韋潔，熊佳雯，莫德榮

（1.柳州歐維姆工程有限公司，廣西 柳州 545006；2.廣西建工第五建筑工程集團有限公司，廣西 柳州 545001）

0 引言

在我國近30年的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)以其優(yōu)越的加固性能及力學性能得以廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑及交通運輸建筑領(lǐng)域。朱文兵［1］研究了特種結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土與普通混凝土，列舉特種結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土的諸多優(yōu)點及其廣泛的應(yīng)用前景，例如預(yù)應(yīng)力空心樓板、門形屋面板，預(yù)應(yīng)力屋面大梁、屋架、吊車梁，預(yù)應(yīng)力橋梁、鐵路軌枕等。在水工建筑中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)已用于修建碼頭、棧橋、樁、閘門、調(diào)度室、壓力水管、渡槽、圓形水池、工作橋、公路橋、水電站廠房的屋面梁及吊車梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力技術(shù)還可用于加固大壩、襯砌隧洞等，成就了諸多重點工程。楊宗放等［2］綜述水池、水塔、筒倉、安全殼、電視塔等特種結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的環(huán)向和豎向預(yù)應(yīng)力技術(shù)，分析預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用于這些結(jié)構(gòu)中帶來的經(jīng)濟效益，并提出一些開發(fā)與推廣高效預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的建議。隨著近年來國家能源儲備戰(zhàn)略的實施，一大批風電、核電、LNG（液化天然氣）儲罐等新特項目投入建造，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些領(lǐng)域中也經(jīng)歷了從起步到不斷完善的過程。溫朝臣等［3］研究LNG工程超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系的設(shè)計和施工要點，提出超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系設(shè)計及施工中各個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵控制點，為后續(xù)同類型的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計及施工提供參考。預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為影響特種結(jié)構(gòu)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)值得深入研究，如優(yōu)化其設(shè)計思路，規(guī)范其施工方法，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。

預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為預(yù)應(yīng)力技術(shù)的完美產(chǎn)品，融合了鋼材高強度的特性和線材的柔性，既可以獨立使用，又可以集束構(gòu)成一個受力系統(tǒng)，其優(yōu)異的性能造就了多種應(yīng)用形式。鋼絞線預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)契合了LNG儲罐混凝土外罐的結(jié)構(gòu)特點，主要有水平“C”形預(yù)應(yīng)力、豎向“I”形預(yù)應(yīng)力、豎向“U”形預(yù)應(yīng)力3種代表性的結(jié)構(gòu)形式，統(tǒng)稱為異形預(yù)應(yīng)力。本文以該類異形預(yù)應(yīng)力技術(shù)在LNG儲罐工程中的應(yīng)用為例展開論述。3類預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的施工工序主要有穿束、張拉、灌漿3個環(huán)節(jié)，其中不同類型的預(yù)應(yīng)力張拉及灌漿工藝大同小異，但不同的構(gòu)造形式卻形成獨特的穿束施工方法，本文主要描述這3類預(yù)應(yīng)力的穿束施工方法。

1 3類預(yù)應(yīng)力穿束的施工工藝

1.1 水平“C”形預(yù)應(yīng)力穿束工藝

1.1.1 施工步驟

“C”形預(yù)應(yīng)力即沿罐壁水平向半圓形布置的預(yù)應(yīng)力束，其主要施工步驟如下。

（1）將穿束機固定于操作平臺上，穿束方式為單根推送。

（2）用塔吊將裝有鋼絞線的放線架吊至合理工作點（儲罐上半?yún)^(qū)穿束時放至罐頂水平面，下半?yún)^(qū)穿束時放至地面），將HDPE（高密度聚乙烯）制成的導(dǎo)向管設(shè)置在穿束機兩端，一端至孔道入口，另一端至放線架，導(dǎo)向管必須固定好。

（3）鋼絞線端頭從盤內(nèi)抽出穿入導(dǎo)向管和穿束機，通過導(dǎo)向管后套上穿束帽，然后進入波紋管；開動穿束機把鋼絞線推入孔道，當出口端伸出的長度達到設(shè)計值時停止穿束，穿束端預(yù)留張拉工作需要的長度，切斷鋼絞線。

（4）重復(fù)上述操作，直至整束鋼絞線穿束完成，安裝完孔道兩端的錨夾具后轉(zhuǎn)移至下一個待穿孔道口進行穿束?！癈”形預(yù)應(yīng)力施工工藝圖如圖1所示。

圖1 “C”形預(yù)應(yīng)力施工工藝圖

1.1.2 施工要點

（1）在孔道預(yù)埋階段需采取可靠的定位措施，按設(shè)計要求嚴格控制孔道的線型，否則孔道的變形和位移可能會引起摩阻增大。在罐壁混凝土澆筑階段，應(yīng)注意保護波紋管孔道不受碰撞或擠壓，做好孔道內(nèi)的通球檢查試驗，防止水泥漿滲入孔道造成孔道堵塞，導(dǎo)致后期預(yù)應(yīng)力束無法穿過孔道。

