有粘結(jié)鋼棒預(yù)應(yīng)力在斜拉橋主塔施工中的應(yīng)用*

王良波，舒飛宇，饒 淇，張子維，馮艷玲，柳旭輝

(中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074)

1 工程概況

黃石新港大道北延道路工程EPC項(xiàng)目主橋位于24～27號(hào)墩，其中26號(hào)為主橋主塔。主塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外形總體上呈人字形，塔梁固結(jié)。中塔柱和上塔柱采用矩形空心截面；縱橋向?qū)?.0m，壁厚1.5m；橫橋向?qū)?.3m，壁厚0.6m，上塔柱連接板將兩側(cè)上塔柱連為整體，上塔柱連接板厚0.8m。中、上塔柱斜拉索錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力采用直徑16mm有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼棒，預(yù)應(yīng)力鋼棒應(yīng)符合GB/T 5 223.3—2017《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒》標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1420MPa，彈性模量Es=201GPa，張拉控制應(yīng)力σcon=0.6fpk=852MPa。預(yù)應(yīng)力鋼棒張拉采用張拉力和引伸量雙控，以張拉力為主，張拉達(dá)到設(shè)計(jì)噸位時(shí)，實(shí)際引伸量與理論引伸量的差值應(yīng)控制在6%以內(nèi)。張拉伸長量為每延米4.239mm。預(yù)應(yīng)力鋼棒采用單支單端張拉，單支控制張拉力為171.3kN。

2 施工工藝流程與操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程(見圖1)

圖1 塔柱預(yù)應(yīng)力施工流程

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1場外預(yù)制錨盒

在場外提前預(yù)制型材錨固組件；有粘結(jié)鋼棒預(yù)應(yīng)力錨固組件包括2根定位鋼管、2根螺旋筋、錨墊板、方鋼管、鋼板；將定位鋼管對應(yīng)焊接在錨墊板的2個(gè)定位孔上，每根定位鋼管內(nèi)穿于螺旋筋，螺旋筋通過螺栓固定在錨墊板上，每根螺旋筋通過定位鋼管與錨墊板相連接，錨墊板底部與鋼板貼合焊接，鋼板并封蓋焊接在方鋼管頂部形成錨盒。錨盒端部與塔身貼合，其線形與對應(yīng)塔身部位保持一致。

2.2.2錨固組件及鋼筋安裝

斜拉索錨固區(qū)結(jié)構(gòu)物密集(鋼筋、勁性骨架、橫向預(yù)應(yīng)力、索導(dǎo)管、各種預(yù)埋件及錨固組件等)，施工順序相當(dāng)重要，應(yīng)按以下順序施工：勁性骨架安裝→索導(dǎo)管安裝→內(nèi)外排豎向主鋼筋及其水平筋安裝→預(yù)應(yīng)力錨固組件安裝及定位→鋼棒預(yù)應(yīng)力安裝→模板安裝。

錨固組件及鋼筋根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)度，由汽車運(yùn)輸至現(xiàn)場，由塔式起重機(jī)吊裝。塔柱預(yù)應(yīng)力施工首先進(jìn)行錨固組件定位，定位前按塔柱傾斜比測量進(jìn)行底坐標(biāo)放樣，同步調(diào)整鋼筋間距并安裝；安裝完成后，用短對中桿在頂部測量校核坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，直至滿足施工要求(見圖2)。

圖2 錨固組件及鋼筋安裝示意

2. 2.3預(yù)應(yīng)力安裝

預(yù)應(yīng)力錨固組件定位完成后再安裝鋼棒預(yù)應(yīng)力，其通過錨固螺母與錨固組件固定；安裝完成后立即將錨盒封閉，防止后續(xù)施工混凝土及其他雜質(zhì)進(jìn)入錨盒及預(yù)應(yīng)力孔道。

