小浪底排沙洞后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌施工

1. 工程概況
　　小浪底水利樞紐共設(shè)有3條排沙洞，洞長均為1100m左右，分別由進口閘室、彎段、洞身段、出口閘室、下游明流槽和挑流鼻坎組成。3條洞的布置軸線相互平行。洞身長分別為：1號洞850.74m、2號841.74m、3號洞831.74m。排沙洞以防滲帷幕線為界，分為上游洞段和下游洞段�；炷�土襯砌均采用一次成型的方式澆筑。上游洞段，水擊影響較弱，采用普通鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為70cm；下游洞段水擊影響明顯增強，采用雙圈環(huán)繞無粘結(jié)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌，襯砌厚度為65cm，預(yù)應(yīng)力段總長度為2169米。在1號排沙洞的上游洞段，設(shè)計了兩塊預(yù)應(yīng)力混凝土的生產(chǎn)性試驗段，一塊錨具槽軸線與鉛垂線的夾角為450，另一塊為600，在這兩個試驗段內(nèi)埋設(shè)了180多個觀測儀器。排沙洞的布置如圖1.

2. 雙圈錨索的布置
　　錨索在襯砌塊段內(nèi)按12.05米長為一個單元進行布置，混凝土襯砌設(shè)計厚0.65米，襯砌內(nèi)徑為6.5米，每塊襯砌安裝24束錨索，錨索間距0.5米，施工所預(yù)留的24個錨具槽間隔布置于襯砌下半圓周的兩側(cè)，其幾何尺寸為：長×寬×深=154cm×32cm×25cm，錨具槽中心線與洞的鉛垂半徑成
45°夾角，其布置如圖2所示。

　　每束錨索由8根公稱直徑為φ15.7mm、標(biāo)準強度為fPTK=1860Mpa的無粘結(jié)鋼絞線構(gòu)成，每兩根鋼絞線繞兩圈形成7200包角后分成內(nèi)外兩層布置，兩層鋼絞線的間距為0.13米。鋼絞線兩端交匯于錨具槽內(nèi)，每束錨索設(shè)計控制張拉荷載為1674KN。

3. 主要施工設(shè)備、材料及施工程序
3.1 主要施工設(shè)備和材料
　　根據(jù)工程施工需要和施工條件選用了以下施工設(shè)備和材料：外層鋼筋安裝臺車；內(nèi)層鋼筋及錨索定位安裝臺車；C1FA全斷面針梁鋼模臺車（意大利 CIFA公司設(shè)計制造）；混凝土泵（國產(chǎn)SANY60型）；混凝土罐車（國產(chǎn)6m3）；氣動附著式振搗器（意大利CIFA公司制造）；軟軸插入式振搗器；H0Z950/100型千斤頂（Dywidag公司生產(chǎn)）；DSI 77-159A型電動油泵；錨索張拉臺車；天津市第一預(yù)應(yīng)力鋼絲有限公司生產(chǎn)的無粘結(jié)高強度低松馳鋼絞線；柳州歐維姆（OVM）建筑機械有限公司生產(chǎn)的OVM·HM15－8型環(huán)錨錨具；DSI公司的防腐材料，包括PE防護套、防護帽、橡膠板及防腐油等。
3.2 施工程序
　　排沙洞的后張雙圈無粘結(jié)環(huán)錨襯砌結(jié)構(gòu),在施工中沒有更多的現(xiàn)成經(jīng)驗可以借鑒,經(jīng)過探索，形成了一套漸趨成熟的施工工藝流程,如圖3所示.

4. 主要施工方法
4.1 錨索的制作和運輸
　　錨索加工采用在錨索加工廠集中加工制作。錨索加工廠內(nèi)設(shè)一條放樣通道、兩個加工臺和兩個轉(zhuǎn)盤，將錨索盤卷用16T吊車吊放于轉(zhuǎn)盤上，然后將錨索順著放樣通道上的放樣標(biāo)志進行放樣，用砂輪切割機切斷。將切割好的錨索兩根為一組用18號鉛絲綁扎，每隔0.6m綁扎一個點，然后順著加工繞臺轉(zhuǎn)兩圈。加工臺需預(yù)先用紅油漆標(biāo)注出底拱中心線和錨具槽中心線。加工好的錨索，直徑太大，無法將其運進洞內(nèi)，為此將其疊成8字形，再折疊成一個小圓圈，放于運輸錨索的貯存支架內(nèi)。采用16T吊車將錨索貯存架吊裝于由15T三菱自卸汽車改裝成的平板車上，并運進洞內(nèi)。
4.2 錨索的安裝.

