预应力衬砌无粘结钢绞线张拉及锚具防腐施工技术

钟理炳

【摘要】隧洞预应力衬砌张拉施工技术，由于锚具槽空间狭小，按照传统张拉施工技术施工难度大，可操作性不高。在实际施工过程中遇到问题，通过分析，选择合适施工器具，保证了衬砌张拉的质量及进度;以及无粘结预应力钢绞线及锚具防腐施工技术控制细节，最终实现了吉林省中部城市引松供水工程8#隧洞顺利施工完成。

【关键词】无粘结预应力钢绞线;预应力衬砌;锚具防腐;张拉

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

1、前言

无粘结预应力钢绞线外层由HDPE护套保护，并且HDPE护套和钢绞线之间有防腐润滑油脂，可起到防腐润滑作用。水利隧洞长期埋藏在地下，结合地下水丰富，地下环境复杂，因此对预应力体系防腐蚀的能力要求较高。预应力体系在预应力混凝土结构中非常重要，因此对于无粘结预应力钢绞线张拉、锚具防腐工作显得尤为重要。本文介绍吉林省中部城市引松供水工程8#隧洞预应力衬砌无粘结钢绞线张拉施工、锚具防腐施工，供相识工程参考。

2、工程概况

总干线六标段引水隧洞设计为有压隧洞，由于部分里程段埋深较浅，当隧洞通水，内部压力上升时，衬砌有可能无法抵抗内部水压力，从而导致混凝土结构开裂，因此，在隧洞进出口及埋深较浅的位置，给混凝土结构施加预应力，从而抵抗内水压力，避免结构受到破坏。

8#隧洞，前杏树顶子至东茶棚庵（桩号92+605～94+388m）成洞洞径为5.1m。比降为1/4000，本段长度1783m。

地貌为波状台地及丘陵，地面高程233.0～273.4m，隧洞埋深6～46m。地层岩性表层为黄土状壤土，基岩为白垩系砾岩。地层位于黄土状壤土和全、强风化砾岩中及侏罗～白垩系安山岩，部分洞段上覆围岩厚度不足1倍洞徑。隧洞进口位于地下11.2m，

隧洞地下水水量较丰富，地下水对对钢结构和混凝土中钢筋有弱腐蚀。围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主，隧洞出口位于地下11.3m。

整个8#隧洞埋深较浅，隧洞围岩较差，地下水量较为丰富，为了避免发生较大变形而导致衬砌开裂失效，因此8#隧洞均采用无粘结预应力衬砌的方式进行二次衬砌。

3、无粘结预应力衬砌设计情况

无粘结预应力衬砌设计厚度均为45cm，成洞后洞泾5.1米。混凝土强度等级为C40F150W12，骨料采用二级配，采用普通P.O42.5硅酸盐水泥。

钢绞线采用1860级，4根布置，直径为15.2。钢绞线沿隧洞环向绕两圈，单层布置。沿着隧洞方向，每50cm布设一组，锚具槽为左右45度间隔布置。锚具槽尺寸为1.2m*0.2m*0.2m。

4、无粘结预应力衬砌张拉及防腐施工重难点

4.1 施工重点

钢绞线为预应力混凝土的灵魂，因此钢绞线张拉、锚固工作在施工中应加强质量控制。对钢绞线施加预应力，主要使钢绞线对隧洞衬砌其环向挤压作用，从而抵抗浅埋地段隧洞中内水压力。施工过程中若出现张拉力不足、设备未率定或者锚固不到位，钢绞线及锚具防腐不到位等一系列不符合规程的现象，可能会导致钢绞线应力不足，钢绞线及锚具提前腐蚀，以及隧洞开裂从而难以估计得严重后果，造成重大损失。

