大直徑高強(qiáng)螺紋鋼筋在港珠澳大橋預(yù)制墩臺(tái)中的應(yīng)用

崔懷俊，盛劍

（中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇島066000）

大直徑高強(qiáng)螺紋鋼筋在港珠澳大橋預(yù)制墩臺(tái)中的應(yīng)用

崔懷俊，盛劍

（中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇島066000）

在建的港珠澳大橋全長(zhǎng)約50 km，其中主體工程“海中橋隧”長(zhǎng)35.6 km，設(shè)計(jì)壽命為120 a，計(jì)劃總工期為6 a，是中國(guó)建設(shè)史上里程最長(zhǎng)、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁項(xiàng)目。為了快速成橋及提高質(zhì)量，該工程非通航孔橋的承臺(tái)及橋墩采用一體化預(yù)制后水上安裝工藝，深水區(qū)橋墩分兩節(jié)/三節(jié)預(yù)制，墩身內(nèi)部設(shè)有預(yù)應(yīng)力滾壓連續(xù)外螺紋粗鋼筋，直徑75 mm，屈服強(qiáng)度830 MPa，抗拉強(qiáng)度1 030 MPa。所有粗鋼筋安裝及部分底節(jié)橋墩粗鋼筋張拉在墩臺(tái)預(yù)制場(chǎng)完成，水工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行剩余預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的連接、張拉、壓漿等施工。文中著重闡述了港珠澳大橋橋梁工程CB03標(biāo)在墩臺(tái)預(yù)制場(chǎng)安裝及張拉預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的一些技術(shù)工藝，對(duì)以后類似工程施工具有一定的參考價(jià)值。

分節(jié)式橋墩預(yù)制；預(yù)應(yīng)力粗鋼筋；精確定位；張拉及壓漿

1 工程概況

港珠澳大橋橋梁工程CB03標(biāo)段長(zhǎng)8 670 m，預(yù)制橋墩共72座，分為整體式墩臺(tái)及分節(jié)式墩臺(tái)兩種形式，承臺(tái)為埋置式設(shè)計(jì)，與（下節(jié)）墩身整體預(yù)制[1-2]。分節(jié)墩身內(nèi)部設(shè)有滾壓連續(xù)外螺紋預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，直徑75 mm，主要力學(xué)性能如表1所示，塑鋼波紋管內(nèi)徑115 mm，塑料層壁厚不小于3 mm，鋼帶厚度0.5 mm。

分節(jié)式橋墩所有粗鋼筋安裝工作、下節(jié)段粗

表1 高強(qiáng)螺紋鋼筋主要力學(xué)性能Table 1Main mechanical properties of high-strength rebar

鋼筋的張拉及壓漿均在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)完成，墩臺(tái)海上安裝現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行中上節(jié)段預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的連接、張拉、壓漿施工。本文主要闡述預(yù)應(yīng)力粗鋼筋在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)安裝、張拉及壓漿的技術(shù)工藝。

2 預(yù)應(yīng)力粗鋼筋系統(tǒng)簡(jiǎn)述

港珠澳大橋橋墩預(yù)制預(yù)應(yīng)力粗鋼筋系統(tǒng)從下往上包括三個(gè)主要部分[3]：固定端錨固系統(tǒng)、接長(zhǎng)系統(tǒng)（包括粗鋼筋接長(zhǎng)系統(tǒng)和波紋管接長(zhǎng)系統(tǒng)）、張拉端錨固系統(tǒng)（圖1）。

圖1 預(yù)應(yīng)力粗鋼筋系統(tǒng)Fig.1System of prestressed steel bars

2.1 固定端錨固系統(tǒng)

固定端錨固系統(tǒng)除預(yù)應(yīng)力粗鋼筋及波紋管外，主要包括：密封筒及鋼墊板、固定端螺母及螺母壓緊桿、保護(hù)罩、熱縮套管、螺旋筋，如圖1（a）所示。

2.2 接長(zhǎng)系統(tǒng)

