【摘要】本文介紹了南京二橋索塔1：1模型試驗(yàn)的方法、操作過(guò)程及結(jié)果。主要對(duì)小半徑大噸位條件下的預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)和施工工藝及真空輔助吸漿作了詳細(xì)介紹和闡述。
【關(guān)鍵詞】南京二橋 1：1模型 小半徑大噸位 摩阻系數(shù) 真空輔助吸漿

南京二橋斜拉橋索塔上塔柱 1： l模型施工工藝試驗(yàn)，選取索塔標(biāo)高 180．9～ 183.6m的肢塔為模擬對(duì)象，長(zhǎng)7.5m、寬4.5m、高2.7m，與實(shí)塔的比例1：1（圖1）。試驗(yàn)主要內(nèi)容包括混凝土配比試驗(yàn)，三種不同材料預(yù)應(yīng)力管道（指無(wú)縫鋼管、PT-PLUS塑料管、普通鍍鋅波紋管）的對(duì)比試驗(yàn)及管道摩阻系數(shù)K，μ值的測(cè)定，兩端張拉作業(yè)的施工工藝研究，真空輔助吸漿和常規(guī)壓漿試驗(yàn)。本文就各部分試驗(yàn)的方法、操作過(guò)程及結(jié)果作詳細(xì)闡述，供大家參考。

一、混凝土配比試驗(yàn)
1.主塔混凝土
采用水上拌和站攪拌泵送混凝土，為了改善混凝土可泵送性能同時(shí)滿(mǎn)足緩凝、早強(qiáng)、高強(qiáng)并達(dá)到較高的彈性模量和較小的混凝土收縮、徐變性能，應(yīng)采用高集料、低水灰比、低水泥用量，適量摻加粉煤灰和泵送外加劑。試驗(yàn)采用“雙摻混凝土”。
2.原材料
水泥、粉煤灰、砂、碎石、NA-F2（B）冬季型泵送劑、水。
3.配合比（表1）

根據(jù)取樣試壓，其強(qiáng)度見(jiàn)表2：

4.配比評(píng)價(jià)與建議
混凝土的坍落度在 200mm左右，并且和易性好，能滿(mǎn)足泵送要求；28天強(qiáng)度達(dá)到66.4MPa，能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。但早期強(qiáng)度較低不是非常適合施工。建議進(jìn)一步改善配比以提高混凝土的早期強(qiáng)度，加適當(dāng)減少粉煤灰摻量、摻早強(qiáng)劑等。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)塔混凝土配比調(diào)整如表3。

二、管道摩阻系數(shù)K，μ值的測(cè)定
針對(duì)南京二橋上塔柱U形預(yù)應(yīng)力束半徑小（圖2）、噸位大（37llkN）的特點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)確定三種不同材料管道的摩阻系數(shù)值對(duì)k塔柱預(yù)應(yīng)力張拉控制及有效預(yù)應(yīng)力的確定來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安全性是非常必要的。

1.測(cè)試內(nèi)容
對(duì)于每一種孔道均進(jìn)行張拉過(guò)程中的摩阻力測(cè)試，張拉荷載分10級(jí)，最終張拉至設(shè)計(jì)噸位37llkN。對(duì)每一級(jí)荷載測(cè)讀主被動(dòng)端油壓表值、傳感器測(cè)力值、鋼絞線引伸量值。
鋼絞線伸長(zhǎng)值的量測(cè)方法，采用直接量測(cè)千斤頂活塞外露長(zhǎng)度方法進(jìn)行，量測(cè)中采用平板鋼尺，以提高量測(cè)精度。
2.孔道摩阻系數(shù)的測(cè)定方法
（1）當(dāng)試件混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度（50MPa）的85％時(shí)，安裝錨具及千斤頂、傳感器，為消除錨口損失，不裝夾片。
（2）兩端千斤頂同時(shí)進(jìn)油，張拉至第一級(jí)荷載后量測(cè)伸長(zhǎng)值，并作好記錄。
（3）被動(dòng)端封閉，主動(dòng)端進(jìn)油張拉，張拉時(shí)分級(jí)加載，并量測(cè)每一級(jí)的伸長(zhǎng)值和讀取千斤頂、傳感器的讀數(shù)，并記錄。
（4）張拉至控制應(yīng)力后，持荷（無(wú)縫鋼管、鍍鋅波紋管持荷2min，PT一PLUS波紋管持荷5min），最后量測(cè)記錄伸長(zhǎng)及傳感器指示值。
（5）回油，轉(zhuǎn)換主、被動(dòng)端，重復(fù)上述操作。
（6）操作完畢，開(kāi)始測(cè)試另一束。
3．孔道摩阻系數(shù)μ值的推算
根據(jù)測(cè)試結(jié)果，記主動(dòng)端的最終張拉力為P1，被動(dòng)端的力值為P2，根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范，可推得：
μ=-[ln（P2/P1+KX）]/θ
其中μ——被測(cè)試管道與預(yù)應(yīng)力鋼筋的摩阻系數(shù)；
P2——被動(dòng)端的張拉力；
P1--主動(dòng)端的張拉力；
K--管道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)（參考規(guī)范取值）
X－－從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度，以m計(jì)；
θ--張拉端至計(jì)算截面曲線管道部分切線的夾角之和，以rad計(jì)。
4.測(cè)試結(jié)果
根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果如下：
無(wú)縫鋼管：k=0.003 μ＝0.3517
鍍鋅波紋管：k=0.001 μ=0.2406
PT－PLUS管：k=0.001 μ=0.1803

