淺析波形鋼腹板連續(xù)箱梁中體外索施工技術(shù)

鄒通

摘 要：本文在鄄城黃河特大橋主橋施工中采用合理的施工方法，在外索施工中，采用了可調(diào)可換式成品索錨具、新型整體式千斤頂、灌注環(huán)氧砂漿、人工涂抹防腐油脂等創(chuàng)新材料和新工藝，在預(yù)應(yīng)力張拉的施工中通過(guò)實(shí)際測(cè)量，實(shí)際數(shù)據(jù)與理論值相當(dāng)接近，達(dá)到了預(yù)期的施工效果，最大程度上發(fā)揮體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，從而保證了工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：主橋；施工；預(yù)應(yīng)力；質(zhì)量

1前言

1.1工程概述

鄄城黃河特大橋主橋上部布置為70m+11×120m+70m，共13跨波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土pc連續(xù)箱梁。單幅上部箱梁為單箱單室，頂寬13.5m，底寬6.5m，墩頂根部梁高為7m，跨中梁高為3.5m。梁高按2次拋物線變化。為了提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的橫向抗變形能力與抗扭剛度，每120m跨主梁除支點(diǎn)設(shè)有端隔強(qiáng)外，每標(biāo)準(zhǔn)跨跨間設(shè)有四道橫隔。為承受活載，箱梁內(nèi)部設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力鋼束。體外預(yù)應(yīng)力束索體采用采用15-19型成品索。其標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度F=1860Mpa，延伸率≥3.5%，張拉控制應(yīng)力=0.6F。

1.2錨具介紹

為了固定19束環(huán)氧噴涂無(wú)粘結(jié)鋼絞線成品索，采用192套FSM.TW.C15-19體外索錨具（又稱(chēng)法爾勝19孔可調(diào)可換式體外索錨具）。每束系桿由19根環(huán)氧噴涂鋼絞線組成，單束控制張拉力為297t。為了避免橋梁在使用工程中體外索預(yù)應(yīng)力的損失而無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)張拉以及以后可以對(duì)索進(jìn)行更換，而選用可調(diào)可換式錨具。其構(gòu)造如圖1。

圖1

1.3體外索布置

整個(gè)體外索在波新型鋼腹板連續(xù)箱梁內(nèi)部設(shè)置，中跨共設(shè)8束，邊跨設(shè)置4束，除邊跨在錨固端設(shè)置了錨固塊外，其余均在箱梁0#塊頂端錨固，體外索通過(guò)設(shè)置在箱梁塊段頂?shù)装宓念A(yù)埋件，連接減振器，起約束承受活載作用。其布置如圖2、3。

圖 2

圖3

1.4體外索受力特點(diǎn)

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土pc連續(xù)箱梁采用體內(nèi)、外預(yù)應(yīng)力并用的方式配置預(yù)應(yīng)力束，自重、施工荷載及二期恒載等永久荷載由體內(nèi)預(yù)應(yīng)力承受，車(chē)輛等可變荷載由體外預(yù)應(yīng)力承受。

1.5體外索優(yōu)、缺點(diǎn)

1.5.1體外索的優(yōu)點(diǎn)

（1）錨固構(gòu)件尺寸小，自重增加少，但可有效的大幅提高承載能力。（2）簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力筋曲線，預(yù)應(yīng)力筋僅在錨固處和轉(zhuǎn)向處與結(jié)構(gòu)相連，減小摩阻損失，提高預(yù)應(yīng)力使用效率。（3）對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷小，不影響橋下凈空。（4）預(yù)應(yīng)力布置靈活，可以根據(jù)橋梁病害進(jìn)行全橋加固也可以進(jìn)行局部加固。（5）與混凝土無(wú)粘結(jié)，由荷載產(chǎn)生的應(yīng)力變化分散在預(yù)應(yīng)力筋全長(zhǎng)上，應(yīng)力變化值小，對(duì)結(jié)構(gòu)受力有利。（6）索力根據(jù)情況可以進(jìn)行調(diào)整，預(yù)應(yīng)力索可以更換，便于使用期間進(jìn)行維護(hù)。