預(yù)應(yīng)力接長(zhǎng)系統(tǒng)除預(yù)應(yīng)力鋼筋及波紋管外，主要包括：粗鋼筋連接器、波紋管連接套管、止轉(zhuǎn)螺母、熱縮套管、連接帽，如圖1（b）所示。

2.3 張拉端錨固系統(tǒng)

張拉端錨固系統(tǒng)組成除預(yù)應(yīng)力鋼筋及波紋管外，主要包括：密封筒及鋼墊板、球形墊板、張拉端螺母、保護(hù)罩、螺旋筋和熱縮套，如圖1（c）所示。

3 預(yù)應(yīng)力粗鋼筋安裝

預(yù)應(yīng)力粗鋼筋安裝是預(yù)應(yīng)力施工中的關(guān)鍵，而粗鋼筋及波紋管定位加固又是預(yù)應(yīng)力粗鋼筋安裝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。港珠澳大橋橋墩預(yù)應(yīng)力粗鋼筋為豎向管道布置，波紋管安裝允許偏差≤5 mm，定位精度要求較高。為保證預(yù)應(yīng)力粗鋼筋及波紋管的安裝精度，采取“兩次定位，井字加固，一次校核”工藝進(jìn)行安裝施工。

3.1 預(yù)應(yīng)力粗鋼筋波紋管安裝工藝

3.1.1 固定端錨固系統(tǒng)底部托架測(cè)量放線（第一次定位）

儀在底部托架上放樣出預(yù)應(yīng)力鋼筋的準(zhǔn)確軸心位置，根據(jù)固定端錨具底部尺寸放樣出對(duì)應(yīng)邊線，將組裝完成的預(yù)應(yīng)力鋼筋及固定端錨具吊裝至托架上，調(diào)整好位置后四周焊接牢固。

3.1.2 預(yù)應(yīng)力粗鋼筋定位架就位（第二次定位）

預(yù)應(yīng)力粗鋼筋定位架為型鋼焊接形成的桁架式大剛度穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，定位架上部按各粗鋼筋設(shè)計(jì)位置設(shè)定位孔，通過(guò)定位孔定位粗鋼筋。粗鋼筋及波紋管加固前將定位架吊至已安裝好的勁性骨架上部，按設(shè)計(jì)位置和標(biāo)高調(diào)整準(zhǔn)確后與勁性骨架間連接牢固。

3.1.3 波紋管定位螺母及粗鋼筋錐形定位螺母安裝

定位架安裝完成后，吊裝預(yù)應(yīng)力粗鋼筋和波紋管逐根進(jìn)行連接。在固定預(yù)應(yīng)力粗鋼筋前，將波紋管定位螺母逐個(gè)擰入粗鋼筋與波紋管之間，以定位預(yù)應(yīng)力粗鋼筋與波紋管之間相對(duì)位置。波紋管定位螺母安裝完成后，將預(yù)應(yīng)力粗鋼筋錐形定位螺母擰入粗鋼筋上，至錐形定位螺母與定位架定位孔內(nèi)緊密相接，如圖2示。

圖2 定位系統(tǒng)示意圖Fig.2Schematic diagram of positioning system

3.1.4 波紋管“井”字加固

定位完成后波紋管加固采用“井”字形加固方式，利用φ12鋼筋焊接在勁性骨架上，加固層數(shù)與骨架層數(shù)相對(duì)應(yīng)，但不得小于1.0 m/層。采用該加固方式可有效保證波紋管的穩(wěn)定性，以防澆筑混凝土?xí)r波紋管發(fā)生偏移和撓動(dòng)。加固時(shí)采用儀器和垂線進(jìn)行校核，并在骨架上標(biāo)記垂線路徑，以保證波紋管的垂直度。加固時(shí)預(yù)留頂部的1層暫不加固，待干接縫模板安裝校核無(wú)誤時(shí)再加固。

3.1.5 干接縫模板（頂模板）安裝校核（一次校核）

完成墩身外模安裝后，進(jìn)行墩頂干接縫模板試安裝，檢查預(yù)應(yīng)力鋼筋及波紋管在干接縫中的位置，校核無(wú)誤后將頂部預(yù)留未加固波紋管加固。然后拆除干接縫模板，進(jìn)行混凝土澆筑。

