重慶東水門長江大橋主塔預應力施工技術

伍銀

摘 要：隨著現代橋梁建設技術的飛躍發展，預應力混凝土在橋梁工程中越來越得到廣泛的運用，而預應力鋼絞線張拉壓漿施工作為預應力混凝土的關鍵技術，對橋梁的質量控制起著至關重要的作用。本文以重慶東水門長江大橋主塔預應力施工為例，對斜拉橋主塔上塔柱預應力施工予以介紹。

關鍵詞：索塔施工；預應力施工

1 工程簡介

1.1 橋梁結構

重慶東水門長江大橋主橋為222.5+445+190.5m三跨雙塔單索面連續鋼桁斜拉橋，鋼梁全長858m，桁寬15m，主橋上橋面全寬24.0～39.2m。索塔均為天梭形，包括上塔柱、中塔柱、下塔墩，采用C50混凝土。P1索塔高172.61m，P2索塔高162.49m，塔柱為單箱單室結構形式，塔墩為單箱多室結構形式。

1.2 預應力施工概述

根據受力需要，在橋塔上塔柱錨索區、上橫梁、下橫梁、索塔橫系梁、支座牛腿、牛腿側壁，均設置有一定數量的預應力鋼束。所有橋塔上布置的預應力鋼束均采用圓形塑料波紋管、真空輔助壓漿工藝。采用的鋼絞線為極限強度fpk=1860MPa，鋼絞線錨下張拉控制應力采用0.72fpk=1339MPa。為避免預應力錨具布置切斷過多塔柱鋼筋及破壞塔壁外表景觀，預應力鋼束的張拉端均采用深埋錨工藝，即錨墊板栓接一段套筒，錨墊板應按套筒設計要求對螺栓孔進行攻絲，套筒外緣距塔柱外側表面為5cm，預應力施工完畢后對套筒進行封錨。深埋錨結構詳見“圖1”。

圖1 深埋錨結構示意圖

在上塔柱錨索區，為了平衡拉索的水平分力，此壁內豎向等間距布置了一列15-12的縱向預應力鋼束，鋼束間距45cm，縱向預應力鋼束長度較短，采用交錯單端張拉，這樣也利用塔壁上減少張拉套筒孔洞。為了保證鋼錨箱與塔壁的緊密接觸，抵抗錨點偏心造成的塔肢扭矩影響，在每節鋼錨箱范圍內布置有4對橫向對拉預應力鋼束，鋼束規格亦為15-12，采用兩端張拉，在塔壁間的空白段，采用在鋼錨箱側拉板上焊接鋼管作為鋼束通過的媒介，預應力施工完畢后，鋼管內也應有密實的水泥漿壓入。在錨索區的橋塔塔背（弧形壁），為了減小溫度作用下塔壁開裂的可能性、加強橋塔截面的抗扭性能，塔背內布置有與橫向對拉預應力數量相當的塔壁預應力鋼束，規格亦為15-12，采用兩端張拉。縱向鋼束、橫向對拉鋼束以及塔背鋼束，形成錨索區的環向預應力體系，以滿足上塔柱的受力及耐久性需要。塔柱預應力分布詳見“圖2”。

圖2 索塔塔柱錨索區預應平面布置圖（單位：mm）

張拉時，下一節段塔柱混凝土齡期不小于7天，本節段強度不小于設計值的90%，，鋼束由下而上，兩塔肢對稱張拉，在同一平面內，先張拉縱向預應力鋼束，再張拉塔背預應力鋼束，最后張拉橫向預應力鋼束。

2 張拉工藝

2.1 塑料波紋管制孔

塑料波紋管長度根據需要定尺，采用外套接。為防止混凝土澆筑時管道上浮，必須采用設有內襯管（塑料）的塑料波紋管，內襯管外徑應比波紋管內徑稍小，管道接頭連接應確保其密封性，錯臺控制在1mm以內。

