懸索橋混凝土加勁梁超長預(yù)應(yīng)力體系施工技術(shù)

魏 鋼

(中交四公局第五工程有限公司，陜西 西安 710000)

1 工程概況

永善縣月亮灣大橋?yàn)橹骺?65m單跨預(yù)應(yīng)力混凝土加勁梁懸索橋，混凝土加勁梁設(shè)計采用橫向及縱向雙向預(yù)應(yīng)力體系，是目前世界最大跨徑的混凝土梁懸索橋，縱向預(yù)應(yīng)力束共37束，其中15-15預(yù)應(yīng)力通長束有21束，5-12預(yù)應(yīng)力短束有16束。橋梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束穿束長度最長達(dá)461.58m，是全橋穿束、張拉的施工難點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 混凝土加勁梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置(單位：cm)

2 超長預(yù)應(yīng)力體系施工總體思路

永善縣月亮灣大橋橫跨金沙江，橋址區(qū)地勢整體西高東低，河谷呈典型V形，山高谷深，谷坡陡峭，主橋兩端引橋及接線路基較短，且四川岸100m引橋后為直角轉(zhuǎn)彎，云南岸引橋?yàn)镽=155m小半徑曲線簡支T梁橋，超長預(yù)應(yīng)力鋼絞線放束距離受限，月亮灣大橋混凝土加勁梁的超長預(yù)應(yīng)力體系施工采用“橋面放束及自動編束、橋頭轉(zhuǎn)向穿束、累進(jìn)倒頂智能張拉、真空輔助壓漿”的總體施工思路，主要特點(diǎn)為：在四川岸引橋上放置10t卷揚(yáng)機(jī)，先將牽引鋼絲繩穿入預(yù)應(yīng)力孔道，在云南岸引橋上并排鋼絞線盤，由云南岸向四川岸放出鋼絞線，鋼絞線經(jīng)梳絲架(云南側(cè))自動編束，將15根鋼絞線前端同時放索到主跨梁面上，鋼絞線尾端(云南側(cè))再與牽引鋼絲繩(云南側(cè))連接，由主橋端部(云南側(cè))進(jìn)行轉(zhuǎn)向并穿入孔道完成穿束，實(shí)現(xiàn)超長預(yù)應(yīng)力鋼束放束、編束、穿束自動一體化。按云南岸引橋放束→主橋編束→梁端(云南側(cè))轉(zhuǎn)向→牽引至四川岸的順序進(jìn)行逐束牽引穿束，然后從兩端進(jìn)行同時同步張拉，張拉過程中累進(jìn)倒頂，完成預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉工作，最后采用真空輔助壓漿工藝進(jìn)行超長預(yù)應(yīng)力孔道壓漿施工。

3 懸索橋混凝土加勁梁超長預(yù)應(yīng)力體系施工技術(shù)

3.1 工藝流程(見圖2)

圖2 施工工藝流程

加勁梁安裝后的工序流程為：微調(diào)梁段接口處的高程、錯臺→焊接接縫鋼筋→穿入縱向預(yù)應(yīng)力束→連接接縫處波紋管→設(shè)置接縫處的橫向預(yù)應(yīng)力束→設(shè)置接縫處等載壓重→澆筑橫向濕接縫→張拉縱向預(yù)應(yīng)力束(先通長束后短束)→張拉接縫的橫向預(yù)應(yīng)力束→孔道壓漿→形成橋面連續(xù)體系。

3.2 懸索橋混凝土加勁梁超長預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束

3.2.1超長預(yù)應(yīng)力鋼束穿束總平面布置

本橋混凝土加勁梁超長預(yù)應(yīng)力體系穿束施工采用“橋面放束及自動編束、橋頭轉(zhuǎn)向穿束”的施工工藝，平面布置如圖3所示。

圖3 超長預(yù)應(yīng)力鋼絞線放束與穿束場地布置

鋼絞線放索盤置于云南岸引橋上，距離主跨端部(云南側(cè))30m，四川岸引橋上設(shè)10t卷揚(yáng)機(jī)，在距離放索盤15m位置及主跨端部(云南側(cè))2個位置分別設(shè)置規(guī)格不相同的梳絲架。