（2）鋼絞線端頭必須安裝穿束帽，穿束帽可起導(dǎo)向和保護的作用，防止鋼絞線端頭頂撞孔道壁而產(chǎn)生散頭。

（3）鋼絞線的剛度有限，為保證鋼絞線能推送入孔道，穿束機應(yīng)布置于孔道口附近且穿束角度應(yīng)對著孔道軸線延伸的方向。

（4）隨著孔道內(nèi)逐根穿入的鋼絞線越來越多，后穿的鋼絞線有時在孔道內(nèi)很難前進，此時可采取后退再前進的方式反復(fù)試穿，或者從另一端孔道口穿入，亦可采取在鋼絞線表面涂抹減阻劑的方法使鋼絞線順利穿過孔道。

（5）料盤所剩鋼絞線不多時，應(yīng)降低穿束速度，注意防止鋼絞線尾端彈出傷人。

1.2 豎向“I”形預(yù)應(yīng)力穿束工藝

1.2.1 施工步驟

“I”形預(yù)應(yīng)力即沿罐壁豎向直線布置的預(yù)應(yīng)力束，其主要施工步驟如下。

（1）將穿束機固定于罐頂，穿束方式為從罐頂單根往下穿束。

（2）從放線架內(nèi)抽出鋼絞線端頭穿過穿束機及引導(dǎo)裝置，將穿束帽套在鋼絞線頭上后開始穿束。

（3）在孔道下端出口處穿束限位箱體，限位箱體上留有觀察孔，當觀察到鋼絞線抵達限位箱體時即停機，上端預(yù)留足夠的張拉工作長度后切斷鋼絞線。

（4）重復(fù)上述操作，直至孔道內(nèi)所需鋼絞線穿束完成，安裝好上端錨夾具后拆除限位箱體，將底端錨具推至錨墊板并安裝好夾片?！癐”形預(yù)應(yīng)力施工工藝圖如圖2所示。

圖2 “I”形預(yù)應(yīng)力施工工藝圖

1.2.2 施工要點

（1）在孔道預(yù)埋階段需采取可靠的定位措施，并且做好孔道內(nèi)的通球檢查試驗，防止水泥漿滲入孔道造成孔道堵塞。

（2）鋼絞線端頭必須安裝穿束帽，防止鋼絞線端頭頂撞孔道壁而產(chǎn)生散頭。

（3）鋼絞線必須經(jīng)過90°的彎曲才能進入孔道，而鋼絞線具有一定的剛度，為保證鋼絞線能平順地進入孔道，穿束機的位置與孔道口應(yīng)有一定的距離，以滿足彎曲半徑的要求。

（4）由于無法準確判斷鋼絞線在孔道內(nèi)下放的速度和位置，因此應(yīng)通過穿束機控制鋼絞線勻速下放，在鋼絞線快到達底部時提前減速下放，防止速度過快沖擊箱體底部，導(dǎo)致鋼絞線端頭損壞。

（5）斷料前在孔道底部觀察確認鋼絞線是否抵達底部。

（6）料盤所剩鋼絞線不多時應(yīng)降低穿束速度，防止鋼絞線尾端彈出傷人。

1.3 豎向“U”形預(yù)應(yīng)力穿束工藝

1.3.1 施工步驟

“U”形預(yù)應(yīng)力即沿罐壁豎向“U”形布置的預(yù)應(yīng)力束，其主要施工步驟如下。

（1）將拉線機及支架等導(dǎo)向裝置布置于罐頂預(yù)埋管口位置，穿束方式為采用拉線機整束牽引。

（2）編束制索，用塔吊將鋼鉸線吊上罐頂水平面并放置于合理的工作距離點，穿束鋼絞線放線架，把鋼絞線端頭從放線架內(nèi)抽出，根據(jù)設(shè)計長度下好料。將所有的鋼絞線編束后與1個牽引頭連接在一起，以備穿束時整體拉入。

（3）將牽引鋼絲繩穿入預(yù)應(yīng)力管道直至與另一端的編束牽引頭連接在一起，牽引鋼絲繩的尾端則與拉線機連接在一起。為減少牽引過程對鋼束的損傷以及避免牽引至最后鋼束因其自重而突然滑落至預(yù)應(yīng)力管道中，在鋼束牽引過程中還需塔吊或吊車輔助將鋼束抬起。

（4）待所有準備工作完成后，拉線機緩慢啟動，當鋼束向前移動1m左右時停止牽引，檢查各個連接點的連接情況，若一切正常即可在低速狀態(tài)下繼續(xù)牽引穿束，輔助吊機則跟著拉線機的速度平穩(wěn)地將鋼束往前送，直至鋼束穿出預(yù)應(yīng)力管道端口且兩端鋼絞線長度符合設(shè)計要求時停止穿束，拆開連接部件，將孔道兩端的錨夾具裝上，完成整體穿束。“U”形預(yù)應(yīng)力施工工藝圖如圖3所示。