管道定位必須準確牢固，管道軸線必須與墊板垂直，嚴格按照沒計圖紙的要求設置定位鋼筋，定位鋼筋設置間距直線段不大于50cm，曲線段不大于25cm，管道的位置偏差最大不超過5mm，塑料波紋管插入錨座喇叭口的長度不得小于3cm，與錨座連接處應使用防水膠帶纏緊密封，對錨座表面上的壓漿孔及連接螺孔，宜用黃油、海綿等材料填充，防止澆筑混凝土時水泥漿滲人管道或螺栓孔內。

2.2 鋼絞線的下料成束、穿孔

2.2.1 下料宜用砂輪機切斷，不得用電焊或氧氣切斷，切斷鋼絞線之前，先在切割線左右兩端各3～5cm處扎絲一道，防止切斷后散頭，不得傷及鋼絞線。

2.2.2 鋼絞線下料長度按設計圖，并考慮千斤頂張拉端的工作長度。設計未定出下料長度時，按下式計算，并經試用后進行修正：

L=Lσ+2Ll+nL2+nL3：

式中：L——鋼絞線下料長度（mm）

Lσ——錨具支承板間孔道長度（mm）

Ll——錨具高度（mm）

L2——張拉千斤頂支承端面到槽形口外端面間的距離（包括工具 錨高度）（mm）

L3——長度富余量（mm）（可取10Omm）

n——單端張拉為1，兩端張拉為2

2.2.3 使鋼絞線成束時不致互相絞扭紊亂，可用鋼板仿錨板孔位縮小做成梳型板將各根鋼絞線梳理順直，每米用一道18～22號扎絲捆扎成束，編束后，應系上標簽，注明束號、束長及鋼絞線產地。束內每根兩端均用白膠布纏貼編號，同根同號，分別存放在防雨棚內待用，對較長的鋼絞線束，為便于存放運輸，可將其盤成大盤，圈徑宜為3m左右。

2.3 擠壓頭施工

利用油壓機將單根鋼鉸線擠入套筒內。施工時，先將單根鋼鉸線穿過工作錨，用擠壓器將鋼絞鋼鉸線端部擠入擠壓套筒內，鋼絞線擠入后，預應筋外端應露出擠壓套1～5mm，擠壓后單根錨具抗拔錨固力不得小低于預應力筋標準抗壓強度的95%。按以上方法繼續將下一根鋼鉸線穿過工作錨，將端部擠入擠壓套筒。當一束鋼束鋼鉸線全部擠壓完成后，將所有鋼鉸線擠壓套筒前端齊平，并與工作錨貼緊，后端也齊平，并用定位板壓緊，擰緊定位板螺栓。2.4 預應力鋼絞線張拉

2.4.1張拉程序

0-20%σcon （測引伸值及工具夾片外露量）- 40%σcon （測引伸值）-100%σcon（測引伸值及工具夾片外露量）-持荷2min、計算實際伸長量并與修正后的理論值對比分析-回油自錨（測回縮量，計算錨具變形及夾片回縮量是否滿足規范要求，單個張拉端不大于6mm）-退頂。（超張拉應力設計有規定時，按設計規定取值，不亦超過0.75σcon）。

2.4.2 張拉作業

（1）階段：千斤頂充油，活塞伸出2～3cm。

（2）初始張拉：初始張拉前調整鋼絞線束松緊，張拉設備與孔道軸線一致，均勻受力，到達噸位后，測油缸外露量及油頂外沿至錨下墊板的距離并作為初讀數，兩端每根鋼絞線上做標記，記下數據，判斷滑絲、滑移情況，同時丈量工具錨夾片外露量并做好記號，分析內縮量。

（3）分級加載：加載分為3級，即0.2σcon、0.4σcon、σcon，每加載一次，測量一次伸長值。初應力及終應力時測量工具夾片外露量。

（4）張拉噸位：張拉σcon時，持荷2min并在張拉端補足噸位，測量伸長值，觀察鋼絞線與夾片情況；計算伸長量，并和理論伸長量比較，不滿足質量要求，告知負責人后方能進行錨固。