3.2.2梳絲結(jié)構(gòu)設(shè)計

梳絲構(gòu)造包含主橫梁、外包橡膠鋼管滾筒、滾輪立柱、橡膠滾輪及纜風(fēng)繩，外包橡膠鋼管滾筒上、下兩端各設(shè)置1道主橫梁，滾輪立柱焊接于上、下2道主橫梁外側(cè)，結(jié)合預(yù)應(yīng)力鋼束的根數(shù)及布置形狀在滾輪立柱上安裝橡膠滾輪，下端主橫梁采用螺栓緊固在混凝土基座上，上端主橫梁兩端采用纜風(fēng)繩斜拉錨固。滾輪立柱采用└50×50，并在預(yù)應(yīng)力鋼束布置位置開孔，便于橡膠滾輪安裝。主橫梁采用[28，并將└50×50耳板焊接于下端主橫梁兩端及中間位置外側(cè)，采用將預(yù)埋螺栓與槽鋼耳板連接，纜風(fēng)繩直徑為18mm。梳絲結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 梳絲結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.3超長預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束施工工藝

本橋混凝土加勁梁超長預(yù)應(yīng)力體系穿束施工采用“橋面放束及自動編束、橋頭轉(zhuǎn)向穿束”的施工工藝，具體工藝流程為：施工準(zhǔn)備→安裝梳絲結(jié)構(gòu)→預(yù)應(yīng)力鋼絞線放束、自動編束→轉(zhuǎn)向筒安裝→牽引預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行轉(zhuǎn)向穿束。

1)施工準(zhǔn)備 根據(jù)場地布置，在四川岸引橋上放置10t卷揚(yáng)機(jī)，在云南岸引橋上距離主跨端部(云南側(cè))30m處放置鋼絞線盤。

2)安裝梳絲結(jié)構(gòu) 根據(jù)梳絲結(jié)構(gòu)設(shè)計在距離放索盤15m位置及主跨端部(云南側(cè))2個位置分別設(shè)置規(guī)格不同的梳絲架，距離放索盤15m位置的梳絲架規(guī)格為寬5m、高1.2m，為鋼絞線出盤做好導(dǎo)向和梳絲；主跨端部(云南側(cè))的梳絲架規(guī)格為寬0.5m、高0.3m，用于收緊各鋼絞線股，以便進(jìn)行綁扎編束。

3)預(yù)應(yīng)力鋼絞線放束、自動編束 用卷揚(yáng)機(jī)牽引預(yù)應(yīng)力鋼絞線，從云南側(cè)沿主跨縱向牽引至四川側(cè)，置于主跨橋面上，預(yù)應(yīng)力鋼絞線在牽引過程中經(jīng)二級梳絲架完成自動編束。每端均需預(yù)留工作長度800mm，牽引端再加長200mm制作錐形頭。

4)轉(zhuǎn)向筒安裝、牽引預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行轉(zhuǎn)向穿束 將牽引鋼絲繩穿過超長預(yù)應(yīng)力孔道，一端與卷揚(yáng)機(jī)連接，另一端與鋼絞線連接。在主跨端部(云南側(cè))設(shè)轉(zhuǎn)向筒，牽引卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束。

5)注意事項(xiàng) ①先將牽引卷揚(yáng)機(jī)φ16鋼絲牽引繩由孔道的一端逐次逐段穿入相應(yīng)的孔道內(nèi)，再從另一端引出。因鋼絲繩有一定剛度，從孔道的一端穿過5.5m長的每一梁段可實(shí)現(xiàn)。②云南岸因場地相較于四川更為開闊，且主要設(shè)施布置于云南岸，因此縱向預(yù)應(yīng)力鋼束由云南岸向四川岸穿入。③加勁梁共有0.5m長濕接縫77條，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束穿過濕接縫時在下方設(shè)置臨時托管，采用厚0.3mm、長490mm制孔鐵皮開口管，穿束時安裝。穿束后為確保管道通暢、壓漿順利，采用直徑大一號波紋管連接已預(yù)埋管道，兩管套接長度應(yīng)>50mm，調(diào)整順直后，采用膠帶纏繞密封接口，防止進(jìn)漿。④澆筑濕接縫混凝土前，在孔道接頭相應(yīng)位置上用油漆畫線標(biāo)記，配置專業(yè)的振搗人員操作，以防振動棒直接碰觸造成損壞、進(jìn)漿及堵塞管道。⑤縱向預(yù)應(yīng)力管道頂部在濕接縫處須設(shè)置排漿、排氣孔，以50～60m/道(2根)為宜，管道采用φ30硬質(zhì)白塑料管，梁頂面外露25cm，需要時便于后期二期補(bǔ)漿使用。

