预应力高强螺纹钢筋在溢流坝段中应用

预应力高强螺纹钢筋在溢流坝段中应用

陈萍

柳州市鱼峰区园林绿化管理所 广西柳州 545005

摘要：中国经济的快速腾飞，使新理念、新技术、新材料、新工艺在基础建设中得以广泛应用。本文以广西落久水利枢纽工程为背景，主要分析了溢洪坝段闸墩预应力次锚索系统中高强螺纹钢筋的张拉、压浆施工工艺及其特点。

关键词：预应力;高强螺纹钢筋；溢流坝；次锚索；工程应用

0引言

预应力高强螺纹钢筋在水利枢纽工程中应用广泛，对于结构大跨度、抗裂及抗震性能方面起到非常重要的作用。本文阐述了溢流坝段闸墩结构预应力次锚索系统，预应力高强螺纹钢筋的主要性能指标、施工方法、工艺，以及该系统的可靠性与优越性。

1.工程概况

落久水利枢纽工程是一座以防洪为主，兼顾灌溉、供水、发电和航运等任务的综合性水利枢纽工程。该工程由主坝、副坝、灌溉及供水取水建筑物、发电引水建筑物、坝后式电站厂房等组成。工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型。水库正常蓄水位153.5米，总库容3.46亿立方米。主坝溢流坝段闸墩结构预应力部分共布置118束主锚索，其中102束有粘结工作主锚索和16束工作兼监测无粘结主锚索；96束次锚索，其中80束有粘结工作次锚索，16束工作兼监测次锚索。主锚索材料采用高强度低松弛钢绞线,次锚索材料采用高强螺纹钢筋，直径75mm，屈服强度830MPa，抗拉强度1030MPa，主要力学性能及指标见表1。

表1 高强螺纹钢筋性能指标

2.次锚索中高强螺纹钢筋特点

2.1材料性能

从材料性能方面分析，高强螺纹钢筋张拉回缩量小仅为1mm；预应力损失小，按照5米长，张拉到屈服强度75%计算，因回缩造成应力损失5%，有利于控制锚下应力；松弛率低，室温下张拉到0.8Pb，时间为2000小时，实测≤1%；无锚下锚口摩阻损失；索力均匀性好，无索力离散性影响，而与钢绞线群锚单根绞线相比较，其离散性误差高达10%，张拉到0.75Pb时，最大者达到0.85Pb，短索有可能破断，安全风险大^[1]。

2.2施工方法

高强螺纹钢筋下料在工厂严格按照设计尺寸生产，无需现场下料，材料零损耗；安装方便，一根Φ75钢棒可替代16根Φ15.2钢绞线；张拉简捷方便，一次张拉到位拧紧螺母即可。

2.3主体结构

从锚下应力集中（锚索集中在5m×2m范围内）方面考虑，锚下应力比较大（压力应力达11Mpa），需要锚下刚度足够并有容许范围，高强度螺纹钢筋可以提供横向抗弯刚度（锚索轴线法向方向），提高锚下刚度；就预应力砼结构收缩、徐变以及松弛，永存应力损失过快，不利于结构耐久性而言，高强螺纹钢筋可以克服施工过程的锚下应力损失，利于后期徐变、收缩应力损失后的永存应力。

从工程本身出发，结合高强螺纹钢筋的材料性能、施工方法和主体结构三个方面综合分析，预应力高强螺纹钢筋的优越性远远高于同规格的钢绞线索,高强螺纹钢筋实物见图1。

图1 高强螺纹钢筋实物图

3.次锚索锚固系统

溢流坝闸墩预应力次锚索系统从下往上包括三个主要部分^[2]：固定端锚固系统、接长系统（包括高强螺纹钢筋接长系统和波纹管接长系统）、张拉端锚固系统^[6]。

固定端锚固系统固定端锚固系统除预应力高强螺纹钢筋及波纹管外，主要包括：密封筒及钢垫板、固定端螺母及螺母压杆、保护罩、热缩套管、螺旋筋；接长系统预应力接长系统除预应力钢筋及波纹管外，主要包括：高强螺纹钢筋接器、波纹管连接套管、止转螺母、热缩套管、连接帽；张拉端锚固系统张拉端锚固系统组成除预应力钢筋及波纹管外，主要包括：密封筒及钢垫板、球形垫板、张拉端螺母、保护罩、螺旋筋和热缩套。

4.次锚索张拉施工

4.1次锚索预埋件设置

次锚索预埋件由300mm×300mm×60mm锚垫板，Ф15螺旋筋及Ф121×4.5预埋钢管组成，索体为Ф75高强螺纹钢筋，应满足《预应力混凝土用螺纹钢筋》GBT20065-2016要求，对于工作兼监测次锚索，还应在张拉端锚板与锚索计之间增加一块300mm×300mm×60mm的垫板。由于两闸墩间，浇筑混凝土后剩余的空间不足，所以在进行预埋管的预埋时，先在地面将Φ75预应力螺纹钢穿束完成后，再将其整体吊装至闸墩面上进行预埋^[3]。

