U形小半徑環(huán)向預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲鐓頭錨施工技術(shù)研究

唐文喜

（中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司 重慶 401121）

1 工程概況

廣西壯族自治區(qū)貴港青云大橋位于貴港市港南區(qū)，屬于跨郁江的雙塔雙索面斜拉橋。本橋3#、4#索塔高102.5 m（承臺至塔頂），上塔柱高78.3 m，橫橋向內(nèi)外側(cè)均由兩段圓曲線組成，橫橋向按流線型變寬，最小處為6.5 m，順橋向等寬6 m，采用內(nèi)側(cè)矩形外側(cè)圓弧截面。索錨區(qū)位于91.2～127.1 m高度段，為單箱雙室截面，基本壁厚為橫橋向0.5 m（內(nèi)側(cè)）、0.8 m（中間）、0.7 m（外側(cè)），順橋向1.2 m。單塔共904束雙端張拉預(yù)應(yīng)力束，224束單端張拉預(yù)應(yīng)力束［1-2］。主塔環(huán)向N1、N2束為U形大曲率小半徑環(huán)向預(yù)應(yīng)力束，曲線半徑為2.5 m。鋼絲束從一端穿入后，依次漸變?yōu)橹本€段、半圓弧線段、1.75 m直線段、1.04 m圓弧過渡段至出口端，鋼絲曲線總變化角度達(dá)201°，采取雙端張拉。預(yù)應(yīng)力體系采用24φ7 mm高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲束，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 670 MPa，錨下控制應(yīng)力σcon＝1252.5 MPa。錨具采用鐓頭錨體系，預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管。

2 總體技術(shù)方案

根據(jù)實(shí)測現(xiàn)場U形預(yù)應(yīng)力孔道形狀及計算機(jī)模擬孔內(nèi)鋼絲位置進(jìn)行切絲，以精確控制高強(qiáng)鋼絲需要長度（預(yù)留鐓頭長度），防止單束張拉中各根鋼絲因松弛不一致而斷絲。在鋼絲下料完成后將鋼絲一端穿過錨具后用鐓頭器將鋼絲冷鐓頭，然后用分絲板編束，整束穿入已經(jīng)定位的波紋管內(nèi)，安裝該端錨具后再冷鐓頭，固定錨盒、澆筑混凝土成形后拆模。

3 施工工藝控制

3.1 鋼絲下料

采用放索盤放置鋼絲原材料，在平整場地或工作臺上下料，根據(jù)實(shí)測現(xiàn)場U形預(yù)應(yīng)力孔道形狀及計算機(jī)模擬孔內(nèi)鋼絲位置進(jìn)行切絲，以精確控制高強(qiáng)鋼絲需要長度（預(yù)留鐓頭長度），比兩錨墊板之間理論長度長約20 cm，用（7×7）cm的角鋼對直開口朝上制作成工作臺，在起始端固定安裝內(nèi)徑2 cm、長50 cm左右鋼管，鋼絲穿過鋼管起導(dǎo)向、調(diào)整作用。下料采用手砂輪切斷，端面在鐓頭前必須打磨光滑、去毛刺，否則鐓頭大小不一致，鐓頭尺寸偏小的鋼絲易拉斷。

3.2 內(nèi)、外圈鐓頭編束

（1）鋼絲處理

將鋼絲切絲斷面周邊毛刺、棱邊用手砂輪或銼刀、砂紙等打磨光滑，有利于鋼絲順利穿入錨具，且鐓頭施工時鐓頭大小均勻一致。

（2）內(nèi)圈鋼絲穿入錨具

將斷面打磨處理完畢的鋼絲依次穿入錨具內(nèi)圈錨孔內(nèi)。穿入時將錨具固定在工作臺上進(jìn)行，否則鋼絲穿入時由于錨具晃動會增加穿絲難度。

（3）鐓頭

采用與φ7 mm高強(qiáng)鋼絲配套的LD-20鐓頭器鐓頭。鐓頭器公稱油壓43 MPa、鐓頭力165 kN，外形尺寸（125×300×249）mm。使用ZB500型油泵組合施工。鐓頭器使用單根油管給壓、泄壓，油泵給油時壓力增大，夾片咬緊鋼絲，鐓頭器內(nèi)擠壓頭擠壓鋼絲頭成定型模具的“蘑菇頭”形狀。按廠家提供的參數(shù)擠壓頭直徑大于10 mm判定為合格，否則切掉鐓頭重鐓。

