混凝土拱橋吊桿索預應力施工工藝

李福友

摘 要：通過滬昆客專贛江特大橋跨規劃九龍大道混凝土拱橋吊桿索張拉對大跨度混凝土拱橋吊桿索張拉施工工藝進行探討研究。

關鍵詞：混凝土拱橋；吊桿索；預應力；施工工藝

1.工程概況

九龍大道北起既有祥云大道，南接規劃外環高速，規劃中的九龍大道與杭長客專、向莆鐵路交叉，為適應周邊環境和城市主干道的景觀需求，要求九龍大道在規劃線位處一跨下穿鐵路。規劃九龍大道在南昌西站東側咽喉區與在建杭長客專交叉，交叉處里程為DK569+901.8、夾角90°，九龍大道路幅總寬96m。

（1）主梁：采用C50預應力單箱雙室混凝土截面，102m跨中梁高3.6m，支點梁高加大，其它梁高3.05m，混凝土方量3980m3。在梁部施工時應在設計吊桿的相應位置預埋D=220mm的套管

（2）拱肋及橫梁：拱肋凈跨102m，矢高為25.5m，矢跨比為1/4，設計拱軸線采用二次拋物線。拱肋采用雙肋等截面鋼筋混凝土平行拱結構，截面寬1.8m、高3.2m，采用C55鋼筋砼中間凹槽工字型截面，施工采用橋面滿鋪支架法現澆施工，并與拱頂設一段2.0m后澆合龍段。拱肋于拱頂設置最大0.0495m預拱度，拱肋實際施工采用施工拱軸線立模板澆筑。在兩榀拱肋支架共設5道橫撐，橫撐均采用矩形截面，高2.0m，寬1.0m。在拱肋施工時應在設計吊桿的相應位置預埋D=220mm的套管。

（3）吊桿索：吊桿采用平行鋼絲索，鋼索由Φ7mm的鍍鋅高強度低弛預應力鋼絲組成，鋼絲的標準強度fpk=1670MPa，吊桿鋼索均采用高密度聚乙烯（PE護層）雙護層防護。鋼絲索兩端配冷鑄錨，吊桿采用雙吊桿，間距均采用7.5m，全橋共設22對，左右對稱。

2.吊桿索張拉施工工藝流程

3.準備工作

3.1預埋套管

3.1.1預埋套管長度計算

根據設計圖紙給出的標高計算出拱肋及梁部預埋套管的長度。梁部預埋套管長度為固定值，本橋拱肋預埋套管計算方法為：拱肋預埋套管長度=埋入拱肋的套管長度+埋入上錨固塊套管長度+套管中心伸出拱肋下沿的長度。

3.2吊桿實際長度的確定

吊桿的實際下料長度應考慮吊桿理論長度及吊桿彈性伸長等因素，一般由設計單位及監控單位提供，若兩者提供值不相同則可根據現場施工情況進行選擇。本橋選擇了監控單位提供的帶吊桿彈性伸長量的長度。

3.3人員及設備

由于吊桿張拉的專業性很強，所以必須選擇有經驗、有資質的單位進行施工。

4.吊桿安裝

雙吊桿采用PES（FD）7-109型低應力防腐拉索（平行絲束），配套使用LZM7-109型冷鑄鐓頭錨，吊桿上端穿過拱肋，錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于主梁吊點橫梁腹板外側。

4.1吊桿體系

吊桿采用OVMPES（FD）系列新型低應力防腐拉索，體系由索體、錨具和其它輔助結構件（根據應用結構的不同而有所區別）組成：

4.1.1索體

采用OVMPES（FD）索體，由PES（FD）7-109型低應力平行鋼絲束，抗拉強度1670 MPa ，彈性模量2.0×105Mpa，材質符合GB5223-95，雙層HDPE防護，吊桿外套不銹鋼護套管。

4.1.2吊桿錨具

為切實保證拉索的錨固端部防水、防銹，務必將下預埋管伸出橋面結構100～150mm；上預埋管在吊桿安裝前，務必做好防銹處理。本項目吊桿采用規格OVMLZM（K）7-109L和OVMLZM7-109G型錨具。

4.2安裝吊桿

（1）吊桿應根據計算長度在工廠內制成成品索，將吊桿搬至現場，按設計編號對號入座，然后將吊桿兩端錨頭拆開包裝，檢查螺紋是否旋入自如，將吊桿兩端的螺母旋出，待用；檢查連接裝置并剝除包裝帶。將卷揚機的鋼絲繩由待穿吊桿的拱上預留孔道放下，穿過球型螺母和球型墊板；

