预应力后装后张法工艺

一 预应力设计简介 小峡水电站泄洪闸采用三孔弧门挡水 孔口尺寸 13m 15m 宽 高 设有三 孔四墩 边墩厚 4 0m 中墩厚 5 0m 泄洪闸采用预应力混凝土支承结构 简单 锚块支承形式 闸墩上布设主锚索 锚块上布置次锚索 弧门推力经锚块支座传递 给闸墩 主锚束于立面上呈辐射状沿弧门推力方向分 5 层对称布置 扩散角 14 共计 96 束 中墩 30 束 墩 边墩 18 束 墩 中墩每层 6 束 沿闸墩中心线基本平行 对称布置 边墩每层 3 束和 4 束间布 中墩和边墩第 1 3 5 层靠孔口两束为弯 曲锚束 其余均为直锚束 次锚束设于墩尾锚块内主锚束层间 均为水平直锚索 垂直于闸墩方向平行布置 共 4 层 3 束 每墩各 12 束 主锚束设计吨位 360t 锁定吨位 400t 单束由 25 根 7 s5 的钢铰线组成 次锚 束设计吨位 320t 锁定吨位 360t 单束由 21 根 7 s5 的钢铰线组成 主次锚束 均采用 OVM15 张锚体系 采取后装后张法一端张拉施工 张拉端设于墩尾锚块 锚块外有 50cm 厚二期混凝土 以保护锚具不因外露而锈蚀 为使锚块在施加预 应力时不受底部闸墩的约束 预应力更有效的作用在颈部 锚块底部与闸墩分开 在闸墩锚束的上游固定端预留竖井以安装锚索 锚束张拉施工完毕后混凝土回填封 闭 二 施工工艺艺流程 预应力后装后张法工艺流程图 三 锚束管及预埋件的加工及架立 1 锚束管的加工 主锚索管采用 159 外径 6mm 普通无缝钢管 锚束管的长度为 20 3 23 2m 次锚束管采用内径 120mm 的金属波纹管 管长为 6 38m 边墩 和 9 76m 中墩 锚束管加工包括钢管下料 曲线管弯制和法兰焊接 均于加工厂内进行 所 用管材要求平直 并清除内外浮锈 主锚束管按设计长度分 3 4 段加工 曲线管单独弯制 次锚束金属波纹管由厂家根据锚索长度定长切割后运至工地 加工好的锚束管按安装次序编号并进行试组装 安装时利用汽车运至安装现 场 要求运输过程妥善保护不产生变形 主锚束预埋件 钢垫板 喇叭管 灌浆管 螺旋筋 铁皮罩等 委托本地厂 家加工 次锚束则采用 OVM 厂定型总成产品 主锚束钢垫板分甲乙两种型号 分别用于主锚束固定端和张拉端 材质为 4 5 钢 要求表面光洁度为 25 2 锚束管架立 支撑排架 根据闸墩混凝土分层分块 锚束管支撑排架采用型材分层分节架立 型钢托架 仓 内拼装的方法安装 锚束管支撑排架设计另见详图 锚束管架立安装 a 为减少锚索管架立对于闸墩施工的干扰和影响 主锚索管采用分层分节安装 方式 在横梁上设置微调系统 以保证锚索管安装精度 另用型钢加固牢靠 b 为了保证各段锚束管连接对中并改善现场作业条件 主锚束管各段接头采用 法兰连接 法兰之间设止水线和橡胶垫片 c 锚束管所有接口内壁不能有毛口 毛刺和焊渣 以免穿束时刮伤钢绞线 影 响张拉 混凝土浇筑前预先涂抹砂浆封堵 以免在混凝土浇筑中接头漏浆 d 次锚束金属波纹管采用钢筋托架方式支撑固定 e 金属波纹管采用大一号同型波纹接头管连接 接头管长 20 30cm 用密封 胶带封口 f 灌浆管与波纹管的连接 在波纹管上开洞 其上覆盖海绵垫片和带嘴塑料弧形 压板 并用铁丝扎牢 再插入灌浆管引出 锚束管安装精度要求 锚束管是保护预应力束安装位置准确 达到有效的施加预应力的必要手段之一 其 安装精度要求如下 a 闸室主 次锚索均为空间锚索 锚束管安装的桩号 高程及相对尺寸依据施 