冯小庆，陈华贵，谭金玮

（鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹），430071，武汉）

孟楼渡槽槽身三向预应力施工工艺

冯小庆，陈华贵，谭金玮

（鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹），430071，武汉）

鄂北地区水资源配置工程孟楼渡槽槽身采用三面环向预应力结构，为避免混凝土产生裂缝，提高渡槽的抗裂性能和整体刚度，在进行三向预应力施工时，制定详细的施工工艺流程与质量控制方案，确保了渡槽槽身工程质量，同时还节省了大量钢材，在一定程度上提高了渡槽的耐久性。

鄂北地区水资源配置工程；孟楼渡槽；三向预应力

一、工程概况

鄂北地区水资源配置工程孟楼渡槽位于老河口市孟楼镇境内，桩号20+200～25+190，全长 4.99 km，孟楼渡槽由进口段、槽身段、出口段3部分组成。其中槽身段长4 920 m，每跨长30 m，共164跨。单槽横断面尺寸：内轮廓 6.5 m×5.0 m （净宽×净高），空槽重量约1 200 t。

孟楼渡槽槽身为三面环向预应力结构，槽身纵向、横向预应力采用1 860 MPa级的高强度低松弛钢绞线，竖向预应力采用1 080 MPa级Фps 32精轧螺纹预应力钢筋。槽身采用后张法进行预应力施工。槽身纵向预应力筋采用两端张拉，横向、竖向采用一端张拉。除纵向预应力采用BJM15—4扁形夹片式锚具外，其余纵、横向钢绞线采用YJM15—12型、YJM15—10 型、YJM15—6 型、YJM15—5型圆形夹片式群锚锚具，竖向预应力钢筋采用 LMM—32—1型螺母式锚具。预应力束孔道采用高密度聚乙烯（HDPE）波纹管成型，预应力混凝土设计强度为C50W8F150，张拉结束后采用真空辅助工艺进行灌浆。

二、预应力施工准备工作

1.预应力钢绞线

孟楼渡槽预应力钢绞线采用标准低松弛预应力钢绞线。钢绞线公称直径为15.2mm，公称横截面面积140 mm2，标准强度为1 860 N/mm2。整根钢绞线的最大负荷不小于260kN，0.2%屈服负荷不小于229kN，伸长率不小于3.5%，1 000小时应力松弛率不大于2.5%。

2.预应力钢筋

孟楼渡槽槽身竖向预应力采用1 080 MPa级Фps32精轧螺纹钢筋。公称直径32mm，公称截面面积804.2 mm2，标准强度为 1 230 N/mm2。

3.锚具、夹具和连接器

锚具应满足分级张拉、补张拉及放松预应力的要求，附件上设置灌浆孔和排气孔。夹具应具有良好的自锚性能、松锚性能和重复使用性能。在张拉后永久留在混凝土结构或构件中的连接器应符合锚具性能要求，需拆卸的应符合夹具性能要求。

4.塑料波纹管及灌浆材料

预应力束孔道采用高密度聚乙烯（HDPE）塑料波纹管成型，预应力张拉前应做纵向、横向摩阻试验。波纹管的连接管及连接头采用专用连接头。

波纹管内径应不小于设计尺寸，壁厚不小于2.5 mm，外表面光滑平整，不允许有裂纹、气泡、裂口及明显杂质，波纹管应均匀一致，不应出现短缺波纹，波峰上不得有收缩凹纹。

预应力管道灌浆材料采用低碱普通硅酸盐水泥，强度不低于结构混凝土设计强度等级，水胶比不得大于0.4。

三、预应力施工

1.工艺流程

预应力施工工艺流程详见图1。

2.预应力筋布置及张拉要求

（1）渡槽预应力布置形式

孟楼渡槽纵向、横向采用1 860 MPa级Фs15.2 mm低松弛有黏结钢绞线，竖向采用强度为1 080 MPs级Φps32 mm预应力精扎螺纹钢筋，公称直径32 mm。