　　錨索通過托架附著在外層鋼筋上，所以錨索的測量定位是在外層鋼筋上完成的。其具體工序為：外層主筋安裝→測量定位→托架分布筋及分布筋安裝→錨索安裝。 一束錨索在非錨具槽范圍，錨索內(nèi)、外層的距離是一致的。但在靠近錨具槽的地方，錨索按漸開線的形式進行分布。在該區(qū)域根據(jù)不同斷面的坐標(biāo)設(shè)置了一些不同型式的托架，對應(yīng)特殊斷面的特殊托架有5種型式。特殊托架不完全對稱，施工時要嚴格按方向正確就位。為了保證托架的安裝精度，托架采用在場外制作，然后一個接一個嚴格按精度要求把托架焊接在分布筋上。 錨索安裝一般有兩種方法：繩圈法和穿梭法，繩圈法適于一般錨索的安裝，穿梭法用于鋼模支腿位置錨索的補齊。
4.3 錨具槽施工
　　錨索安裝完后，檢查各序號錨索在特殊托架位置坐標(biāo)準確無誤后,開始錨具槽盒的安裝與施工，其工序如下： 校核錨具槽盒與支撐鋼筋 →在定位鋼筋上鋪設(shè)一層2.5mm的鋼絲網(wǎng)，并用鉛絲在鋼絲網(wǎng)上鋪設(shè)一層4mm厚的泡沫板 → 在泡沫板上放置錨索定位模板→分層安裝錨索→ 安裝外模邊板、端板 → 安裝邊板連接桿 → 安裝外�；⌒雾斈� → 整個外模邊模、端模、頂板五個面設(shè)置2cm厚泡沫板并用封箱膠帶密封。
在新澆混凝土脫模并拆除錨具槽模板和清除保護錨具槽的泡沫后，采用人工使用風(fēng)鎬配合鏨子對錨具槽各個面進行鑿毛。錨具槽回填c40級無收縮混凝土，c40級混凝土是在普通混凝土的配合中摻入水泥重量的13~15%的膨脹劑,，混凝土坍落度控制在9cm，最大骨料粒徑控制在14mm之內(nèi)，以便使Ⅱ期混凝土澆得更密實。模板采用5mm厚的開口弧形鋼模板，混凝土澆完拆模后，清除超澆的三角體混凝土并打磨光滑。
4.4 張拉施工
　　襯砌混凝土澆筑完成且強度達設(shè)計要求后，用集張拉端與固定端于一體的游動型錨具將錨索連接安裝，用專用變角張拉裝置對錨索進行張拉并鎖定。通過錨索張拉變形擠壓PE套和混凝土，使混凝土襯砌環(huán)受到徑向擠壓力和切向拖曳力，從而使襯砌環(huán)截面形成預(yù)應(yīng)力。技術(shù)規(guī)范規(guī)定，錨索的張拉力不能超過破斷力的75％，即錨板處錨索的最小張拉力為：鎖定前1473KN，鎖定后1259KN。
　　當(dāng)預(yù)應(yīng)力襯砌塊段的抗壓強度超過混凝土設(shè)計強度（28天強度）后，即可進行錨索的后張拉施工。錨索張拉工藝流程為：鋼絞線切割→PE套管的剝除→防腐附件安裝→錨板與夾片安裝→錨具安裝檢查→張拉設(shè)備的安裝與臺車就位→錨索張拉 。
　　錨索的張拉順序：為了在張拉時避免相鄰兩束錨索間的張拉力差值過大導(dǎo)致襯砌混凝土產(chǎn)生局部過大的拉應(yīng)力而破壞，錨索的后張拉施工按圖4所示順序進行。

　　在施工中，實際張拉力經(jīng)過計算，鎖定前錨板處錨索張拉力為：1541KN；鎖定后因錨索回縮的影響,錨索張拉力為：1352.2KN，滿足技術(shù)規(guī)范要求。
4.5 錨索防腐
　　錨具槽內(nèi)的預(yù)應(yīng)力錨頭及錨索的混凝土覆蓋層較薄，且為II期回填的素混凝土。而排沙洞在長年高水頭、高含沙、高流速的狀況下運行，所以錨具槽內(nèi)錨頭、錨索的防腐是整個預(yù)應(yīng)力錨索防腐保護的一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。錨索防腐施工的操作工藝為：工具、材料準備→鋼絞線切割 →清理錨具和鋼絞線 →套黃色PE套 → 固定夾板→ 灌防腐油脂→ 檢查并密封PE套管。
4.6 質(zhì)量控制
　　無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工工藝要求較高，為保證工程施工質(zhì)量，主要采取了以下質(zhì)量控制措施：(1) 按照技術(shù)規(guī)范的要求嚴格控制每道工序的施工。(2) 對使用的鋼絞線分批量進行力學(xué)指標(biāo)試驗。(3) 嚴格控制錨索的加工精度和安裝精度。(4) 張拉千斤頂定期進行率定，避免張拉應(yīng)力偏差。(5) 張拉過程進行應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析。(6) 按技術(shù)規(guī)范要求做好錨具槽內(nèi)錨索的防腐。

5. 結(jié)語
　　在水工隧洞中采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌型式在國內(nèi)尚屬首次，國外也只有兩個工程實例，采用雙圈環(huán)繞無粘結(jié)錨索，在世界上則屬于首次。排沙洞洞身混凝土的施工表明：(1)隧洞后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的施工是一項工藝精細的、技術(shù)含量高的工作，與普通混凝土相比，預(yù)應(yīng)力混凝土的施工對混凝土澆筑質(zhì)量提出了更高的要求；(2)環(huán)型后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力使襯砌混凝土原生的裂縫達到了一定程度的閉合，提高了襯砌混凝土的防滲效果。