水北沟渡槽预应力施工工艺
水北沟渡槽共四跨,单跨槽身为跨度30m的两孔一联简支多侧墙结构,槽身纵向、横向、竖向三向施加预应力。上部结构为双孔矩形过水断面,尺寸为2×6m×4.6m,底板厚0.4m,侧墙厚0.5m,中墙厚0.6m。槽身结构复杂,施工难度大。目前槽身施工已经完成,结合施工过程介绍一下预应力施工工艺。
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1 波纹管安装
1.1 波纹管安装
在将底网钢筋及侧向钢筋绑扎好后才能够进行波纹管的安装。安装的过程中,应按照设计图纸中每个孔道坐标在模板上标出的断面及矢高控制,坐标尺寸量测的误差保持在±5mm的范围内,波纹管应用定位筋固定在附近钢筋上,同时将其左右位置控制好。
定位筋与附近筋焊接,将波纹管上的定位环(φ6圆钢,间距50mm,弯段加密)与定位筋焊牢,由专人随时用净水冷却焊点,以防高温灼伤波纹管,防止波纹管位置移动。波纹管接头采用专用接头,在搭接处用密封胶带缠紧。安装完波纹管后,根据设计要求对其位置及曲线形状进行检查,以保证波纹管固定牢靠。
1.2 排气孔及灌浆孔布置
①对于一端张拉水平预应力孔道,用φ15mm高压塑料管从固定端锚垫板预留孔口引出作为排气孔,用φ15mm钢管从张拉端锚垫板预留孔引出做为灌浆孔。②对于一端张拉竖向预应力孔道,用φ15mm高压塑料管从张拉端锚垫板预留口引出作为排气孔,从固定端锚垫板预留孔口引出作为灌浆孔。③对于两端张拉部分的预应力孔道,根据施工方便,在一端锚垫板预留孔用φ15mm钢管引出作为灌浆孔,另一端作为排气孔。④排气管要求通至预应力混凝土表面并外露300mm以上,在外端编号并用胶布粘牢,排气管与波纹管之间应用密封胶布缠紧,灌浆管与锚垫板之间用丝扣连接。
2 钢绞线加工及安装
2.1 钢绞线的下料长度 本工程设计为夹片锚具,施工时采用穿心式千斤顶在构件上张拉,钢绞线束的下料长度L按下式计算,以校核设计图纸中下料长度满足施工需要。
L=L0+2L1+L2+L3
式中L0——固定端(或张拉端)至张拉端锚垫板之间的直线或曲线长度
(mm)。L1——锚具长度(mm)。L2——张拉工作长度(mm)。L3——固定端锚板后的钢绞线长度。
2.2 预应力钢绞线的下料与编束钢绞线的下料场地要平整,并搭以长×宽×高为35m×6m×0.5m的工作平台,便于钢绞线的编束工作和存放。平台采用脚手管、脚手板搭设,钢绞线下料长度误差控制在-50~+100mm以内。
钢绞线的下料采用砂轮切割机切割,切割完毕后,将钢绞线理顺,并使各根钢绞线松疏一致。用20#铁丝扎成束,间距1.0m,近张拉端2m以内每隔0.5m一道,标明钢束型号及单根编号,不得扭曲,然后用干净塑料编织袋包裹非固定端,以防穿束过程中破坏波纹管,同时也便于穿束,最后分类存放。所有钢绞线下好料后要覆以塑料布防雨淋生锈。
2.3 张拉端锚垫板安装将锚垫板的颈部套在已经安装就位的波纹管上,两者间的搭接长度应在30cm以上,用密封胶带将搭接处缠紧,并用φ3~4mm铁丝绑扎固定在锚垫板上,将螺旋筋套入后进行安装,锚具安装完成后,将螺旋筋紧贴锚垫板并固定在钢筋上。锚垫板的孔口必须与波纹管中心线垂直,其端面的倾角必须符合设计要求。在端面模板支立好后,用螺栓将锚垫板固定在上面。
2.4 固定端圆P型锚具安装圆P型锚具装配是将固定端的钢绞线穿过锚垫板及锚板的小孔做挤压套、封压板。当张拉端穿束后,将固定端圆P型锚垫板的小孔端套在波纹管上,并将螺纹筋套入圆P型锚具的颈部,装配好的圆P型锚具安装到位,用钢筋架固定在附近的钢筋上。
2.5 穿束穿束过程中防止钢束扭转,注意钢束端的上下标志。穿束完成后,外露部分用干净塑料编织袋套牢缠实,并把钢束与锚垫板之间的空隙堵严,以防孔道进水造成钢绞线生锈影响工程质量。
3 预应力混凝土浇筑
浇筑过程中应对预应力构件密切关注,防止混凝土入仓及振捣过程中对其造成破坏,氺北沟渡槽施工空间非常狭窄,混凝土振捣采用70、50、30插入式振捣器、附着式振捣器和人工辅助振捣,确保波纹管及锚具周围振捣密实。
