中承式鋼管混凝土系桿拱拱座預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)研究

章進(jìn)

摘 要 本文結(jié)合引江濟淮合肥市政銘傳路橋項目實例，研究了如何準(zhǔn)確定位拱座預(yù)應(yīng)力筋、控制預(yù)應(yīng)力損失及拱腳快速就位，并總結(jié)了施工中的技術(shù)控制要點，以期為同類型橋梁后續(xù)施工時在改進(jìn)施工工藝、提高施工質(zhì)量、安全性及經(jīng)濟效益方面提供參考。

關(guān)鍵詞 拱座;預(yù)應(yīng)力;施工;技術(shù)研究

近年來隨著國內(nèi)城市的快速發(fā)展，城市面積不斷外擴，大跨徑橋梁越來越多的在城市建設(shè)中出現(xiàn)。其中鋼管混凝土系桿拱橋因其受力特點好、造型美觀、梁體薄橋下可利用空間大、造價經(jīng)濟等特點，在跨河、跨路等大跨度橋梁中得到了廣泛應(yīng)用。本文以引江濟淮合肥銘傳路橋項目為背景，研究了拱座預(yù)應(yīng)力筋精確定位施工方法，解決了拱座、鋼管預(yù)埋拱預(yù)應(yīng)力筋精確定位安裝問題，很大程度提高了施工效率、降低了施工過程中安全風(fēng)險。

1工程概況

本橋梁位于安徽省合肥市，主橋跨越引江濟淮運河，采用中承式鋼管混凝土系桿拱，孔跨布置為（50+240+50）m中承式鋼管混凝土拱橋。主橋中跨跨度240m，矢高48m，矢跨比1/5，主跨拱軸線采用懸鏈線m=1.5，邊跨拱軸線采用二次拋物線;主拱拱肋采用等高度鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，邊跨采用變高度鋼箱結(jié)構(gòu)。每幅橋2片拱肋，主跨拱肋采用鋼管砼拱形空間桁架結(jié)構(gòu)，上下弦管各為兩根850mm圓形鋼管，兩根水平管間用14mm厚綴板連接，上下弦管及綴板間均灌注C50自密實補償收縮混凝土。梁體采用鋼梁，鋼梁體內(nèi)通長設(shè)置系桿，拱梁之間為吊桿。

拱座整體外形為不規(guī)則棱臺體，為鋼筋混凝土實體結(jié)構(gòu)。兩幅橋外側(cè)拱座為獨立結(jié)構(gòu)，兩幅橋內(nèi)側(cè)兩個拱座合二為一，共同受力。拱座最大高度為11.015m、寬11.4m，長14m，采用C50混凝土。拱座與鋼拱肋交界面上為預(yù)埋60mm厚承壓板傳遞壓應(yīng)力，拱腳沿拱肋軸線環(huán)向滿布φ32的豎向預(yù)應(yīng)力筋，下端固定于拱座內(nèi)，上端錨固于鋼拱肋承壓鋼板上，以有效傳遞拉應(yīng)力[1]。

2預(yù)應(yīng)力筋定位工藝綜述

2.1 控制要點

本橋為中承式鋼管混凝土系桿拱橋，上部吊桿將梁體自重及荷載傳至鋼拱肋，鋼拱肋將應(yīng)力傳遞至拱座，所以本橋應(yīng)力最集中受力最大結(jié)構(gòu)即為拱座。拱座施工質(zhì)量的好壞關(guān)系著整座橋梁，而拱座施工的最關(guān)鍵因素即為環(huán)布在拱座面的預(yù)應(yīng)力施工。

而拱座預(yù)應(yīng)力鋼筋施工的難點在于，如何將單側(cè)42根預(yù)應(yīng)力鋼筋準(zhǔn)確預(yù)埋在拱座及鋼混結(jié)合段中，以便后期能精準(zhǔn)穿入鋼拱肋承壓鋼板的預(yù)留孔中，且保證線型順直，后期張拉時無彎折、無阻礙，確保張拉力達(dá)到設(shè)計值。

主拱方向與拱座相接的為ZGH0，ZGH0為鋼拱肋與混凝土拱座結(jié)合段，ZG0鋼管拱拱腳預(yù)埋段。單個拱座沿拱肋方向環(huán)形滿布42根公稱直徑φ32豎向預(yù)應(yīng)力筋，預(yù)應(yīng)力管道采用φ50鐵皮波紋管，注漿孔和出氣孔采用φ25鐵皮管，張拉槽采用C50鋼纖維砼封錨。預(yù)應(yīng)力筋在澆筑拱座第二次砼前預(yù)埋，穿過ZGH0鋼混結(jié)合段，在拱腳ZG0承壓鋼板處張拉，將拱座、混凝土主拱ZGH0、鋼管主拱ZG0固結(jié)，連成整體，共同傳遞應(yīng)力。所以主拱ZGH0、主拱ZG0的預(yù)應(yīng)力筋準(zhǔn)確安裝，為全橋上部結(jié)構(gòu)成功完成的基礎(chǔ)，也是關(guān)鍵所在。