鐓頭時使鋼絲與鐓頭器夾片中心、鐓頭器中心處于同一直線，鋼絲頂緊鐓頭器內(nèi)定型模具，鐓頭過程中始終握緊鋼絲保持居中。液壓泵緩慢增壓給油，速度均勻穩(wěn)定，壓力達(dá)到后迅速泄壓從鐓頭器內(nèi)抽出鋼絲。目測檢查絲頭是否表面均勻光滑、是否有裂紋。外觀檢測合格后用油表卡尺檢查鐓頭的直徑是否大于10 mm。

（4）端面打齊密貼錨具

將錨具端面絲頭全部打齊密貼錨具端面，不得有間隙，確保張拉中鋼絲束始終密貼錨具及所有鋼絲同時均勻受力，防止受力過大產(chǎn)生斷絲。

（5）內(nèi)圈分絲板分絲編束

將錨具固定，所有鋼絲打齊密貼后，內(nèi)圈分絲板沿鋼絲束方向?qū)摻z束分開成平行鋼絲后編束。編束時將鋼絲逐根理順，防止纏繞，每隔1～1.5 m捆綁一次，使其綁扎牢固、順直。綁扎完畢后，將鋼絲采用小標(biāo)簽或不同顏色的油漆筆編號，有利于穿束后二次鐓頭時可以與已鐓頭端順序一致依次穿入錨具。所有的鋼絲全部順直不打絞，減少張拉時鋼絲之間互相剪切產(chǎn)生內(nèi)力造成斷絲；可以確保鋼絲長度一致，使二次鐓頭與錨具端面全部密貼，同時均勻受力減少斷絲。

（6）外圈分絲板分絲編束

外圈鐓頭編束是在內(nèi)圈鋼絲編束基礎(chǔ)上逐根穿入鋼絲鐓頭，必須保證外圈分絲板編束時不對內(nèi)圈編束扎絲造成破壞，確保內(nèi)外圈編束后所有編束扎絲箍緊固。外圈鋼絲均勻分布，包裹在內(nèi)圈束外圍，整體性好。

3.3 整束穿入孔道

（1）模擬試驗

針對大曲率小半徑的環(huán)向預(yù)應(yīng)力束穿束施工，應(yīng)在場地上以最不利的工況即曲率最大且鋼束最長的施工工況放大樣制作預(yù)應(yīng)力孔道，所有的角度、定位鋼筋數(shù)量、防崩鋼筋設(shè)置等均須與施工現(xiàn)場一致。通過模擬試驗，可以確定編束時最佳的編束間距、扎絲根數(shù)、緊固程度等參數(shù)，同時也驗證整束穿入的可行性。反復(fù)多次模擬穿入無問題后，根據(jù)現(xiàn)場試驗參數(shù)進(jìn)行大批量加工。

（2）現(xiàn)場穿束

施工中塑料波紋管的定位應(yīng)準(zhǔn)確，定位鋼筋的數(shù)量要加密，以防止由于波紋管在混凝土澆筑過程中上浮而引起管道變形，從而減少不規(guī)范因素引起的預(yù)應(yīng)力損失［3］。

將鋼絲束未鐓頭一端采用棉紗包裹牢固，人工穿入已經(jīng)定位成型的波紋管道內(nèi)，注意施工過程中不能強(qiáng)行拖拽，防止刺破波紋管造成漏漿堵管。曲線束、環(huán)向束穿束困難時，用單根鋼絲作為牽引繩與整束鋼絲可靠連接后一端牽引、一端送入波紋管穿束。將已鐓頭端錨具、錨盒精確放線，平彎角度、豎彎角度準(zhǔn)確，采用鋼筋將錨盒可靠固定。