工局复核后下发的 预应力锚索施工手册 执行 其坐标点为端部锚垫板外表中心 点 b 锚垫板要求安装牢靠 其平面必须垂直于管轴 误差不得大于 0 5 且锚垫 板孔道中心线应与管道轴线重合 c 闸墩主锚索上 下游端管心安装点位的误差 水平向 10mm 竖直向 10 mm 左 右闸墩的系统误差 左 右向 30mm d 锚块次锚束安装误差 水平 竖直双向均小于 20mm 锚束管及埋件保护 a 架立好的锚束钢管及锚垫板必须加固牢靠 并加妥善保护 施工中应严防碰 撞拆损 如发现有位移 损伤应及时校正 待修复合格后才能继续浇筑混凝土 b 锚垫板下的加强钢筋网若有干扰 应增设补强钢筋 c 进 回浆灌浆管路要在混凝土浇筑前安装加固好 并确保畅通不漏浆 孔口 绑扎彩条布予以临时防护 d 对锚束管管口绑扎双层彩条布进行保护 以免异物进入 测量检查 锚束管安装好后 要求进行测量检查 测量检查内容包括 钢排架基础位置 横梁 位置 高程 锚束管各控制断面位置 高程等 下层混凝土浇筑完成后 再行复测锚束管管口位置 四 混凝土施工 1 混凝土拌制 由于仓内锚索管支架 锚索管 钢筋 支铰埋件及卸料平台支撑密集 故计划于锚 头部位 埋件密集部位采用二级配混凝土 陷度 7 9cm 由于闸墩混凝土处于高温季节施工 根据设计要求 采用预冷混凝土 出机口温度 不大于 13 入仓温度不得大于 15 2 混凝土分层 预应力闸墩混凝土按 2 5m 高度不等进行浇筑分层 每墩共分七层完成主次锚束 管的安装架立和混凝土浇筑 3 模板 按照混凝土分层情况 闸墩大面采用 DOKA 模板 锚固竖井部位采用小钢模 和散装木模 内拉内撑方式加固 要求模板加固牢靠 且需有足够的刚度 以满足 混凝土侧压力下变形要求 为了确保锚束管不受外力扰动 加固模板的拉杆 撑杆严禁连接至锚束管及 其架立排架上 也不得共用地锚 应保持各自独立受力 模板应严密不漏浆 特别是主次锚索两端锚垫板周围的模板应采用妥善措施 进行加固 不得漏浆和产生浇筑变形 混凝土浇筑过程中 应有专人值班 负责检查模板是否走样 支撑是否松动 木楔是脱落等 如发现问题 立即处理 4 入仓手段 为保证锚束管及其支撑不受下料冲击 锚头 锚束管布设部位采取 卸料平台 溜筒 方式卸料 严禁吊罐直接入仓 卸料平台的支撑系统严禁与锚索管架立系统 模板加固系统互相连接 做到 三脱离 卸料过程应谨慎操作 严禁吊罐撞击卸料平台 模板及锚索管等 5 混凝土浇筑 仓内采用台阶法浇筑 人工平仓 每层铺料厚度 40 50cm 要求铺料均匀 锚头及锚束管周边采用 50 软轴振捣器仔细振捣 不得漏振或欠振 绝不 允许出现蜂窝 狗洞 振捣不实等质量缺陷 浇筑过程中严禁振捣器直接碰撞锚索 管 支撑排架及其它埋件 五 锚束制作加工 1 制作加工场地 锚束加工场地规划布置在尾水护段底板 用方木和组合小钢模搭设作业平台和堆放 场 2 锚束制作程序 材质检验 调整除锈 下料切割 锚束编排 隔离支架安设 绑扎成束 成品检验 编号存放 2 钢绞线检验 泄洪闸预应力钢绞线采用 270k 级 7 s5 高强低松弛钢绞线 其检验验收标 准为 ASTMA416 87a 极限抗拉强度 1860Mpa 钢绞线到货后以 60t 为一验收批 从每批钢铰线中抽取 3 盘进行材料包装 表面质量 直径偏差 捻距和力学性能检验 表面质量用肉眼检查 要求捻编方向为左捻 成品钢绞线不得有折断 死弯 横裂 劈裂 小刺和交叉等机械损伤现象 并不得带有油渍等降低粘结物质 钢 