3.3 超長預(yù)應(yīng)力束張拉工藝

3.3.1超長預(yù)應(yīng)力束張拉程序

張拉初應(yīng)力為30%σcon，張拉程序?yàn)椋?→初應(yīng)力→累進(jìn)倒頂智能張拉→分級張拉至1.03σcon(持荷60min后錨固)。

3.3.2超長預(yù)應(yīng)力束張拉施工

1)待所有濕接縫混凝土齡期達(dá)到7d，且強(qiáng)度達(dá)到90%以上時，方可進(jìn)行張拉作業(yè)，N1縱向通長鋼束為15-15形式，其余采用15-12預(yù)應(yīng)力鋼束形式，單根鋼絞線的張拉控制應(yīng)力為1 395MPa，采用兩端張拉，現(xiàn)場配置4臺400t液壓千斤頂及配套油缸、壓力表，兩端對稱張拉。由于張拉千斤頂?shù)挠行谐虨?00mm，遠(yuǎn)小于通長鋼束的單端計算伸長量1 396mm，張拉過程中必須反復(fù)倒頂才能完成一束鋼絞線的張拉，即累進(jìn)倒頂(見圖5)。

圖5 張拉千斤頂安裝構(gòu)造

每束鋼絞線的設(shè)計錨下張拉控制應(yīng)力為σcon=0.75Ryb=1 395MPa(不含錨圈口損失)。張拉以張拉力與伸長量雙控，以張拉力主控，伸長量進(jìn)行校核。因張拉千斤頂頂芯長度不足，采用倒頂方式進(jìn)行張拉，即先張拉至頂芯最大伸長時錨固、回油，再進(jìn)行張拉，過程中記錄每次張拉伸長量及張拉應(yīng)力值，當(dāng)張拉力達(dá)到設(shè)計錨下張拉控制應(yīng)力時，要確保伸長量滿足規(guī)范要求。鋼束的實(shí)際伸長值與理論伸長值的偏差按規(guī)范要求必須控制在±6%。

2)由于長預(yù)應(yīng)力束的孔道摩擦力大，鋼絞線的彈性變形時間、混凝土受壓后收縮穩(wěn)定時間均較長，張拉后應(yīng)力損失也較大，采取的超長束張拉控制措施為：①錨下預(yù)應(yīng)力與溫度之間呈現(xiàn)典型的線性正相關(guān)特性，461m混凝土加勁梁懸索橋的預(yù)應(yīng)力受溫度影響顯著，選擇溫度變化較小的時間段進(jìn)行張拉施工；②在第1次張拉到設(shè)計錨下控制應(yīng)力σcon時，持荷時間為60min，觀察錨板、夾片的松弛情況，并采用“拉脫法”檢測錨下實(shí)際應(yīng)力狀況。

3)預(yù)應(yīng)力鋼束張拉按先縱向后橫向(濕接縫范圍)，先通長鋼束后短鋼束(依次為N1，N2，N3，N4，N5，N6)的順序進(jìn)行，每種類型鋼束均為先中間束后兩邊束(橫橋向)張拉；縱向預(yù)應(yīng)力采用橫向?qū)ΨQ、縱向兩端同步進(jìn)行張拉，橫向濕接縫內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束采用單端張拉，單端張拉的張拉端和錨固端的布設(shè)位置嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行。

3.4 超長預(yù)應(yīng)力孔道壓漿

3.4.1超長預(yù)應(yīng)力孔道壓漿總體思路

因全橋從兩端向跨中設(shè)計為+1%縱坡，孔道壓漿配置2套壓漿設(shè)備，采用真空輔助壓漿工藝，從兩端向跨中同時進(jìn)行，在跨中位置設(shè)置排漿孔，排漿孔采用φ20鋼管，端頭安裝止?jié){閥，壓漿前采用真空機(jī)進(jìn)行抽真空，真空壓力為-0.1MPa(見圖6)。

圖6 孔道壓漿總布置(單位：m)