1.5.2體外索的缺點(diǎn)

（1）體外索布置在截面外，防腐、保護(hù)相對(duì)較困難，易受外界影響。（2）錨固及轉(zhuǎn)向區(qū)域容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，局部應(yīng)力大，錨固施工要求高。（3）體外索張拉力較小，不能充分發(fā)揮體外索強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)錨具及夾片的要求很高。

2 體外索成品索的穿索

2.1體外索展索

在箱梁6#塊人洞附近頂部放置特制的展索盤(pán)，用停留在橋面的吊車(chē)將單盤(pán)索吊至展索盤(pán)內(nèi)，在成品索的端頭焊接便于與鋼絲繩相聯(lián)的“牽引頭”，隨著卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引，展索盤(pán)水平方向旋轉(zhuǎn)，體外索展開(kāi)如圖4。

2.2體外索牽引

體外索從0#塊頂部展索盤(pán)開(kāi)始展索，用卷?yè)P(yáng)機(jī)沿橋面牽引，從6#塊預(yù)留的頂板人洞進(jìn)入箱體。施工如圖5。

圖4 圖5

體外索進(jìn)入箱體后，沿設(shè)置好的滾動(dòng)裝置滑行。按計(jì)位置進(jìn)穿過(guò)橫隔板保護(hù)套、轉(zhuǎn)向器，最終到達(dá)0#塊錨固位置。施工如圖6。

2.3體外索保護(hù)

為防止體外索牽引時(shí)與橋面摩擦破壞HDPE保護(hù)套。采用特質(zhì)的尼綸滾輪，放置于支撐架上。在6#塊頂板和橫隔板人洞口設(shè)置導(dǎo)向滑輪，使體外索沿弧形方向進(jìn)入箱體內(nèi)；滾輪布置如圖7。

圖6 圖7

在0#塊段～6#橫隔板之間，利用掛籃施工預(yù)埋孔，采用精軋螺紋鋼懸吊的形式來(lái)支撐尼綸滾輪，共設(shè)置2～3 道；滾輪支撐布置如圖8。

在6#橫隔板～10#橫隔板之間采用可調(diào)結(jié)高度地面支撐的形式，共設(shè)置3～4 道；滾輪支撐布置如圖9。

圖8 圖9

在10#橫隔板～10#橫隔板之間采用貼地的地面支撐，共設(shè)置4～6 道；。滾輪布支撐置圖如下：

2.4 穿索時(shí)注意事項(xiàng)

（1）放盤(pán)時(shí)，體外成品索的鋼帶約束應(yīng)隨著展索而逐層解除。（2）卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引時(shí)，用對(duì)講機(jī)統(tǒng)一指揮，緩慢進(jìn)行。（3）放盤(pán)完成后，在索頭用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引，配合穿索卷?yè)P(yáng)機(jī)，以保證0#張拉端的成品索的外露長(zhǎng)度。

3體外成品索的張拉

3.1張拉機(jī)具的選擇

設(shè)計(jì)上邊跨每根體外索的有效長(zhǎng)度70.494m，中跨每根每根體外索的有效長(zhǎng)度124.891m。共有1860MPa體外成品索192根，設(shè)計(jì)控制張拉力為297t，理論伸長(zhǎng)量邊跨為40.78cm，中跨為71.6 cm。根據(jù)張拉千斤頂必須大于控制張拉噸位的原則，實(shí)際選擇了四臺(tái)400t千斤頂對(duì)邊跨4根、中跨8根體外索進(jìn)行單向、對(duì)稱(chēng)張拉。