铰线表面允许有轻微浮锈 但用钢丝刷除锈后不得有肉眼可见的锈坑 直径和捻距用精度为 0 02mm 的卡尺测量 其偏差应符合规范规定 从外观检验合格的 3 盘钢绞线端部各截取一段试样进行拉力试验和松驰试验 校验其破断负荷 屈服负荷 弹性模量和伸长率是否达到规范和设计要求 钢铰线经抽样检查合格后方可进场投入使用 3 调整除锈 保存较好的钢绞线通过开盘架正确抽头后 一般都是直而完好的 不需过分的调直 和除锈 但偶而也会出现弯曲 生锈等 需辅以人工调整除锈 4 切断编束 锚索下料长度 L L1 L2 L3 式中 L1 孔道实际长度 L2 固定端外露长度 L2 固定端工作锚厚度 钢铰线外露 长度 L3 张拉端工作长度 L3 张拉端工作锚厚度 千斤顶长度 测力计长度 工具锚厚度 钢铰线外露长度 锚索下料误差 10mm 0mm 钢绞线下料前 人工将钢绞线放在平坦干净的消力池工作平台上理直 根据 计算下料长度用钢尺丈量 采用增强型砂轮切割机切割 同一束各根下料长度误差 不超过 1cm 为方便锚具安装 避免钢绞线错位 下料时可控制每根钢铰线内圈比外圈每 端加长 5cm 中心股比内圈再加长 5cm 在两端形成凸型台阶状 下料切割断口两侧各 5cm 处用 20 铅丝绑扎 以免切口松散 下完一束后 应立即进行编束 编束在平整的地坪上进行 将每根钢铰线编号并按顺序顺直摆放 穿入隔离 架 按 3m 间距布设 并每隔 2 3m 用 20 铅丝编织绑扎 锚束两端各 3 0m 范围内加密至 50cm 编束完成后进行编号标记 整齐有序堆放备用 5 防锈处理 主次锚束从加工到张拉整个施工过程时间较长 为了避免锚束钢绞线在储存 运输 穿束 张拉过程中产生锈蚀 影响张拉效果 必须对锚束钢绞线进行防锈保 护 预应力钢绞线应储放在仓库内 离开地面适当高度 并保持地面干燥 如果穿束距张拉时间较长 穿束后对锚索管封闭保护 尽量缩短锚索加工到张拉灌浆等过程所需的时间 尤其要缩短从张拉到灌浆 时间 六 穿束 1 穿束前准备 穿束 张拉平台布置 结合锚块底模承重架 在锚块周边设有预埋型钢和地锚 形成悬臂式 宽 2 0 2 5m 的张拉作业平台 根据操作需要 施工队可在平台上搭设梯子和轻便脚手架 平台详细布置和结构型式后续出图 为方便张拉施工 于闸室段墩尾架设简易施工 便桥 沟通各闸墩及左右岸交通 孔道清理 在结构混凝土浇筑后 要求及时采用通孔器进行成孔检查 疏通管道 并封堵遮盖 管口 穿束前再次清理孔道保持通畅 并用压力风吹净预埋管内灰渣等杂物 穿束前要对锚束进行锈蚀 编号和扭结等内容的检查 经验收合格签证后方 可进行吊装安放 2 穿束 主锚束长达 23m 左右 采用 2 高架门机穿束 锚束由专用托架吊运 锚束端 部套上锥形金属导向帽 人工手扶对孔 靠自重下滑穿入 次锚束长 7 10m 左右 用高架门机穿束 采用人力或手动葫芦牵引一端推另一 端拉的方法穿入 在穿束过程中应用力均匀并不得使锚束体转动 遇到锚束推进困难时 应查明原因 后再行穿束 3 锚束保护 主次锚束在张拉前应有专人和专门的措施保护 以免因人为或自然的因素造成 钢绞线刮伤 烧伤 松散 锈蚀及孔道进入杂物等事故 穿束完成后及时用帆布将 锚束两端遮盖 七 预应力张拉 1 准备工作 预应力张拉是一项技术要求很高的工作 是保证预应力效果的关犍 参加预 应力施工的人员必须经过专项培训 掌握机械性能 熟悉张拉程序和技术要求 并 集中精力认真负责 杜绝误操作 张拉采用 OVM 锚固体系和 YDC 