塔柱預(yù)應(yīng)力采用直徑16mm無粘結(jié)鋼棒預(yù)應(yīng)力；施工時(shí)要求鋼棒預(yù)應(yīng)力錨墊板通過定位鋼筋與主塔普通鋼筋可靠連接，定位鋼筋網(wǎng)采用直徑12mm鋼筋，間距>500mm，定位鋼筋網(wǎng)設(shè)置時(shí)，必須保證鋼棒預(yù)應(yīng)力位置與圖紙一致，同時(shí)必須與主塔鋼筋焊牢。施工下料前應(yīng)對鋼棒預(yù)應(yīng)力準(zhǔn)確放樣，確保下料長度。施工具體要求如下：①鋪裝前應(yīng)檢查其規(guī)格、數(shù)量及是否有破損，并應(yīng)在逐根確認(rèn)其端部組裝配件可靠無誤后方可鋪放；②安裝時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定的位置，采用定位鋼筋控制定位，并應(yīng)保證其順直、牢固，澆筑混凝土?xí)r不應(yīng)出現(xiàn)移位和變形；③當(dāng)與其他構(gòu)件位置有矛盾時(shí)，不應(yīng)將鋼棒預(yù)應(yīng)力垂直位置抬高或降低；④當(dāng)集束配置多根鋼棒預(yù)應(yīng)力時(shí)，應(yīng)保持平行走向，防止其相互扭絞(見圖3)。

圖3 預(yù)應(yīng)力安裝及錨盒封閉

2.2.4預(yù)應(yīng)力張拉

預(yù)應(yīng)力張拉主要施工流程為：安裝引伸桿→安裝千斤頂→預(yù)應(yīng)力施加→擰緊螺栓。

在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%且養(yǎng)護(hù)齡期≥7d后方可分批張拉預(yù)應(yīng)力束。鋼棒預(yù)應(yīng)力的張拉采用穿心式千斤頂,通過引伸桿連接鋼棒預(yù)應(yīng)力端絲扣施加應(yīng)力，安裝穿心式千斤頂同時(shí)旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄，鎖緊錨固螺母后張拉(采用專業(yè)的自動(dòng)化張拉設(shè)備)。

鋼棒預(yù)應(yīng)力采用單支單端張拉，張拉力和引伸量雙控，以張拉力為主，張拉達(dá)到設(shè)計(jì)噸位時(shí)，實(shí)際引伸量與理論引伸量的差值應(yīng)控制在6%以內(nèi)(見圖4)。

圖4 預(yù)應(yīng)力張拉組件示意

2.2.5高強(qiáng)軟管串聯(lián)

橋塔中、上塔柱預(yù)應(yīng)力區(qū)每節(jié)塔柱有多排預(yù)應(yīng)力布置(9～17排)，使用高強(qiáng)橡膠管將縱向截面單列各錨固組件的注漿孔從下至上串聯(lián)。

2.2.6真空同步壓漿

2.2.6.1壓漿設(shè)備

1)真空泵 抽真空能力達(dá)到-0.08～-0.1MPa。

2)壓漿泵 采用氣密性較好的螺桿式壓漿泵，其電動(dòng)機(jī)功率為3kW、最大壓力0.8MPa、壓漿能力3m3/h(見圖5)。

圖5 真空壓漿設(shè)備連接示意

2.2.6.2漿體要求

漿體設(shè)計(jì)是壓漿工藝的關(guān)鍵,應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥，水泥漿強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度相同，并配有微硅末、粉煤灰或漿體專用外加劑。

為了防止水泥漿在灌注過程中產(chǎn)生析水及硬化后開裂，并保證水泥漿在管道中的流動(dòng)性，需摻加少量添加劑，但不得使用含有氯化物和硝酸鹽的外加劑。所用水泥應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5MPa，齡期應(yīng)≤1個(gè)月。合適的水泥漿應(yīng)當(dāng)具有的特點(diǎn)為：①和易性好(泌水性小、流動(dòng)性好)；②硬化后孔隙率低，滲透性小；③具有一定的膨脹性，確保孔道填充密實(shí)；④較高的抗壓強(qiáng)度；⑤有效的粘接強(qiáng)度。