（5）自錨：張拉完成后，千斤頂回油，油缸回縮，工具錨后退，工作錨夾片便自動將鋼絞線錨住，回油應緩慢進行，達到自錨的目的.自錨應逐端進行。

（6）回油：打開千斤頂田油和輸油閥，千斤頂主油缸繼續回縮，工具錨脫開油頂口，夾片陸續從錨孔脫離出來，詳細檢查鋼絞線情況。

（7）退頂：相繼拆出工具錨、千斤頂、限位器，用游標卡尺量取工作錨夾片外露量。

2.4.3 預應力筋在張拉與錨固時，由于各種原因，不可避免的產生個別力筋滑移和斷裂現象。

（1）滑絲的原因

錨板錐孔與夾片間存在雜物；預應力筋上有油污，錨下墊板喇叭口內有混凝土或其它殘渣；錨具質量缺陷，錨具與夾片不配套，硬度不夠或安裝不正確；回油卸載過快；力筋銹蝕或粗細不一致，限位深度不合理。

（2）斷絲的原因

鋼材材質不均勻，錨環、預應力筋和夾片硬度不能緊密配合或嚴重銹蝕；外力損傷力筋表面出現應力集中；預應力筋過度的彎折，孔道、錨具、千斤頂不對中；壓表失靈造成張拉力過大，千斤頂未按規定校驗。

（3）滑絲、斷絲的處理原則

預應力筋滑絲、斷絲數量超過設計規定或前述質量標準應予以處理，處理原則依照《混凝土結構工程施工及驗收規范》的規定，對后張構件鋼絞線斷裂或滑脫的數量，不得超過同一截面預應力鋼筋總根數的千分之五，且一束鋼絲只允許一根。

（4）滑絲的處理

張拉過程或張拉完成后，如發現滑絲可采用單孔千斤頂配單孔（或多孔）退錨器，張拉滑絲鋼絞線直至將滑絲的夾片取出，換上新夾片，重新張拉至設計應力即可.滑絲過程中鋼絞線受到嚴重的損傷，夾片牙齒被鋼絞線擠磨平，則應將錨具上的所有鋼絞線全部卸荷取出夾片，換上一套新錨具，在鋼絞線的原錨固位置錯動一定的距離重新張拉。

（5）斷絲的處理

提高其他鋼絲束的控制張拉力作為補償，但任何情況下，最大超張拉不得超過設計規定的最大張拉應力。

啟用備用束：施工過程中發生嚴重斷絲，將啟用備用束方案報設計部門審批后執行。

重新更換新束：自錨產生的斷絲，只斷1～2根，且斷頭在錨口處，斷絲內滑損失甚少，不影響預應力筋的總應力，可不作處理，斷絲3根以上，需要更換新束，換束辦法因不同情況而異，對張拉己完成，錨外束還未切除，宜用穿心頂單根張拉，逐個剔除夾片直至松下錨具.對張拉已完成，錨外束己切除，應用氧氣逐根切割，使錨具、鋼絞線應力失效，操作過程中孔道兩端禁止站人，防止錨片、鋼絲束飛出傷人。舊束廢除后，穿入新鋼絞線束，重新張拉。