240Q 型穿心式千斤顶 张拉系统设备见 表 1 张拉机具校验 千斤顶和配套的油泵 高压油表 测力器等张拉机具必须在 张拉前准备齐全并进行严格的率定和校验 检查预埋钢垫板 灌浆管路的完好程度和锈蚀情况 并做好标记和记录 灌 浆管路要作好通风检查 要仔细检查锚垫板周边索混凝土是否有裂缝和架空现象 张拉系统设备配置 表 1 项目 锚 具 钢铰线 千斤顶 油泵 测力仪器 主机 附件 主锚索 夹片式 OVM15 25 7 s5 YDC 240Q 限位板 ZB4 500 型 JC 500 次锚索 OVM15 21 7 s5 YDC 240Q 限位板 ZB4 500 型 闸墩混凝土和锚块混凝土分别达到 28d 设计强度后 方可开始张拉 2 锚束张拉 张拉方法 采用后装后张法 整束单根对称张拉 分级加荷 一次张拉到位 并在设计超张拉吨位锁定 张拉端位置 所有锚束均采用一端张拉 张拉端位置如下 a 锚块次锚索 左边墩 左中墩其左侧为张拉端 右侧为非张拉端 右边墩 右中墩其右侧为张拉端 左侧为非张拉端 b 闸墩主锚索 顺水流方向下游侧为张拉端 上游侧 施工竖井 为非张拉端 c 预应力锚索测力计分别布设于左边墩和左中墩张拉端 设计张拉吨位 a 为简化施工 闸室预应力采用超载安装施工方法 以小千斤顶逐根张拉 实 现大吨位锚固 同时取消补偿张拉 将补偿吨位直接加到锁定吨位中 以保证锚束 达到设计永存吨位要求 超张吨位计算公式为 0 nPcon 式中 n 1 10 1 1 5 超载安装系数 Pcon 设计张拉力 b 闸墩 主锚索张拉吨位 25 根 7 5 钢绞线 设计吨位 360t 超张拉吨位 400t 锁定吨位 400t c 锚块次锚索张拉吨位 21 根 7 5 钢绞线 设计吨位 320t 超张拉吨位 360t 锁定吨位 360t 张拉原则和次序 a 张拉原则 闸墩与锚块的主 次预应力锚索属空间结构布置 为防止锚块混 凝土出现不利的施工变形 对于同一闸墩 先张拉次锚束 后张拉主锚束 b 锚束张拉点位顺序排列 排列原则 先中间后两边 逐步扩散 对称均衡张拉 锚块次锚索 中墩 边墩 F8 F5 F10 F2 F11 F3 F6 F9 F12 F7 F1 F4 闸墩主锚索 边墩 C3 A3 E3 C1 C4 A2 E2 C2 A4 E4 B2 D2 B4 D4 A1 E1 B3 D3 中墩 C3 A3 E3 C4 A4 E4 C2 A6 E6 C5 A1 E1 C1 A5 E 5 C6 A2 E2 B6 D6 B1 D5 B5 D1 B4 D4 B2 D2 B3 D3 c 同一种锚束 从中心向四周按三角形对称依次张拉 单根锚索张拉顺序排列 见图 1 2 单根钢铰线张拉程序 a 锚块次锚索张拉程序 0t 2t 稳压 5min 测初始值 10t 17 2t 稳 压 20min 测终值 锁定 b 闸墩主锚索张拉程序 0t 2t 稳压 5min 测初始值 7t 重新安装千斤 顶 10t 稳压 5min 测中间值 16t 稳压 20min 测终值 锁定 c 上述张拉程序为基本张拉程序 通过闸墩试验锚束张拉施工进行修正 锚束张拉试验 根据锚束张拉顺序排列及测力计布设情况 选定左边墩 A2 E2 C3 锚束分 别作为闸墩直锚束和曲线锚束试验束 采用 YDC240 Q 千斤顶张拉 油压表控制 分级张拉吨位 伸长值校核 测力计测量的检验方式 对三者测值进行分析比较和 相关计算后绘制实测力 伸长值 压力表关系曲线 并对张拉程序和张拉效果进行 