龙滩水电站坝顶公路桥曲线锚索张拉伸长值计算

李 翼，周小波，尹习双，肖延亮

(1.四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072;中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 前 言

广西龙滩水电站大坝系碾压混凝土重力坝。其泄洪建筑物布置在河床坝段，由7个表孔和2个底孔组成。每个表孔顶部公路交通桥由5榀预制梁组成，每榀预制梁设计车辆荷载按照汽车20级、挂车100取值。设计主要结构尺寸:跨径15m，斜度0°，计算跨径15.7m，预制交通桥长16.36m，预制桥宽1.24m(中梁)/1.36m(边梁)，高度为0.75m，采用现浇C40混凝土预制。桥面铺装10cm现浇混凝土和5cm沥青混凝土。

公路交通桥每榀预制梁设计4束预应力锚索，锚索采用ASTM A416－98高强低松弛强度等级1860MPa钢绞线，每束采用φ15j(7φj15.2)钢绞线，设计张拉控制力为890kN，按设计要求进行超张拉。每束锚索采用OVM.M15系列锚具用于锚固φ15.2钢绞线，配套千斤顶为YDC240QX－200型。预应力孔道采用预埋66mm(跨中)金属波纹管，靠近锚固端350mm范围孔道直径由66mm渐扩展至97mm。现场采用“后张法”一端张拉锚索的施工工艺。

在准备施工之前，计算并反复校核了曲线锚索张拉时的理论伸长值，以便现场张拉时能够快捷、高效地对锚索张拉的实际伸长值进行校核，以确保张拉应力达到设计锚索张拉应力。

2 预应力锚索张拉伸长值的理论计算公式

根据JTJ041－2000《公路桥涵施工技术规范》第12．8．3项和《路桥施工计算手册》第 2．3．2 项，“对多曲线或直线段和曲线段组成的曲线筋的张拉伸长值应分段进行计算，然后再进行叠加。在计算过程中应将每段两端扣除孔道摩阻损失后的张拉力，再按照精确法计算每段张拉伸长值，最后进行全叠加。”

(1)钢绞线张拉时的理论伸长值ΔL计算公式:

(2)参照《公路桥涵施工技术规范》附录G－8，预应力筋平均张拉力P平均的计算公式如下:

(3)孔道摩阻损失后的张拉力计算公式:

在计算张拉端总张拉力P0时扣除孔道摩阻损失后即可求出下一计算截面段的张拉力P，从而可了解各计算段张拉力受到摩阻损失后递减的规律，便于掌握运用计算公式。

3 预应力钢绞线伸长值的计算

本工程溢流坝段坝顶预应力锚索是由较典型的直线段和曲线段组成的曲线锚索，现结合公路桥涵规范、手册的计算公式，介绍计算过程。

每榀交通桥预制梁设计4束预应力锚索(2种规格)，本次仅对其中一种规格锚索(见图1)的伸长值进行计算分析。预应力筋采用7φj15.2钢绞线，设计张拉力为890kN，Ay=6×14.51(mm2)，Eg=195GPa，孔道采用金属波纹管成型，μ=0.25，K=0.001 5，钢束折点弯起角为12°，在一端张拉施工，根据设计要求，采用分级张拉，步骤如下:

0→0.25σcon→0.5σcon→0.75σcon→1.0σcon→1.05σcon(每级张拉吨位持荷时间为5min，稳压时间为5min)，在孔道注浆前如钢绞线预应力损失超过10%应在另一端进行补偿张拉。

图1 曲线锚束示意

(1)图1所示的预应力筋由直线段AB、曲线段BC、直线段CD、曲线段DE和直线段EF组成，其在各级张拉下的理论伸长值计算如下:

①张拉应力为 0.25σcon，即 0.25×890=223(kN)。计算的各段张拉力(考虑扣除孔道摩阻损失后)参数见表1，各计算段平均张拉力计算和各段钢绞线张拉理论伸长值计算参数见表2。

表1 各段张拉力(P0张拉端力、P终点力)的计算

表2 各段平均张拉力(P平均)和理论伸长值(△L)的计算

②按照上述计算方法类推张拉应力为0.5σcon时，△L=42.69mm;张拉应力为0.75σcon时，△L=64.09mm;张拉应力为 1.0σcon时，△L=85.40mm;张拉应力为1.05σcon时，△L=89.71mm。

(2)曲线锚索现场张拉实测伸长值与理论伸长值对比见表3。

表3 锚索张拉实测伸长值与理论伸长值对比

①根据表3中的数据，在0.25σcon(初应力)→1.05σcon(最大张拉应力)弹性范围内，张拉段AF实测伸长值:△L1=90.85－21.37=69.48(mm)。

②根据表3中的数据，0→0.25σcon(初应力)由胡克定律推算张拉段AF实测伸长值:△L2=223×△L1/(935－223)=21.76(mm)。

③张拉至1.05σcon(最大张拉应力)锚束锁定锚固前，张拉段AF实际伸长值:△L=△L1+△L2=69.48+21.76=91.24(mm)。

(3)张拉实际伸长值的校核:

锚索超张拉至最大控制应力稳压后锁定前的实测伸长值与理论伸长值的偏差率为:

(91.24－89.71)/89.71×100%=1.71% ＜6%(满足规范和设计要求)。

4 结束语

(1)对于曲线锚索的理论伸长值计算，采用直线锚索理论伸长值计算公式算出的数值与采用曲线锚索张拉理论伸长值计算公式算出的数值相差不大，但是曲线锚索张拉理论伸长值的计算与直线锚索理论伸长值的计算理论依据、计算方法完全不同，应引起各方的高度重视。

(2)即使目前我国各类型锚索施工工艺已经发展到相当成熟的程度，在准备施工之前，也需事前完成锚索张拉理论伸长值的计算，事中可以及时发现问题，如出现偏差，能够及时查明原因，及时纠正偏差，以达到控制质量的目的。

(3)在龙滩水电站坝顶公路桥曲线锚索的施工质量控制过程中，通过监理工程师事前对理论伸长值的悉心计算和承包商的精心准备，在确保施工、监理人员熟悉曲线锚索工作原理、原材料准备无误以及张拉设备工况良好等条件下，圆满地完成了曲线锚索的施工质量控制工作，确保了曲线锚索张拉应力满足设计指标的要求。