3.2張拉方法的選擇及基本原理

由于體外索為環(huán)氧噴涂鋼絞線組成，且較長(zhǎng)，理論伸長(zhǎng)量大。為防止反復(fù)張拉使夾片失效，采用YD2000-200-20 穿心式整體頂壓千斤頂進(jìn)行張拉施工。其工作原理是：在在千斤頂與錨板間設(shè)頂壓器。由于頂壓器的作用，在張拉過(guò)程中，工作夾片不至于退出錨孔，在回油倒頂時(shí)，工作夾片不會(huì)咬住鋼絞線，在張拉到位后，使頂壓器受力，壓緊夾片，隨后千斤頂回油放張，使工作夾片錨固鋼絞線。在兩端對(duì)稱(chēng)兩束體外成品索采用兩臺(tái)千斤頂同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱(chēng)張拉，要求張拉時(shí)以油壓上升一致為原則，用對(duì)講機(jī)及時(shí)報(bào)數(shù)控制，每張拉一個(gè)行程要停下來(lái)，較核總伸長(zhǎng)值，張拉如圖10。

圖10

3.3張拉前準(zhǔn)備工作

本橋在全橋合攏后，開(kāi)始安裝體外預(yù)應(yīng)力成品索，同時(shí)安FSM.TW.C15-19體外索錨具，并作好以下工作：（1）嚴(yán)格檢查體外預(yù)應(yīng)力成品索兩端的剝皮長(zhǎng)度，邊跨剝皮長(zhǎng)度控制230cm，中跨控制在250cm，確保PE護(hù)套伸入密封筒內(nèi)200～400mm。（2）檢查體外索轉(zhuǎn)向器預(yù)埋套管是否在設(shè)計(jì)位置，及時(shí)調(diào)整。（3）張拉千斤頂與壓力表必須校驗(yàn)好，而且千斤頂校驗(yàn)時(shí)一定要配套；（4）清除錨墊板上的水泥漿，先將錨圈套上鋼束，使之平整地落在錨墊板的槽內(nèi)，裝好工作夾片，并用特質(zhì)工具裝平夾片。（5）安裝各部件的順序：頂壓器→千斤頂→工具錨。

3.4安裝時(shí)注意事項(xiàng)

（1）安裝工作錨板時(shí)應(yīng)當(dāng)讓其完全進(jìn)入錨墊板上的凹槽，以免張拉時(shí)工作錨板產(chǎn)生移動(dòng)。（2）安裝頂壓器時(shí)應(yīng)當(dāng)注意不要頂?shù)锰o，以免張拉時(shí)工作夾片不能自由滑出工作錨板上的孔道，而導(dǎo)致工作夾片和張拉出的鋼絞線產(chǎn)生摩擦，使兩者都受損。但又不能頂?shù)奶?，否則，工作夾片容易完全滑出工作錨板上的孔道，而導(dǎo)致張拉完成后不能完全壓緊工作夾片；夾片不能夾緊鋼絞線將導(dǎo)致滑索；（3）千斤頂在安裝時(shí)一定要安裝正確，有行程的一端應(yīng)朝外，無(wú)行程的一端應(yīng)當(dāng)頂住頂壓器，安裝前工具錨板時(shí)最好讓油缸有一定的2cm～3cm的行程，考慮到千斤頂較重一定要保證其前后與鋼絞線在同一條軸線上；（4）后工具夾片安裝時(shí)在其表面一定要涂上退錨靈，以便回油時(shí)工具夾片能順利退出，同時(shí)要檢查工具夾片是否裂橫或絲口受損現(xiàn)象，如有應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換；否則在張拉過(guò)程中容易發(fā)生事故；（5）由于在普通張拉方法的基礎(chǔ)上增加了頂壓器，張拉設(shè)備的組合長(zhǎng)度較大，因此，各設(shè)備之間保證同一軸線相當(dāng)重要。否則，容易導(dǎo)致各設(shè)備偏心受壓而產(chǎn)生不良后果。