三、材料選擇
三種不同材料管道比較如表4。

由于索塔施工無(wú)法補(bǔ)救，為確保工程質(zhì)量，獲得足夠的有效預(yù)應(yīng)力，實(shí)塔采用PT-PLUS管。

四、預(yù)應(yīng)力張拉施工控制工藝研究
1.初張拉力的確定
根據(jù)一端張拉分級(jí)加載的結(jié)果，假定各級(jí)荷載為初張拉力的實(shí)測(cè)延伸量如表5。

從表5可以看出，除8號(hào)孔道外，以20％或25％控制張拉力作為預(yù)應(yīng)力初張拉力實(shí)例所得預(yù)應(yīng)力張拉伸長(zhǎng)量，其數(shù)值是非常接近的。 5號(hào)～7號(hào)孔道的相對(duì)差均值為±1mm。而在以10％～20％區(qū)間內(nèi)的各級(jí)荷載力初張拉力所得的延伸量，在數(shù)值上明顯地有規(guī)律地遞減，這說(shuō)明在此區(qū)域其張拉力-延伸量的關(guān)系是非線性的。綜上所述，PT-PLUS管的初張力取20％控制張拉力是適宜的。
2.張拉伸長(zhǎng)值的推算
《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《施工規(guī)范》）第11，5，6條規(guī)定："預(yù)應(yīng)力鋼材用應(yīng)力控制方法張拉時(shí)，應(yīng)以伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值差控制在6％以?xún)?nèi)，否則應(yīng)暫停張拉。"
（1）由于實(shí)際施工采用油壓表控制應(yīng)力讀數(shù)，所以本節(jié)所采取數(shù)據(jù)，均以油壓表讀數(shù)為
準(zhǔn)，并根據(jù)油壓表千斤頂?shù)呐涮讟?biāo)定曲線，將油壓表讀數(shù)換算成試驗(yàn)機(jī)壓力，從而消除了千斤頂內(nèi)摩阻的影響。
（2）千斤頂與鋼絞線的摩阻假定為零。
（3）理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算公式：

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果所得值和初張拉力，無(wú)縫鋼管、普通鍍鋅波紋管、PT-PLUS塑料波紋管的計(jì)算伸長(zhǎng)值、實(shí)惻伸長(zhǎng)值及其之間的差值百分比如表6。

