)與錨板上的孔位排列位置保持一致，并將其安裝支承止口上。

3)根據(jù)0→0.1σcon→0.2σcon→1.03σcon→放張錨固的施加流程進(jìn)行第一次張拉施工，其中鋼絞線的控制應(yīng)力為σcon。由于墊板與支承螺母之間存在一定的間隙，所以此過(guò)程支承螺母不受力的作用。除去工具夾片在錨索張拉至0.1σcon與1.03σcon時(shí)外露差值的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值即為第一次張拉施工的伸長(zhǎng)量。

2.2.2 第二次張拉施工

1)第一次張拉完成后2-16h內(nèi)進(jìn)行第二次張拉施工，清理張拉槽口內(nèi)雜物及安裝配套千斤頂、張拉桿連接螺母、張拉支架、長(zhǎng)拉桿和張拉連接套等為第二次張拉施工前的準(zhǔn)備工作。

2)根據(jù)0→0.5σcon→1.03σcon→旋緊支承螺母→放張錨固的施加程序進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的第二次張拉施工，為確保墊板與支承螺母的無(wú)間隙貼近應(yīng)擰緊支承螺母放張錨固。

3)理論計(jì)算確定的錨索伸長(zhǎng)值和第二次張拉放張后的實(shí)測(cè)值之間的誤差應(yīng)不超過(guò)±10%，否則應(yīng)重新張拉直至滿足工程要求。

在保證張拉控制應(yīng)力穩(wěn)定的條件下進(jìn)行錨固施工，內(nèi)縮量限值在第一、二次張拉施工錨固階段分別為6mm和1mm。

2.3 孔道壓漿封錨

1)張拉錨索完工后應(yīng)，要盡早的對(duì)孔道壓漿。在壓漿過(guò)程中漿液從最低點(diǎn)的曲線孔道口壓入，為保持排氣管和進(jìn)漿管的暢通將壓漿產(chǎn)生的水、氣由最高點(diǎn)排氣孔排出。

2)在壓漿施工前用專門的管卡或接頭扎緊固定端P型進(jìn)漿鋼管與進(jìn)漿連接管的接口部位，將開關(guān)或止回閥門設(shè)置在進(jìn)漿管內(nèi)。采用波紋管連接固定端P型錨具系統(tǒng)的約束圈與張拉端墊板錐孔，為防止波紋管與張拉端墊板錐孔連接處水泥砂漿的滲入，還要用膠帶紙對(duì)連接處做密封處理，同時(shí)用水泥砂漿嚴(yán)實(shí)封堵固定端波紋管管口，從而防止灌漿進(jìn)入管道。

3)壓漿穩(wěn)定后關(guān)閉進(jìn)漿管道內(nèi)的開關(guān)，對(duì)壓漿機(jī)管道給予拆除。在達(dá)到30min的初凝時(shí)間后，將進(jìn)漿管道內(nèi)的附件和開關(guān)拆除。壓漿完工和錨具冷卻后，對(duì)錨具外露的多余錨索利用砂輪鋸切割[10]。

4)第一、二次張拉預(yù)應(yīng)力施加完畢后要連接錨具與輸水隧洞襯砌混凝土，一般是將構(gòu)造鋼筋設(shè)置在錨具周圍。選用可靠的防銹防水措施對(duì)需要封錨的錨具、錨索進(jìn)行處理，同時(shí)確保錨具周圍的干凈，對(duì)錨固段混凝土鑿毛處理后設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，從而提高結(jié)構(gòu)的整體可靠性。

2.4 施工技術(shù)要點(diǎn)

1)對(duì)管道和預(yù)應(yīng)力錨索的坐標(biāo)位置嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行放樣定位，確保錨索和預(yù)應(yīng)力管道的準(zhǔn)確定位，并保證管道不存在接頭松動(dòng)、破損、堵塞等現(xiàn)象，若存在問(wèn)題應(yīng)及時(shí)采取有效的不久措施。

2)剔除由于鋼廠剪切造成的錨索兩端扁頭及表面存在明顯缺陷或凹坑的錨索段，保證錨索表面干凈清潔。在電焊作業(yè)時(shí)應(yīng)對(duì)錨索和波紋管采取相應(yīng)的防護(hù)措施，嚴(yán)禁在錨索及其管道附近進(jìn)行氧割和電焊火花，由此降低錨索強(qiáng)度并影響張拉施工質(zhì)量。

3)二次張拉環(huán)錨錨索過(guò)程中應(yīng)采用配套的張拉連接其，預(yù)應(yīng)力損失值受張拉時(shí)螺母旋緊程度的影響較大。另外，在張拉前還要清理張拉槽口內(nèi)的雜物確保干凈清潔，否則在強(qiáng)大的壓力作用下預(yù)埋墊板與螺母之間殘留的雜物被壓縮，從而導(dǎo)致接縫壓縮和回縮值的增大。在第一次張拉施工時(shí)為防止預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大和受力不均勻，應(yīng)保證支承螺母在第一次張拉后為擰起狀態(tài)，在該條件下張拉端墊板與工作錨板密實(shí)緊貼。第二次張拉時(shí)整體將預(yù)應(yīng)力錨索與工作錨板拉起，為了使張拉端墊板處于密實(shí)緊貼狀態(tài)須擰緊支承螺母。

4)在張拉基座處通過(guò)張拉千斤頂和張拉錨具完成環(huán)錨錨索的二次張拉施工。在二次張拉過(guò)程中若錨墊板安裝存在偏差，則錨索受力狀態(tài)發(fā)生扭曲，由此很容易引起測(cè)量數(shù)據(jù)存在偏差，甚至?xí)?dǎo)致錨索的斷裂等問(wèn)題。為解決以上問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整張拉支座傾角使其與錨墊板傾角保持一致，再按照相應(yīng)的工序施工。在錨墊板較小的條件下該方法的實(shí)施存在較大的困難，此時(shí)可將錨墊板定位鋼筋設(shè)置在曲線預(yù)應(yīng)力錨索墊板處，然后在定位鋼筋上點(diǎn)焊錨墊板，從而保證錨墊板位置在混凝土澆筑時(shí)不產(chǎn)生傾斜。

3 結(jié) 論

1)在減少錨索鎖定和張拉過(guò)程中產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失方面環(huán)錨錨索二次張拉施工技術(shù)具有明顯的效應(yīng)。將環(huán)錨錨索張拉施工技術(shù)應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力襯砌結(jié)構(gòu)中時(shí)，應(yīng)對(duì)進(jìn)漿管道、二次張拉錨具、預(yù)應(yīng)力錨索和固定端P型錨具嚴(yán)格按照二次張拉施工技術(shù)相關(guān)規(guī)范操作；另外，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行孔道壓漿封錨前的驗(yàn)收要求和二次張拉施工工序控制相關(guān)要求，從而提高環(huán)錨預(yù)應(yīng)力錨索在輸水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)中的有效利用率，保證有效的預(yù)應(yīng)力。

2)研究成果可為圓筒型混凝土結(jié)構(gòu)和輸水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的環(huán)錨錨索二次張拉施工提供一定參考和指導(dǎo)作用，為環(huán)形錨索施工的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。