【摘要】本文介紹了南京二橋索塔1：1模型試驗的方法、操作過程及結果。主要對小半徑大噸位條件下的預應力管道摩阻系數和施工工藝及真空輔助吸漿作了詳細介紹和闡述。
【關鍵詞】南京二橋 1：1模型 小半徑大噸位 摩阻系數 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）。試驗主要內容包括混凝土配比試驗，三種不同材料預應力管道（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K，μ值的測定，兩端張拉作業的施工工藝研究，真空輔助吸漿和常規壓漿試驗。本文就各部分試驗的方法、操作過程及結果作詳細闡述，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，加適當減少粉煤灰摻量、摻早強劑等。根據試驗結果，實塔混凝土配比調整如表3。

二、管道摩阻系數K，μ值的測定
針對南京二橋上塔柱U形預應力束半徑小（圖2）、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值對k塔柱預應力張拉控制及有效預應力的確定來保證結構的安全性是非常必要的。

1.測試內容
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.孔道摩阻系數的測定方法
（1）當試件混凝土強度達設計強度（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，并記錄。
（4）張拉至控制應力后，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，轉換主、被動端，重復上述操作。
（6）操作完畢，開始測試另一束。
3．孔道摩阻系數μ值的推算
根據測試結果，記主動端的最終張拉力為P1，被動端的力值為P2，根據公路橋涵設計規范，可推得：
μ=-[ln（P2/P1+KX）]/θ
其中μ——被測試管道與預應力鋼筋的摩阻系數；
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（參考規范取值）
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.測試結果
根據測試數據，計算結果如下：
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，為確保工程質量，獲得足夠的有效預應力，實塔采用PT-PLUS管。

四、預應力張拉施工控制工藝研究
1.初張拉力的確定
根據一端張拉分級加載的結果，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％控制張拉力作為預應力初張拉力實例所得預應力張拉伸長量，其數值是非常接近的。 5號～7號孔道的相對差均值為±1mm。而在以10％～20％區間內的各級荷載力初張拉力所得的延伸量，在數值上明顯地有規律地遞減，這說明在此區域其張拉力-延伸量的關系是非線性的。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
《公路橋涵施工技術規范》（以下簡稱《施工規范》）第11，5，6條規定："預應力鋼材用應力控制方法張拉時，應以伸長值進行校核，實際伸長值與理論伸長值差控制在6％以內，否則應暫停張拉。"
（1）由于實際施工采用油壓表控制應力讀數，所以本節所采取數據，均以油壓表讀數為
準，并根據油壓表千斤頂的配套標定曲線，將油壓表讀數換算成試驗機壓力，從而消除了千斤頂內摩阻的影響。
（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：

根據試驗結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《施工規范》的規定，且都表現為正值。通過分析，我們認為和如下三方面因素有關：
（1）即使在初應力后，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U型束的特點，結合鋼絞線穿束工藝和張拉工藝，不難理解，在千斤頂的作用下，U型束鋼絞線應力狀態既和千斤頂活塞運行長度有關，又和其曲線成型的約束程度相關。由于在張拉之前，鋼絞線在管道內的曲線分布狀態、松緊程度是不一致的，因此，從而在張拉過程中，當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，這種約束狀態的不一致在等量的位移（鋼絞線自由端）條件下，鋼絞線的應力大小的不一致。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．設備
除了通常的灌裝設備以外，真空吸漿還需要以下設備：
（l）真空泵；
（2）負壓容器；
（3）加固透明喉管；
（4）所有進、出口、通風口的氣密閥；
（5）預應力和非預應力孔洞兩端的氣密錨帽。
3.真空輔助吸漿的過程
（1）準備工作；
（2）關閉除與真空泵連接外的所有通風孔，啟動真空泵，從導管中排除空氣。一800mbar的壓力表明導管密封良好，沒有裂縫。否則表明導管密封不嚴；
（3）在副壓下，稀漿注入導管。吸漿進程可通過觀察通風管得知。吸漿過程繼續進行，直至水泥漿從出漿端接往負壓容器的透明喉管壓出時，關閉出漿端閥門，排漿，直到流出合適稠度的水泥漿時，關閉出漿端閥門；
（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
根據試驗結果，與常規壓漿比較，我們認為真空吸漿具有如下優點：
（l）密封蓋帽的采用代替了水泥砂漿（或環氧樹脂）封錨，施工方便且節省時間；
（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。使預應力鋼材與構件主體更好地粘著；
根據VSL公司提供的資料，真空吸漿的優點如下：
（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空氣（約90%）被抽除；
（2）真空吸漿過程是一個迅速且連續的過程；
（3）因為導管的壓力測試是灌漿的一個前提條件．此測試為導管是否密封提供保證；
（4）真空吸漿技術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量控制。