鋼-混凝土組合箱梁預(yù)應(yīng)力體外索施工方法

黃耿洪

（汕頭市達(dá)濠市政建設(shè)有限公司，廣東汕頭 518000）

0 前言

近年來采用鋼-混凝土組合箱梁作為城市跨線橋梁上部結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較多，而在鋼-混凝土組合箱梁內(nèi)采用預(yù)應(yīng)力體外鋼索體系，由于其具有增加橋梁跨度、提高承載力、預(yù)應(yīng)力發(fā)生損失后可更換、提高施工效率等優(yōu)點，可獲得較好的直接的經(jīng)濟(jì)效益及顯著的間接的社會效益，因此呈現(xiàn)出越來越廣泛的應(yīng)用趨勢。

一套完整的體外預(yù)應(yīng)力鋼索體系的基本組成包括：體外預(yù)應(yīng)力鋼索（包括管道和灌漿材料）、體外預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)、體外預(yù)應(yīng)力的轉(zhuǎn)向裝置、體外預(yù)應(yīng)力的防腐系統(tǒng)及體外預(yù)應(yīng)力減振器等。圖1為OVM體外預(yù)應(yīng)力體系示意圖。

體外鋼索采用的是環(huán)氧全噴涂鋼絞線成品索，成品索內(nèi)的鋼絞線外表采用高壓靜電全噴涂環(huán)氧樹脂粉末并加熱熔化使其致密附著于鋼絞線表面形成一層保護(hù)膜工藝，成束后再外包黑色PE管。體外鋼索沿箱梁通長方向根據(jù)正負(fù)彎矩變化豎向波浪形布置，在跨中及中墩頂部轉(zhuǎn)向處設(shè)轉(zhuǎn)向器和鋼套管，鋼套管穿過加密的橫隔板并與之焊接牢固。預(yù)應(yīng)力體外鋼索采用兩端張拉，張拉端處一般設(shè)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)填充鋼筋混凝土的橫梁一道，以抵抗張拉體外鋼索時產(chǎn)生的較大的預(yù)壓應(yīng)力。

針對體外鋼索施工具有成束穿索、安裝精度要求高、轉(zhuǎn)向節(jié)點受力大、在施工中絕不能破壞鋼索防腐層等特點，施工方編制了一套成熟的保質(zhì)高效的施工方法，并在深圳香梅路跨北環(huán)路跨線橋工程、沙河?xùn)|路北延長段（跨廣深高速）橋梁工程、南昌望城大道跨昌樟高速橋梁工程項目中成功應(yīng)用，取得明顯的效果，施工安全可靠，完全實現(xiàn)設(shè)計意圖，達(dá)到了各項預(yù)期指標(biāo)。

1 施工特點

（1）預(yù)應(yīng)力體外鋼索按設(shè)計長度在工廠整束制作完成后運(yùn)至現(xiàn)場整體穿束，須采用汽車起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及滑輪組等輔助機(jī)具配合穿束施工，減小施工人員勞動強(qiáng)度，安全保障高。

（2）預(yù)應(yīng)力體外鋼索轉(zhuǎn)向節(jié)點位置的套管及轉(zhuǎn)向器現(xiàn)場放樣安裝，確保節(jié)點位置的精度及強(qiáng)度。

（3）在箱梁混凝土頂板底模施工前安裝體外鋼索，拖拉過程可目測控制，及時進(jìn)行調(diào)順，避免了扭曲、鋼絞線交錯盤結(jié)的現(xiàn)象。

（4）預(yù)應(yīng)力體外鋼索采用“懸浮”張拉施工，在千斤頂回油倒頂過程中，工作夾片不咬住鋼絞線，以免損傷鋼絞線防腐涂層。

（5）體外預(yù)應(yīng)力體系便于檢測、維修、必要時可以換索。其套管布置簡單，調(diào)整容易，簡化了后張法的操作程序，大大縮短了施工工期，提高了工作效率。

2 適用范圍

該工法適用于所有的橋梁上部鋼-混凝土組合箱梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力體外鋼索施工。

3 工藝原理

（1）體外鋼索按設(shè)計要求委托廠家整束制作完成運(yùn)至現(xiàn)場直接穿索，單束自重較大，必須采用機(jī)械輔助穿索。

（2）體外鋼索在縱向的變向節(jié)點位置設(shè)轉(zhuǎn)向器，由于該節(jié)點位置正是正負(fù)彎矩最大處，因此鋼套管、鋼箱梁體、轉(zhuǎn)向器通過焊接、塞縫、灌漿等措施固定，滿足受力要求。

（3）單束體外鋼索貫穿橋梁上部結(jié)構(gòu)的整聯(lián)，長度較長，在張拉過程中，千斤頂須進(jìn)行多次回油倒頂才能達(dá)到設(shè)計伸長量。由于體外鋼索在工作期間裸露在大氣中，因此張拉過程須采用懸浮施工法避免回油倒頂時，錨具工作夾片反復(fù)咬傷鋼絞線上的環(huán)氧涂層保護(hù)層，而形成體外鋼索受力和防腐的薄弱點。

