東莞水道特大橋水平系桿張拉施工技術

金東哲

1 工程概述

東莞市水道特大橋為中承式鋼管混凝土拱橋,主跨拱肋采用鋼管混凝土拱形空間桁架結構。每幅橋設兩片拱肋,每片拱布置16根水平系桿,系桿從主拱肋內外兩側及拱肋兩弦管間通過,兩端錨固于邊拱端橫梁上。邊拱是為系桿提供錨固端,從而平衡主拱推力而設置。系桿隨著主橋各結構的吊裝分批安裝、張拉來平衡由鋼管拱傳遞給主拱座的水平推力(見圖1)。

2 水平系桿張拉體系特點

錨固張拉體系組成：成品索,導輪架,錨具,張拉機具。

2.1 成品索

每片拱肋下設16根OVMXG.T15-31環氧噴涂鋼絞線系桿。該索體是采用雙層高密度聚乙烯(HDPE)防護的全防腐索體,具有以下特殊性能：1)外層PE與內層PE之間設置一防腐油脂隔離層,當系桿受力張拉時,外層PE能有效的釋放應力,使得外層PE處于較低應力狀態下工作,有效的解決PE應力開裂問題。2)采用了先進的環氧噴涂鋼絞線,鋼絞線外包雙層PE護套,鋼絞線與內層 PE、內外兩層PE之間均填注防腐油脂,全封閉防腐,完全杜絕因毛細作用和意外進水造成的索體鋼絲腐蝕,對各種腐蝕環境具有優良的耐蝕性。

系桿索體外徑127 mm,由31根φ 15.24 mm的鋼絞線組成,鋼絞線標準強度Ryb=1 860 MPa。

2.2 導輪架

為了減小系桿與其支承構件的摩擦,本橋設計了系桿導輪支承構造——系桿導輪架。導輪架為一種內有數排轉輪的箱形結構物,系桿即搭載在其中的轉輪上。全橋導輪架順橋向排列,用螺栓固定于每片橫梁上。

2.3 錨具

系桿錨具采用可換索式鋼絞線系桿錨具,規格為OVMXGK15-31。其組成為：錨墊板螺旋筋、密封裝置、連接筒、螺母、支撐筒、錨板、防松裝置、工作夾片。

2.4 張拉機具

采用YCW650-200千斤頂和ZB10/320-4/800高壓油泵,并配套懸浮式張拉專用撐腳及OVM15G-31工具錨、工具夾片。

3 張拉操作要點

3.1 張拉系統安裝

3.1.1 系桿穿索

制好的成品索索盤置于北岸拱腳放線架上,用南岸5 t卷揚機牽引穿索。

3.1.2 安裝工作錨體系

將系桿鋼絞線穿過密封裝置、連接筒、螺母、支撐筒、錨板,注意31根鋼絞線在穿過工作錨板前要分層編束,使每一根鋼絞線能準確的穿過對應的錨板孔。最后安裝工作夾片,工作夾片不應打緊,使其處于放松狀態。

3.2 張拉

用4臺千斤頂在兩岸上下游側進行對稱張拉,初應力選為10%δcon,由于每根系桿張拉至設計有效張拉力 Nt=3 829 kN時,單端張拉系桿伸長量約為850 mm,YCW650-200千斤頂最大行程為200 mm,故每臺YCW650-200千斤頂采用兩個配套撐腳和兩套OVM15G-31工具錨進行張拉,直至張拉設計有效張拉力3 829 kN后對工作錨進行張拉錨固。

張拉工作程序：安裝限位板→安裝千斤頂→裝撐腳→工具錨→預緊→反復張拉→到設計應力→錨固。

3.3 防護處理

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30 cm為準;對支撐筒和連接筒內進行灌注環氧砂漿;安裝錨頭保護罩,往保護罩內灌注防腐潤滑油脂。

4 雙控方法及分析

本橋全過程以張拉力和主墩水平位移為主,伸長量為輔控制張拉,任何情況下都要保證墩頂位移小于±5 mm。

4.1 張拉力測定

按標定報告所給公式計算張拉油表讀數,張拉時嚴格控制讀數的準確。在50%的系桿上布設錨索測力計,錨索測力計型號為BGK-4900,量程5 000 kN,安裝在支撐筒與工作錨板之間。每次張拉均委托具有合格資質的監測單位進行量測。

表1 實測伸長值計算表

4.2 墩頂位移的測量

采用全站儀進行測量,每次張拉前后均用全站儀對拱座頂部控制點進行測量,對比坐標變化,計算出位移數據。

采用百分表進行測量,在拱頂預埋測量設備,每次張拉前后用百分表量測墩頂位移。

4.3 計算伸長值

其中,P為張拉端張拉力,N;ˉP為預應力筋平均張拉力,N。

計算值與設計單位提供的設計值有1%的誤差,施工過程中供參考。

4.4 實測伸長值

每一行程量取千斤頂活塞外露長度初始和結束值的差值(見表1)。

實測伸長值=Ln+1-Ln+Ln-1-Ln-2+…+L5-L4+L3-L2+L4-L3+L2-L1。

4.5 計算值與實測值相對誤差

經計算,誤差均控制在±6%范圍之內。

5 分析探討

5.1 張拉控制

張拉控制采用張拉力和主墩水平位移為主,伸長量為輔。為保證墩頂位移保持在±5 mm以內,在張拉時如出現位移過大等異常情況應及時溝通現場技術員以調整張拉并根據測量反饋數據報知設計院調整控制拉力。

應按系桿張拉程序逐步測量以下數據：1)每次混凝土澆筑后的鋼管拱線形;每次張拉前的鋼管拱線形;每次張拉后的鋼管拱線形。2)每次張拉前的邊拱拱肋的線形;每次張拉后的邊拱拱肋線形。3)每次張拉前的邊拱端橫梁標高及順橋向位置;每次張拉后的邊拱端橫梁標高及順橋向位置。4)每次張拉前的主拱拱座順橋向位置,每次張拉后的主拱拱座順橋向位置。5)在后4次張拉時全程監控主拱拱座位移。

5.2 應力損失

在張拉后實測到了應力損失,分析有以下原因：1)在實際施工過程中因主拱及橋面加載導致橋面標高下降后,系桿隨之下降,系桿內部應力會相應損失。2)錨塞回縮造成一定的應力損失,由于工作夾片是由限位板頂進錨孔的,在旋緊限位板螺母,壓緊夾片的過程中,無法保證夾片緊貼錨孔。

6 結語

在東莞水道特大橋工程施工中,針對系桿安裝、張拉的關鍵環節開展技術研究,克服了系桿安裝、系桿多行程張拉、系桿防腐等技術難題,為類似的工程施工積累了經驗。

[1] JTJ 041,公路橋涵施工技術規范[S].

[2] JGJ 85-2002,預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程[S].

[3] JT/T 6-94,斜拉橋熱擠聚乙烯拉索技術條件[S].