（2）將牽引繩的連接頭與吊桿連接，用卷揚機將吊桿吊至預埋管下，梁上的人員將吊桿對正預埋管口，點動卷揚機緩慢起吊，直至吊桿提至拱肋上方，安放墊圈，擰上吊桿工作螺母，如圖4。

（3）繼續上提吊桿，直至梁上工作人員讓吊桿下錨頭順利通過預埋管，放下吊桿，吊裝就位后，直至從梁底露出足夠長度，然后安裝墊圈，擰上錨固端球型墊板及球型螺母。

5.吊桿張拉

5.1張拉設備的標定

本橋為橫橋向及縱橋向同時對稱張拉，共需8套張拉設備，另外還應準備一套備用張拉設備。9個頂及油壓表都必須進行配套校定。

5.2施工監控

5.2.1監控內容

由于本橋變更時間較晚，根據工程進度及實際施工狀況，本監控包括以下內容：

（1）吊桿張拉順序及張拉力；

（2）吊桿張拉過程索力測量；

（3）最后一輪吊桿張拉完畢后的全橋索力測量。

5.2.2監控計算依據

計算荷載按設計要求及相關規范進行取值，本計算二期恒載按圖紙設計說明中給出的137kN/m進行取值。吊桿張拉目標索力為設計要求單根吊桿成橋索力為1125kN。吊桿張拉過程計算在確保主梁和拱肋結構安全的情況下盡量考慮方便施工單位張拉工作的進行，縮短施工時間

5.2.3吊桿張拉順序及張拉力

吊桿張拉過程中，在確保主梁及拱肋結構安全的情況下，該橋吊桿張拉采用兩輪張拉完成。施工中采用8臺千斤頂同時張拉相同索長的8根吊桿，吊桿編號見圖所示，橫向相同長度的4根吊桿每次張拉力均要求相同，圖中按一個編號給出。

吊桿張拉順序及張拉力見表3和表4所示。表3所示為成橋目標索力為設計圖紙要求1125kN。采取該方案進行吊桿張拉，第二輪吊桿張拉完成后，主梁部分支架無法脫空，需要在第二輪張拉完成后強行拆除主梁支架，支架拆除后，主梁下撓，二期施工完成后達到成橋索力。該方案主梁支架拆除時，主梁及部分支架未脫空，支架拆除困難，且成橋狀態主梁最大位移為向下約20mm。表4所示為成橋目標索力1180kN。采取該方案進行吊桿張拉，第二輪吊桿張拉完成后主梁支架完全脫空，拆除主梁支架后，二期施工完成后達到成橋索力。該方案支架拆除方便，且成橋狀態主梁最大位移為向上8mm。