圖1 OVM體外預(yù)應(yīng)力體系示意圖

4 施工工藝

4.1 施工流程

施工機(jī)具準(zhǔn)備→安裝轉(zhuǎn)向器→安裝鋼套管與轉(zhuǎn)向器之間的橡膠板→體外索穿索→灌鋼套管與轉(zhuǎn)向器之間的砂漿→張拉體外索→安裝轉(zhuǎn)向器與體外索之間的橡膠板→灌PE護(hù)套與轉(zhuǎn)向器之間的砂漿及錨固端延長筒內(nèi)的砂漿→減振器的安裝→錨頭防腐。

4.2 施工機(jī)具的準(zhǔn)備

（1）施加預(yù)應(yīng)力所用的機(jī)具設(shè)備及儀表由專人使用和管理，并定期維護(hù)和校驗。進(jìn)場后，對千斤頂和壓力表進(jìn)行配套標(biāo)定，確定壓力表和張拉力之間的關(guān)系曲線。標(biāo)定在經(jīng)主管部門授權(quán)的法定計量技術(shù)機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行。張拉機(jī)具設(shè)備與錨具配套使用，根據(jù)體外索鋼的類型選用YDC240Q千斤頂、YCW400B千斤頂及ZB4/500油泵，進(jìn)場后，試運(yùn)行確保正常后，采用汽車起重機(jī)吊至工作臺面。

（2）在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾? t慢速卷揚(yáng)機(jī)以及滑輪組。

（3）體外鋼索成品進(jìn)場時應(yīng)分批驗收，驗收時，對其質(zhì)量證明書、包裝、標(biāo)志、外觀和規(guī)格等進(jìn)行認(rèn)真檢查。

（4）鋼絞線的常規(guī)檢驗

a.成品鋼索的外表面不應(yīng)有深于1 mm的劃痕，不應(yīng)有面積大于3 cm2的損傷；

b.成品鋼索兩端錨具的外表面鍍鋅層不得有損傷；

c.錨具、夾具進(jìn)場時，須有出廠合格證和質(zhì)量證明書核查其錨固性能類別、型號、規(guī)格和數(shù)量，并按規(guī)定進(jìn)行檢查。應(yīng)從每批中抽取10%的錨具，且不小于10套，檢查其外觀和尺寸。如有一套表面有裂紋或超過產(chǎn)品要求及設(shè)計圖紙規(guī)定尺寸的允許偏差，則應(yīng)另取雙倍數(shù)量的錨具重做檢查，如仍有一套不符合要求，則應(yīng)逐套檢查，合格者方可使用。

4.3 轉(zhuǎn)向器的安裝

鋼套管安裝：鋼套管固定在鋼箱梁的橫隔板上，一般在工廠制作鋼箱梁時直接安裝固定好。對于跨中或中墩位置的鋼套管，也可以采用在現(xiàn)場放樣，在橫隔板上開孔、安裝、焊接固定的方式，見圖2。

圖2 施工照片組一

4.4 安裝鋼套管與轉(zhuǎn)向器之間的橡膠板

清理轉(zhuǎn)向器與孔道之間的雜物，清潔處理完畢后，制作厚度適宜（一般為20 mm）的純橡膠板，切割成40 mm寬橡膠條，并用橡膠條把轉(zhuǎn)向器與外套管之間的兩端空隙塞滿，同時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向器位置，確保其與設(shè)計曲線位置相符。

4.5 體外鋼索穿索

在工廠內(nèi)制作完成的成品鋼索卷制成盤運(yùn)抵工地就位，在墩端頭放置放線架固定索盤，采用卷揚(yáng)機(jī)牽引，見圖3。

圖3 施工照片組二

4.6 轉(zhuǎn)向器與外套管之間的灌漿（第一次灌漿）

（1）灌漿材料的要求。采用純水泥漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度不低于42.5,水灰比為0.3。選用含水量低、流動性好、低泌水微膨脹的添加劑。選用適量減水劑。

（2）鋼套管與轉(zhuǎn)向器之間的孔道兩端特留灌漿鋼管和PVC排氣管，壓漿時壓力為0.5 MPa,從最低點的壓漿孔壓入，由最高點的排氣孔排氣和冒濃漿，且由下層往上層。壓漿緩慢，均勻地進(jìn)行，不得中斷。

