大吨位预应力后张拉施工技术

大吨位预应力后张拉施工技术大吨位预应力后张拉施工技术BigTonnagePrestressandPost-tensionConstructionTechnique郝发领（中国核工业华兴建设公司，江苏仪征211900）摘要：秦山三期工程安全壳大吨位预应力后张拉施工技术是核电站施工中较为复杂的部分。本文就预应力管道的埋设、大吨位预应力钢束的后张拉、预应力孔道灌浆施工技术等三方面作一详述。关键词：大吨位预应力后张拉安全壳施工技术Abstract：Thebigtonnageprestressingandpost-tensioningtechniqueisacomplexpartofcontainmentconstructionofQinshanPhaseIIIProject.Thispaperdescribesindetailtheconstructiontechniquesinthreeaspects,i.e.theembedmentofprestressingtubes,thepost-tensioningofbigtonnageprestressedsteelcableandtheconcretepourinprestressingtunnelsetc.Keywords：Bigtonnageprestressingandpost-tensioningContainmentConstructiontechnique秦山三期工程安全壳为预应力钢筋混凝土结构，由底板、筒体墙、环梁和穹顶四部分组成。其施工顺序为：基础底板→滑模施工安全壳筒体墙→内部结构→环梁和穹顶。整个安全壳内表面使用环氧树脂衬里代替传统的钢衬里，这对预应力的施工质量提出了很高的要求。安全壳基础底板是边长为12.7m的正12边形，厚度1.68m；筒体墙外直径43.59m，壁厚1.07m，高度42.29m；环梁厚1.9m，高4.27m；穹顶的外球径41.45m，厚度为0.61m。为了便于内部结构中大型设备排管容器的安装，设计上在筒体墙上留出一个施工用的10.82×11.46m临时开口，用于排管容器的运输安装通道，在排管容器安装就位及内部结构施工基本完成后对此临时开口进行封堵。预应力系统钢绞线束分布在核安全壳结构的基础底板、筒体墙、环梁和穹顶。底板预应力钢束共有126束，分三层互成120°角，呈直线分别布置在底板的底部和顶部，每层21束，每束长度在26～50m之间，钢束的两端锚固在底板的外侧。筒身墙内预应力钢束分竖向、水平向两个方向：竖向预应力钢束124束，全部呈直线单排垂直布置在筒身墙内半径为R＝21.26m的位置，每束长度为48.24m，孔道平均间距为1200mm，钢束的上端锚固在环梁顶部、下端锚固在预应力施工廊道的顶面；环向钢束146束，环绕筒身1/2或1/4圆周呈单排布置在半径为R＝21.599m的筒身墙内，钢束的两端锚固在扶壁柱的两侧。环梁钢束16束，分上、下两层，呈双排布置在半径R＝21.793m和22.047m的环梁内，每根环绕1/2圆周，钢束的两端锚固在环梁的外侧。穹顶钢束141束，分三层三个方向分别布置在球半径R＝41.634m、41.758m和41.881m的外穹顶内，每层47束，每层的间距为123mm，钢束的两侧锚固在环梁的外侧。每个从Χ压灿懈质?53束，孔道总长约28500m。1预应力孔道埋设施工技术1.1预应力材料的特性本工程预应力系统全部采用法国FreyssinetC-RangeSystem包括25C15、37C15锚具和相关部件的定型设计和生产的配套系列产品。筒体墙水平向、穹顶和环梁锚具为25C15锚具，基础底板、筒体墙竖向为37C15锚具。底板钢束孔道使用Φ139.7mmOD×2.9mm的光滑钢管成孔，竖向钢束孔道在底板及环梁部分均采用定型钢管，在筒身墙内的竖向孔道采用滑模上的Φ146mmOD×6.5mm预应力钢管滑杆对砼抽芯成孔。