南京长江二桥索塔上塔柱1：1模型施工工艺试验

南京二桥斜拉桥索塔上塔柱 1： l模型施工工艺试验，选取索塔标高 180．9～ 183.6m的肢塔为模拟对象，长7.5m、宽4.5m、高2.7m，与实塔的比例1：1（图1）。试验主要内容包括混凝土配比试验，三种不同材料预应力管道（指无缝钢管、PT-PLUS塑料管、普通镀锌波纹管）的对比试验及管道摩阻系数K，μ值的测定，两端张拉作业的施工工艺研究，真空辅助吸浆和常规压浆试验。本文就各部分试验的方法、操作过程及结果作详细阐述，供大家参考。


一、混凝土配比试验
1.主塔混凝土
采用水上拌和站搅拌泵送混凝土，为了改善混凝土可泵送性能同时满足缓凝、早强、高强并达到较高的弹性模量和较小的混凝土收缩、徐变性能，应采用高集料、低水灰比、低水泥用量，适量掺加粉煤灰和泵送外加剂。试验采用“双掺混凝土”。
2.原材料
水泥、粉煤灰、砂、碎石、NA-F2（B）冬季型泵送剂、水。
3.配合比（表1）

根据取样试压，其强度见表2：

4.配比评价与建议
混凝土的坍落度在 200mm左右，并且和易性好，能满足泵送要求；28天强度达到66.4MPa，能满足设计要求。但早期强度较低不是非常适合施工。建议进一步改善配比以提高混凝土的早期强度，加适当减少粉煤灰掺量、掺早强剂等。根据试验结果，实塔混凝土配比调整如表3。


二、管道摩阻系数K，μ值的测定
针对南京二桥上塔柱U形预应力束半径小（图2）、吨位大（37llkN）的特点，通过试验确定三种不同材料管道的摩阻系数值对k塔柱预应力张拉控制及有效预应力的确定来保证结构的安全性是非常必要的。

1.测试内容
对于每一种孔道均进行张拉过程中的摩阻力测试，张拉荷载分10级，最终张拉至设计吨位37llkN。对每一级荷载测读主被动端油压表值、传感器测力值、钢绞线引伸量值。
钢绞线伸长值的量测方法，采用直接量测千斤顶活塞外露长度方法进行，量测中采用平板钢尺，以提高量测精度。
2.孔道摩阻系数的测定方法
（1）当试件混凝土强度达设计强度（50MPa）的85％时，安装锚具及千斤顶、传感器，为消除锚口损失，不装夹片。
（2）两端千斤顶同时进油，张拉至第一级荷载后量测伸长值，并作好记录。
（3）被动端封闭，主动端进油张拉，张拉时分级加载，并量测每一级的伸长值和读取千斤顶、传感器的读数，并记录。
（4）张拉至控制应力后，持荷（无缝钢管、镀锌波纹管持荷2min，PT一PLUS波纹管持荷5min），最后量测记录伸长及传感器指示值。
（5）回油，转换主、被动端，重复上述操作。
（6）操作完毕，开始测试另一束。
3．孔道摩阻系数μ值的推算
根据测试结果，记主动端的最终张拉力为P1，被动端的力值为P2，根据公路桥涵设计规范，可推得：
μ=-[ln（P2/P1+KX）]/θ
其中μ——被测试管道与预应力钢筋的摩阻系数；
P2——被动端的张拉力；
P1--主动端的张拉力；
K--管道每米局部偏差对摩擦的影响系数（参考规范取值）
X－－从张拉端至计算截面的管道长度，以m计；
θ--张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和，以rad计。
4.测试结果
根据测试数据，计算结果如下：
无缝钢管：k=0.003 μ＝0.3517
镀锌波纹管：k=0.001 μ=0.2406
PT－PLUS管：k=0.001 μ=0.1803

三、材料选择
三种不同材料管道比较如表4。

由于索塔施工无法补救，为确保工程质量，获得足够的有效预应力，实塔采用PT-PLUS管。
四、预应力张拉施工控制工艺研究
1.初张拉力的确定
根据一端张拉分级加载的结果，假定各级荷载为初张拉力的实测延伸量如表5。