4.7 體外鋼索張拉

由于體外鋼索比較長，為防止反復(fù)張拉使夾片失效，須采用“懸浮”張拉施工方法，即在千斤頂增加一套工具錨及支架，在千斤頂與錨板間設(shè)限位板，如圖4。在每次張拉時自動工具錨夾片處于放松狀態(tài)，在完成一個行程回油時自動工具錨夾片鎖緊鋼絞線，多次倒頂，直到張拉到設(shè)計噸位。由于限位板的作用，在張拉過程中，工作夾片不至于退出錨孔，在回油倒頂時，工作夾片不會咬住鋼絞線，工作夾片始終處于“懸浮”狀態(tài)，在張拉到位后，旋緊定位板的螺母，壓緊夾片，隨后千斤頂回油放張，使工作夾片錨固鋼絞線。在鋼箱梁兩端對兩束體外索采用4臺千斤頂同時進(jìn)行對稱張拉，要求張拉時以油壓上升一致為原則，用對講機(jī)及時報數(shù)控制，每張拉一個行程要停下來，校核總伸長值。圖5為體外鋼索張拉施工照片。

圖4 懸浮千斤頂構(gòu)造圖

（1）體外鋼索的張拉控制應(yīng)力要符合設(shè)計要求。當(dāng)施工中體外鋼索需要超張拉或計入錨圈口預(yù)應(yīng)力損失時，可比設(shè)計要求提高3%，但在任何情況下不得超過設(shè)計規(guī)定的最大張拉控制應(yīng)力。

（2）體外鋼索采用應(yīng)力控制方法張拉時，以伸長值進(jìn)行校核，實際伸長值與理論伸長值的差值必須符合設(shè)計要求，設(shè)計無規(guī)定時，實際伸長值與理論伸長值的差值控制在±6%以內(nèi)，否則暫停張拉，待查明原因并采取措施予以調(diào)整后，方可繼續(xù)張拉到位。

4.8 安裝轉(zhuǎn)向器與體外鋼索之間的橡膠板

施工方法與塞鋼套管與轉(zhuǎn)向器之間的橡膠板相同。

4.9 灌PE護(hù)套與轉(zhuǎn)向器之間的砂漿及錨固端延長筒內(nèi)的砂漿（第二次灌漿）

（1）壓漿前，先對孔道進(jìn)行清潔處理。

（2）壓漿時，從最低點的壓漿孔壓入，由最高點的排氣孔排氣。壓漿緩慢、均勻地進(jìn)行，不得中斷。當(dāng)排氣孔冒出跟進(jìn)漿孔相同濃度的環(huán)氧漿體時，停止灌漿，保壓1 min壓力后封堵灌漿管。

4.10 安裝減振器

（1）應(yīng)先用手提砂輪機(jī)平整地切除錨頭兩端的多余鋼絞線，鋼絞線長出錨板端面的長度為30～50 mm。

（2）裝上減振器，擰緊螺母，以達(dá)到有效地防止夾片松動的目的。

圖5 施工照片組三

4.11 安裝保護(hù)罩及錨頭防腐

將張拉好的鋼索的錨頭安裝保護(hù)罩，用注漿泵向保護(hù)罩內(nèi)灌注建筑油脂，保護(hù)罩內(nèi)油脂要飽滿。

5 效益分析

5.1 社會效益

在城市立交橋梁中，采用體外預(yù)應(yīng)力的施工，對周圍環(huán)境的影響僅局限在橋墩位置及正在施工的一個跨徑范圍。施工場地清潔，減少了城市建筑污染，對現(xiàn)有交通影響小。特別適合用于本已非常擁擠的鬧市區(qū)，或跨越大交通流量道路的橋梁，對于城市高架道路和輕軌快速交通工程施工有著重大的意義。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

體外預(yù)應(yīng)力體系能大幅度提高既有橋梁的承載能力。體外鋼索施工所需設(shè)備簡單，人力投入少，施工工期短，經(jīng)濟(jì)效益明顯，同時該索可在預(yù)應(yīng)力損失的情況下進(jìn)行更換，可實現(xiàn)不中斷交通施工，對原結(jié)構(gòu)損傷較小。

6 工程實例

沙河?xùn)|路北延長段橋梁工程主線左、右幅橋上跨廣深高速，具體為：主線左幅橋第五聯(lián)14#～16#軸、右幅第五聯(lián)13’#～15’#軸采用鋼－混凝土組合連續(xù)梁跨廣深高速，其中鋼箱梁采用體外預(yù)應(yīng)力體系。該體系由錨具、環(huán)氧噴涂無黏結(jié)筋成品索、轉(zhuǎn)向器、外套鋼管等幾部分組成。體外預(yù)應(yīng)力索體采用可更換型19孔環(huán)氧噴涂無黏結(jié)成品索，成品索由環(huán)氧噴涂鋼絞線+專用油脂+熱擠外層PE套管等多層防腐結(jié)構(gòu)組成，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa，彈性模量為1.95×10 MPa。共有環(huán)氧噴涂無黏結(jié)成品索30 t，15-19體外預(yù)應(yīng)力專用錨具40套。

經(jīng)過業(yè)主委托的檢測單位對橋梁進(jìn)行橋梁動靜載檢測，各項指標(biāo)均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。該工程先后獲得了深圳市優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)工程、市優(yōu)工程、廣東省優(yōu)良樣板工程獎。