3.4.2超長預(yù)應(yīng)力孔道壓漿施工

1)壓漿作業(yè)程序 安裝真空機(jī)及壓漿設(shè)備→沖洗管道→封堵錨頭→接真空機(jī)及壓漿管→拌制漿液→開真空機(jī)進(jìn)行抽真空→壓注漿液→關(guān)閉閥門→拆除壓漿及出漿孔上的閥門管節(jié)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一管道壓漿。

2)壓漿前準(zhǔn)備工作 壓漿前需檢查壓漿孔道是否暢通，采用空壓機(jī)吹入無油分的壓縮空氣清理管道，再用清水沖洗管道。壓漿配合比是壓漿料∶水=1 600∶448，漿液流動度須預(yù)先試驗(yàn)合格，初始流動度宜在12～18s，水灰比0.35～0.38，漿液最大泌水率≤2%，24h后泌水全部被漿液吸收。

3)壓漿作業(yè)施工工藝 張拉完畢后宜在48h內(nèi)進(jìn)行壓漿，壓漿時及壓漿后48h內(nèi)，梁體及環(huán)境溫度≥5℃，否則應(yīng)采取防凍保溫措施，若氣溫>35℃，在夜間或凌晨氣溫較低時段進(jìn)行壓漿：①壓漿前關(guān)閉所有的排氣閥門(連接真空泵的除外)，在濕接縫處設(shè)置臨時排漿、排氣孔，采用φ30硬質(zhì)韌性白塑料管，彎折后鐵絲綁扎封閉；②啟動真空泵抽真空，將壓力抽至-0.1MPa后，保持真空泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，然后啟動壓漿泵進(jìn)行壓漿，觀察壓漿端的透明塑料管，待透明塑料管出現(xiàn)水泥漿后，打開壓漿三向閥門，在1MPa壓力下壓漿，當(dāng)閥門口流出新鮮的濃漿時關(guān)閉閥門，繼續(xù)壓漿，并在1MPa壓力下保壓3～5min；③當(dāng)漿液不能從另一端冒出時，長束預(yù)應(yīng)力管道存在局部堵塞情況，采用在縱向預(yù)應(yīng)力管道頂部濕接縫處設(shè)置排漿管進(jìn)行補(bǔ)壓漿。

3.5 超長預(yù)應(yīng)力施工注意事項(xiàng)

1)塑料波紋管應(yīng)具有良好的耐腐蝕性和密封性，不導(dǎo)電、強(qiáng)度高、剛度大，混凝土振搗時不能將塑料波紋管振破。預(yù)應(yīng)力管道連接必須保證質(zhì)量，避免因漏漿而造成預(yù)應(yīng)力管道堵塞，嚴(yán)禁踩壓波紋管并防止急彎。

2)預(yù)應(yīng)力管道壓漿后應(yīng)盡快封錨，注意封錨混凝土與已澆混凝土之間的接縫順直，并滿足加勁梁整體景觀要求。

3)梁段濕接縫處的混凝土鑿毛必須到位，防止出現(xiàn)波紋管接頭連接不可靠與濕接縫混凝土結(jié)合不好造成真空輔助壓漿困難問題。

4)嚴(yán)格控制梳束、編束、穿束質(zhì)量，規(guī)范操作，確保在鋼絲繩牽引旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下不出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。鋼絞線下料前須實(shí)際測量孔道長度，防止計算長度與實(shí)際長度出現(xiàn)大的偏差，從而造成廢料。

4 結(jié)語

懸索橋混凝土加勁梁超長預(yù)應(yīng)力體系采用“橋面放束及自動編束、橋頭轉(zhuǎn)向穿束、累進(jìn)倒頂智能張拉、真空輔助壓漿”的施工工藝，準(zhǔn)確控制超長預(yù)應(yīng)力體系在施工過程中出現(xiàn)的各類施工狀況，從而盡可能減少由于超長預(yù)應(yīng)力體系工藝偏差、理論依據(jù)薄弱出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，保證超長預(yù)應(yīng)力體系張拉、壓漿質(zhì)量，延長結(jié)構(gòu)壽命，實(shí)現(xiàn)懸索橋混凝土加勁梁超長預(yù)應(yīng)力體系的高效施工和高精度質(zhì)量控制，降低了安全風(fēng)險，節(jié)約了造價，取得了較好效果。