4.2 施工难点

直径5.1m大型预应力涵的实际应用在国内尚属首例，施工案例相对较少，可借鉴的成功经验不多，因此施工过程中可能会出现不可预料的困难。

锚具槽预留内槽口长度为1.20m，中心深度为0.20m，宽度为0.20m。空间较小，常规作业方法在锚具槽内实施张拉作业十分困难。

张拉前，大部分锚具防腐配件均已套上在钢绞线及锚具上，对张拉作业造成干扰，从而施工困难。

5、预应力砼用材料、锚具、张拉机具等技术指标

5.1 预应力混凝土用钢绞线

无粘结钢绞线采用高强度、低松弛钢绞线，主要技术性能指标如下。

5.2 护套

钢绞线用的护套原料必须采用原生料，不得采用再生料。护套制作应采用挤塑机挤出成型。为了预防钢绞线安装发生缠绕错位，护套颜色采用红、蓝、黄、黑四种，添加了色母料的护套应满足护套性能的要求。主要技术参数如下。

5.3 锚具、夹具及张拉设备

张拉所用所有设备工器具均应符合相关规定。材料需要进行检测，设备需经过配套校核。

锚具水密性能：将锚具防腐构件安装好后，将其放入3m深水中静置96小时，要求试验后水不能渗入钢绞线中，供货厂家应提供该试验报告。

为解决锚具槽尺寸较小，无法在锚具槽内实施张拉作业，张拉时采用特制偏转器及延长筒，偏转器主要作用在于变角张拉，使张拉的千斤顶和钢绞线存在一定角度，从而避开锚具槽，获得更多的作业空间，为施工提供便利。

张拉系统由限位板、偏转器、延长筒、千斤顶及油泵等完整配套组件，要求由锚具厂家配套生产。成套设备要求设备尺寸小、轻便，施工便利。

张拉系统由限位板、偏转器、延长筒、千斤顶及油泵组成，见变角张拉示意图。

偏转器的作用是使千斤顶张拉方向和混凝土结构中钢绞线的受力方向不在同一直线上，以此来解决锚具槽空间过小无法进行张拉作业的问题，其摩擦阻力不能大于9%。

且使用前，张拉所用油泵、千斤顶、控制器、油表及偏转器均要配套标定，配套出具相应标定证书及回归方程，用于张拉作业。

为方便洞内张拉作业，预应力施工设备的组件包括千斤顶和油泵，要求按“产品轻巧，易于施工，保证工程质量”的原则选择。

无粘结预应力钢绞线、锚具及其附件、千斤顶及油泵等，应有原材料质量合格证明书、生产厂家质量合格证明书和工地验收合格证明书，三者缺一不可。

6、隧洞衬砌无粘结预应力钢绞线张拉施工技术

6.1锚具槽凿毛、清理

为了后续锚具擦回填混凝土，锚具槽一期混凝土和二期混凝土相接触的部位要进行凿毛，清理多余浮浆、杂物。直至漏出新鲜石子。

锚具槽内空间狭小，若在后期张拉后进行锚具槽凿毛，凿毛极具容易触碰钢绞线及锚具，影响张拉后成品的保护。并且锚具槽内防腐部件较多，且张拉前就会安装绝大部分，防腐构件及钢绞线上充满油脂，极容易被粉尘污染，影响防腐质量。首先对锚具槽进行凿毛，并清理锚具槽内杂物。

