连续刚构箱梁体外预应力施工技术.docx

连续刚构箱梁体外预应力施工技术.docx

《连续刚构箱梁体外预应力施工技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《连续刚构箱梁体外预应力施工技术.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

连续刚构箱梁体外预应力施工技术

连续刚构箱梁体外预应力施工技术

林洁君吴楠

（中铁大桥局集团有限公司，浙江海宁314415）

摘要：

体外预应力是后张预应力结构体系的重要分支之一。

国际预应力协会（FIP）于1996年将体外预应力定义为预应力索布置在混凝土截面之外的预应力。

嘉绍大桥北岸水中区引桥为5孔或6孔一联的连续刚构桥，截面为超宽单箱双室斜腹板箱梁形式。

本工程大规模采用体外预应力，体外索布置在梁体混凝土外部，每联设置22或24束体外索，长度为71.38～214.52m，采取跨中下弯的形式布置，体外索荷载是通过墩顶块横隔墙锚固端和转向块传递至主体结构混凝土的。

关键词：

体外预应力；连续刚构；箱梁；施工技术

1工程概述

嘉兴至绍兴跨江公路通道嘉绍大桥第Ⅶ合同段工程为北岸水中区引桥和北副航道桥的上部结构，孔跨布置为：

7×（5×70）m＋（70+2×120+70）m+5×（5×70）m＋（6×70）m。

其中：

B13#～B48#、B52#～B82#、B82#～Z1#墩之间为十三联预制拼装法施工的70m等跨径预应力混凝土连续刚构，合计66孔，桥型均为上、下行分幅设置。

70m等跨径预应力混凝土连续刚构箱梁采用单箱双室斜腹板箱梁形式，梁高为4.0m，箱梁顶板宽19.8m，底板宽10.9m，翼缘悬臂长为3.2m，顶板厚为28cm，从墩顶至跨中，节段底板厚依次为50cm、43cm、37cm、31cm、27cm，两侧腹板厚依次为70cm、63cm、57cm、51cm、45cm。

节段箱梁长1.7～3.6m，重69～172t。

箱梁顶面设有2%横坡，采用箱梁腹板高度变化形成，箱梁底板下缘横向保持水平。

嘉绍大桥采用15－27型环氧钢绞线体外预应力体系（见图1-1），其钢绞线采用防腐性能高的填充型环氧涂层钢绞线。

其主要技术标准符合《环氧涂层七丝预应力钢绞线》（GB/T21073-2007）的规定。

单股钢绞线是由七根钢丝绞成，单根钢绞线直径φs15.24mm，钢绞线面积Ap=140mm2，钢绞线标准抗拉强度Rby=1860Mpa，弹性模量Ep=1.95×105Mpa。

钢绞线张拉控制应力采用标准强度的65%，即张拉控制应力为0.65Rby=1209Mpa，单根钢绞线张拉力为169.26KN。

图1-1体外索立面布置图

图1-2体外预应力体系构造图

图1-3A15-27体外索锚固结构示意图

箱梁纵向体外预应力钢束用专用锚具，能够方便有效地进行体外索的安装、张拉、监测及单根更换，性能满足国际后张预应力协会FIP《后张预应力体系的验收和应用建议》以及国家标准《预应力筋锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2007）的规定。

防腐油脂符合《无粘结预应力筋专用防腐润滑脂》（JG3007-93）的要求。

锚固块和定位块处采用预埋无缝钢管成孔，符合《结构用无缝钢管》（GB/T8162-1999）的规定。

体外预应力钢束转向处采用的转向装置除了必须满足结构受力要求外，还必须能够方便有效地进行体外索的定位、安装、张拉、监测及单根更换。

本项目采用填充型环氧涂层单根钢绞线安装、张拉、防腐施工工艺，体外索具备日后单根检查、单根更换的特点；上述工艺确保每根钢绞线间彼此独立，不会因某一根钢绞线发生腐蚀而影响到其它钢绞线的正常使用，这是优于整体成品索结构的一大特点。