筒体墙水平向钢束孔道采用Φ110mmID×0.6mm的磷化波纹管成孔，环梁和穹顶钢束孔道采用Φ114.3mmOD×2.6mm的光滑钢管成孔。在浇筑砼前预埋导管形成钢束孔道，待砼强度达到28MPa后，用于后穿预应力钢绞线，经千斤顶张拉后获得预应力。为使张拉后的钢绞线在孔道内不被腐蚀，并在预应力钢束与砼之间有良好的粘结，往预应力孔道内灌入水泥浆以及在锚固端的外面浇筑上封锚砼进行永久性保护。1.2管道埋设1.2.1预应力导管预埋施工前的准备（1）波纹管的制作波纹导管和波纹套管（波纹管接头）在预应力生产车间内使用波纹卷管机将磷化钢带（78mm×0.6mm）卷制而成。根据现场的实际需要将每节波纹管切割成12.0m长，波纹套管（接头）的长度每节为600mm，每10根波纹管捆成一捆，施工时用平板车运到施工现场，波纹管起吊用专门的尼龙软吊索，禁止使用钢丝绳，以免损伤波纹管。（2）钢管的加工将采购的钢管按照设计图纸和相关工作程序的要求进行切割、扩口、弯曲、编号并绑扎成捆，用平板车运抵施工现场。起吊时用专门的尼龙软吊索。（3）锚固组件的组装·在夹具中固定喇叭口/管接头；·管/灌浆接头三点焊接，环氧树脂密封（焊后），不使用热收缩套管；·灌浆管插入插口，随后用环氧树脂覆盖，并插入灌浆接头的入口中。检查密封的完好性并焊在U形钢管支撑上。1.2.2预应力锚固件及钢管的安装1.2.2.1钢束锚固件的安装根据设计图纸，在相应的位置定位放线，安装固定承压板的角钢梯架，经校准后，逐个将锚固组件（包括承压板、喇叭管、灌浆管）固定在角钢梯架上，最后将承压板用沉头螺栓固定在开洞的模板上。为避免模板与承压板接缝间漏浆，可先在承压板周圈贴上海绵密封条。1.2.2.2水平束管、穹顶束管的安装在导管安装前，先将在车间内预先加工好的三角架或角钢支撑架固定好。安装钢管时，将预先在车间内根据图纸尺寸切割、扩口的钢管按编号顺序摆放在三角支撑架上，多余的钢管用型材切割机切割，由于钢管通常是一端带有盅型扩口的，在接头部位，将钢管的非扩口端插入扩口端内部，调整导管位置使之与轴线重合后，用绑扎铁丝将钢管绑扎固定，接头部位用环氧树脂和热缩胶套密封，在两个非扩口端连接处，用一根两端都扩口的钢管连接，用环氧树脂和热缩胶套密封。1.2.2.3竖向束管道的成孔将预先在车间内加工好的连接钢管插入到竖向钢束喇叭管的灌浆连接件上，经双向调准其垂直度后将其与灌浆连接件点焊起来，并用环氧树脂加以密封。竖向连接钢管的固定用Φ12mm和Φ20mm的钢筋支撑，Φ20mm支撑的间距约为1.5m，用12＃铁丝将钢管与Φ12mm钢筋绑扎在一起，钢筋支撑与底板钢筋绑扎起来，使之成为一个整体，如需要，可以将钢管点焊在钢筋上，但不能焊穿钢管，焊穿的部分应立即补上，避免漏浆。固定后的钢管，用塑料布将管口封住，包扎好，避免杂物进入阻塞孔道。因安全壳筒体墙施工采用滑模施工工艺，位于其中的竖向钢束孔道是通过滑模时的成孔管随着滑模的上升在混凝土中提升形成混凝土孔道，当砼浇筑到+136.12m标高时，滑模上的预应力滑杆即留在筒体墙内作为预应力钢束孔道的一部分，在施工下环梁时，用一节适当长度的钢管连接在滑杆上面，连接方式采用焊接。待绑扎完环梁钢筋后将竖向孔道上端的锚固件安装在钢管上面，用钢筋支撑牢固并进行定位密封。1.2.3管道接头的连接及密封形式管道接头的连接及密封形式有三种：（1）波纹管与波纹管之间的连接；（2）波纹管与钢管之间的连接；（3）钢管与钢管之间的连接。1.2.4二次灌浆口的位置和安装在环向孔道上弯段（高度1.2m时）的最高点两侧6~8m处各设一个二次灌浆口，下弯段的（高度1.2m时）最低点设一灌浆口；每根穹顶孔道的最高点两侧4~5m处各设一个二次灌浆口。1.2.5孔道的通孔为了避免预应力孔道发生堵塞，在管道安装完后混凝土浇筑前、浇注期间和浇筑后，都应进行通孔，以保证孔道的畅通。底板、筒墙环向、环梁和穹顶孔道使用的是木制通球。用一根Ф5的高强钢丝，两端各拴一个木球，从孔道的一端通向另一端。