槽身每跨纵向共布置32孔钢绞线，其中扁锚8孔，横向布置39孔钢绞线，竖向布置146孔Φps32 mm预应力钢筋。

（2）预应力张拉控制应力值

钢绞线锚下张拉控制应力为1 302 N/mm2，超张拉控制应力为1341.1 N/mm2，持荷5 min锚固。单根钢绞线张拉端的张拉控制力为187.75kN。

竖向预应力钢筋张拉控制应力为799.5 N/mm2，超张拉控制应力为823.5 N/mm2，持荷5 min锚固。单根Φps32螺纹钢筋张拉控制力662.2 kN。

图1 预应力施工工艺流程图

纵、横、竖向预应力采用张拉力与伸长量双控，以张拉力控制为主。实测延伸量与计算延伸量允许±6%以内的误差，钢束伸长量计算参数μ、k分别取值 0.15、0.001 5。

四、预应力施工

1.波纹管安装及预留孔道保护

预应力钢绞线预留孔道的施工与钢筋工程同步进行。底网钢筋及侧向钢筋绑扎完成后进行波纹管安装。安装时按图纸每个孔道坐标在模板上标出的断面及矢高控制，坐标尺寸量测控制水平偏差小于或等于5 mm。采用Φ10 mm定位钢筋将所有预应力管道的线形控制点精确定位出来，之后铺设预应力管道，定位钢筋与分布钢筋焊接，将波纹管上的井字架或控制环与定位钢筋焊牢，固定波纹管。安装中使用波纹管专用接头，在搭接处外缘用密封胶布缠紧，接头处要封严，不得漏浆。

波纹管安装完成后，保护好预留孔道位置、形状及外观；电气焊操作时，焊渣不得堆落在波纹管表面，严禁电火花触及波纹管及连接胶带。

2.钢绞线施工

（1）钢绞线下料及编号

钢绞线在平坦干净、无泥浆及油污的场地进行切割，下方垫彩条布以免生锈，钢绞线下料采用无齿锯切割，严禁采用弧焊切割，下料长度误差控制在±50 mm。切割完成后，将钢绞线端头的毛刺打磨干净。为了避免下料过程中钢绞线紊乱后弹出伤人，采用钢筋制作防护笼，下料时将钢绞线盘卷装在笼内，从盘卷中央逐步抽出。

钢铰线下料在加工车间内完成。下料长度根据设计尺寸及锚具、张拉机具的性能要求确定。注意做好对已下钢绞线的保护。钢绞线下料前，按规定要求进行抽样检查，不合格的钢绞线不得使用。下料长度按如下公式进行计算：

式中，L为钢绞线下料长度，s为实测管道长度，h为锚垫板外钢绞线使用长度。

预应力筋下料长度由技术人员计算，经技术负责人审核，由施工作业班组配料。钢绞线束孔位不同，长度也不同，须分别编号并事先标出全长，列表交施工班组据此下料，编号后须在两端挂上铁皮小牌。

钢绞线的下料长度根据结构体型、张拉工艺及张拉设备等因素确定，纵向钢绞线长度分别按照31.2 m、31.6 m、31.9 m、32.5 m 控制，横向钢绞线分别按照8.8 m、9.45 m进行控制。

下料前将钢绞线包装铁皮拆去，拉出钢绞线头，由工人牵引在调直台上缓缓顺直拉出钢绞线，按技术部下达的尺寸画线、下料，每次只能牵引1根钢绞线。

钢绞线下料后，按规格型号分别编号，分开存放，按孔道规格挂牌标识，防止错用。钢绞线下料后要覆以塑料布防止雨淋生锈。

为防止下料完成的钢绞线顺序混乱且便于张拉过程中进行记录，我们对钢绞线进行了统一编号。顺水流方向，将槽身分为左、右两侧。纵向采用左右对称编号和张拉，上、下游编号分别为上、下；横向分底板、端横肋、中横肋锚束，编号采用上游至下游顺序编号，上下游对称张拉；竖向顺水流方向，左右对称编号，上下游及左右对称张拉。