此外单根环氧钢绞线体外索结构和施工工艺，使得体外索的安装、张拉“化整为零”，采用的施工机械和张拉设备轻巧、方便，安全性大大提高。

2体外索施工工艺流程

3填充型环氧涂层钢绞线试验技术要求

⑴涂层厚度

固化后的环氧涂层厚度及针孔修补后涂层和修补材料的总厚度应在400μm～1100μm之间。

⑵涂层的连续性

涂层固化后，应无孔洞、空隙、裂纹和其它目视可见的缺陷。

⑶涂层附着力

弯曲试验后，弯曲钢绞线外围的涂层，不应有目视可见的裂纹或黏结失效。

进行拉伸试验，钢绞线的延伸率达到1%（屈服力）后，环氧涂层不应出现目视可见的裂纹。

⑷力学性能

填充型环氧涂层钢绞线的整根钢绞线的最大力、规定非比例延伸力和最大力总伸长率应满足GB/T5224的要求。

当初始荷载为被涂装的预应力钢绞线公称最大力的70%时，填充型环氧涂层钢绞线1000h后的应力松弛率应不大于6.0%。

⑸组批规则

填充型环氧涂层钢绞线应成批验收，每批由同一规格，同一生产工艺的填充型环氧涂层钢绞线组成。

每批质量不大于60t。

4施工前准备工作

在箱梁一联安装完成后，体外索进场施工，连续穿索、张拉作业，直至全桥体外索安装完毕。

（1）施工顺序

本阶段钢筋混凝土梁架设完毕—准备工作—穿体外索—体外索张拉—端部防腐。

（2）施工准备

1千斤顶、油泵标定

千斤顶、油泵等整个加载系统在施工前必须标定。

千斤顶的标定是整个系统的标定，包括千斤顶、油泵、油表的标定。

千斤顶必须由第三方进行标定。

千斤顶的标定的准确与否关系到整个索体的受力，直接影响工程的质量，所以千斤顶的标定是准备工作的重点，必须严格按照标定的程序进行，规范规定，千斤顶与配套油压表使用6个月或已张拉作业达到200次须进行标定、校验。

2穿索通道的准备

在每段混凝土梁的预留人孔处，钢绞线将从孔道内穿入到前端，在安装第一跨时，需要将钢绞线完全穿入梁内后再反穿至另一段锚具处，以后几跨则不需要反穿的过程。

在向前牵引的过程中，为了保护环氧层不被破坏需要将一段1～2m长的HDPE管插入孔内并使其固定，用磨光机将HDPE管口打磨平滑，并包裹土工布，以保护环氧钢绞线的不受损伤。

如图4-1所示：

图4-1梁上预留孔准备

同时在墩顶转向器的管口需用临时PE管对钢绞线做铺垫，同时地面采用土工布在地下铺垫并在上面布置尼龙滚轮架或土工布对钢绞线做支撑保护，以保护钢绞线通过时环氧涂层不被破坏（见图4-2）。

土工布

图4-2临时导向的辊轴示意

3钢绞线下料

在穿索前必须将本阶段所有的钢绞线下料完毕，利用放线架在桥面上下料，将转盘放线架放置于箱梁顶面上。

用钢丝绳栓住放线架底盘，防止滑动。

在待下料的位置隔2m间距布置一块垫木（外包土工布或胶皮）进行施工，过程中注意环氧层的保护（见图4-3）。

下料长度要考虑钢绞线的传束张拉的需要，另外还要增加一个垂度的影响值（开始按长度的1%考虑，后面有经验后可酌情按实际减少），每盘钢绞线要按照钢绞线总长提前计算好每次下料长度和下料次数，做到最大充分利用，以免浪费钢绞线。