竖向孔道的通孔是在滑模停止后，用一根足够牢的尼龙绳系一个钢球，让钢球从孔道上口靠其自重下落到廊道底后，再把钢球从上面拉出来。2预应力张拉施工技术2.1预应力张拉施工设备及材料本工程使用的主要张拉千斤顶设备有两种，即：C1000F型千斤顶和K700C型千斤顶。2.1.1C1000F型千斤顶C1000F型千斤顶主要特性如下：张拉活塞面积1349cm2回程活塞面积210.5cm2液压顶锚活塞面积98.5cm2加锚/脱锚活塞面积131.5cm2最大张拉力700bar冲程300mm最大直径582mm重量1150kg2.1.2K700C型千斤顶K700C型千斤顶主要特征如下：张拉活塞面积980cm2液压顶锚活塞面积99cm2回程活塞面积589cm2最大张拉力625bar冲程250mm最大直径609或640mm重量1300kg2.1.3材料筒体墙水平向、穹顶、环梁采用25C15锚具，筒体墙竖向、底板采用37C15锚具。钢绞线采用强度等级为1860MPa，直径15.7mm，公称面积150mm2，极限负荷为279kN，符合EN10138第3条要求的低松弛7丝裸线型钢绞线。2.2张拉前的准备工作（1）预应力钢束的穿束施工钢绞线两端采用锚夹片式锚固。钢束孔道的穿束顺序要根据张拉的分组顺序而定，穿入的钢绞线应在14天内张拉。因为现场的温度及防腐措施最多也只能保持14天，否则，必须采取其它措施进行防腐蚀。使用穿束机将钢绞线推入孔道，穿束机的控制是摇控式的，分慢进、快进和倒退三档。穿束前将钢绞线放入钢绞线解线盘内，并从内圈抽出单根钢绞线端头固定在钢绞线解线盘出线口处。将装有钢绞线的解线盘放在离钢束孔道口较近的适当的位置上，当解线盘与穿束机之间相距较远时，可用钢管或波纹管过渡，从中引出钢绞线，通过穿束机后，在钢绞线端头装上导向头，以免钢绞线在穿束过程中松散在孔道中。导向头分球形和尖形两种，在穿竖向孔道钢绞线时用尖形导向头，穿其它孔道钢绞线时用球形导向头。（2）安装锚固块和锚夹片（3）校验压力表（4）安装千斤顶通过千斤顶上部的梁将千斤顶悬挂在支撑上。此梁具有调节系统，使千斤顶姿态与钢束出口轴线成直线。C1000F千斤顶从内部锁紧钢绞线。给脱楔室加压至50bar使千斤顶内部楔块松开以保证钢绞线能够进入。K700C型千斤顶属于后外锚式的，工具锚及工具夹片位于千斤顶的外后部。对于这两种类型，均把千斤顶悬吊在一个位置使得千斤顶头部距钢束中钢绞线端部5~6cm，在千斤顶前端每个钢绞线位置都装有短的可收缩管。钢绞线可从其中穿过。此操作须保证钢绞线在千斤顶中没有交叉现象，可使用金属梳以方便此项操作。当所有钢绞线穿过相对于锚块千斤顶前部的正确位置时，把千斤顶推至锚块座上。预应力张拉前C1000F千斤顶的准备：张拉活塞张开25mm；通过给楔室加压到150bar使千斤顶楔块啮合。预应力张拉前K700C千斤顶的准备：仔细给千斤顶加压。千斤顶将顶紧在锚具上。此时连续往上敲击楔以保证它们夹紧钢绞线，直至千斤顶达到预应力操作的第一荷载阶段。2.3张拉操作2.3.1千斤顶待施拉力的确定--Po需增大千斤顶施加的外力以补偿钢束（K1）通过锚具总成（喇叭口，楔块）的摩擦损失。并通过考虑校准千斤顶而补偿千斤顶自身（K2）的内摩擦损失。根据得到其中：F是要求的钢束受力，kN，At是千斤顶张拉活塞表面面积，cm2，Po最终千斤顶拉力，bar，K1为此预应力系统的损失值，K2是从千斤顶校准报告中所取的总平均损失值。中间受力是从相同的公式中计算或从Po值中按比例获得的，例如使用一个总平均摩擦损失为1.5%的校正过的C1000F千斤顶将一个25C15钢束（15.7mm直径，1860MPa的钢绞线，断裂荷载279kN）张拉到极限荷载的80%，最终施加的张拉力为：对于K700C千斤顶为：张拉力分阶段施加，为方便起见每次增加100bar直至最终力值，因此对于431bar这个最终力值应按100－200－300－431bar顺序阶段性实现。第一阶段使用100bar力作为在100bar和最终力之间测