3.2 上中下節(jié)段預(yù)應(yīng)力粗鋼筋對(duì)接精度保證工藝

分節(jié)式橋墩在施工縫處需在海上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，為保證預(yù)應(yīng)力粗鋼筋及波紋管之間連接位置的精準(zhǔn)度，預(yù)制場(chǎng)在接縫處采用干接縫模板進(jìn)行倒模施工，干接縫模板分為底模板和頂模板，兩模板之間相互匹配。

底模板和頂模板如圖3所示。

圖3 底模板和頂模板Fig.3The end and the top template

分節(jié)式橋墩各節(jié)段之間采用干接縫豎向匹配對(duì)接工藝，針對(duì)干接縫處的預(yù)制施工，專門設(shè)計(jì)制造高精度的相互匹配的干接縫模具，在鋼平臺(tái)上安裝墩身底口干接縫底模具，然后再安裝墩身內(nèi)外模板；干接縫頂模具臥入墩身內(nèi)外模板空腔內(nèi)。干接縫頂/底模具均與墩身側(cè)模配合使用。

通過(guò)干接縫頂/底模板配合使用，可高精度的保證上中下節(jié)段預(yù)應(yīng)力鋼筋和波紋管之間對(duì)接位置的匹配，保證安裝的準(zhǔn)確性。

4 預(yù)應(yīng)力粗鋼筋張拉

墩身預(yù)制完畢后，按照設(shè)計(jì)要求需在預(yù)制場(chǎng)存放56 d后下節(jié)段墩身方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力粗鋼筋第1次張拉，第1次張拉完成后28 d進(jìn)行第2次張拉，中節(jié)段及上節(jié)段在海上完成連接后進(jìn)行張拉。

4.1 張拉實(shí)際伸長(zhǎng)值

預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的張拉采用張拉力與伸長(zhǎng)值雙控，張拉方式按以下工藝進(jìn)行[4]。

1）張拉至10%σcon并穩(wěn)壓，測(cè)量千斤頂?shù)膹埨淄馍炝喀0；

2）繼續(xù)張拉至20%σcon并穩(wěn)壓，測(cè)量千斤頂?shù)膹埨淄馍炝喀1；

3）當(dāng)張拉應(yīng)力達(dá)到σcon并穩(wěn)壓，測(cè)量千斤頂?shù)膹埨淄馍炝喀2及夾片回縮量δ。

此時(shí)ΔL實(shí)測(cè)=（ΔL1-ΔL0）+（ΔL2-ΔL0）-δ

4.2 張拉理論伸長(zhǎng)值式中：PP為預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力，N，直線筋取張拉端的拉力；L為預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度，mm；AP為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積，mm2；EP為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量，N/mm2。

當(dāng)張拉達(dá)到設(shè)計(jì)噸位時(shí)，其實(shí)際張拉伸長(zhǎng)值ΔL實(shí)測(cè)與理論伸長(zhǎng)值ΔL之間的允許誤差應(yīng)控制在±6%之內(nèi)。施工中若發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)與理論伸長(zhǎng)量差別較大時(shí)，應(yīng)尋找原因并予以調(diào)整。

5 預(yù)應(yīng)力粗鋼筋管道壓漿

港珠澳大橋分節(jié)式橋墩預(yù)制管道壓漿采取“真空輔助壓漿”工藝，通過(guò)施工前的工藝試驗(yàn)驗(yàn)證了該工藝的可行性。

“真空輔助壓漿”是在普通壓力灌漿的基礎(chǔ)上，在壓漿之前，在管道一端采用真空泵抽吸排除孔內(nèi)空氣，使管道內(nèi)形成-0.06～-0.1 MPa的真空度，然后在管道的另一端再用壓漿機(jī)以大于0.4 MPa的正常壓力將優(yōu)化后的特種水泥漿壓入預(yù)應(yīng)力管道中，直至充滿整條管道，最后對(duì)靜止的管道內(nèi)漿體加0.7 MPa的壓力1～2 min，提高預(yù)應(yīng)力管道的飽滿度和密實(shí)度。

