武漢長江二橋維修工程體外預應力施工

方艷紅

中鐵大橋局武漢分公司，湖北武漢 430050

0 引言

體外預應力施工是武漢長江二橋維修的關鍵，維修成功與失敗的一個關鍵指標就在預應力施工完成后，擾梁體是否能夠產生上拱，上拱參數是否達到設計要求的范圍。

1 武漢長江二橋病害概況

2000年～2005年，監測單位對武漢長江二橋正引橋箱梁進行了線型監測和全面檢測試驗。經過10年的超負荷運營，長江二橋累積損傷使得橋梁的剛度有了一定程度的下降，部分區段梁體因截面開裂發生應力重分布，部分區段梁體可能進入塑性工作狀態，不滿足結構平截面彈性體設計假定，并且部分已有裂縫尚在繼續擴展。

病害具體表現形式：梁體內外存在大量裂縫，分布于箱梁頂板、底板和腹板；梁體存在不同程度的下擾，使得梁體無法滿足設計假定，危害梁體使用壽命。

2 武漢長江二橋維修工程體外預應力施工概況

體外預應力體系主要由填充型環氧涂層鋼絞線、配套鋼墊板及錨具、與梁體相連的錨固塊、轉向裝置、減震裝置及防腐材料等組成。

根據設計圖紙，體外預應力鋼束布置于箱梁內，依靠固定于梁體頂板、底板和橫隔梁的鋼錨固塊。線型為空間線型，通過轉向器控制空間轉向點坐標以及鋼束轉向趨勢。鋼束區間段設置了減震器以減少鋼束的震動。轉向器、減震器固定于鋼轉向、減震支架上，與鋼錨固塊均通過植筋技術錨固于梁體使連為整體。

3 體外預應力施工步驟

體外預應力施工流程為：施工準備工作→橫隔梁鉆孔，錨固塊、支架基座植筋錨固→錨固塊及支架安裝→轉向器安裝→穿預應力鋼束、安裝錨具→張拉預應力并錨固→減震器安裝→錨固防護。

3.1 橫隔梁鉆孔及錨固、支架基座植筋錨固

3.1.1 橫隔梁鉆孔

根據設計圖紙測出橫隔梁需鉆孔的具體位置，彈出十字線進行中心標記，并按照圖紙標出鉆孔的直徑。根據測量的準確位置，用專業鉆具從一端向另一端鉆進。

2#墩、5#墩、9#墩進行橫隔板鉆孔時遇到原梁體內預應力鋼絞線，且分布密集，現行施工狀況無法避讓，最后經設計慎重考慮，決定釋放原梁體內預應力鋼絞線，于2#墩、5#墩頂補增橫向體外預應力索以恢復原結構受力狀況。進行8#～9#中橫隔板以及10#墩橫隔板鉆孔時也遇到原梁體內預應力索，則考慮盡量不改變原結構受力的狀況下，適當改變體外索線形，更改鉆孔位置進行施工。

鉆孔本身是對梁體的破壞，一個孔的形成對孔周圍的應力產生重新分布，所以要盡量縮短鉆孔時間，并盡快進行補救。

3.1.2 錨固、支架基座植筋錨固

基座的錨固效果直接關系到張拉的成敗，所以基座板植筋與灌膠工序非常關鍵。基座板植筋采用美國進口喜利得植筋膠，基座板灌膠采用愛牢達灌注膠，并嚴格控制植筋飽滿度和灌膠厚度。為防止基座板在張拉過程中產生滑移，將錨栓螺帽與基座鋼板焊接。經實驗證明，焊接過程未對植筋質量產生較大影響。

3.2 轉向支架及減振支架的安裝

支架均采用螺栓連接，支架和鋼基座采用焊接方式連接。轉向支架承受體外預應力產生的垂直力，其支點或單獨設置，或與箱梁勁性骨架連為一體。

轉向器是根據預應力鋼束的空間線形以及轉換點的空間坐標定做而成，主要起到鋼束的空間線形調節和保持空間線形流暢的作用。制作是根據設計提供的X、Y、Z軸，制作相應弧度的膠管，然后將膠管組裝在一起。制作出廠時，標明轉向器的型號，前后方向，豎直向上方向，保證在安裝時的準確。

1）轉向器采用鋼結構形式，固定安裝在鋼桁架或支架上，施工時應確保施工質量及埋設精度；

2）轉向器與穿越鋼管預先進行定位，之間采用環氧砂漿填實，定位時確保轉向器與穿越鋼管相對位置準確；

3）外套管與穿越鋼管接觸面為不銹鋼鋼板，須保證接觸面光滑，并能相互滑動。

3.3 張拉施工

3.3.1 張拉順序的確定

連續梁體外預應力張拉時，先兩端張拉2#～5#墩箱內長索，再一端張拉5#～7#墩箱內短索，然后一端張拉0#～2#墩箱內短索。各箱室內索的張拉順序為：先對稱張拉靠近腹板的兩根外側索，再對稱張拉箱室內中間剩余的兩根索。

連續剛構體外預應力張拉時，先兩端張拉（130+125）m兩跨箱內長索，再兩端張拉125m跨箱內短索，然后一端張拉83m跨箱內短索。各箱室內的張拉順序為：先對稱張拉靠近腹板的兩根外側索，再對稱張拉箱室內中間剩余的兩根索。

3.3.2 錨固塊，轉向支架的檢查及梁體線形的監測

張拉施工前，應對所有錨固塊、轉向支架、減振支架進行一次全方位的檢查，確保在張拉施工過程中，體外預應力體系結構的穩定性。

張拉過程中，通過施加預應力，使應力通過轉向支架傳遞給混凝土箱梁使箱梁產生彈性形變，同時引起箱梁縱向縮短和向上的撓曲，張拉時要對梁體的線形進行全過程的監測，充分掌握其彈性變形的方向和變形量.

同時，隨著張拉力的不斷增大，張拉及錨固端的橫隔墻處混凝土及轉向支架基座處局部受壓應力也不斷增大，因此在張拉過程中，要隨時對錨固塊、轉向支架的穩定情況及基座處混凝土進行檢查。

3.3.3 錨固點張拉力測定

單根鋼絞線穿掛張拉應力采用等張拉力法控制。每根鋼絞線的張拉力，以當時測力傳感器現實值確定張拉力，首先對穿掛張拉的第一根鋼絞線進行臨時錨固。在錨固點處設置測力傳感器，該索余下的其余鋼絞線穿掛張拉是按當時測力傳感器顯示值進行控制。在第一根穿掛鋼絞線的初張拉力測初始伸長值，補拉以測力傳感器最終讀數為準，并記錄伸長值。

4 錨具防護措施

對暴露于結構外部的錨具應及時實施永久防護措施，防止水分、氯離子及其它有腐蝕性的介質侵入。在張拉后的錨具夾片和無粘結筋端部，應涂滿防腐油脂，并罩上塑料封端罩，達到完全密封的效果。也可以采用涂刷環氧樹脂達到全封閉效果。

5 張拉施工監控成果

從對5#墩錨固塊相對滑移的監測數據可以看出，錨固塊在80%～100%張拉過程中，變形量較小，表明此錨固塊受力處于穩定狀態。

6 結論

經過體外預應力施工，武漢長江二橋梁體產生上拱，且上拱幅度符合設計要求，說明體外預應力施工達到設計預想的效果，對武漢二橋的維修加固作用非常成功。