李元坤

(中國水利水電第五工程局有限公司第二分局，四川成都 610225)

1 工程概況

齊泰高速公路是黑龍江省交通廳2008年全面開工建設(shè)的重點(diǎn)公路建設(shè)項(xiàng)目之一，路線全長138.218 km。塔子城互通式立體交橋設(shè)置在主線樁號(hào)K111+420處，互通形式為單喇叭型，該橋梁荷載等級(jí)為公路－Ⅰ級(jí)，上部結(jié)構(gòu)為4×25 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁。預(yù)應(yīng)力箱梁正彎矩鋼束采用M15－3、M15－4圓形錨具，預(yù)應(yīng)力管道采用圓形金屬波紋管;箱梁墩頂連續(xù)段處負(fù)彎矩鋼束采用體外預(yù)應(yīng)力索體。

2 體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)方案

2.1 簡支與連續(xù)體系轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)方案

該橋箱梁逐孔安裝完成、置于臨時(shí)支座上成為簡支狀態(tài)后，及時(shí)連接橋面濕接縫鋼筋及端橫梁鋼筋，精確設(shè)置預(yù)埋在中橫梁內(nèi)的體外索預(yù)埋管，澆筑濕接縫接頭、中橫梁，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%時(shí)進(jìn)行負(fù)彎矩體外預(yù)應(yīng)力鋼束張拉，錨頭灌防腐油脂并加蓋保護(hù)罩。張拉完成后解除臨時(shí)支座，完成從簡支至連續(xù)的體系轉(zhuǎn)換。

2.2 體外預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計(jì)

2.2.1 數(shù)量及位置布置

在每片箱梁兩個(gè)端頭的兩側(cè)(邊跨橋臺(tái)端的端頭部位除外)距橋墩中心線3.5 m和7 m的位置各設(shè)置1個(gè)體外索的錨墩(齒板)。該橋7 m(T1)、14 m(T2)(未含工作長度)體外索各30束(圖1)。

圖1 體外束布置立面圖(單位:cm)

2.2.2 體外預(yù)應(yīng)力索體

體外預(yù)應(yīng)力體系目前主要有:瑞士的VSL體系，德國的DYWIDAG體系和我國的OVM體系、HVM體系等。本工程選用的是OVM體系，體外索為OVM－S5型，7根鋼絞線為l束，鋼絞線抗拉強(qiáng)度σb≧1 860 MPa，其它性能不低于《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T5224－1995的要求。每束索體用高密度聚乙烯護(hù)套(HDPE)包裹，空隙中以黃油填充，防止腐蝕及氧化。索體HDPE性能符合《建筑纜索用高密度聚乙烯塑料》的要求。

2.2.3 錨固系統(tǒng)

圖2 體外束布置斷面圖

國內(nèi)外將體外預(yù)應(yīng)力夾片式錨固系統(tǒng)劃分為以下兩類:第一類:常規(guī)喇叭管(單層或雙層)錨下構(gòu)造式錨固系統(tǒng)(圖2)。該類體外預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)包括可更換與不需要更換兩種。第二類:承壓板下采用直導(dǎo)管錨下構(gòu)造式錨固系統(tǒng)。該類體外預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)均為可更換系統(tǒng)，帶螺母式錨具為可調(diào)式錨具。本橋設(shè)計(jì)采用第一類常規(guī)喇叭管錨下構(gòu)造式可更換錨固系統(tǒng)。為使得錨具與OVM－S5型索體充分配套，錨具型號(hào)選用OVM－AT15－7型，具體構(gòu)造見圖3。

圖3 OVM－AT 15－7錨具構(gòu)造圖(單位:mm)

錨具中除預(yù)埋鋼管為現(xiàn)場加工外，其余全部由廠家集中生產(chǎn)提供。錨墊板、錐套管、螺旋筋、預(yù)埋鋼管為澆筑齒板混凝土前提前預(yù)埋。其余部件在體外索張拉過程中或張拉完成后進(jìn)行防護(hù)時(shí)使用。

張拉力通過錨具傳遞到箱梁齒板，箱梁齒板與箱梁梁體共同承受張拉力。箱梁齒板作為錨固系統(tǒng)的關(guān)鍵承載部位，具體設(shè)計(jì)需經(jīng)過嚴(yán)格的承載力校核計(jì)算。箱梁齒板的設(shè)計(jì)見圖4、5。