采用木方支撑

图4-3钢绞线下料示意图

4安装箱梁内临时支撑装置

为了减少钢绞线在穿索过程中的垂度及防止钢绞线与梁底板面接触，在2米左右的间距设置临时支撑架，托住钢绞线.。

临时支撑架装有塑料滚轮，保护钢绞线环氧层。

5体外索安装

本项目采用人工导引、单根钢绞线穿索的施工工艺（见图5-1）。

图5-1穿索整体示意图

具体操作步骤如下：

①检查：

调整检查整个预埋导向管情况，走势目测直线应平滑顺直，曲线应顺畅，无死弯硬折，无破损，还应重点检查张拉端是否牢靠，接头是否完好。

②导引：

在导入口与梁内配备监视人员指挥下，将第一根钢绞线从预留孔处穿入，到达箱梁内。

③穿索：

指挥梁内施工人员将钢绞线从索盘上人工牵入整个穿索通道，直至钢绞线末端也进入梁内；梁内通道每隔10米安排一名工人，人工将钢绞线逐一传送到规定位置。

④反穿（第一跨安装时会出现的工序）：

将钢绞线反向牵引，直至达到后端锚具处，在预留出张拉长度后（不可过长，也不能过短，要严格控制）安装夹片锚固；另一端同样处理。

⑤重复上述步骤将27根钢绞线安装完毕。

在钢绞线穿过锚具时和墩顶转向器前均需先从背面穿一引棒，将钢绞线端部与引棒连接后向前送钢绞线，使其通过转向部分，如图5-2、5-3所示：

图5-2穿钢绞线示意图

图5-3锚板安装示意图

每根钢绞线穿索前都要进行编号，钢绞线在穿过分丝板、束梳器时都需按孔位布置，一一对应穿索，不能有交叉现象。

钢绞线穿索按照从下往上的顺序，依次穿索，如图5-4所示：

图5-4穿索顺序示意图

注意：

穿索前，穿索过程中，要把减震塑料套管按照不同的位置提前套入钢绞线内，否则后期无法安装减震限位索夹，如图5-5所示：

图5-5减震塑料套管安装图

穿索过程中，应在钢绞线前进沿途箱梁底板上铺设橡胶或尼龙支撑轮或棉毡等物，防止钢绞线与锐物摩擦导致环氧涂层破损。

如图5-6：

图5-6现场钢绞线铺垫支撑保护

6钢绞线张拉

本工程的张拉方式采用两端对称张拉。

（1）单根张拉

采用4台单孔张拉千斤顶两端两侧对称张拉（见图6-1）。

采用单根张拉虽然张拉次数较多，但是设备拆装简便、操作灵活。

图6-2对称张拉示意图

（2）张拉工艺

1接通油泵和千斤顶的油管，检查精密压力表是否与千斤顶相符，在未张拉之前，可以在空载的情况下活动两个行程，确保千斤顶在张拉时无任何问题。

2启动油泵，在张拉过程中，钢绞线缓慢被拉出。

3当达到设计、监测监控给定的张拉吨位后，应先稳住油压，检查索力值是否正确，在经过一段持荷时间（2分钟左右）后，然后启动顶压缸，利用顶压杆将夹片顶进锚板内，最后回油，缓慢卸除拉力。