2.2 拱座內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋安裝

拱座內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量多、長度長，為保證施工誤差在設(shè)計及規(guī)范要求范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力筋安裝采用承臺頂面預(yù)埋支架預(yù)埋件，安裝并焊接支架，在支架頂端安裝預(yù)應(yīng)力筋定位卡具鋼板，具體方法為：拱座內(nèi)側(cè)采用鋼骨架作為定位支架，定位支架由骨架型鋼、定位擋塊、分擔(dān)梁、橫撐、預(yù)埋件等幾部分組成，在9#拱座和10#拱座承臺鋼筋綁扎過程中將定位支架預(yù)埋件與承臺鋼筋焊接成一個整體，待承臺澆筑完成并強度滿足要求后，在預(yù)埋件上安裝并焊接定位支架。

在拱座進(jìn)行第二次鋼筋綁扎時安裝定位卡具鋼板，定位卡具鋼板尺寸為5.3米×2.8米，鋼板厚度為1cm，鋼板四周按設(shè)計圖紙中預(yù)應(yīng)力筋位置預(yù)留孔徑為φ40孔位，鋼板中間預(yù)留鋼筋孔位。將定位卡具鋼板精確定位并焊接在支架上，定位卡具鋼板與拱座斜面平行，兩者垂直距離1米，安裝前后精確測量定位鋼板位置和高程。定位卡具鋼板安裝好后，將預(yù)應(yīng)力鋼筋及普通鋼筋穿好，然后進(jìn)行拱內(nèi)鋼筋綁扎及冷卻管安裝，在拱座鋼筋綁扎時將預(yù)應(yīng)力鋼筋、波紋管等錨具及普通鋼筋定位。拱座第二次混凝土澆筑完成后，將定位卡具鋼板取出，拱座拆模后，及時將主拱混凝土面進(jìn)行鑿毛處理，以便后澆主拱ZGH0混凝土能緊密結(jié)合，確保施工質(zhì)量。主拱定位卡具鋼板具體尺寸及安裝位置，如下圖所示。

2.3 鋼管主拱ZG0預(yù)應(yīng)力筋安裝

雖然混凝土拱ZGH0在安裝完鋼管拱ZG0后進(jìn)行施工，但考慮到其承重支架安裝空間問題，因此先安裝混凝土拱ZGH0承重支架，再安裝鋼管拱ZG0承重支架，ZG0承重支架嚴(yán)格按評審后方案制作并安裝，其支架體系由定位支架和承重支架組成。鋼管拱ZG0采用150噸履帶吊安裝，安裝過程中預(yù)應(yīng)力鋼筋需全部穿過ZG0張拉孔，為最大程度縮短作業(yè)時間，減少安全風(fēng)險，提高作業(yè)效率，采用“引孔”方法，大大縮短了作業(yè)時間，具體方法為：在吊裝ZG0之前，提前在42個張拉孔位置預(yù)插42根40cm長φ50普通鋼管，并臨時固定。吊裝ZG0接近預(yù)應(yīng)力筋10cm時，作業(yè)人員在確保安全前提下，逐根將鋼管插入預(yù)應(yīng)力鋼筋，并臨時固定鋼管。確認(rèn)42根預(yù)應(yīng)力筋全部套筋鋼管后，繼續(xù)進(jìn)行ZG0吊裝，注意控制幅度，嚴(yán)禁擺動幅度過大，防止“脫管”，及時進(jìn)行測量定位，測量數(shù)據(jù)滿足要求后，與承重支架進(jìn)行焊接固定[2]。

3預(yù)應(yīng)力筋張拉施工方法

3.1 管道及預(yù)應(yīng)力筋安裝

安裝完鋼管拱ZG0后，進(jìn)行混凝土拱ZGH0的施工，首先按評審后方案搭設(shè)施工作業(yè)平臺，做好安全防護措施。ZGH0結(jié)構(gòu)尺寸為5.11m（長）×3.2m（寬）×5.7m（高），傾角為38°，豎向最大厚度為7.3m。ZGH0模板體系為側(cè)模采用大塊組合定型鋼模板，底模及頂模采用15mm厚竹膠板。ZGH0承重支架采用φ325x10mm鋼管立柱支架，橫向連接為φ159×6mm鋼管桿件。支架順橋向間距為200cm，橫橋向間距105cm，橫桿步距為200cm。支架頂部主肋為H400×400×13×21型鋼中心間距1.05m，橫向肋為100×100×5mm方鋼間距80cm。首先安裝底模，綁扎鋼筋，安裝預(yù)應(yīng)力筋管道并固定，管道安裝定位需測量準(zhǔn)確，安裝誤差小于10mm，線型符合設(shè)計要求。管道接頭采用配套孔徑管道連接，連接長度30cm，連接處具備可靠的密閉性，防止混凝土澆筑時水泥漿滲入堵塞管道。安裝結(jié)束后，檢查密閉情況，發(fā)現(xiàn)空隙及時處理。