2.2.4 預(yù)埋鋼管

體外預(yù)應(yīng)力索體T1須穿越橋墩頂部的現(xiàn)澆中橫梁，須在現(xiàn)澆中橫梁中預(yù)埋轉(zhuǎn)向鋼管;T2索錨端部進(jìn)入錨具密封筒前設(shè)置一根轉(zhuǎn)向彎管，T2索錨端部轉(zhuǎn)向彎管與錨具尾部的預(yù)埋鋼管為同一部件，預(yù)埋前將其與錨具錐套管焊接連接。此外，為方便索體穿越混凝土體(中橫梁、齒板混凝土)，在T1索端部預(yù)埋直鋼管，在T2索中部預(yù)埋直鋼管。預(yù)埋鋼管材質(zhì)為無縫鋼管。

圖4 T2索張拉齒板構(gòu)造立面圖(單位:cm)

圖5 T1索張拉齒板構(gòu)造立面圖(單位:cm)

3 體外預(yù)應(yīng)力施工工藝研究

3.1 預(yù)埋件施工

箱梁預(yù)制混凝土澆筑前須預(yù)埋錨墊板、錐套管、螺旋筋、預(yù)埋鋼管(T2轉(zhuǎn)向鋼管及套管和T1索體套管)。為確保預(yù)埋施工方便和安裝精度，須將錨墊板與錐套管焊接固定之后再將錐套管與預(yù)埋鋼管進(jìn)行焊接?，F(xiàn)澆中橫梁前須提前預(yù)埋T1轉(zhuǎn)向鋼管和T2索體套管。

由于預(yù)埋件尺寸較大，齒板內(nèi)部鋼筋直徑較大，鋼筋不容易調(diào)整，預(yù)埋鋼管須在齒板外圍骨架鋼筋安裝完成后再進(jìn)行安裝，最后安裝內(nèi)部加密鋼筋。

3.2 工作平臺(tái)的搭設(shè)

索體安裝前，在橋梁下搭設(shè)鋼管腳手架，腳手架設(shè)置爬梯、水平防護(hù)網(wǎng)，橫桿豎向間距為1.5 m，操作平臺(tái)橫桿水平間距為50 cm，上鋪400 cm×20 cm×5 cm的木板。腳手架立桿與橫桿頂部要與箱梁翼板底部齊平，以方便千斤頂?shù)钠鸬鹾退揭苿?dòng)。千斤頂?shù)戎匦筒考捎檬掷J進(jìn)行起降。

3.3 索體安裝

(1)原材料保護(hù)。

T1和T2索體成品索體長度分別為8.4 m、15.34 m。成品索兩端的鋼絞線必須焊死，在其兩端焊上牽引頭。做好防雨防銹等保護(hù)工作，防止碰傷成品索的護(hù)套。成品索在運(yùn)輸、工地搬運(yùn)、安裝過程中不得損壞PE護(hù)套，如有損壞，必須由專業(yè)人員用PE熱焊機(jī)補(bǔ)焊。

(2)穿 索。

將成品索整盤放入特制的放線架內(nèi)，緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)放盤。索體安裝前應(yīng)將深入預(yù)埋管內(nèi)錨具系統(tǒng)的密封筒與楔形塊采用螺紋連接，密封筒的密封裝置與密封筒同樣采用螺紋連接。密封筒與楔形塊連接好后，在楔形塊里涂抹環(huán)氧樹脂，之后將套在錐套筒內(nèi)部的隔離套直接插進(jìn)楔形塊，使隔離套、密封筒連接成整體。然后將其從錨墊板的喇叭口穿入，直到隔離套全部穿進(jìn)錐套筒內(nèi)為止。穿好以后檢查預(yù)埋管的端口是否圓順，對(duì)棱角處用手砂輪打磨，之后穿束。

成品索不能直接在地面上拖動(dòng)，地面要鋪墊一定厚度的麻袋等軟墊層，每隔一定距離設(shè)置一個(gè)支承架，支承架上設(shè)有柔軟墊層及橡膠輥筒，以減小牽引時(shí)的摩擦力并保護(hù)PE層。在轉(zhuǎn)向埋管及錨固預(yù)留孔道入口處要有防止PE損傷的措施(如墊橡膠塊)。