分析判断和修正 供其它锚束张拉时参考 张拉施工方法 a 张拉吨位控制 采用应力控制 千斤顶油压表控制 张拉 伸长值校核 理 论伸长值和实测伸长值比较 的双控操作方法综合控制锚索应力 并兼顾测力计同 步观测值 b 伸长值量测 设专人采用检验过的直钢尺 在荷载稳定后以钢铰线的同一基 准点进行两次伸长值量测 其量测误差 不得超 1mm 否则重新量测 c 理论伸长值计算 L 中 Fp 张拉力 KN Ap 7 s5 钢铰线的截面积 140mm2 L 钢铰线的长度 mm Es 钢铰线的弹性模量 KN mm2 由钢钢线的材质检验中 取得 270k 级通常为 1 8 1 9 10 5KN mm2 d 以实测伸长值和理论伸长值进行分析比较 当实测伸长值超过理论值 10 5 时 应暂停张拉 查明原因并采取措施予以调整后 方可继续张拉 e 张拉加载速率要求平缓 每分钟升荷速率按设计应力的 1 10 卸荷速率按设 计应力的 1 5 控制 f 当张拉达到设计锁定吨位 在张拉系统出力值不变时 确信油压表不再向下漂 移后再进行锁定 张拉操作要点 张拉系统安装操作顺序和方法 a 装工作锚板 注意锚板与锚垫板尽量同轴 b 安装工作夹片 OVM 锚夹片为两片式 安装时保证夹片端部平整 c 安装测力计 d 安装限位板 通过止口与锚板定位 e 安装千斤顶 千斤顶前端止口对准限位板 张拉操作程序 a 预张拉并记录伸长值 b 继续向油缸加油至设计油压值 c 测量伸长值并做好张拉记录 d 锚固 松开高压油泵截止阀 张拉缸油压缓降至零 活塞回程 夹片即自动 跟进锚固 实现放张自锚 封锚操作程序 a 卸下千斤顶 限位板 b 切去多余钢铰线 封锚保护 c 灌浆及封平端部 张拉工序技术质量要求 a 锚夹具 钢铰线必须有厂家产品合格证 并经规定的试验验收程序方可使用 b 保证锚垫板安装精度及张拉固定端混凝土浇筑质量 c 锚束管内 锚夹具表面不得有水泥浆 油污 铁屑 泥沙等杂物 d 张拉系统安装必须认真做到孔道 锚具 千斤顶三对中 穿入锚环的钢绞线 保持顺直对中 无扭结现象 e 张拉施工必须细心操作 做好张拉记录 f 夹片安装要平齐 必要时用工具轻轻打齐 切忌重敲损伤夹片 g 在锚板锥孔表面涂抹少量退锚灵或其它润滑剂 以利夹片跟进 退锚 防止 断丝 八 灌浆封闭 预应力锚束张拉完毕后 对钢绞线迅速进行灌浆保护 防止锈蚀 1 灌浆施工布置 制浆站布置于闸室段左岩坎 1491 7 平台部位 设简易水泥 平台 15m2 安设搅拌机和灌浆机各一台 输浆管经墩尾交通便桥引至各灌浆工 作面 施工废水采用埋管集中引排至黄河 2 灌浆技术参数 采用永登 525 中热大坝水泥 浆液水灰比 0 45 1 灰浆比重 1 85g cm3 主 次锚孔灌浆压力采用三次进浆与三次并浆的标准 进出口均设置压力表 控制顶部 出浆口压力为 0 1Mpa 3 灌浆工艺 a 灌浆前用压缩空气吹净锚束钢管内的积水和脏物 并检查管路通畅情况 然 后在锚垫板上装好铁皮罩 罩住余长钢绞线 并留设排气管 b 锚束孔灌浆顺序 自下而上施灌 c 采用并浆和间歇灌浆 以解决钢管内灌浆泌水问题 d 主锚束孔灌浆 采用自下而上的循环灌浆法 第一次灌浆 上游竖井进浆口进浆 预埋中 1 灌浆管或锚具预留孔 下游高位 两回浆管回浆和排气 回浆管口出浆浓度达到 1 85g cm3 时 关闭放浆管 进行 压力并浆 30min 压力控制在 1kg cm2 第二次灌浆 工艺同前 第三次灌浆 为了不扰动下部浓浆部分 