预应力锚索采用人工搬运、安装，局部采用吊车配合安装。对外露部分钢绞线采用塑料胶带包裹密实，防止槽身浇筑和蒸养过程中钢绞线受潮。

（2）钢绞线穿束

钢绞线穿束前，先完成波纹管下料、连接，保证管道畅通，钢束穿束顺利。

根据孟楼渡槽实际情况，钢绞线采用单根穿束工艺，纵向钢绞线自上游向下游穿束，横向钢绞线自左向右穿束。

3.锚具安装

槽身墙体竖向预应力钢筋固定端锚具焊接固定在底板或侧面钢筋上，张拉端锚具采用预埋盒预留，波纹管端部的垫板通过钢筋骨架与预埋盒顶紧。

槽身纵、横向预应力钢绞线固定端锚具焊接固定在相邻的钢筋上，张拉端锚具预留采用预埋盒，安装时要保证位置准确。在张拉完成、孔道灌浆后，浇筑二期混凝土与周围混凝土抹平，使锚具被混凝土包裹。

4.灌浆孔及排气管安装

对于两端张拉的预应力孔道不再另设排气孔；对于一端固定、一端张拉的预应力孔道应在固定端埋设硬塑料管排气孔道并引出混凝土面外。竖向预应力钢筋固定端及张拉端均应埋设塑料管孔道。混凝土浇筑完成终凝后，组织人员清理孔道，或抽动孔道内的预应力筋，以确保孔道及灌浆孔道通畅。预应力孔道经检查合格后，做好孔口封闭保护。

5.预应力张拉

（1）张拉条件

当槽体混凝土强度达到设计强度等级标准值85%时，进行初张拉。张拉数量、位置及张拉值符合设计要求。初张拉后槽体可吊移出制槽台位。

张拉前实施混凝土强度、弹性模量、混凝土龄期“三控”：张拉前梁体混凝土强度及弹性模量均达到设计要求，并且龄期不少于10天。张拉中实施张拉应力、应变、时间“三控”：张拉时以传感器读数为主、以钢绞线伸长值作校核，在1.03 σcon张拉控制应力作用下持荷10 min。

（2）张拉施工程序

混凝土强度不低于设计值（C50）的85%后对槽身施加预应力。张拉整体分为初张拉和终张拉两个阶段，即张拉分期；为了保证槽身移位时结构安全满足要求，同时减少制槽台上占用的时间，在制槽台上进行初张拉，先拆除端模、脱离内模，张拉60%σcon的纵向预应力钢绞线，使槽身能够承受其自重后，拆除侧模板，分别将横向预应力钢绞线及竖向螺纹钢筋张拉至满张到位，移槽至存槽台座。混凝土结构强度达到设计强度100%、混凝土弹性模量达到设计值、混凝土龄期不小于10天时，张拉剩余纵向预应力钢绞线。

张拉顺序采用纵、横、竖分步循环，钢束张拉按同步、对称、分级加载、同时张拉的原则。从两端向中间对称张拉，每次张拉2根及以上钢束。首先纵向张拉，由两边梁到底板，由顶至底。其次横向张拉，每个横肋及底板的3个孔道为一组，同时张拉，由两端向中间推进。预应力完工后浇筑渡槽顶部拉杆。压浆采用真空辅助压浆，槽端封锚采用聚氨酯防水处理。每级张拉荷载下应持荷5 min，张拉后分别记录其伸长值，每步按要求进行伸长值效验。锁定完成后测定钢绞线长度的回缩量不应大于5 mm。为便于现场施工记录准确方便，我们特制定专用于本工程的张拉记录表。

