中承式鋼管混凝土系桿拱拱座預應力施工技術研究

章進

摘 要 本文結合引江濟淮合肥市政銘傳路橋項目實例，研究了如何準確定位拱座預應力筋、控制預應力損失及拱腳快速就位，并總結了施工中的技術控制要點，以期為同類型橋梁后續施工時在改進施工工藝、提高施工質量、安全性及經濟效益方面提供參考。

關鍵詞 拱座;預應力;施工;技術研究

近年來隨著國內城市的快速發展，城市面積不斷外擴，大跨徑橋梁越來越多的在城市建設中出現。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、造價經濟等特點，在跨河、跨路等大跨度橋梁中得到了廣泛應用。本文以引江濟淮合肥銘傳路橋項目為背景，研究了拱座預應力筋精確定位施工方法，解決了拱座、鋼管預埋拱預應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構，邊跨采用變高度鋼箱結構。每幅橋2片拱肋，主跨拱肋采用鋼管砼拱形空間桁架結構，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，鋼梁體內通長設置系桿，拱梁之間為吊桿。

拱座整體外形為不規則棱臺體，為鋼筋混凝土實體結構。兩幅橋外側拱座為獨立結構，兩幅橋內側兩個拱座合二為一，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埋60mm厚承壓板傳遞壓應力，拱腳沿拱肋軸線環向滿布φ32的豎向預應力筋，下端固定于拱座內，上端錨固于鋼拱肋承壓鋼板上，以有效傳遞拉應力[1]。

2預應力筋定位工藝綜述

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，鋼拱肋將應力傳遞至拱座，所以本橋應力最集中受力最大結構即為拱座。拱座施工質量的好壞關系著整座橋梁，而拱座施工的最關鍵因素即為環布在拱座面的預應力施工。

而拱座預應力鋼筋施工的難點在于，如何將單側42根預應力鋼筋準確預埋在拱座及鋼混結合段中，以便后期能精準穿入鋼拱肋承壓鋼板的預留孔中，且保證線型順直，后期張拉時無彎折、無阻礙，確保張拉力達到設計值。

主拱方向與拱座相接的為ZGH0，ZGH0為鋼拱肋與混凝土拱座結合段，ZG0鋼管拱拱腳預埋段。單個拱座沿拱肋方向環形滿布42根公稱直徑φ32豎向預應力筋，預應力管道采用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。預應力筋在澆筑拱座第二次砼前預埋，穿過ZGH0鋼混結合段，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，連成整體，共同傳遞應力。所以主拱ZGH0、主拱ZG0的預應力筋準確安裝，為全橋上部結構成功完成的基礎，也是關鍵所在。

2.2 拱座內預應力筋安裝

拱座內豎向預應力筋數量多、長度長，為保證施工誤差在設計及規范要求范圍內，預應力筋安裝采用承臺頂面預埋支架預埋件，安裝并焊接支架，在支架頂端安裝預應力筋定位卡具鋼板，具體方法為：拱座內側采用鋼骨架作為定位支架，定位支架由骨架型鋼、定位擋塊、分擔梁、橫撐、預埋件等幾部分組成，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，在預埋件上安裝并焊接定位支架。

在拱座進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，鋼板四周按設計圖紙中預應力筋位置預留孔徑為φ40孔位，鋼板中間預留鋼筋孔位。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，將預應力鋼筋及普通鋼筋穿好，然后進行拱內鋼筋綁扎及冷卻管安裝，在拱座鋼筋綁扎時將預應力鋼筋、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行鑿毛處理，以便后澆主拱ZGH0混凝土能緊密結合，確保施工質量。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預應力筋安裝

雖然混凝土拱ZGH0在安裝完鋼管拱ZG0后進行施工，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，安裝過程中預應力鋼筋需全部穿過ZG0張拉孔，為最大程度縮短作業時間，減少安全風險，提高作業效率，采用“引孔”方法，大大縮短了作業時間，具體方法為：在吊裝ZG0之前，提前在42個張拉孔位置預插42根40cm長φ50普通鋼管，并臨時固定。吊裝ZG0接近預應力筋10cm時，作業人員在確保安全前提下，逐根將鋼管插入預應力鋼筋，并臨時固定鋼管。確認42根預應力筋全部套筋鋼管后，繼續進行ZG0吊裝，注意控制幅度，嚴禁擺動幅度過大，防止“脫管”，及時進行測量定位，測量數據滿足要求后，與承重支架進行焊接固定[2]。

3預應力筋張拉施工方法

3.1 管道及預應力筋安裝

安裝完鋼管拱ZG0后，進行混凝土拱ZGH0的施工，首先按評審后方案搭設施工作業平臺，做好安全防護措施。ZGH0結構尺寸為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，安裝預應力筋管道并固定，管道安裝定位需測量準確，安裝誤差小于10mm，線型符合設計要求。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。安裝結束后，檢查密閉情況，發現空隙及時處理。

待所有鋼筋、預應力管道、預應力筋安裝完畢，安裝兩側鋼模，最后安裝頂面模板，及時調整校正結構尺寸，并加固模板，澆筑C50混凝土。

3.2 預應力筋張拉

混凝土澆筑7天后，且混凝土強度及彈性模量達到設計值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、預應力筋及錨具在同一軸線上，千斤頂使用前檢查標定檢驗情況，必須與配套標定的壓力表一起使用，不得隨意替換。本橋張拉投入兩套設備，張拉過程中記錄使用次數，發現數據異常和張拉次數超過300次后需重新標定后方可使用。

拱座預應力為直線形，不考慮管道摩阻損失，預應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通過試驗確定，張拉控制應力為σ=0.85fpk（790MPa）。

張拉力油表讀數=控制張拉力*標定方程，油表量程滿足1.5～2倍，預應力筋理論伸長值：

——張拉端拉力

——預應力筋長度

——預應力筋截面面積

——預應力彈性模量

為減少錨口應力損失和應力松弛影響，張拉程序如下：張拉初始應力取=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力與應變雙控，其中以鋼筋張拉力（應力）為主，鋼筋引伸量（應變）為輔。張拉時以油壓表讀數為主，以預應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%。張拉前在預應力筋上用紅色記號筆標記，同時在應力張拉到位后也要做好標記，以利于測量和回縮監測。

預應力張拉先長后短，由內向外對稱張拉的原則實施。如遇張拉順序調整，需上報經受力復核對結構無不利影響后方可實施，主要張拉順序如下：

3.3 孔道壓漿

預應力束張拉完畢后應隨即進行管道壓漿，間隔時間必須控制在48小時以內。管道壓漿采用真空灌漿工藝進行，管道壓漿水泥漿28d強度等級不低于50MPa，其技術標準應滿足《公路后張法預應力混凝土梁管道壓漿技術條件》的要求。

4取得的效果

經我們采用定位卡具固定預應力筋，拆模后預應力筋位置偏差小于10mm，滿足設計及規范要求，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”，作業時間大大縮短，作業難度有效降低，安全風險同步降低。最終施工數據表明，所有預應力筋應力滿足要求，且實際伸長量與理論伸長值偏差不大于±6%，符合設計及規范要求。

5結束語

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

參考文獻

[1] GB/T 20065-2016.預應力混凝土用螺紋鋼筋[S].北京：中國標準出版社，2016.

[2] JTG 3362-2018.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].北京：中國標準出版社，2018.