6.2 张拉前准备

（1）设备准备

张拉设备使用前配套校核。

（2）无粘结钢绞线的清理

每组钢绞线预留时可能过长，因此按照图纸尺寸裁剪多余尺寸。之后再钢绞线外层PE护套做好标记，然后切割多余PE护套。切割护套时采用专用器具切割，避免伤及钢绞线。

（3）张拉设备安装

锚具安装完成后，在施工前安装张拉设备。

张拉设备在满足张拉力的同时，优先选择重量轻，故障少，品质较好的张拉设备，方便施工的同时减少故障率。

所有构件及工器具安装要逐步安装正确，安装完成后要按照步骤一一检查核对，避免错装漏装。

安装过程中高压油管不能有弯折，应顺直，施工过程中注意保护。

6.3无粘结预应力筋的张拉

6.3.1张拉与测量

（1）张拉前应检测混凝土强度，达到要求后方可进行下一步施工。

（2）张拉前再次核对所有工器具安装的准确性，避免张拉过程中出现事故。

隧洞每一仓长度为12m，共24个锚具槽。施工前从小里程向大里程对所有锚具槽编号，每仓分三步进行张拉。

第一步，左下角大里程方向最后7个及右下角小里程方向7个锚具槽，先张拉至50%设计荷载;

第二步，左下角小里程5个及右下角大里程5个锚具槽，从0%张拉至100%设计荷载;

第三步，将第一步所张拉的锚具槽，再从50%设计荷载张拉至100%设计荷载。

（3） 张拉过程中按照顺序依次对称张拉。

（4） 无粘结钢绞线张拉的一般规定：

1）最大张拉力为钢绞线标准值的0.75。2）每组钢绞线张拉时至100%的过程中，都要分5级，依次控制总体张拉速率。每级张拉过程中，其加压过程不得大于100MPa/min，尽量匀速施加张拉力。前4级在对应荷载下稳定2min以上，第5级荷载稳定5min以上，量测达到要求后锚固。

（5） 测量

钢绞线伸长值经过量测计算后，实际伸长值与理论伸长值偏差不得超过±6%。

6.3.2相关要求

1）为了保证精确控制张拉力，油表精度不低于0.4级。

2）对于偏角器于锚具接触部位轴线必须重合，减少摩擦阻力的同时避免钢绞线受剪力破坏。

3）设备出现故障、或者超出使用期限以及张拉次数必须重新进行效验。

4）无粘结预应力筋张拉前，必须检测混凝土强度，满足要求后方可进行下一步施工。

5）张拉完成后填写张拉记录表。

6.3.3锚具槽防腐

⑴ 张拉完成后，采用專用切割机将钢绞线多余部分进行切除。

⑵ 锚固端外露钢绞线要短于防腐密封套长度，将防腐密封套内注满防腐油脂，并安装到锚具，用螺钉旋紧防腐密封钢板和橡胶垫。

⑶ 张拉端钢绞线切除后，剩余长度要短于防腐密封管长度，将防腐密封管内注满防腐油脂，并安装到锚具，用螺钉旋紧防腐密封钢板和橡胶垫。

⑷ 剥去PE护套，采用PE防腐密封管、PE防腐密封套管、PE防腐密封套、紧箍圈，与锚具形成密封系统并注满防腐油脂，与钢绞线PE护套搭接并用紧箍圈箍牢。

⑸ 锚具采用防腐锚具，外表涂环氧防腐层或者其他防腐涂层。

⑹ 锚具及防腐蚀件安装见锚具槽内预应力环锚体系安装、固定、锚固以及防腐密封示意图，必须确保不漏油。

⑺ 锚具槽口进行箍筋加固。

与常规锚具相比，本工程所应用的锚具出厂时配套自带防腐套件。锚具上四个角落有螺栓孔，外侧有防腐橡胶垫、防腐密封钢板。张拉前需要安装橡胶垫板、防腐密封钢板及部分防腐密封套管。

结语：

由于采用变角张拉，该施工技术适用于张拉作业空间有限变换张拉角度后可满足张拉施工的情况。

由于钢绞线被油脂及HDPE护套包裹，钢绞线防腐能力更强，因此对于地下环境较为复杂，防腐等级需求高的地方可采用此工法。

钢绞线被油脂包裹，相对于有粘结钢绞线结构，该施工技术再隧洞衬砌无粘结钢绞线张拉后，钢绞线摩擦阻力小，钢绞线应力分布更加均匀，在单根钢绞线较长，拐点较多，拐角较大的情况，该施工技术能够体现出一定优势。