采取从锚束管下游回浆管 具下游锚垫板 0 5m 处中 1 灌浆管 进浆 锚垫板处回浆管回浆 待管口处浆液浓度比重 1 8 5g cm3 时 关闭放浆管 扎死进出浆管 灌浆结束 e 锚块次锚束 采用低位进浆管进浆 高位出浆管回浆循环灌浆法 第一次灌浆 一端低位进浆管进浆 另一端高位回浆管放浆 待管口出浆浆液比重 1 85g cm3 时 关闭放浆管 进行压力并浆 30min 压力控制在 1kg cm2 第二次灌浆 工艺同前 第三次灌浆 再从进浆管进浆 回浆管放浆 当浆液浓度比重 1 85g cm3 以上 时 压力控制在 2kg cm2 关闭进浆管 扎死进 出浆管口 灌浆结束 f 灌浆一天后 打开铁皮罩检查锚束管灌浆效果 如有空隙即要进行补灌处理 九 预应力锚索观测 1 观测内容包括预应力锚索观测和闸室结构观测 结构观测另见相关报告 2 预应力锚索观测主要指锚束逐级张拉过程中测力计读数观测 目的是通过预 应力试验张拉为闸室锚束张拉提供数据 3 预应力锚索观测采用 JC500 型测力计 共 6 支 分别布设于左边墩和左中墩 4 预应力锚索观测仪器在使用前必须进行相关标定 并绘制相应应力 应变曲线 5 装有测力计的锚束在观测人员的配合下进行张拉 并对每一级吨位进行量测 包括零吨位 分级吨位和锁定吨位 6 在测量张拉锚束的同时 对同一闸墩上其它已张拉锚束的测力计数值进行同 步观测 以分析各锚束张拉先后的相互影响 十 二期混凝土 灌浆结束经验收后 即开始浇筑二期混凝土封闭锚头两端 二期混凝土与锚块一期 混凝土同级配同标号 采用卸料平台配溜槽入仓 锚头部位严禁振捣器冲撞 以免 造成夹片松动 十一 施工进度计划 1 施工工期 根据锚束管及支架安装采用分层分节架立仓内拼装 一端单根分级张拉的施工 方案 计划闸室段四个闸墩平行施工 预应力闸墩的施工工期安排如下 架立排架柱 锚束管加工 4d 仓 不占直线工期 排架柱 锚束管 张拉系统埋件预埋安装加固及复测 4d 仓 与仓号准备 平行交叉作业 混凝土仓号准备及浇筑 含立模 安钢筋 埋件 仪器 搭平台等 7 8 d 仓 混凝土等强 28d 根据强度检验数据可提前张拉 搭设施工平台 穿束 8d 在混凝土等强期间完成 预应力张拉 四墩 10d 4 40d 灌浆封锚 3d 4 12d 与预应力张拉施工搭接 二期混凝土回填 7 d 4 28d 预应力闸墩从架立锚束管开始至二期混凝土浇筑完成 直线工期为 155d 2 预应力闸墩张拉施工进度计划 预应力张拉施工计划进度表 表 2 十二 施工安全 预应力闸墩施工的许多工序都属高空作业或压力机械工作 具有一定危险性 张拉 施工除按有关的安全条例和规范执行外 还应特别注意以下几个方面 1 预应力锚索施工应根据现场情况和锚索施工特点 制定相应的安全管理制度 和各工序的安全操作规程 2 各种机械设备操作人员未经培训考核不得上岗操作 3 穿束 张拉过程中锚索上下游端的作业人员均配备无线步话机以相互联系 保证穿束作业安全顺利进行 避免发生卡锚现象或其它事故 一旦发生异常情况应 立即停机 检查处理后再继续进行 4 锚索张拉施工中设专职安全员跟班作业 5 张拉施工区域设置明显警示和必要安全防护设施 禁止非工作人员出入张拉 场地 6 施工人员要戴安全帽 拴安全带 闸墩四周和张拉平台外侧设置安全网 7 张拉施工中 应采取妥善防雨保暖措施 防止张拉机具淋雨和设备受冻 8 高压油泵操作人员 灌浆操作人员必须配戴护目镜和其它劳动防护 且注意 高压管路接口检查与