先穿T1、后穿T2。每束將一端的手動(dòng)葫蘆或卷揚(yáng)機(jī)的牽引繩依次穿過錨固預(yù)留孔道、轉(zhuǎn)向裝置(中橫梁預(yù)埋管)、支承架與成品索索端連接頭相連接，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)或葫蘆，將成品索依次穿過轉(zhuǎn)向裝置、支承架直到錨固預(yù)留孔前停止(圖6)。

圖6 穿索示意圖

停止后將成品索這一端的PE護(hù)套及單根無粘結(jié)PE層剝除。將裸露的鋼絞線表面油脂清洗干凈，保證鋼絞線與水泥漿的握裹力，并用纏包帶及麻布裹緊，以保護(hù)鋼絞線表面的環(huán)氧涂層。成品索穿過密封裝置后，再次啟動(dòng)葫蘆或卷揚(yáng)機(jī)將成品索牽引出錨固預(yù)留孔道。將成品索另一端的PE護(hù)套及單根無粘結(jié)PE層剝除，將裸露的鋼絞線表面油脂清洗干凈，并用纏包帶及麻布裹緊，用同樣的方法將成品索牽引出另一端的錨固預(yù)留孔道。整個(gè)過程應(yīng)小心操作，防止碰傷成品索PE護(hù)套及鋼絞線的環(huán)氧涂層。

PE層剝除長度按以下公式計(jì)算:

式中 L1為錨墊板組件及預(yù)埋管的長度;H為錨板的厚度;L2為千斤頂?shù)墓ぷ鏖L度;L3為PE層進(jìn)入預(yù)埋管密封圈內(nèi)的長度(5 cm≦L3≦10 cm);L4為(成品索實(shí)際長度—理論長度)/2;L5為索體張拉設(shè)計(jì)引伸長度。

3.4 錨具的安裝

體外預(yù)應(yīng)力錨具安裝分四個(gè)時(shí)間段安裝。第一時(shí)間段是在澆筑箱梁齒板混凝土前進(jìn)行錐套管、螺旋筋、錨墊板的預(yù)埋;第二時(shí)間段是在體外索體安裝前進(jìn)行隔離套、楔形快、密封筒、密封裝置的安裝;第三時(shí)間段是在索體安裝完成張拉前進(jìn)行工作錨板、夾片的安裝;第四時(shí)間段是在張拉完成后進(jìn)行防護(hù)裝置和保護(hù)罩的安裝。第一、二、四時(shí)間段的安裝分別在預(yù)埋、索體安裝、錨頭保護(hù)施工方法中闡述。

索體安裝后，切除索體兩端的牽引頭，采用砂輪切割，禁止采用氣割，以免灼傷鋼絞線表面的環(huán)氧涂層。分別在兩端裝上工作錨板及夾片，并將夾片打緊。安裝前，用棉紗擦洗干凈錨板孔和夾片外錐及夾片齒。專用千斤頂安裝就位(千斤頂帶有限位裝置)，上好工具錨，工具錨板孔和工具夾片表面均勻涂上退錨靈。工作錨板、千斤頂、工具錨安裝要同軸緊貼，張拉面要平整。

3.5 索體張拉

在現(xiàn)澆橫梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度95%后，開始進(jìn)行體外索體的張拉。張拉順序?yàn)橄萒2，后T1，兩端同時(shí)張拉，橫向?qū)ΨQ張拉。張拉采用引伸量和張拉應(yīng)力雙重控制的辦法，錨下控制應(yīng)力為0.75 fpk。由于錨板是定制產(chǎn)品，因此，與錨板所配套的工錨和限位板也須單獨(dú)定制。

按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行張拉，以100 MPa/min速度均勻加載，量測并記錄每一級(jí)的伸長值(以千斤頂?shù)幕钊麨闇?zhǔn))和錨固回縮值及相應(yīng)的壓力表讀數(shù)。張拉到位后，調(diào)節(jié)限位裝置，將工作夾片壓緊就位，緩慢卸荷，測量記錄錨固回縮值。拆除千斤頂及工具錨，切割多余的鋼絞線，以外露45 cm為宜。

3.6 錨頭保護(hù)