由于管道中只有極少的空氣，很難形成氣泡，同時(shí)，由于管道與壓漿機(jī)之間的正負(fù)壓力差，大大提高了管道壓漿的飽滿度和密實(shí)度，在水泥漿中，減小水灰比，添加了專用的外加劑，提高了水泥漿的流動(dòng)度，縮短了灌漿時(shí)間，減小了水泥漿的收縮[6]。

6 結(jié)語(yǔ)

1）按照文中“兩次定位，井字加固，一次校核”的施工工藝，波紋管安裝精度能夠滿足偏差≤5 mm的要求，波紋管在混凝土澆筑過(guò)程中位置固定、密封性良好。

2）通過(guò)干接縫模板的使用，上中下墩身之間對(duì)應(yīng)波紋管位置累計(jì)偏差可控制在10 mm范圍內(nèi)，存在的偏差主要為外模板安裝誤差造成，粗鋼筋與波紋管內(nèi)壁四周存在16.5 mm活動(dòng)量，可有效保證上中下墩身之間預(yù)應(yīng)力粗鋼筋及波紋管的順利對(duì)接。

3）預(yù)應(yīng)力粗鋼筋第一次張拉數(shù)據(jù)能夠滿足張拉力與伸長(zhǎng)值雙控指標(biāo)，在設(shè)計(jì)張拉力下，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值之間允許誤差均在±6%內(nèi)。

4）真空輔助壓漿工藝能夠較好地保證大高度孔道的壓漿質(zhì)量，壓漿后管道密實(shí)飽滿，均勻性好，無(wú)氣泡。

大直徑預(yù)應(yīng)力粗鋼筋在港珠澳大橋分節(jié)式橋墩預(yù)制中的成功應(yīng)用，為超大高度的橋墩預(yù)制、運(yùn)輸、安裝、結(jié)構(gòu)受力等提供了保障。

[1]孟凡超.港珠澳大橋主體工程DB01標(biāo)段施工圖設(shè)計(jì)：第一篇總體設(shè)計(jì)[R].北京：中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，2012.

MENG Fan-chao.Construction drawing design for section DB01 of main project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge:chapter 1-general design[R].Beijing:CCCC Highway Consultants Co.,Ltd., 2012.

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SONGYing-gao.Applicationofvacuumassistedgroutingtechnology [J].Science&Technology Information,2012(35):400.

Application of large diameter high strength reinforced bar used in the precast pile of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge

CUI Huai-jun,SHENG Jian
（No.5 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qinhuangdao,Hebei 066000,China）

The being built Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge is about 50 km,and the major project of bridge and tunnel in the sea is 35.6 km,with a design life of 120 years and 6 years long construction period.This project has the longest mileage,largest investment and the biggest difficulty in construction in China construction history of sea-crossing bridge.In order to accelerate the progress and improve the quality,the technology of the integration of precast and aquatic installation is used in the pile caps and piers of the non-navigable bridges.Deep water pier is divided into two/three prefabrication,and prestressed rolling continuous external thread bars are settled in the pier,with a diameter of 75 mm,yield strength of 830 MPa,and tensile strength of 1 030 MPa.All the installation of steel bar and part of the tensioning of the bottom section pier are completed in the pier precasting yard.The rest of the connection,tensioning,and grouting of the prestressed steel bar are conducted in the water conservancy project site.We emphatically expounded the technical process of the installation of CB03 in pier precast yard and tensioning prestressed steel bars in Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge project,which has certain reference value to similar construction engineering projects.

segmental precast pier;prestressed steel bars;precise positioning;tension and grouting

U445.559

B

2095-7874（2017）06-0077-04

10.7640/zggwjs201706017

2017-02-28

崔懷俊（1984—），男，云南鳳慶人，工程師，港航及水利水電工程專業(yè)。E-mail：54625598@qq.com