4.2张拉前施工准备

图2 张拉工艺流程图

预应力高强螺纹钢筋下料长度计算：

下料长度＝理论长度＋千斤顶工作长度＋工具式过渡板长度＋预留长度（1-1）

次锚索张拉前应进行材料检验和张拉机械设备标定；预应力管道的安装应和高强螺纹钢筋安装同时进行；张拉前，必须对混凝土构件进行检验，外观和尺寸应符合质量标准要求，检查锚垫板和孔道的位置必须正确，灌浆孔和排气孔应满足施工要求，孔道应畅通，无水份和杂物，锚具、垫板接触板面上的焊渣、混凝土残渣等要清除干净^[4][5]。

4.3次锚索预应力高强螺纹钢筋张拉

张拉控制程序按分级张拉进行，同时测量每级的伸长量，次锚索整体张拉分六级进行，当达到各级张拉力时，均应持荷5min以上。当第六级张拉力持荷稳压稳定30min以上后，可锁定锚索。锚索锁定后应测量回缩量，实测回缩量不应大于5mm，具体张拉情况见表2。

表2 预应力高强螺纹钢筋分级张拉

预应力高强螺纹钢筋的张拉，要求采用张拉吨位与引伸量双重把控，预应力高强螺纹钢筋达到张拉吨位时，其实际与理论引伸量之间的允许误差控制在±6％之间。实际引伸量值应扣除高强螺纹钢筋的非弹性变形影响。预应力高强螺纹钢筋在第一次张拉完成后20天，再进行二次复张拉，各阶段张拉时均应采用测力扳手，以保障张拉质量。预应力高强螺纹钢筋张拉前应根据材料参数调整张拉引伸量，高强螺纹钢筋张拉结束后必须割除裸露部分，张拉组件安装见图3。

图3 张拉组件安装示意图

4.4压浆施工工艺

真空辅助压浆可以消除普通压力灌浆方法引起的气泡和混在稀浆中的气泡，减少有害水分的聚积位置。真空灌浆是一个迅速、连续的过程，管道抽真空只要几秒钟，灌浆只需要3分钟，而普通压力灌浆需超过10分钟。可提供均匀、密实不透水的灰浆保护层，其密实度在99%以上。

压浆前应校验抽真空泵和压浆泵的工作性能，特别是压力表的读数是否正常，确保压浆过程顺利进行。采用专用的保护罩，安装前将锚垫板表面清理，保证平整，在保护罩底面和橡胶秒封圈表面均匀涂上一层玻璃胶，装上橡胶密封圈，将保护罩和锚垫板上的安装孔对正，用螺栓拧紧，注意将排气口朝正上方，在灌浆后10小时左右拆除。在压浆前用空气压缩机使用不含油的压缩空气吹去管道内积水，但要使孔道保持湿润，以便水泥浆与孔壁结合良好，同时检查孔道畅通。

压浆由低向高进行，进浆口设在墩身构件低端，出浆口和真空泵均设在高端，因高差引起的浆液静压力有利于压浆质量的保证。压浆泵和真空泵安装完成后，关闭进浆管球阀，开启真空泵。真空泵工作一分钟后压力稳定在-0.06 Mpa至-0.10 Mpa，继续稳压1分钟后，开启进浆管球阀并同时压浆。为保证管道内所压浆体的密实度，压浆过程中，在出浆口处观察所出浆体的浓度情况，确保出浆口处所出浆体和进浆口处浓度一致，保证管道压浆的密实度。在压浆的同时按规定取水泥浆制作试块，以检测其强度。压浆过程中及压浆后48h内，结构物混凝土的温度不得低于5℃，否则应采取保温措施。当气温高于35℃，压浆宜在夜间进行。压浆中途发生故障、不能连续一次压满时，应立即用压力水冲洗干净，使孔道通畅，待故障处理后再重新进行压浆。

待压浆完毕后，应及时对需封锚的锚具进行封闭。锚具封闭前，将其周围混凝土冲洗干净和凿毛，并对锚具进行防锈处理、设置钢筋网。封锚采用水泥基聚合物混凝土，强度符合设计规定。

5. 结束语

（1）预应力高强螺纹钢筋与钢绞线的相比，预应力高强螺纹钢筋在材料性能、施工方法、主体结构等方面都具有其独特的优越性；

（2）预应力高强螺纹钢筋的张拉要求采用张拉吨位与引伸量双重把控，预应力高强螺纹钢筋张拉达到张拉吨位时，其实际与理论引伸量之间的允许误差控制在±6％之间

^[6]。

（3）真空辅助压浆可提供均匀、密实不透水的灰浆保护层，其密实度在99%以上，可提高结构物的耐久性。

作者简介：陈萍，女；籍贯：广西贵港，1988年11月；广西大学林产化工专业；大学本科

参考文献

1. 《水电水利工程预应力锚索施工规范》

2. GB/T 14370—2007，预应力筋用锚具、夹具和连接器[S].

3. 《预应力混凝土用螺纹钢筋》（GB/T 20065-2006）

4. 朱万旭,张贺丽,甘国荣,付委.港珠澳大桥预制拼装桥墩预应力高强螺纹钢筋锚固体系试验研究[J].施工技术,2017,46(16):101-105.

5. 甘国荣,付委,杨开壮.大直径高强螺纹钢筋锚固体系在桥梁中的应用研究[J].预应力技术,2016(06):34-38.

6. 崔怀俊,盛剑.大直径高强螺纹钢筋在港珠澳大桥预制墩台中的应用[J].中国港湾建设,2017,37(06):77-80.