張拉完成后，安裝好錨頭保護(hù)罩，OVM－AT 15－7型錨具對(duì)應(yīng)的索體為可更換的索體，錨具保護(hù)罩內(nèi)壁、錨具外表面、外露絞線須抹防腐油脂厚5～10 mm。

灌漿采用灌漿泵進(jìn)行，漿液用P.O42.5凈水泥漿即可。攪拌機(jī)將水泥漿攪拌均勻后，用灌漿泵將水泥漿壓入;當(dāng)排氣孔冒出跟進(jìn)漿管同濃度的水泥漿體時(shí)，封堵排氣孔，保壓5 min后封堵灌漿管。

4 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在本工程中的優(yōu)、劣勢

4.1 優(yōu) 勢

(1)在箱梁頂板混凝土體內(nèi)不設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋，可免去預(yù)埋繁瑣的波紋管道，使普通鋼筋布置容易，并且在預(yù)制梁混凝土澆筑過程中可以不必費(fèi)盡心思去對(duì)波紋管進(jìn)行保護(hù)，混凝土振搗方便，因而使施工工藝簡化，提高了工作效率及工程質(zhì)量。此外，可以避免出現(xiàn)鋼索管道灌漿事故。

(2)體外索與原箱梁結(jié)構(gòu)混凝土無粘接，應(yīng)力變化值小，對(duì)結(jié)構(gòu)受力有利。

(3)體外預(yù)應(yīng)力索體安裝施工與橋面鋪裝沒有嚴(yán)格的先后順序。在北方施工搶工期間，可以有效避免中橫梁混凝土強(qiáng)度待強(qiáng)的時(shí)間耽擱，直接進(jìn)行橋面鋪裝施工，避免出現(xiàn)進(jìn)入冬季混凝土施工困難的局面。而體外索的安裝及后續(xù)防護(hù)施工可以在橋面鋪裝后隨時(shí)進(jìn)行。

(4)體外索可以更換，便于使用期間進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究，利用換索方案的橋梁可以延長壽命20～30 a，同時(shí)可以提高橋梁的承載能力，延長橋梁使用壽命。

(5)可以簡化預(yù)應(yīng)力筋的曲線。預(yù)應(yīng)力筋僅在錨固、轉(zhuǎn)向處與結(jié)構(gòu)相連，可以減少摩阻損失，提高預(yù)應(yīng)力使用效率。

4.2 劣 勢

(1)箱梁腹板處設(shè)置齒板，對(duì)定型模板的設(shè)計(jì)、制作、安裝造成一定的困難。

(2)體外索體均置于箱梁頂板下部，后期安裝體外索體較為困難，特別是高度較大的橋梁，索體安裝安全隱患突出，需要搭設(shè)安全有效的施工平臺(tái)或掛籃。

(3)錨固及轉(zhuǎn)向區(qū)域容易造成應(yīng)力集中，局部應(yīng)力較大，對(duì)錨固施工要求較高。

(4)體外索與混凝土的變形不一致，容易造成預(yù)應(yīng)力的損失。

(5)無粘結(jié)、無束縛的體外預(yù)應(yīng)力索對(duì)抵抗破壞荷載和保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的能力減弱。

(6)布置在邊梁外側(cè)的體外索和齒板的形式影響橋梁整體的外觀。

5 結(jié)語

雖然體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用存在上述不可忽視的缺陷，但因其具有截面尺寸小，自重輕，預(yù)應(yīng)力筋替換、維護(hù)管理方便，預(yù)應(yīng)力損失小，縮短施工工期以及耐久性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已逐步應(yīng)用于橋梁、大跨度屋頂、筒倉、蓄水池、高架橋、高速公路、高層大型停車場、舊建筑的加固等建筑結(jié)構(gòu)中。齊泰高速公路塔子城互通式立交橋體的建設(shè)，成為應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的成功實(shí)例。

［1］ 李晨光，劉 航，楊學(xué)中，吳文奇，劉子鍵.體外預(yù)應(yīng)力體系研究與工程應(yīng)用新進(jìn)展［C］.第五屆全國預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論與工程應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議(論文集)，2008，35(增刊):20－25.

［2］ 熊學(xué)玉，顧 煒，李亞明.體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系探討［J］.工業(yè)建筑，2004，34(7):50 －60.

［3］ 熊學(xué)玉，顧 煒.體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)綜述［J］.滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2003，2(4):5－7.