【摘要】本文介紹了南京二橋索塔1：1模型試驗的方法、操作過程及結(jié)果。主要對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，選取索塔標(biāo)高 180．9～ 183.6m的肢塔為模擬對象，長7.5m、寬4.5m、高2.7m，與實塔的比例1：1（圖1）。試驗主要內(nèi)容包括混凝土配比試驗，三種不同材料預(yù)應(yīng)力管道（指無縫鋼管、PT-PLUS塑料管、普通鍍鋅波紋管）的對比試驗及管道摩阻系數(shù)K，μ值的測定，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。本文就各部分試驗的方法、操作過程及結(jié)果作詳細(xì)闡述，供大家參考。

一、混凝土配比試驗
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滿足緩凝、早強、高強并達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，其強度見表2：

4.配比評價與建議
混凝土的坍落度在 200mm左右，并且和易性好，能滿足泵送要求；28天強度達到66.4MPa，能滿足設(shè)計要求。但早期強度較低不是非常適合施工。建議進一步改善配比以提高混凝土的早期強度，加適當(dāng)減少粉煤灰摻量、摻早強劑等。根據(jù)試驗結(jié)果，實塔混凝土配比調(diào)整如表3。

二、管道摩阻系數(shù)K，μ值的測定
針對南京二橋上塔柱U形預(yù)應(yīng)力束半徑?。▓D2）、噸位大（37llkN）的特點，通過試驗確定三種不同材料管道的摩阻系數(shù)值對k塔柱預(yù)應(yīng)力張拉控制及有效預(yù)應(yīng)力的確定來保證結(jié)構(gòu)的安全性是非常必要的。

1.測試內(nèi)容
對于每一種孔道均進行張拉過程中的摩阻力測試，張拉荷載分10級，最終張拉至設(shè)計噸位37llkN。對每一級荷載測讀主被動端油壓表值、傳感器測力值、鋼絞線引伸量值。
鋼絞線伸長值的量測方法，采用直接量測千斤頂活塞外露長度方法進行，量測中采用平板鋼尺，以提高量測精度。
2.孔道摩阻系數(shù)的測定方法
（1）當(dāng)試件混凝土強度達設(shè)計強度（50MPa）的85％時，安裝錨具及千斤頂、傳感器，為消除錨口損失，不裝夾片。
（2）兩端千斤頂同時進油，張拉至第一級荷載后量測伸長值，并作好記錄。
（3）被動端封閉，主動端進油張拉，張拉時分級加載，并量測每一級的伸長值和讀取千斤頂、傳感器的讀數(shù)，并記錄。
（4）張拉至控制應(yīng)力后，持荷（無縫鋼管、鍍鋅波紋管持荷2min，PT一PLUS波紋管持荷5min），最后量測記錄伸長及傳感器指示值。
（5）回油，轉(zhuǎn)換主、被動端，重復(fù)上述操作。
（6）操作完畢，開始測試另一束。
3．孔道摩阻系數(shù)μ值的推算
根據(jù)測試結(jié)果，記主動端的最終張拉力為P1，被動端的力值為P2，根據(jù)公路橋涵設(shè)計規(guī)范，可推得：
μ=-[ln（P2/P1+KX）]/θ
其中μ——被測試管道與預(yù)應(yīng)力鋼筋的摩阻系數(shù)；
P2——被動端的張拉力；
P1--主動端的張拉力；
K--管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)（參考規(guī)范取值）
X－－從張拉端至計算截面的管道長度，以m計；
θ--張拉端至計算截面曲線管道部分切線的夾角之和，以rad計。
4.測試結(jié)果
根據(jù)測試數(shù)據(jù)，計算結(jié)果如下：
無縫鋼管：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。

由于索塔施工無法補救，為確保工程質(zhì)量，獲得足夠的有效預(yù)應(yīng)力，實塔采用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)一端張拉分級加載的結(jié)果，假定各級荷載為初張拉力的實測延伸量如表5。

從表5可以看出，除8號孔道外，以20％或25％控制張拉力作為預(yù)應(yīng)力初張拉力實例所得預(yù)應(yīng)力張拉伸長量，其數(shù)值是非常接近的。 5號～7號孔道的相對差均值為±1mm。而在以10％～20％區(qū)間內(nèi)的各級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.張拉伸長值的推算
《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《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，應(yīng)以伸長值進行校核，實際伸長值與理論伸長值差控制在6％以內(nèi)，否則應(yīng)暫停張拉。"
（1）由于實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)換算成試驗機壓力，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）理論伸長值的計算公式：

根據(jù)試驗結(jié)果所得值和初張拉力，無縫鋼管、普通鍍鋅波紋管、PT-PLUS塑料波紋管的計算伸長值、實惻伸長值及其之間的差值百分比如表6。

從表6可以看出，實測伸長值與計算伸長值的差值百分比都超過了《施工規(guī)范》的規(guī)定，且都表現(xiàn)為正值。通過分析，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度，這種幾何多余長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，使實測活塞行程大于理論延伸量。
（2）根據(jù)U型束的特點，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)既和千斤頂活塞運行長度有關(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量超過理論伸長量（理論伸長量是假定鋼絞線均勻受力條件下成立的）。
（3）對于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管的實測伸長值與計算伸長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、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。吸漿進程可通過觀察通風(fēng)管得知。吸漿過程繼續(xù)進行，直至水泥漿從出漿端接往負(fù)壓容器的透明喉管壓出時，關(guān)閉出漿端閥門，排漿，直到流出合適稠度的水泥漿時，關(guān)閉出漿端閥門；
（4）孔道加壓到0.07MPa；在加壓強情況下，屏漿2min，關(guān)閉所有閥門，壓漿完成。
4.真空吸漿混合料配比（見表7）

5.稀漿混合料性能
稠度 22s
泌水率 0
膨脹度 0
強度（見表8）

6．真空輔助吸漿的評價
根據(jù)試驗結(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：
（l）密封蓋帽的采用代替了水泥砂漿（或環(huán)氧樹脂）封錨，施工方便且節(jié)省時間；
（2）氣密球閥、快速接頭及透明喉管的采用使整個壓漿過程盡在掌握中。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)點如下：
（1）消除通常采用的灌漿方法引起的氣泡（如在高點的氣泡），因為此方法在灌漿之前大多數(shù)空氣（約90%）被抽除；
（2）真空吸漿過程是一個迅速且連續(xù)的過程；
（3）因為導(dǎo)管的壓力測試是灌漿的一個前提條件．此測試為導(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。