从表5可以看出，除8号孔道外，以20％或25％控制张拉力作为预应力初张拉力实例所得预应力张拉伸长量，其数值是非常接近的。 5号～7号孔道的相对差均值为±1mm。而在以10％～20％区间内的各级荷载力初张拉力所得的延伸量，在数值上明显地有规律地递减，这说明在此区域其张拉力-延伸量的关系是非线性的。综上所述，PT-PLUS管的初张力取20％控制张拉力是适宜的。
2.张拉伸长值的推算
《公路桥涵施工技术规范》（以下简称《施工规范》）第11，5，6条规定："预应力钢材用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值差控制在6％以内，否则应暂停张拉。"
（1）由于实际施工采用油压表控制应力读数，所以本节所采取数据，均以油压表读数为
准，并根据油压表千斤顶的配套标定曲线，将油压表读数换算成试验机压力，从而消除了千斤顶内摩阻的影响。
（2）千斤顶与钢绞线的摩阻假定为零。
（3）理论伸长值的计算公式：

根据试验结果所得值和初张拉力，无缝钢管、普通镀锌波纹管、PT-PLUS塑料波纹管的计算伸长值、实恻伸长值及其之间的差值百分比如表6。

从表6可以看出，实测伸长值与计算伸长值的差值百分比都超过了《施工规范》的规定，且都表现为正值。通过分析，我们认为和如下三方面因素有关：
（1）即使在初应力后，钢绞线曲线部分由于张拉力的不断增大其半径仍将存在微弱变小，从而管道内钢绞线形成几何多余长度，这种几何多余长度在张拉力的作用下向管道口传递，最终表现在千斤顶活塞行程上，使实测活塞行程大于理论延伸量。
（2）根据U型束的特点，结合钢绞线穿束工艺和张拉工艺，不难理解，在千斤顶的作用下，U型束钢绞线应力状态既和千斤顶活塞运行长度有关，又和其曲线成型的约束程度相关。由于在张拉之前，钢绞线在管道内的曲线分布状态、松紧程度是不一致的，因此，从而在张拉过程中，当半径最小的钢绞线紧贴刚度较大的管壁之后，半径较大的钢绞线却游离在管
壁之外，依靠钢绞线相互嵌挤完成曲线成型约束，这种约束状态的不一致在等量的位移（钢绞线自由端）条件下，钢绞线的应力大小的不一致。从而引起钢绞线的伸长量超过理论伸长量（理论伸长量是假定钢绞线均匀受力条件下成立的）。
（3）对于PT-PLUS管，由于管壁的受压变形，引起延伸量的变化。这很可能是PT-PLUS管的实测伸长值与计算伸长值百分比明显大于其他两种管道的原因。

五、真空辅助吸浆工艺
1.真空辅助吸浆工艺的原理（图3）

2．设备
除了通常的灌装设备以外，真空吸浆还需要以下设备：
（l）真空泵；
（2）负压容器；
（3）加固透明喉管；
（4）所有进、出口、通风口的气密阀；
（5）预应力和非预应力孔洞两端的气密锚帽。
3.真空辅助吸浆的过程
（1）准备工作；
（2）关闭除与真空泵连接外的所有通风孔，启动真空泵，从导管中排除空气。一800mbar的压力表明导管密封良好，没有裂缝。否则表明导管密封不严；
（3）在副压下，稀浆注入导管。吸浆进程可通过观察通风管得知。吸浆过程继续进行，直至水泥浆从出浆端接往负压容器的透明喉管压出时，关闭出浆端阀门，排浆，直到流出合适稠度的水泥浆时，关闭出浆端阀门；
（4）孔道加压到0.07MPa；在加压强情况下，屏浆2min，关闭所有阀门，压浆完成。
4.真空吸浆混合料配比（见表7）

5.稀浆混合料性能
稠度 22s
泌水率 0
膨胀度 0
强度（见表8）

6．真空辅助吸浆的评价
根据试验结果，与常规压浆比较，我们认为真空吸浆具有如下优点：
（l）密封盖帽的采用代替了水泥砂浆（或环氧树脂）封锚，施工方便且节省时间；
（2）气密球阀、快速接头及透明喉管的采用使整个压浆过程尽在掌握中。真空辅助吸浆要求调度控制在30s以下都是适宜的。实际操作控制稠度为22s，从而获得泌水率为零的灰浆混合料；
（3）真空吸浆混合料水灰比0.33，较低的水灰比直接提高了填充混合物的强度。使预应力钢材与构件主体更好地粘着；
根据VSL公司提供的资料，真空吸浆的优点如下：
（1）消除通常采用的灌浆方法引起的气泡（如在高点的气泡），因为此方法在灌浆之前大多数空气（约90%）被抽除；
（2）真空吸浆过程是一个迅速且连续的过程；
（3）因为导管的压力测试是灌浆的一个前提条件．此测试为导管是否密封提供保证；
（4）真空吸浆技术需要较高水平的施工和管理水平，施工方法本身中存在较高水平的质量控制。

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