綜合兩種方案，考慮施工情況和主梁線形，采用方案二進行吊桿張拉，即成橋目標索力由設計要求的1125kN，調整為1180kN。

吊桿張拉過程中受材料容重、主梁截面實際尺寸、溫度、主梁支撐情況等因素影響，第二輪的實際張拉力需要根據第一輪張拉完成后通測的實際索力進行調整計算。

5.2.3監控實施流程

（1）吊桿張拉前，通測全橋主梁及拱肋控制點標高，吊桿位置主梁和拱肋必須有標高測點；

（2）按照監控單位現場給出的第一輪張拉指令進行吊桿張拉；張拉過程中根據監控單位要求進行控制點標高的測量；

（3）第一輪張拉完成后，通測主梁及拱肋標高，同時監控單位通測全橋吊桿索力；

（4）根據通測索力數據，計算第二輪吊桿張拉控制力；

（5）按照監控單位現場給出的第二輪張拉指令進行吊桿張拉；張拉過程中根據監控單位要求進行控制點標高的測量；

（6）第二輪張拉完成后，通測主梁及拱肋標高，同時監控單位通測全橋吊桿索力；

（7）根據通測索力數據，計算判斷是否進行吊桿補張拉；

（8）按照監控單位現場給出的第三輪張拉（補張拉）指令進行吊桿張拉；張拉過程中根據監控單位要求進行控制點標高的測量；

（9）補張拉完成后，施工單位通測主梁及拱肋標高，同時監控單位通測全橋吊桿索力。

5.3張拉實施

5.3.1調節標高及索力

按設計要求分批依次張拉吊桿，使索力達到設計要求。

（1）張拉在拱肋上進行，一次對稱張拉八根吊桿；

（2）安裝撐腳、張拉桿、千斤頂、張拉螺母及各油電管線；

（3）啟動油泵緩慢加壓，開始張拉，待到設計油表讀數時停機。

（4）由監控單位測量索力，符合設計要求索力。

（5）擰緊螺母，轉入下一張拉順序吊桿。

當上端螺母頂面調節至錨杯盡頭，橋面還沒達到設計索力時，可考慮在螺母下面墊半圓鋼板，或者調節固定端螺母（如果固定端長度足夠）。

5.3.2張拉時注意事項

（1）頂操作時前方不許站人，設備安裝要求端部平整對中。

（2）操作時需緩慢、均速加壓和卸壓，嚴禁超壓和快速加壓。

（3）施工平臺移動平穩，嚴防墜物。

（4）錨具起吊、安裝時要求起落平穩，注意對錨具的保護。

（5）掛索時確保牽引連接可靠，注意信號配合，索下不許站人。

（6）注油時要求接頭可靠，保持規定壓力但嚴禁超壓，注意勞動保護。

（7）嚴禁非專業人員擅自操作機械。

（8）高空作業時不得隨意向地面拋擲物品。

5.3.3吊桿張拉過程索力測量

該橋索力的張拉理論上為二次張拉到位。為保證結構受力安全，施工方便，要求至少同時擁有8臺千斤頂對同一索長吊桿同時進行張拉。

吊桿的索力，是拱橋設計與施工的一個重要參數，其索力測試的準確與否關系到橋梁施工控制能否順利實施、橋梁能否成功修建。要在施工中準確控制索力，測定索力普遍采用下述三種方法：

（1）壓力表測定千斤頂液壓

（2）壓力傳感器直接測定

（3）根據吊桿振動頻率，換算索力

本橋采用（1）、（3）兩種方法互相校核，發生沖突時，以監控單位提供數據為準。為保證吊桿索力的準確，在測量過程中采取以下措施：

①索力測量盡量在清晨日出前進行，以避免日照和升溫對索力的影響。

②測量時應盡量避開雨天、大風天，避開大風產生的振動干擾，否則人工激振不明顯。

③如果人工激振前拉索已存在較大的振動，應可采取適當措施，先盡量減小拉索自振振幅，然后再用人工激振，這樣會測得較好的低階頻率。

④測量采樣時間要適當。時間太短，采樣數據少，分析得到的頻率不夠準確；時間太長，人工激振的低階振型衰減，高頻振型占優。

5.3.2吊桿張拉過程中結構變形觀測

結構變形為結構受力狀態的反應，吊桿張拉過程中必須實時的進行結構變形觀測，主要包括主梁變形和拱肋變形。

拱肋和主梁標高測點必須按照要求進行設置，拱肋和主梁在吊桿位置必須有標高測點，主梁橫向在吊桿位置和箱梁中心線位置共設置三個標高測點。

6.防護處理

（1）在吊桿預埋管內灌注防腐油脂，錨頭部分完全充滿，裝好上、下減震體、密封裝置及防水罩，要求密封不滲水，要求油脂在常溫下處于凝固狀態。

（2）安裝上、下錨頭的保護罩。

（3）保護罩內灌注防腐油脂。

（4）灌注操作步驟：

①準備防腐油脂，將油脂放入注油機上端的儲油罐斗中；

②灌注噴槍頭插入待灌注孔里；

③打開槍頭閥；

④開動注油機；

⑤時刻觀察壓力表，如壓力過大則關閉注油機，等壓力減小再啟動機器直至灌滿。

⑥每次灌注完一個作業區，將污染的油脂清洗干凈。

7.施工注意事項

（1）吊桿及相關材料進場前必須按照規范及標準等驗收出場合格證，進行外觀質量檢查，并且要有出場實驗報告；

（2）在對吊桿進行吊裝時應注意保護吊桿外層PE，禁止用鋼絲繩吊裝，須用背帶等接觸面積稍大的進行吊裝；

（3）本橋為對稱結構，施工中應遵循對稱的原則進行，吊桿張拉必須對稱同時同步進行；

（4）標高、索力、誤差異常時，應暫停施工，待查明原因消除隱患后再恢復施工。

8.結束語

本文對大跨度混凝土拱橋吊桿張拉施工工藝進行了闡述，通過兩輪張拉及部分吊桿數次張拉力的調整，完成了大橋的受力體系轉換，通過壓力表測定千斤頂液壓、壓力傳感器直接測定、根據吊桿振動頻率，換算索力等方法達到了設計要求的索力值，保證了大橋的整體的穩定性及安全性。而采用了兩輪張拉力控制，大大的節省了施工時間及施工成本，對于施工工期較緊的施工項目有一定的指導作用。