表1 工期對比

表2 成本對比 元

2.2.6.3真空同步壓漿工藝

為保證串聯(lián)壓漿質(zhì)量，采用上“抽”下“壓”同步壓漿法，使用真空泵與塔柱最頂層預(yù)應(yīng)力組件注漿孔連接抽漿(上平臺(tái)抽漿)，壓漿泵與塔柱最底層預(yù)應(yīng)力組件注漿孔連接壓漿(下平臺(tái)壓漿)，當(dāng)出漿流暢、穩(wěn)定且稠度一致時(shí)即可完成注漿。施工具體步驟為：①清理裝配螺栓孔內(nèi)及錨座底面的水泥漿，保證錨座底面平整；清理蓋帽的密封口及密封槽，并保持清潔。②裝配蓋帽，將螺栓加墊片旋入螺孔內(nèi)并緊固，并將排氣孔垂直向上放置，用高壓風(fēng)將管道內(nèi)可能存留的水分吹出。③壓漿端安裝壓漿喉管、球型閥門和快換接頭并作檢查；出漿端安裝透明喉管，并與真空泵相連接。④真空吸漿前，用真空泵試吸真空，當(dāng)真空度檢測達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)后，即可開始真空吸漿。⑤啟動(dòng)壓漿機(jī)，當(dāng)所排出的水泥漿稠度及流動(dòng)度符合要求后，暫時(shí)關(guān)閉壓漿機(jī)，并將壓漿喉管通過快換接頭接到錨座的壓漿端快換接頭上。⑥關(guān)閉壓漿端閥門，打開出漿端閥門，啟動(dòng)真空泵。當(dāng)塑料波紋管內(nèi)的真空度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，保持真空泵啟動(dòng)狀態(tài)，開啟壓漿端閥門將水泥漿壓入管道。⑦當(dāng)出漿孔及出氣孔所流出的水泥漿稠度均勻一致后，分別關(guān)閉出漿閥門、密封出氣孔。⑧開動(dòng)壓漿機(jī)，保持預(yù)定壓力，并持壓1min后，關(guān)閉壓漿機(jī)及壓漿端閥門，完成管道壓漿。

2.2.7塔身封錨

壓漿完成后，及時(shí)對預(yù)應(yīng)力、錨具進(jìn)行防銹、防腐處理，將錨盒及其周圍沖洗干凈并進(jìn)行塔身封錨；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力封錨混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于相應(yīng)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

3 效益分析

3.1 工期效益

以黃石新港大道北延道路工程EPC項(xiàng)目為例，與傳統(tǒng)工藝比較如表1所示。

每2節(jié)塔柱可縮短工期約5d；本工程共包含21節(jié)預(yù)應(yīng)力塔柱，累計(jì)可縮短工期約53d。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

以黃石新港大道北延道路工程為例，與傳統(tǒng)工藝比較如表2所示。

以單節(jié)塔柱為例，預(yù)應(yīng)力施工合計(jì)節(jié)省成本約1.8萬元；本工程共包含21節(jié)預(yù)應(yīng)力塔柱，累計(jì)可節(jié)省成本約37.8萬元。

4 結(jié)語

目前國內(nèi)橋梁橋塔預(yù)應(yīng)力仍以精軋螺紋鋼為主，在施工過程中存在應(yīng)力損失、一致性差等問題；鋼棒預(yù)應(yīng)力以其高強(qiáng)度韌性、低松弛性、握裹力強(qiáng)，以及良好的可焊接性、節(jié)省材料等特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于混凝土離心管樁、鐵路軌道等預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，但在橋塔中的應(yīng)用屈指可數(shù)。本工程橋塔應(yīng)用有粘結(jié)鋼棒預(yù)應(yīng)力，具有操作方便、施工精度高、工效高、預(yù)應(yīng)力質(zhì)量好等優(yōu)勢，有效解決了傳統(tǒng)工藝定位精度差、錨盒拆除困難、壓漿施工繁瑣等問題，也為有粘結(jié)鋼棒預(yù)應(yīng)力在橋塔中的應(yīng)用提供了豐富經(jīng)驗(yàn)。