4 预应力张拉
4.1 张拉前准备①混凝土结构的强度达到设计强度的80%时,并提交同期混凝土试块的强度报告。②对千斤顶及油表进行配套校验,其压力表的精度在±2%范围内。③张拉前应清理基面及钢绞线表面,并检查锚垫板后面及波纹管边缘处有无空鼓现象,如有空鼓现象应及时修补,待修补混凝土的强度达到设计强度的80%后,才能允许张拉。④汇同专业人员进行试张拉,确定合理工艺,试张拉过程正常,才可进行张拉。⑤孔道摩阻试验。正式张拉前进行孔道摩阻试验,测定实际摩擦系数μ和偏摆系数K值,以确定实际张拉参数,校核伸长量。
4.2 预应力钢束张拉
4.2.1 张拉设备的定位安装。渡槽单跨槽身长30m,槽身两端各留出530mm后浇带,张拉空间仅剩1100mm(含分缝40mm),张拉工具应首选短小精悍的穿心内卡式千斤顶。将工作锚板套在钢绞线上,并将一层薄薄的黄油抹在锚板锥孔内,以方便进行锥孔内工作夹片的安装,注意使夹片均匀打紧并外露一致;将相应的限位板套在千斤顶端头,进行千斤顶及工具锚板的安装,工具锚夹片要被安装在锚板锥孔内,并在锥孔内表面和夹片表面涂上蜡质润滑剂(约1mm厚),使得夹片在张拉完毕后能自动松开。
4.2.2 预应力钢束的设计张拉力及张拉步骤。①预应力钢束设计张拉力,按下式计算:Pj=σcon·Ap。式中σcon—预应力钢束设计张拉控制应力值。σcon=0.7×fPtk=1302Mpa(fPtk为本工程选用的Φj15.2预应力钢绞线的标准强度)。Ap—束预应力筋的截面面积。②预应力钢束的张拉步骤。分三步张拉:第一步:应力由0→15%σcon;第二步:应力由15%→30%σcon,再由30%→60%σcon;第三步:应力由60%→103%σcon。③张拉顺序为纵、横、竖分布总循环,钢束张拉按同步、对称、同时张拉的原则。④张拉中,每根钢束滑丝或断丝不应超过一根,且其总量不得超过一根纵梁某一截面钢丝总数的1%。⑤钢束伸长量 预应力张拉采用双控,应力控制即由压力表读数控制;伸长值控制按张拉过程实测伸长值与理论伸长值比较,预应力钢束张拉伸长量的测定值与图中给定值相比误差不得超过±6%,否则应停止张拉,并查明原因。
4.3 锚固完成预应力张拉后,将送油油路截止阀松开,因预应力筋回缩张拉活塞回程若干毫米,工作锚片将预应力筋锚固好。将回油油路截止阀关闭,向回程油缸送油,活塞慢慢回程到底。将工具夹片,工具锚板,张拉千斤顶、限位板按顺序取下。在距工作夹片30mm处切除多余的预应力筋,接着进行保护照的安装,用螺栓固定在锚垫板上,通过保护罩的预留孔灌微膨胀水泥砂浆,密封锚具,以做好灌浆准备。
4.4 孔道灌浆在往张拉孔道内灌浆时,一般应在预应力筋张拉后24小时内进行。如有特殊情况不能及时进行,应采取保护措施保证锚固装置及钢绞线不被锈蚀,以防滑丝。
5 封锚
压浆完成后将锚头周边冲洗干净并安装锚具保护罩装置。张拉端槽身截面的混凝土凿毛,即可进入封锚阶段。对于浅埋式张拉端(指横向及竖向预应力钢束),在封锚前按上述要求完成后,将面层钢筋复原,浇筑二期同等的微膨胀混凝土。
6 支撑拆除
在孔道水泥浆取样试验达到80%设计强度后方可拆除。
7 结束语
水北沟渡槽项目工艺复杂,技术含量高,施工难度大,其中预应力施工尤为突出。虽然在本项目施工过程中,各项技术指标基本符合设计要求,但对于水利行业来说,预应力施工技术应用较少,从业人员的理论知识和施工经验相对不是特别丰富,所以还需要我们不断地学习和总结。
参考文献:
[1]曹世宏,景书达,牛桂林,袁浩,李雪英.河北水利水电勘测设计研究院的《水北沟渡槽工程施工技术要求》.
[2]JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].人民交通出版社,2000.
[3]DL/T5144-2001,水工混凝土施工规范[S].中国电力出版社,2001.
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