錨具外露錨墊板長度以能夠固定錨具外螺母為宜，一般為1～2 cm。

3.4 切絲擴(kuò)孔鐓

（1）未鐓頭端單根預(yù)緊

檢查已固定端的鋼絲是否平齊、是否密貼錨具端面，使所有鋼絲鐓頭全部密貼錨具。

在未鐓頭端采用專用夾具人工張拉預(yù)緊鋼絲，張拉預(yù)應(yīng)力一致，使每根鋼絲均處于同一松弛狀態(tài)，以便于整束鋼絲長度控制。

（2）切絲

參考已鐓頭端和設(shè)計圖紙計算需要切除的多余鋼絲，并在扎緊的鋼絲束上用記號筆做好標(biāo)記。采用砂輪切割機(jī)整束切斷，切口面與預(yù)應(yīng)力孔道方向垂直。用手砂輪或銼刀、砂紙等打磨光滑。

（3）安裝錨具及現(xiàn)場鐓頭作業(yè)

安裝未鐓頭端錨墊板，根據(jù)以上工序分絲編束情況將內(nèi)外圈鋼絲分次穿入錨具，依次順序穿入可防止交叉。此步驟可以提前將鋼絲編號，防止安裝錨具時鋼絲交叉錯位。鐓頭完畢后檢查鐓頭質(zhì)量是否合格，如果發(fā)現(xiàn)有1個鋼絲頭不合格，則必須切除整束鋼絲頭，重新整束鐓頭。不可單獨(dú)切除不合格鋼絲鐓頭重鐓頭，造成整束鋼絲長度不一致導(dǎo)致張拉時發(fā)生斷絲。

3.5 安裝固定槽口

將錨盒全部固定，用膠帶或者棉紗封堵，并用雙面膠條與外模板間密封，防止混凝土澆筑時進(jìn)漿堵管。

3.6 澆筑混凝土、拆模

混凝土振搗時要加強(qiáng)槽口處振搗，確?；炷撩軐?shí)。錨下鋼筋密集部位采用30 cm振搗棒振搗密實(shí)。

拆模后檢查錨具、孔道是否進(jìn)漿，如果有進(jìn)漿問題及時清理錨具絲扣上的漿液，疏通管道。清理錨具上的漿液時不得錘擊錨具，以免砸傷錨具絲扣。采用空壓機(jī)從管道一端壓漿孔壓氣檢驗孔道是否暢通，并將管道內(nèi)雜物吹出，保證壓漿時順暢。

3.7 張拉

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后開始張拉施工，預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序和張拉控制應(yīng)力應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定。施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際所采用的錨具類型、張拉工藝對錨圈口預(yù)應(yīng)力摩阻損失進(jìn)行測定，并根據(jù)測定的損失通過提高張拉應(yīng)力予以補(bǔ)償［4］。

鐓頭錨張拉時作業(yè)要點(diǎn)是多分級、盡量緩慢張拉。張拉作業(yè)時千斤頂后方不得站人［5］。

針對國內(nèi)現(xiàn)有鐓頭錨體系張拉工裝施工過程中易發(fā)生張拉桿斷裂、撐腳變形、絲牙拉脫錨、錨具外螺母變形難以鎖緊密貼造成預(yù)應(yīng)力損失等問題，自行研制了一種鐓頭錨體系預(yù)應(yīng)力張拉裝置（實(shí)用新型專利號：ZL201620398578.1［6］），包括千斤頂、張拉桿、張拉撐腳。利用上述構(gòu)件中心線在同一軸線時，千斤頂頂住張拉撐腳后通過張拉桿將預(yù)應(yīng)力束張拉端錨具和鋼絲束拉伸，再從張拉撐腳旁邊操作口將錨具外螺母鎖緊密貼錨墊板施加預(yù)應(yīng)力。該革新發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，千斤頂上設(shè)有撐腳限位槽，可有效防止張拉撐腳的徑向錯位，可大大提高鐓頭錨體系預(yù)應(yīng)力張拉過程的安全性。