3.5張拉方法

在兩端對(duì)稱(chēng)兩束體外成品索采用四臺(tái)千斤頂同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱(chēng)張拉，要求張拉時(shí)以油壓上升一致為原則，用對(duì)講機(jī)及時(shí)報(bào)數(shù)控制，每張拉一個(gè)行程要停下來(lái)，較核總伸長(zhǎng)值。由于張拉控制力相當(dāng)大，所以張拉時(shí)要求每一級(jí)之間的間隔盡量小些，并逐級(jí)加載，這樣容易控制和在張拉過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)，對(duì)橋的均勻受力也相當(dāng)有利。張拉控制程序?yàn)?→15%δcon→30%δcon→40%δcon→50%δcon→80%δcon→100%δcon（持荷2分鐘）→錨固。最后一次張拉完畢后，在工作錨板上給夾片安裝防松裝置，并切割多余鋼絞線，以外露約30cm為準(zhǔn)（外露的30cm作為以后換索接長(zhǎng)用）。

3.6張拉順序

張拉分三階段，第一階段：將全部體外成品索安裝就位，開(kāi)始調(diào)索，可將成品索張拉至設(shè)計(jì)張拉力的10%，作為成品索的初始調(diào)整拉力；第二階段：調(diào)索完畢后，開(kāi)始正式張拉，逐級(jí)對(duì)稱(chēng)將邊跨四束、中跨八束成品索張拉至設(shè)計(jì)張拉力。第三階段：頂壓器施加20～30Mpa的力，頂緊夾片，千斤頂回油，結(jié)束張拉。2、每次張拉順序：為了使橋梁在張拉過(guò)程中受力均勻、平衡，張拉時(shí)遵循對(duì)稱(chēng)、平衡的原則。每次張拉都同時(shí)張拉兩根體外成品索。其先后次序如下：（1）先對(duì)稱(chēng)張拉最下游和最上游的兩根索，即1#和8#索；（2）再對(duì)稱(chēng)張拉與最下游和最上游的兩根索相隔的兩根索，即3#和6#索；（3）然后對(duì)稱(chēng)張拉次下游和中間的兩根索，即2#和4#索；（4）最后張拉剩余的兩索，即5#和7#索。（5）對(duì)于邊跨的4根索，張拉順序?yàn)橄?#和4#索，后2#和3#索。

對(duì)于全橋的張拉順序?yàn)橄茸蠓笥曳瑔畏捻樞驗(yàn)椋旱?、2、3跨→第13、12、11跨→第10、9、8跨→第4、5、6跨→第7跨。

3.7張拉時(shí)注意事項(xiàng)

（1）現(xiàn)場(chǎng)由專(zhuān)人統(tǒng)一指揮，禁止非工作人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員必須掌握好初張拉、各級(jí)張拉噸位、控制張拉噸位及相應(yīng)的油壓表讀數(shù)，以及相對(duì)應(yīng)的鋼絞線伸長(zhǎng)量。操作手必須清楚鋼束的張拉順序，嚴(yán)格按事先定好的順序進(jìn)行；（2）張拉時(shí)采用張拉應(yīng)力和鋼束伸長(zhǎng)量“雙控”，以應(yīng)力控制為主，鋼束的伸長(zhǎng)量為校核，實(shí)際伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)值之差控制在6%以?xún)?nèi)，超出范圍應(yīng)停止張拉，待查明原因并調(diào)整后方可繼續(xù)張拉；（3）兩端同時(shí)張拉至控制應(yīng)力后，持荷2分鐘，使預(yù)應(yīng)力鋼絞線在錨固前便完成部分徐變，以減少鋼束錨固后的應(yīng)力損失；（4）每一階段張拉應(yīng)控制整個(gè)橋的變形觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)馬上停止張拉，并及時(shí)采取措施。

4體外成品索保護(hù)

