混塔筒体外预应力锚固体系的施工工艺

张兵

【摘  要】体外预应力锚固技术能在不影响构筑物原有结构的前提下，达到有效的提载强化效果，而且该体系具有设计灵活、施工快捷的优点，为混凝土结构构件采用预制化、标准化和装配化的施工方案提供了技术条件和建设选择。与通常桥梁和旧桥加固中应用的体外索不同，风电混凝土塔筒配置覆盖整个混凝土塔筒高度的竖向预应力束，一方面是在塔筒承受弯矩的情况下防止混凝土出现拉应力和过早开裂;另一方面则是在交变载荷的作用下维持塔筒的固有频率，有效避免共振和疲劳失效的发生。本文基于河南西华豫能 140m 竖向体外预应力锚固体系的适用结构型式和锚固性能进行试验研究和分析，基于实际工况进行专用施工方法和配套施工机具的设计和工程应用，介绍了钢-混塔混合塔筒体外预应力锚固体系的施工工艺。

【关键词】预应力;张拉工艺;钢-混塔筒

近年来，随着风电塔筒的建设高度达到并超越 120m，应用体外预应力技术的混凝土塔筒表现出优异的性能，成为国外风电塔筒建设的热点，并发展了多边形、多阶圆柱形、锥形等多种薄壁塔筒构型。而体外预应力锚固技术能在不影响构筑物原有结构的前提下，达到有效的提载强化效果，而且该体系具有设计灵活、施工快捷的优点，为混凝土结构构件采用预制化、标准化和装配化的施工方案提供了技术条件和建设选择。相关研究表明配置竖向体外预应力的预制拼装混凝土塔筒在减少造价、提高结构耐久性等方面具有特殊优势。

1 概述

预应力混凝土塔筒不同于钢塔筒，其破坏形态是在剪力与压力的共同作用下，混凝土发生斜裂缝或者某一截面被压碎，导致塔筒破坏，失去稳定性。在机组运行时，塔架在外荷载的作用下会发生变形和位移，作用在塔顶的轴向压力会产生对塔架各截面的弯矩，当外荷载达施加到一定值时，弯矩的增大会导致塔架某一截面超出其屈曲極限，局部失稳，使得塔架发生破坏，要解决这一问题，相关研究表明可以施加竖向体外预应力锚固体系，在同样的荷载工况下，预应力塔筒比钢塔筒的变形和应力都要小，若不考虑混凝的开裂，随着塔筒高度的增加，预应力塔筒比钢塔筒更能适应恶劣环境。然而目前我国混凝土塔筒的建设还比较少，对混凝土塔筒所需的体外预应力锚固技术研究有待加强。

本文以河南西华20MW 风电场为例进行塔筒外预应力技术可行性分析。该项目采用了钢-混塔混合塔筒作为塔架，并使用了体外预应力锚固体系的施工技术，混凝土塔筒结构采用锥筒截断拼装技术，塔架从下到上为4段混凝土塔筒，1段混凝土转接环和3段钢塔筒组成，塔筒体外预应力主要施加在塔架的混凝土段。

2 锚固体系的介绍

预应力锚固体系主要由锚头、锚束体及锚固段（又称锚根或内锚头）组成。锚头是用于张拉锚索和锁定的构件，包括外锚头、混凝土基座及垫板等。锚束体是连结内、外锚头及承受张拉力的构件，由钢筋或高强钢丝束等组成。本文中的所依托的钢-混塔筒塔架的预应力体系需要张拉12束钢绞线，分别位于塔筒的4个圆角且互相对称，每个圆角需要张拉3束钢绞线，每一束钢绞线由22束高强度钢丝构成。张拉的钢绞线的一端在混凝土连接环顶部固定后，由上往下牵引钢绞线，最后在塔筒最底部进行张拉。

3 张拉工艺流程

3.1张拉施工前准备

将施工塔顶吊架、钢索放索盘、索体导向架、钢索、张拉端锚头、固定端和张拉端的垫板等材料运至需要安装的风塔现场，在现场进行组装吊架，拧紧锚固螺栓，安装张拉端的锚具托架，且将锚头固定于托架上，将固定端的双半垫板（12 套）、盖帽和油脂等一起放入吊架内且固定，然后一起吊到转接环顶部上。塔底吊架的钢丝绳从要吊装的预埋管中放下，到达塔底后用5T卸扣于锚头处的万向吊环进行连接，将钢绞线钓上连接环顶端以后，把张拉端的钢绞线PE保护层剥除，然后逐根依次插入张拉端的锚头内，直至将12束全部安装结束。

防腐过程：拆卸下牵引导向头和夹片压板，开始进行固定端的锚头防腐工作。将锚头端部填充满防腐油脂，且完全覆盖住裸露的钢绞线，后再在盖帽内装入定量的油脂，反盖上锚头，保证盖帽的周边有油脂溢出即可，后拧紧盖帽螺栓，清理盖帽周边溢出的油脂。防腐工作结束后，掉下吊架，风塔的钢索吊装工作完成，随后会在塔底进行张拉工作。

3.2 张拉流程

进行张拉前需要将钢绞线上的混凝土清理干净，不得有任何杂物，锚环的每个锥孔内均匀涂满黄油，在每根钢绞线的端头装入子弹头，其作用是保证在安装千斤顶时其不脱落。张拉需要先进行预紧，将千斤顶移到需要张拉的钢束附近后，再改用 1000KG 的手动液压举升小车对千斤顶进行微调，直至达到张拉时的要求，按照千斤顶的标定报告再次核对其千斤顶的编号是否和油压表相对应，油管的连接是否正确，在无误的情况下将进行张拉，当两端油压表的指针上升到设计应力的 25%时，立即停止供油，则预紧过程完成，随后进行第二次的张拉，张拉控制程序0 → 25% → 75% → 100%（持荷稳压 2min）→ 锚固。张拉结束后，切除外露的多余的钢绞线，钢绞线外露锚环的长度应严格控制在 350mm≥380mm 之内，最后进行防腐工作，在永久性盖帽内填充防腐油脂，安装密封垫后用螺栓固定于锚具端面。

4 结论

体外预应力锚固技术能在不影响构筑物原有结构的前提下，达到有效的提载强化效果，而且该体系具有设计灵活、施工快捷的优点，为混凝土结构构件采用预制化、标准化和装配化的施工方案提供了技术条件和建设选择。风电混凝土塔筒配置覆盖整个混凝土塔筒高度的竖向预应力束，一方面是在塔筒承受弯矩的情况下防止混凝土出现拉应力和过早开裂;另一方面则是在交变载荷的作用下维持塔筒的固有频率，有效避免共振和疲劳失效的发生。本文结合豫能20MW风电项目钢-混凝土混合风电塔筒的预应力混凝土的结构特点，详细分析了预制混凝土塔筒拼装方法与其预应力工程施工过程中的关键点和难点，在以后可为类似工程的实施提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]毕继红，任洪鹏，尹元彪. 预应力钢筋混凝土风力发电塔架的地震响应分析[J]. 天津大学学报（自然科学与工程技术版），2011（02）：126-133.

（作者单位：中国电建集团贵州工程有限公司）