（3）实测张拉伸长值的方法

预紧应力选定为张拉控制应力的0.1 σcon进行逐根张拉，不计其伸长量。

实测伸长值应该从进行整体张拉时即0.1 σcon开始量测，实际伸长值除量测的伸长值外还应加上0.1 σcon以下的推算值。

式中：ΔL1为从 0.1 σcon 到最大张拉应力间的实测伸长值 （mm），ΔL2为0.1 σcon 以下的推算值（mm）。

（4）预应力张拉工艺

孟楼渡槽槽体钢绞线束张拉按照设计规定的张拉顺序，采取两端同步张拉，左右对称进行，最大不平衡束不得多于1束。

采用槽体两端、左右两侧张拉千斤顶，同时分级加载的办法进行。两端同步张拉，保持千斤顶升、降压速度相近，使两端荷载值相同。

张拉至钢束设计控制应力，持荷5min，在持荷状态下，如油压下降，应立即补至张拉控制应力。

测量钢束伸长值，检查两端钢束伸长值偏差是否在规定范围（±6%）以内，若超出该范围，须查明原因后重新张拉。

终张拉完成24小时后检查确认钢束无滑丝、断丝现象方可割束，切断处距夹片尾3～4 cm。钢束切割采用砂轮角磨机作业。

张拉按设计要求分级进行，张拉过程中应采用应力应变的双控措施进行监控。

（5）预应力张拉质量要求

每片槽断丝及滑丝数量不得多于预应力钢绞线总丝数的0.5%，并且断丝、滑丝不得发生在槽体的同一侧，一束内断丝不得超过一丝。

锚固后夹片外露量大于或者等于3 mm，平齐，夹片不得错牙。钢绞线回缩量不得超过6 mm。

纵向预应力张拉结束后，才能进行横向、竖向预应力筋张拉。在张拉过程中，张拉应力以油表读数为主，以钢绞线伸长量作校核。

(6)预应力孔道压浆

终拉完成后，须在48小时内进行管道压浆。采用真空辅助压浆工艺进行管道压浆，灌浆材料采用高性能无收缩防腐灌浆液。

施工步骤：清除管道→水泥砂浆密封锚具→清理锚垫板上的灌浆孔→确定抽真空端及灌浆端，安装引出管、堵阀和接头→搅拌水泥浆→抽真空→灌浆泵灌浆→出浆稠度与灌入的浆体相同时，关闭抽真空端所有的阀→灌浆泵保压→关闭灌浆泵及灌浆端阀门→拆卸外接管路、灌浆泵→浆体初凝后拆卸并清洗出浆端堵阀。

灌浆剂抗压强度7天龄期大于或者等于30 MPa，28天龄期满足设计要求。压入孔道的灌浆剂密实，浆体体积收缩率小于1.5%。

（7）封锚

在预应力锚索张拉锁定、回灌补浆结束后进行封锚。封锚采用强度等级不低于C50无收缩混凝土填塞。

施工步骤：锚具穴槽表面凿毛→锚具防水处理→安装封锚钢筋→填塞混凝土→养护→对新旧混凝土接合部进行防水处理。

五、结 语

孟楼渡槽采用了三向预应力施工技术，在施工过程中不仅节省了大量的钢材，而且使混凝土中存在预压应力，使得渡槽槽身在过水时不产生拉应力，避免了混凝土裂缝的出现，提高了渡槽的抗裂性能和整体刚度。混凝土中的预应力钢筋由于在灌浆后不易锈蚀，也在一定程度上提高了渡槽的耐久性。

[1]水工预应力锚固设计规范（SL 212—2012）[S].2012.

[2]水电水利工程预应力锚索施工规范（DL/T 5083—2010）[S].2010.

[3]林传威，等.后张法预应力混凝土施工方法[J].辽宁交通科技，2005(12).

[4]铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件 （TB/T 3192—2008）[S].2008.

[5]岳永民，邢九平.南水北调中线京石段水北沟渡槽三向预应力施工工艺[J].水科学与工程技术，2008(4).

Three dimensional prestressconst ruction techniques for aqueductbody of Menglou Aqueduct

Feng Xiaoqing,Chen Huagui,Tan Jinwei

Menglou Aqueduct of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province employs an aqueduct body surrounded on three sides by the prestressed structure.In order to avoid concrete crack,increase anti-cracking ability and integral rigidity of the aqueduct,construction techniques and quality control options are worked out in detail during three-way prestressed construction,so as to ensure engineering quality of aqueduct body and save steel material and moreover enhance the durability of aqueduct in some degree.

Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province;Menglou Aqueduct;three dimensional prestress

TV68+TV672.3

B

1000-1123（2017）22-0045-04

2017-10-11

冯小庆，工程师。

责任编辑 韦凤年