空腹桁架渡槽预应力张拉施工的研究与应用

空腹桁架渡槽预应力张拉施工的研究与应用

魏文平

中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西西安 710000

摘要：渡槽是排水设计中较为复杂的建筑物,渡槽(排洪槽)过水流量大,承受的荷载大,只有采用大跨度的预应力混凝土结构型式,才可使其既不影响总干渠沿线水位,又能达到技术先进、安全适用、经济合理和结构新颖的目的。而预应力混凝土空腹桁架渡槽结构在受力和施工等方面具有其独特的优势,成为首选方案。笔者对大型预应力混凝土空腹桁架渡槽的结构和施工方案进行了分析探讨,为工程设计和应用提供了科学依据。

关键词：空腹桁架 渡槽 预应力 张拉 应用

一、工程概况

西干渠五标段共9座渡槽，全长1767.03m，共84个排架，其中单排架46个，双排架38个。预应力空腹桁架渡槽有3座，分别是45#、47#、50#渡槽。现浇槽身渡槽有44#、46#、48#、49#、51#、52#渡槽。

二、主要研究内容

结合目前西干渠施工现场实际情况，通过对空腹桁架渡槽施工技术进行研究，西干渠工程受地形限制及外围影响等特点，选择采用满堂架搭设支撑模板进行现浇空腹桁架梁，然后对下弦杆进行双面张拉。张拉时选用合理的张拉机具，在有限的空间内对跨度为40m的下弦杆进行张拉，张拉时确保混凝不被破坏有着重要的意义。提高生产效率，缩短施工工期，满足了施工进度，同时节约施工成本。 合理设计暗渠台车，降低施工难度及投入成本。

（1）跨度为40m的预应力空腹桁架,下弦杆尺寸为0.5*0.3m，跨度大断面小,确保张拉时不破坏下弦杆混凝土；

（2）由于受地形限制，预应力空腹桁架采用满堂架搭设进行现浇，两端头张拉空间为80cm，采用双面进行张拉，张拉的环节分析、总结，采用的张拉设备，确保在有限空间内张拉满足设计要求。

三、核心技术及创新

综合考虑上级相关单位及相关技术规程规范对渡槽空腹桁架施工的具体要求，确定渡槽空腹桁架施工技术方案，主要关键技术及难点包括：

有限空间内选用合理的张拉机具；选择合理的张拉顺序，确保断面为0.5*0.3m尺寸大小下弦杆张拉质量。

四、预应力张拉施工

4.1预应力筋制作

将合格的钢绞线按设计长度加工，工作长度根据设计长度下料，钢绞线采用切割机进行切割下料，严禁使用电焊或气焊切割。发现钢绞线有灼伤、咬痕、死弯，必须切除，以防止张拉过程中断丝。钢绞线放在一起不得有混淆，根据钢束的根数，进行编束，编束从钢绞线一端到另一端，开始将钢绞线一端基本对齐，相互错开3～5mm左右，为穿锚具方便。再用20＃铅丝每隔1.5m绑一道，绑丝接头拨到钢绞线里面去，绑好后挂牌堆放。钢绞线应随用随下料，防止因存放时间过长锈蚀。

4.2穿束

采用人工穿，在穿束之前先要用清孔器清孔，用高压风吹干。

4.3上锚具

锚具和夹片要同时安装，锚具要对准中心，夹片要平顺，不能歪斜。

4.4安装千斤顶、油泵

⑴千斤顶、油泵在使用前必须进行校定，否则不得使用。

⑵标定千斤顶油表读数，施工过程中定期检校，依据标定的曲线计算各张拉力对应的油表读数。

⑶千斤顶的限位板和千斤顶后面的工具锚都要和工作锚一致，先装限位板，再装千斤顶，然后在千斤顶后面再装工具锚，再将油泵和千斤顶连通起来，两端准备工作都做好以后，开始张拉。

⑷因为设备标定有效期，设备标定须在张拉前进行。

4.5预应力张拉控制

施加预应力应采用张拉力与伸长量双控。预应力钢束边张拉边测量钢绞线伸长值，若伸长值达到设计值而张拉力未达到设计值时，应立即停止张拉，分析原因。若张拉力达到设计值而伸长值未达到设计值时，也应立即停止张拉，分析原因。张拉控制标准为当张拉力达到设计值，实际伸长量与理论值的误差应控制在6%以内。空腹桁架张拉在下弦杆两端的槽台上进行。当混凝土强度达到设计标号（C50）的80%后，进行预应力张拉。每束单索钢绞线张拉至设计值15％进行预紧，保证钢绞线顺直。然后三索钢绞线合并为一束，按照张拉顺序分三级拉至设计值。