4回油、关机、断电、完成张拉的全过程。

张拉示意见图6-3：

图6-3张拉示意图

（3）张拉力控制

1张拉前要对钢绞线预张拉，以消除环氧钢绞线的垂度（一般取值为最终张拉力的10％）。

2预张拉后千斤顶不拆下，继续张拉至设计索力，此时测出钢绞线的伸长量，伸长量之和与理论计算值比较，限差为±6%，符合者持荷2分钟锚固，否则，应重复张拉。

3等所有钢绞线张拉完毕后根据索力实际情况确定是否再以100％设计张拉力补拉一次，并测量每根钢绞线的张拉力。

每束钢绞线从上往下、从左往右张拉，顺序如图6-4所示：

图6-4张拉顺序示意图

（4）张拉施工要点

1施工要严格按设计所提出的张拉程序及张拉力进行。

对施工中出现的异常现象，应停止施工，并及时报请现场监理和设计，待查明原因，采取措施后再继续施工。

2千斤顶、油泵等整个加载系统在施工前必须标定，以确保张拉控制的准确性。

施工中应同时观察油压表读数。

3当张拉设备，如：

千斤顶、压力表等损坏或超过规定使用期限，应重新进行标定。

4张拉操作必须逐级、平稳、对称进行，不允许出现超载现象，并作好张拉记录。

5本体系工作夹片设计使用次数为5次（设计最大张拉力），若张拉次数超过5次，需及时更换工作夹片。

6对称张拉的索股，张拉两端的操作人员必须使用对讲机保持通话，同时开始张拉，并保持匀速张拉速度，同时结束张拉。

体外索的施工必须精心组织施工，严格按照设计要求和有关规定进行，张拉前机具必须准确检校，钢绞线应实测出各项性能指标。

张拉时采用张拉力和伸长量双控，严格控制张拉力，并校核伸长量，张拉顺序尽量对称分级进行。

体外索张拉过程中必须进行箱梁变形监测，确保施工质量。

7.减振限位及防腐处理

（1）减振限位装置的固定

根据实际索体的位置，结合理论点的位置确定限位装置的安装位置，然后将限位装置固定如图6-5。

固定后对预埋板及螺杆进行清理干净并打磨除锈，然后涂刷富锌环氧漆进行防锈。

图7-1减振限位装置图

（2）端部防腐处理

调索力完毕后根据更换钢绞线的预留长度（依据设计要求）切断锚后钢绞线。

嘉绍大桥的防腐方案为防腐压板和锚板之间灌蜡，然后在外露部分绞线四周涂抹蜡油的方案，如图6-6所示：

图7-2体外束锚头防腐布置图

具体防腐施工步骤如下；

⑴注胶

①接通油泵与注胶枪的连接，将聚氨酯密封胶放入注胶枪内，连接注胶弯管，准备注入。

②根据嘉绍大桥27孔锚具要求，每个锚具内注胶360ml，将360ml的聚氨酯密封胶用2.5～3.0MPa的油压缓慢的平均注入锚具上的3个注胶孔内。

⑵包装

①在锚板四周用牛皮纸塑复合布缠绕一圈，然后用高强复合自粘胶带固定四周，并且把接口处连接牢；

②在防松压板处（图示②到③之间），用高强度胶带缠绕2-3圈，必须拉紧后缠绕粘牢，确保复合布和防松压板之间没有缝隙，以便灌蜡；

③在防松压板后面用高强度复合自粘胶带将牛皮纸塑复合布缠绕1-2圈，缠绕完成后检查牛皮纸塑复合布和锚板、防松压板的边缘处是否完好；

④在最上方开一个孔，用铁皮弯曲成一个槽插在孔中，以便灌蜡；

⑤从每根钢绞线的末端将密封套套进去（大端朝外），用3/4的镀锌管推至与防松压板压实，堵住防松压板孔与钢绞线之间的间隙；

图7-3密封示意图

⑶灌蜡

①将蜡油装在铁桶里进行初溶解，然后用2000W的加热棒加热融化，直至温度达到150度；

②在铁桶旁做好防护措施，用不锈钢瓢将液态的蜡油缓慢浇入孔中，尽量平稳倒入，防止溅出伤人，直至溢出为止；

③等待约30分钟待蜡油固化后拆除牛皮纸塑复合布，检查蜡油固化情况，（符合要求以后便不用拆除）；

④用长一字批将密封套一一拔出，重复利用。

⑷钢绞线外露部分的防腐措施

①在绞线擦拭管的前端缠绕棉布，用带有蜡油的绞线擦拭管将防松压板后面的钢绞线擦拭一遍，保证所有钢绞线上都涂抹上蜡油；

②将用棉布制成的防护罩套在绞线束上面，在靠近防松压板的一面紧贴防松压板，并用封箱胶带粘牢；

③在制成的防护罩四周以及断面上均匀涂抹蜡油，厚度约5㎜；

④在涂抹过蜡油的防护罩上再套一个防护罩，开口端紧贴防松压板，并在防护罩四周缠绕封胶带3-4圈。

⑸将锚具的保护罩安装就位，防腐工作完成。

端部防腐示意图见图7-4。

图7-5端部防腐示意图

8.钢绞线保护措施和修补

环氧层是决定环氧钢绞线使用寿命的重要因素，为了保证本项目体外索的使用寿命，在施工期间必须采取措施保证环氧层不受损伤。

⑴环氧钢绞线的运输及现场堆放保护工艺措施

①运输

本项目的环氧钢绞线是成盘包装，运输为汽车运输，运输过程中采取的保护措施：