圖3 “U”形預(yù)應(yīng)力施工工藝圖

1.3.2 施工要點

（1）在孔道預(yù)埋階段需采取可靠的定位措施，并且做好孔道內(nèi)的通球檢查試驗，防止水泥漿滲入孔道造成孔道堵塞。

（2）整束牽引需要預(yù)先下料、編束、制索，鋼絞線的下料長度應(yīng)根據(jù)孔道長度及工作長度精確計算。

（3）穿束前需要采用專用的穿線裝置引導(dǎo)拉線機的鋼絲繩穿過孔道。

（4）需要制作專用的牽引頭連接鋼絲繩與鋼絞線束，可采用鐓頭連接的方式制作牽引頭，牽引頭的直徑應(yīng)盡可能地小，以便順利引導(dǎo)鋼絞線束穿過孔道。

（5）鋼絞線必須經(jīng)過90°的彎曲才能進入孔道，因此應(yīng)在孔道口布置調(diào)偏裝置，以滿足鋼絞線束彎曲半徑的要求。

（6）在牽引過程中應(yīng)采用吊機連接鋼絞線束尾端，控制鋼絞線束進入孔道的速度，避免鋼絞線束在重力作用下突然掉落而引起安全事故。

2 3類異形預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的優(yōu)點和缺點及改進方向

目前新特工程應(yīng)用中最具代表性的3類異形預(yù)應(yīng)力體系的應(yīng)用特點分析詳見表1。

表1 3類異形預(yù)應(yīng)力特點分析表

從表1中的分析可以看出，鋼絞線束預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)具有廣泛的適用性，其不同的布置形式構(gòu)成了多樣的異形預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，各種類型的預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)既有共性又有特性，最主要的施工方法有單根穿束和整束穿束2種，根據(jù)具體的布置形式需要采取針對性的措施。表1列舉了3種具有代表性的異形預(yù)應(yīng)力的施工方法，分析其不同的適用條件及優(yōu)缺點，提出了后續(xù)的改進方向，這些改進有利于提高施工效率，保證施工質(zhì)量，降低施工成本。

3 異形預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在新特工程中的發(fā)展方向

新特工程顧名思義為新型、特殊的工程類型，故“新型”、“特殊”是該類工程最主要的兩大特點。例如，LNG儲罐要儲存液化天然氣，其工作狀態(tài)為高壓、低溫，有時溫度甚至可達到-165℃，故LNG混凝土外罐建設(shè)的安全性要求及工程質(zhì)量標準非常高，常規(guī)的預(yù)應(yīng)力錨固體系不能滿足其超低溫狀態(tài)下的各項工作性能指標要求，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計常需要用到滿足相應(yīng)標注要求的超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系。同時，超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系的施工質(zhì)量是LNG外罐工程質(zhì)量達到設(shè)計標準要求的保障，因而需嚴格執(zhí)行各項施工要求，保證施工質(zhì)量［3］。

新的工程類型的結(jié)構(gòu)體系和施工方法必然存在試行—應(yīng)用—改進—完善的過程，異形預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)發(fā)展至今已形成一些主流方法，然而這些方法還存在諸多施工難點，需要廣大工程技術(shù)人員持續(xù)研究，解決施工難題，創(chuàng)新施工方法，形成標準化的施工工藝。同時，通過總結(jié)分析，從工程實踐發(fā)現(xiàn)的問題或得到的啟發(fā)反推出結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展方向和應(yīng)用的新思路。

新特工程作為特殊用途的工程實體，其施工質(zhì)量的重要性顯而易見。異型預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)作為結(jié)構(gòu)中最重要的受力部件，其施工環(huán)節(jié)中的每一個細節(jié)都值得仔細研究和嚴格把控，有必要形成一套專用的施工規(guī)范和驗收標準。同時，為盡可能地降低人為控制帶來的誤差，諸如智能化操作系統(tǒng)、可視化監(jiān)控系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)等高新技術(shù)手段在該類工程中的應(yīng)用也值得深入研究和推廣。

4 結(jié)語

本文提出了LNG儲罐工程中水平“C”形、豎向“I”形、豎向“U”形3類異形預(yù)應(yīng)力的穿束施工方法，著重介紹不同方法的優(yōu)點和缺點及適用條件，這類預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于LNG儲罐工程，對其施工技術(shù)的研究分析與總結(jié)提升也為異型預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的拓展應(yīng)用提供了技術(shù)保障，對開發(fā)異型預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)新的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的促進作用。同時，本文探討異型預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在新特工程中的應(yīng)用狀況，提出目前施工技術(shù)的一些改進思路及發(fā)展方向，有利于該領(lǐng)域施工技術(shù)的系統(tǒng)性提高和標準化，對同類型工程的施工具有重要參考價值。