3.壓漿和封錨工藝

孔道壓漿是防止預應力鋼束銹蝕和保證預應束與混凝土握裹成整體的重要措施。因此，必須確保壓漿質量。孔道壓漿采用真空輔助壓漿。

3.1 施工準備

用砂輪切斷機切割錨板外多余鋼絞線（錨板外留3～5cm），切割后用環氧樹脂砂漿將錨具上的空隙（壓漿孔除外）填充密實。

喇叭管壓漿孔安裝接口閘閥，以便壓漿時調節壓力。

壓力水沖洗孔道，過濾的壓縮空氣吹凈積水。使孔道濕潤潔凈，如有與相鄰孔道串孔現象，應先處理好后再壓漿。

3.2 真空輔助壓漿

3.2.1壓漿

（1）啟動真空泵，當真空度達到并維持在負壓0.08 MPa左右時，并保持穩定，打開閥門，啟動壓漿泵，開始壓漿；真空度穩定在-0.08 MPa之間約5分鐘后（真空度穩壓時間可根據孔道長短而定），打開進漿口閥門，啟動壓漿泵，開始壓漿。壓漿泵的壓力維持在0.5～0.7Mpa內，壓漿過程中，真空泵要保持連續工作。

（2）觀察出漿口的出漿情況，當出漿流暢、穩定且稠度與漿桶體基本一樣時。

（3）將從錨板內引出的孔道排氣管折起，壓漿泵繼續工作，在壓力0.5～0.7Mpa下，持壓1～2分鐘后。

（4）關閉壓漿泵，完成壓漿。

（5）完成當日壓漿后，拆卸外接管路及附件，將所有沾有水泥漿的設備及附件清洗干凈。

3.2.2注意事項

真空輔助壓漿是將孔道系統密封，一端用抽真空機將孔道內80%以上的空氣抽出，保證孔道80%真空度，使之產生-0.06至-0.1MPa負壓，同時壓漿端以≥0.7Mpa的正壓力壓入水灰比0.35～0.4的水泥漿，水泥漿從抽真空端流出，至稠度與壓漿端基本相同，通過觀察孔（一般在孔道最高處或曲線孔道的拐點處，直線孔道每隔40m處）排漿，保證孔道內水泥漿體飽滿。

3.3封錨（端）

3.3.1封錨（端）按如下兩種情況施工

封錨主要是指深埋錨張拉端封錨，此處多為單束或雙束錨頭，少數才會有多束錨頭，面積較小，端面較低，施工較為簡單。

3.3.2封錨（端）混凝土與塔體混凝土等強。

錨頭端面，混凝土澆筑前應進行鑿毛、沖洗、清理，以利新老混凝土結合，注意不要損壞預應力束的錨固。

封錨（端）模板安裝、鋼筋綁扎、混凝土拌合、澆筑、震搗，以及混凝土的養護和拆模按有關規定辦理。

為確保封端混凝土澆筑密實，封端模板應按高度分段開窗，用鐵鍬上料，邊澆筑邊用竹片插實、振搗，至混凝土表面平整不冒泡再封窗口，直至模板頂端。

4.安全注意事項

安全閥要調整至規定值后，方可開始張拉作業；

張拉時，千斤頂升壓或降壓速度應緩慢、均勻。兩端張拉力求同步，切忌突然加壓或卸壓；

預應力筋的錨固應在張拉控制應力處于穩定狀態下進行，速度不宜過快；

張拉過程中，千斤頂后方不得站人，也不得踩踏油管，測量伸長值或拆卸工具錨及油頂時，人員站在千斤頂側面，張拉操作應是專業培訓的技術工人，操作持證上崗；

張拉時不得敲擊及碰撞張拉設備。油表要妥善保護，避免受震；

預應力筋錨固后，如需要放松，都必須使用專門的放松設備，在確保安全的情況下緩慢放松，不允許在預應力筋存在應力的狀態下切斷；

設置張拉平臺、操作人員須系好安全帶；

壓漿頭前方不能站人，壓漿作業人員應戴上護目鏡。

5. 結束語

預應力施工是橋梁建設的重要環節，預應力施工應采取優質的原材料，選用科學合理的施工工藝，在預應力張拉過程中一定要堅持以控制應力為主，伸長量為校核，嚴格控制張拉力，真空壓漿過程中保證水泥漿配合比，嚴格按規范施工，保證橋梁使用壽命。