a、货物装卸时必须使用柔性吊装，钢绞线发货到现场时为木质成盘索，吊装时应利用索盘轴心进行操作，严禁吊具直接接触索盘表面，确保不损伤环氧涂层填充型钢绞线；

b、吊装过程应指挥恰当，防止索盘与异物碰撞损伤；

c、运输过程中，盘装钢绞线必须平稳固定，并加隔离物，保证货物之间不受颠簸挤压。

②现场堆放

成盘包装的环氧钢绞线运输至现场后，下料前需要在临时场地进行堆放，堆放期间采取如下措施：

a、场地应选取平整开阔堆场，场地表面基本平整，无障碍、无锐物、无明显低凹，排水通畅；

b、钢绞线盘边底下垫放好固定的木垫，防止滚动；

c、场地上方无其它施工影响，防止异物坠落砸伤线盘；不宜放在车辆通道旁，以防受损；

⑵环氧钢绞线现场下料保护工艺措施

a、严禁下料时将钢绞线直接在地面上拖动，应布置好托架后，在托架上下料；

b、卷盘后，在下料好的钢绞线堆放前，应在地面上放置木垫，避免卷盘与地面直接接触擦伤；

c、卷盘堆场，须在钢绞线卷盘上覆盖雨布，防止表面被污染。

图8-2钢绞线现场下料保护措施

图8-3钢绞线下料和堆放照片

⑶安装环节

①施工通道

在体外预应力钢绞线施工前，检查体外束施工的整长施工通道，确保安装通道无异物，通畅。

a、保证安装通道无异物、通畅,在转向器、导向管内部及入口若有混凝土干涉，必须予以凿除处理；

b、在体外索穿索施工的施工通道上按间隔架设支架或在通道上加以软质垫材，禁止环氧钢绞线与地面、箱梁内壁和其它坚硬部位直接接触。

c、在预留孔、定位器管口等转折处，必须做好导向防护措施，避免环氧层被损伤；

d、使用黄油涂抹导管口，用于临时润滑。

必要时可以在孔道、转角、弯折出涂抹润滑油脂。

润滑油脂使钢绞线穿索更加顺畅，孔道内一些细小的摩擦也能避免，有利于环氧层的保护。

图8-4转向装置润滑脂涂抹示意图

②环氧钢绞线传入梁内环节

在钢绞线牵引进入梁内的过程中，为了保护环氧层不被损伤需要将一段300cm长的HDPE管插入孔内并使其固定，用磨光机将HDPE管口打磨平滑，保护环氧钢绞线的不受损伤。

图8-5使用PE管做穿索保护照片

有的转角位置需安装尼龙滑轮作为导向，并和保护大PE管形成完好的穿索通道。

图8-6转向滑轮和PE管的使用照片

③环氧钢绞线通过预留孔道环节

体外索预留通道需要临时铺垫PE管或是土工布等做保护，防止钢绞线环氧层与管壁发生磨损而破坏。

在锚具端，钢绞线进入索导管口时，也必须做好保护措施。

图8-7预留穿索通道的保护2

④环氧钢绞线穿索环节

体外索穿索过程中，由于转角较多，为了钢绞线能较顺畅通过，需要在通道前后使用尼龙胶辊做导引。

图8-8使用尼龙胶辊做导引

尼龙滚轮的合理使用是环氧钢绞线在穿索过程中不受损伤的重要保证。

图8-9体内索齿块处使用滚轮垫高

体外索直索段很靠近梁底部，为保护环氧不在穿索时磨损，采用大量的土工布或是彩条布做保护。

图8-10钢绞线贴近梁底位置为防止擦伤采取的保护措施

⑤体外索张拉完毕后临时保护环节

体外索张拉结束后，再次对已安装、张拉完毕的钢绞线进行检查，排除隐患为防止后续工作对索体的破坏，必要时使用PVC缠绕带进行临时保护，后续工作结束后拆除。

图8-12张拉完毕后对钢绞线、锚具和锚后钢绞线临时保护措施

在施工过程中，一旦发现钢绞线的环氧涂层有损伤时应立即修补，具体操作如下：

（1）修补材料配置：

高粘度修补用液态环氧树脂。

（2）使用专用工具（主剂、固化剂各自一个）（见图8-13），沾少量主剂于作业板上，同时沾少量固化剂于作业板上的主剂旁边。

图8-13修补材料

（3）用专用工具将作业板上的主剂、固化剂混合。

（4）用灯光配合（如有必要）确定受伤的位置，清洁受伤钢绞线表面，不得有水迹、污垢等。

（5）用热风机稍稍加热受伤位置，用专用工具取修补剂，和环氧涂层钢绞线成45°角，将修补材料涂到修补处，热风机在修补处吹热风，使修补剂干燥；用手指触摸修补处环氧层目视无软化现象则修补处环氧层已固化、干燥。

撞伤与擦伤处不得发现有钢丝破损或受伤以及生锈现象，若发现以上现象则不得采取修补措施！

另外如果钢绞线发现大面积的破损也不得采取修补措施。

参考文献

[1]中交公路规划设计院.嘉兴至绍兴跨江公路通道嘉绍大桥施工设计图

[2]嘉绍跨江大桥工程建设指挥部，浙江省交通厅工程质量检查局，交通运输部公路科学院.嘉绍大桥专用施工技术规范

[3]中铁大桥局嘉绍大桥VII标项目部.实施性施工组织设计

作者简介：

林洁君（1986—），女，助理工程师，2008年毕业于长沙理工大学桥梁工程专业，获学士学位，。