從表6可以看出，實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與計(jì)算伸長(zhǎng)值的差值百分比都超過(guò)了《施工規(guī)范》的規(guī)定，且都表現(xiàn)為正值。通過(guò)分析，我們認(rèn)為和如下三方面因素有關(guān)：
（1）即使在初應(yīng)力后，鋼絞線曲線部分由于張拉力的不斷增大其半徑仍將存在微弱變小，從而管道內(nèi)鋼絞線形成幾何多余長(zhǎng)度，這種幾何多余長(zhǎng)度在張拉力的作用下向管道口傳遞，最終表現(xiàn)在千斤頂活塞行程上，使實(shí)測(cè)活塞行程大于理論延伸量。
（2）根據(jù)U型束的特點(diǎn)，結(jié)合鋼絞線穿束工藝和張拉工藝，不難理解，在千斤頂?shù)淖饔孟拢琔型束鋼絞線應(yīng)力狀態(tài)既和千斤頂活塞運(yùn)行長(zhǎng)度有關(guān)，又和其曲線成型的約束程度相關(guān)。由于在張拉之前，鋼絞線在管道內(nèi)的曲線分布狀態(tài)、松緊程度是不一致的，因此，從而在張拉過(guò)程中，當(dāng)半徑最小的鋼絞線緊貼剛度較大的管壁之后，半徑較大的鋼絞線卻游離在管
壁之外，依靠鋼絞線相互嵌擠完成曲線成型約束，這種約束狀態(tài)的不一致在等量的位移（鋼絞線自由端）條件下，鋼絞線的應(yīng)力大小的不一致。從而引起鋼絞線的伸長(zhǎng)量超過(guò)理論伸長(zhǎng)量（理論伸長(zhǎng)量是假定鋼絞線均勻受力條件下成立的）。
（3）對(duì)于PT-PLUS管，由于管壁的受壓變形，引起延伸量的變化。這很可能是PT-PLUS管的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與計(jì)算伸長(zhǎng)值百分比明顯大于其他兩種管道的原因。

五、真空輔助吸漿工藝
1.真空輔助吸漿工藝的原理（圖3）

2．設(shè)備
除了通常的灌裝設(shè)備以外，真空吸漿還需要以下設(shè)備：
（l）真空泵；
（2）負(fù)壓容器；
（3）加固透明喉管；
（4）所有進(jìn)、出口、通風(fēng)口的氣密閥；
（5）預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力孔洞兩端的氣密錨帽。
3.真空輔助吸漿的過(guò)程
（1）準(zhǔn)備工作；
（2）關(guān)閉除與真空泵連接外的所有通風(fēng)孔，啟動(dòng)真空泵，從導(dǎo)管中排除空氣。一800mbar的壓力表明導(dǎo)管密封良好，沒(méi)有裂縫。否則表明導(dǎo)管密封不嚴(yán)；
（3）在副壓下，稀漿注入導(dǎo)管。吸漿進(jìn)程可通過(guò)觀察通風(fēng)管得知。吸漿過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，直至水泥漿從出漿端接往負(fù)壓容器的透明喉管壓出時(shí)，關(guān)閉出漿端閥門(mén)，排漿，直到流出合適稠度的水泥漿時(shí)，關(guān)閉出漿端閥門(mén)；
（4）孔道加壓到0.07MPa；在加壓強(qiáng)情況下，屏漿2min，關(guān)閉所有閥門(mén)，壓漿完成。
4.真空吸漿混合料配比（見(jiàn)表7）

5.稀漿混合料性能
稠度 22s
泌水率 0
膨脹度 0
強(qiáng)度（見(jiàn)表8）

6．真空輔助吸漿的評(píng)價(jià)
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，與常規(guī)壓漿比較，我們認(rèn)為真空吸漿具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（l）密封蓋帽的采用代替了水泥砂漿（或環(huán)氧樹(shù)脂）封錨，施工方便且節(jié)省時(shí)間；
（2）氣密球閥、快速接頭及透明喉管的采用使整個(gè)壓漿過(guò)程盡在掌握中。真空輔助吸漿要求調(diào)度控制在30s以下都是適宜的。實(shí)際操作控制稠度為22s，從而獲得泌水率為零的灰漿混合料；
（3）真空吸漿混合料水灰比0.33，較低的水灰比直接提高了填充混合物的強(qiáng)度。使預(yù)應(yīng)力鋼材與構(gòu)件主體更好地粘著；
根據(jù)VSL公司提供的資料，真空吸漿的優(yōu)點(diǎn)如下：
（1）消除通常采用的灌漿方法引起的氣泡（如在高點(diǎn)的氣泡），因?yàn)榇朔椒ㄔ诠酀{之前大多數(shù)空氣（約90%）被抽除；
（2）真空吸漿過(guò)程是一個(gè)迅速且連續(xù)的過(guò)程；
（3）因?yàn)閷?dǎo)管的壓力測(cè)試是灌漿的一個(gè)前提條件．此測(cè)試為導(dǎo)管是否密封提供保證；
（4）真空吸漿技術(shù)需要較高水平的施工和管理水平，施工方法本身中存在較高水平的質(zhì)量控制。