（1）防松裝置安裝，根據(jù)保護(hù)罩的安裝長(zhǎng)度，預(yù)留鋼絞線長(zhǎng)度30cm，用手提吵輪鋸平整地切除錨頭兩端的多余鋼絞線，禁止采用氣割和電弧切割。張拉完成后，當(dāng)及時(shí)安裝放松裝置。安裝時(shí)要注意所對(duì)應(yīng)的襯套和壓簧是否頂緊了工作夾片，同時(shí)，放松壓板應(yīng)當(dāng)通過(guò)螺釘與工作錨板連接成一個(gè)整體。（2）體外索密封筒灌環(huán)氧砂漿，為了有效的隔絕空氣保護(hù)已經(jīng)去除了PE的鋼絞線，張拉施工完成后，在體外索密封筒灌環(huán)氧砂漿。環(huán)氧樹(shù)脂：固化劑：砂的重量配比為4：1：6。環(huán)氧砂漿組配后，攪拌充分后方能灌注，由于為冬季施工，防止固化速度太慢，采取煤氣爐對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂適當(dāng)間接加溫。壓漿時(shí)，從最低點(diǎn)的壓漿孔壓入，由最高點(diǎn)的排氣孔排氣。壓漿緩慢、均勻的進(jìn)行，不得中斷。當(dāng)排氣孔冒出與進(jìn)漿孔相同濃度的環(huán)氧漿體時(shí)，停止灌漿，保持1min壓力后，用木塞封堵錨板上的灌漿孔和出漿孔。壓漿后從檢查孔抽查壓漿的密實(shí)情況，如有不實(shí)，及時(shí)處理和糾正。（3）防腐裝置的安裝在錨具表面、夾片后斷面、每根鋼絞線表面均勻涂抹防腐油脂后，安裝保護(hù)罩。（4）減震裝置的安裝，防松裝置及防腐裝置安裝完成后，敲出箱梁頂、底板預(yù)埋鋼板表面的砼，上緊減震夾片中間螺母，在上緊兩側(cè)的長(zhǎng)螺桿螺母，焊接長(zhǎng)螺桿于預(yù)埋鋼板上，完成體外索減震裝置的安裝。在安裝時(shí)嚴(yán)格控制長(zhǎng)螺桿的高度，注意對(duì)體外索PE的保護(hù)。

5與普通預(yù)應(yīng)力張拉區(qū)別

（1）錨具、所需張拉機(jī)具不同，體外索錨具是在常用錨具四件套（螺旋筋、錨墊板、工作錨板、夾片）的基礎(chǔ)上增設(shè)了密封筒、螺母、支撐筒、以及與工作錨板配套的壓緊裝置（又稱(chēng)防松裝置）和保護(hù)罩。本工程采用的張拉方法除和普通張拉法一樣都有：千斤頂、工具錨板、工具夾片外，增加了頂壓器。（2）工作夾片錨固的方式不同，普通張拉法當(dāng)張拉完成需要錨固時(shí)，工作夾片是通過(guò)自錨的形式進(jìn)行，即當(dāng)回油時(shí)，工作夾片隨著鋼絞線的回縮而進(jìn)入工作錨板孔洞從而達(dá)到錨固。這樣鋼絞線回縮必然造成應(yīng)力的損失較大。整體式千斤頂張拉工作夾片是通過(guò)頂壓器進(jìn)行預(yù)壓緊，雖然回油過(guò)程中鋼絞線也有會(huì)微量的回縮導(dǎo)致應(yīng)力損失，但其損失已經(jīng)相當(dāng)小。

6 結(jié)語(yǔ)

在鄄城黃河特大橋主橋體外索施工中，采用了可調(diào)可換式成品索錨具、新型整體式千斤頂、灌注環(huán)氧砂漿、人工涂抹防腐油脂等創(chuàng)新材料和新工藝，由于正確的掌握了該錨具的性能特點(diǎn)和注意了施工中的使用方法、并選擇了適合預(yù)應(yīng)力張拉的施工方法，通過(guò)實(shí)際測(cè)量，實(shí)際數(shù)據(jù)與理論值相當(dāng)接近，達(dá)到了預(yù)期的施工效果，最大程度上發(fā)揮體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，從而保證了工程質(zhì)量。

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