待所有鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、預(yù)應(yīng)力筋安裝完畢，安裝兩側(cè)鋼模，最后安裝頂面模板，及時調(diào)整校正結(jié)構(gòu)尺寸，并加固模板，澆筑C50混凝土。

3.2 預(yù)應(yīng)力筋張拉

混凝土澆筑7天后，且混凝土強度及彈性模量達(dá)到設(shè)計值90%（45MPa及3.1×104MPa以上）方可開始張拉。千斤頂選用穿心式，張拉時千斤頂、預(yù)應(yīng)力筋及錨具在同一軸線上，千斤頂使用前檢查標(biāo)定檢驗情況，必須與配套標(biāo)定的壓力表一起使用，不得隨意替換。本橋張拉投入兩套設(shè)備，張拉過程中記錄使用次數(shù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常和張拉次數(shù)超過300次后需重新標(biāo)定后方可使用。

拱座預(yù)應(yīng)力為直線形，不考慮管道摩阻損失，預(yù)應(yīng)力的平均張拉力與張拉端施加的張拉力相同。錨圈口摩阻損失系數(shù)通過試驗確定，張拉控制應(yīng)力為σ=0.85fpk（790MPa）。

張拉力油表讀數(shù)=控制張拉力*標(biāo)定方程，油表量程滿足1.5～2倍，預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值：

——張拉端拉力

——預(yù)應(yīng)力筋長度

——預(yù)應(yīng)力筋截面面積

——預(yù)應(yīng)力彈性模量

為減少錨口應(yīng)力損失和應(yīng)力松弛影響，張拉程序如下：張拉初始應(yīng)力取=10%，張拉到10%張拉控制噸位→開始量測引伸量→→持荷5分鐘→回油至張拉應(yīng)力為0→→量測引伸量→錨固。

實際伸長值，按照引伸量△=/0.9-1mm記錄，后張法施工張拉施工時以應(yīng)力與應(yīng)變雙控，其中以鋼筋張拉力（應(yīng)力）為主，鋼筋引伸量（應(yīng)變）為輔。張拉時以油壓表讀數(shù)為主，以預(yù)應(yīng)力筋的伸長值作校核，實際伸長量與理論伸長值偏差不大于±6%。張拉前在預(yù)應(yīng)力筋上用紅色記號筆標(biāo)記，同時在應(yīng)力張拉到位后也要做好標(biāo)記，以利于測量和回縮監(jiān)測。

預(yù)應(yīng)力張拉先長后短，由內(nèi)向外對稱張拉的原則實施。如遇張拉順序調(diào)整，需上報經(jīng)受力復(fù)核對結(jié)構(gòu)無不利影響后方可實施，主要張拉順序如下：

3.3 孔道壓漿

預(yù)應(yīng)力束張拉完畢后應(yīng)隨即進(jìn)行管道壓漿，間隔時間必須控制在48小時以內(nèi)。管道壓漿采用真空灌漿工藝進(jìn)行，管道壓漿水泥漿28d強度等級不低于50MPa，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足《公路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿技術(shù)條件》的要求。

4取得的效果

經(jīng)我們采用定位卡具固定預(yù)應(yīng)力筋，拆模后預(yù)應(yīng)力筋位置偏差小于10mm，滿足設(shè)計及規(guī)范要求，且施工方便、有效;在安裝鋼管拱ZG0過程中，采用普通鋼管“引孔”，作業(yè)時間大大縮短，作業(yè)難度有效降低，安全風(fēng)險同步降低。最終施工數(shù)據(jù)表明，所有預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力滿足要求，且實際伸長量與理論伸長值偏差不大于±6%，符合設(shè)計及規(guī)范要求。

5結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設(shè)步入快車道，鋼梁橋由于其顯著的優(yōu)越性，成為跨河跨路設(shè)計方案之首選。本項目施工團隊集思廣益，在施工中采用了此種施工方法，確保了預(yù)應(yīng)力施工滿足規(guī)范要求，縮短了關(guān)鍵工序作業(yè)時間，收到了良好的經(jīng)濟效益和社會效果，并積累了豐富經(jīng)驗，可為同類型橋梁施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 20065-2016.預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[2] JTG 3362-2018.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.