4.6张拉的操作步骤

⑴张拉时，应保证千斤顶张拉力作用线与钢绞线轴线一致，采用三段张拉。预应力筋张拉工序为：0→15%→60%→100%σcon（持荷5min）。张拉过程中应采取应力应变双重控制，选派有丰富施工经验的技术人员负责整个预应力张拉工作。

张拉程序：0→15%→60%→100%σcon（持荷5min）

张拉顺序：①②→③④→⑤⑥

⑵安装锚具，将锚具套在钢绞线束上，使分布均匀。

⑶将清理过的夹片，按顺序依次嵌入锚孔钢丝周围，夹片嵌入后，人工用手锤轻轻敲击，使其夹紧预应力钢绞线束，夹片外露长度要整齐一致。

⑷安装千斤顶，将千斤顶套入钢绞线束，进行单根张拉，开动高压油泵，使千斤顶大缸进油，先进行每束单索钢绞线张拉至设计值15％进行预紧，保证钢绞线顺直。然后三索钢绞线合并为一束，按照张拉顺序分三级拉至设计值。

⑸使张拉油缸缓慢回油，夹片将自动锚固钢铰线，如果发生断丝滑丝，则立即停止张拉，采用小千斤顶单根张拉有断丝的钢绞线，拨出夹片，拔出有断丝滑丝的钢绞线，再穿束重拉。

⑹张拉油慢慢回油，关闭油泵，拆除千斤顶。

4.7伸长值计算

《公路桥梁施工技术规范》(JTG/TF50-2011)中关于预应筋伸长值ΔL的计算公式为：

　　ΔL—各分段预应力筋的理论伸长值（mm）；

　Pp—各分段预应力筋的平均张拉力（N），本工程为直线筋，取张拉端的拉力P；

　　L—预应力筋的分段长度（mm），取值40140（39.16+0.98千斤顶锚具=40.14m）；

　　Ap—预应力筋的截面面积（mm²），取值140；

Ep—预应力筋的弹性模量（Mpa），取值195*1000；

4.8压浆、封锚

4.8.1压浆步骤

⑴压浆采用活塞式灰浆泵压浆，压浆前先将压浆泵试开一次，运转正常并能达到所需压力时，才能正式压浆，压浆时灰浆泵泵压保持在0.5～0.6Mpa。

⑵压浆前用压力水冲洗湿润孔道，并用空压机吹除孔内积水。

⑶从下至上进行压浆（比较集中和邻近的孔道，先连续压浆完成，以免串到邻近孔后水泥浆凝固，堵塞孔道）。

⑷当梁另一端排出空气—水—稀浆至浓浆时关闭止浆阀，并提升压力至0.6MPa，持压1分钟，从压浆孔拔出喷嘴，并立即关闭止浆阀。

⑸压浆过程中及压浆后48小时内，结构砼温度不能低于5℃。压浆完成后对下弦杆进行棉被包裹，保证混凝土温度。

⑹压浆中途发生故障，不能连续一次压满时，要立即用高压水冲洗干净，故障处理完成后再压浆。

⑺压浆剂试件的制备和组数，由试验室按常规办理，R28天标准养护的试件作评定水泥浆强度之用。

4.8.2封锚

⑴浇筑下弦杆封锚混凝土之前，应先将锚垫板表面的粘浆和锚环外面上部的灰浆铲除干净，同时检查无漏压浆的管道后，才允许浇筑封锚混凝土。为保证与梁体混凝土接合良好，应将混凝土表面凿毛。

⑵封锚混凝土采用自然养护时，在其上覆盖塑料薄膜，梁体洒水次数应以保持混凝土表面充分湿润为度。

⑶封锚前应对锚具、锚垫板表面及外露钢绞线用聚氨酯防水涂料进行防水处理。

⑷封锚混凝土养护结束后，应采用聚氨酯防水涂料对封端进行防水处理。

五、应用效果

（1）缩短工期，通过研究实验，改善砼施工性能，为保证在安全、质量的前提下，提高施工进度，达到缩短工期的目的。

（2）增加的效益，研究和分析空腹桁架下弦杆张拉空间狭小、下弦杆混凝土断面小跨度大等问题,施工过程中问题，总结出一套行之有效的技术方案。从施工组织管理及措施上采取一些可行的办法，避免张拉造成的空腹桁架混凝土下弦杆损坏。

六、结束语

在施工过程中对于预应力的施加,要与桁架施工方案相协调,经过上文的计算和验证：预应力混凝土空腹桁架拱式渡槽结构,由于在受力性能等方面的独特优势,将会在南水北调工程中发挥重要作用。

参考文献

[1]西北勘测设计研究院.SL/T191—96水工混凝土结构设计规范.北京:中国水利水电出版社,1997

[2]能源部.GB50199—94水利水电工程结构可靠度设计统一标准.北京:中国计划出版社,1994

[3]原城乡建设环境保护部.GBJ10—89混凝土结构设计规范.北京:中国建筑工业出版社,1990