預(yù)應(yīng)力張拉工裝見圖1。安裝時，張拉桿一定要擰到底，張拉撐腳、撐腳接長套、張拉桿、千斤頂、鋼墊板、工具螺母、錨墊板圓心一致，且各配件之間密貼頂緊、落槽，特別注意對錨墊板上螺母對應(yīng)的槽口進(jìn)行清理［7］。預(yù)緊時5 MPa為宜，可以反復(fù)幾次，使兩端錨具外露一致后方可同步張拉。張拉過程分級緩慢張拉，分級之間穩(wěn)壓靜停1～2 min，觀察張拉工裝、錨具是否有異響、異樣，確認(rèn)無誤后方可進(jìn)入下一級張拉。越接近控制應(yīng)力越慢越穩(wěn)，達(dá)到控制應(yīng)力后穩(wěn)壓觀察無異樣后擰緊錨具螺母。

圖1 鐓頭錨張拉工裝示意

穩(wěn)壓靜停檢查正常后補(bǔ)壓、計算伸長值，泄壓回油。張拉工裝拆卸后觀察鋼絲鐓頭是否全部平齊密貼錨具，如有異常進(jìn)行相應(yīng)處理。

3.8 真空輔助壓漿

真空泵在壓漿之前應(yīng)開啟，達(dá)到-0.06～-0.1MPa時，方可開始壓漿，壓漿全過程啟動真空泵抽真空，確保漿液順利通過孔道。

張拉端錨杯設(shè)有注漿口，與有外螺紋（M20×2）的壓漿管連接。壓漿前應(yīng)采用氣掃、壓水等方式確認(rèn)波紋管孔道內(nèi)部是否存在異物堵塞或澆筑混凝土結(jié)構(gòu)時管道破損出現(xiàn)漏漿堵塞的現(xiàn)象。

關(guān)閉出漿口后，宜保持不小于0.5 MPa的穩(wěn)壓期，時間宜為3～5 min［8］，以確保孔道灌漿的密實(shí)性。

3.9 封錨

封錨砼采用無收縮砼。完成灌漿后，應(yīng)盡快封錨，防止空氣中的水汽侵蝕。張拉端錨杯的保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50 mm，并仔細(xì)檢查，嚴(yán)禁封錨密封水泥包出現(xiàn)貫穿性裂痕。封錨過程中采用小型插入式振動棒振搗，模板外側(cè)采用橡膠錘錘擊，使錨槽內(nèi)混凝土密實(shí)。

4 實(shí)施效果

青云大橋高強(qiáng)鋼絲鐓頭錨施工從2015年5月15日開始，平均14 d施工1節(jié)段（4.5 m）主塔，2 d張拉完畢1節(jié)塔柱約90束高強(qiáng)鋼絲預(yù)應(yīng)力束。2016年1月27日完成全部索錨區(qū)2256束預(yù)應(yīng)力張拉，其中僅2束孔道存在斷1絲的問題，且位于不同截面的不同孔道內(nèi)，斷絲率為0.003 85%，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的1%。同時，應(yīng)用自行研制的實(shí)用新型專利提高了工效，減少了返工和鋼絲浪費(fèi)，共節(jié)省費(fèi)用約25萬元。

5 推廣應(yīng)用前景

斜拉橋鋼筋混凝土索塔索錨區(qū)是將索力安全、均勻地傳遞到塔柱的重要受力結(jié)構(gòu)［9］。由于斜拉索索力較大，錨固點(diǎn)相對集中，致使索塔錨固區(qū)應(yīng)力集中、分布復(fù)雜［10］。上塔柱采用大噸位小曲率半徑U形預(yù)應(yīng)力束比布置井式直線預(yù)應(yīng)力束受力更加合理［11］，更能確保錨固區(qū)具有足夠的水平承載能力和抗裂安全度。但是U形環(huán)向高強(qiáng)鋼絲預(yù)應(yīng)力張拉工藝不穩(wěn)定，實(shí)際伸長量大于理論限值是一種普遍的現(xiàn)象［12］，并且常常產(chǎn)生斷絲，嚴(yán)重影響預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量。本文依托青云大橋施工積極創(chuàng)新小半徑環(huán)向高強(qiáng)鋼絲預(yù)應(yīng)力工藝，并于2017年9月通過山西省住建廳組織技術(shù)鑒定，形成了省級工法，有效解決了大曲率環(huán)向預(yù)應(yīng)力束高強(qiáng)鋼絲張拉斷絲率較高的行業(yè)難題，具有良好推廣應(yīng)用前景。