蘇 強(qiáng) ，吳東明

（柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545006）

0 引言

隨著城市化建設(shè)的逐步推進(jìn)，城市高架、輕軌的施工任務(wù)越來越多，在這些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，預(yù)制拼裝將成為最主要的施工方法，其中既有預(yù)制箱梁的上部結(jié)構(gòu)拼裝，還有預(yù)制立柱、預(yù)制蓋梁、預(yù)制基臺(tái)等下部結(jié)構(gòu)的拼裝。為承載需要，在很多情況下這些橋梁下部結(jié)構(gòu)都設(shè)計(jì)有豎向的預(yù)應(yīng)力錨固體系。國(guó)內(nèi)外針對(duì)橋墩預(yù)制拼裝中預(yù)應(yīng)力錨固體系進(jìn)行了較多研究，文獻(xiàn)[1] 介紹了預(yù)應(yīng)力節(jié)段預(yù)制橋墩基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法4個(gè)方面系統(tǒng)梳理和總結(jié)了各國(guó)學(xué)者開展的相關(guān)研究，并指出了當(dāng)前研究存在的問題和未來的發(fā)展方面，其中研究表明，預(yù)應(yīng)力筋能提供更好的自復(fù)位能力，橋墩震后殘余變形很少。文獻(xiàn)[2] 介紹了節(jié)段拼裝橋墩的應(yīng)用、接縫分類及其力學(xué)性能、試驗(yàn)研究和理論研究方面的情況。文獻(xiàn)[3] 介紹了無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力耗能鋼筋預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩抗震性能研究，研究了預(yù)應(yīng)力度、軸壓比、普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋配筋率等參數(shù)對(duì)墩柱抗震性能的影響。

目前國(guó)內(nèi)外預(yù)制橋墩中的預(yù)應(yīng)力錨固體系常用這幾種體系：二次灌漿預(yù)應(yīng)力錨固體系、U形預(yù)應(yīng)力錨固體系、鋼棒預(yù)應(yīng)力錨固體系。

二次灌漿預(yù)應(yīng)力錨固體系主要特點(diǎn)是在固定端采用二次灌漿錨具，見圖1，張拉端為常規(guī)夾片式錨具。施工時(shí)在現(xiàn)澆的承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋錨墊板和波紋管，鋼絞線不預(yù)埋。當(dāng)立柱和承臺(tái)拼裝后再?gòu)纳贤麓┤攵瞬繋в袛D壓頭的鋼絞線，鋼絞線穿入后在底部先進(jìn)行第一次灌漿把鋼絞線粘結(jié)錨固住，待固定端中的漿體強(qiáng)度達(dá)到要求后在立柱頂端進(jìn)行張拉錨固，最后進(jìn)行二次灌漿注滿整個(gè)孔道，該施工工藝類似于文獻(xiàn)[4] [5] 中所述的一種類似地錨的錨索。二次灌漿預(yù)應(yīng)力錨固體系主要缺點(diǎn)是索體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，穿索后需二次灌漿，二次灌漿工藝不好控制。

圖1 二次灌漿錨具

U形預(yù)應(yīng)力錨固體系主要特點(diǎn)是在預(yù)制的構(gòu)件中預(yù)埋錨下構(gòu)件和管道，其中U形部份位于承臺(tái)內(nèi)，兩豎直管道和錨下構(gòu)件預(yù)埋于立柱內(nèi)，見圖2。當(dāng)立柱和承臺(tái)拼裝后再穿入鋼絞線，穿入后在兩端進(jìn)行張拉錨固，最后從下往上灌漿。U形預(yù)應(yīng)力錨固體系主要缺點(diǎn)是穿鋼絞線困難，特別是當(dāng)U形的彎曲半徑R較小或立柱較高時(shí)穿索更為困難，且需兩端張拉錨固。

圖2 U形預(yù)應(yīng)力錨固體系

鋼棒預(yù)應(yīng)力錨固體系的主要特點(diǎn)是采用高強(qiáng)鋼棒作為預(yù)應(yīng)力筋，如1999年美國(guó)的Sarah L.Billington提出了適用于非抗震設(shè)防區(qū)的中小跨徑橋梁的預(yù)制節(jié)段拼裝下部結(jié)構(gòu)體系，見圖3。我國(guó)對(duì)于橋墩的預(yù)制裝配技術(shù)的應(yīng)用以前主要集中在跨?；蚩缃髽蛑?，如杭州灣大橋、東海大橋、上海長(zhǎng)江大橋、金塘大橋、港珠澳大橋等特大橋，其中港珠澳大橋的橋墩設(shè)計(jì)了鋼棒預(yù)應(yīng)力錨固體系。鋼棒預(yù)應(yīng)力錨固體系主要缺點(diǎn)是鋼棒須預(yù)埋和分段接長(zhǎng)和錨固，相對(duì)鋼絞線，鋼棒強(qiáng)度較低，成本高。

圖3 中小跨預(yù)制橋墩體系構(gòu)造示意圖

鑒于目前的預(yù)制橋墩中豎向預(yù)應(yīng)力錨固體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工工藝繁鎖，周期長(zhǎng)，成本高的缺陷，為適應(yīng)城市高架、輕軌建設(shè)的需求，特別是滿足橋墩預(yù)制拼裝施工工藝的要求，迫切需要開發(fā)一種質(zhì)量易保證、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便快捷、成本較低的豎向預(yù)應(yīng)力錨固體系。要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：只包括張拉端錨具、固定端錨具、索體和孔道，不含連接器。要求施工方便快捷：預(yù)應(yīng)力筋無需預(yù)埋，預(yù)應(yīng)力穿束、張拉錨固方便，無需二次灌漿。

1 新型預(yù)應(yīng)力錨固體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為達(dá)到開發(fā)目的，經(jīng)研究提出一種新型預(yù)應(yīng)力錨固體系。本新型預(yù)應(yīng)力由張拉端錨具、固定端錨具、錨索及預(yù)埋管或預(yù)留孔道組成，不設(shè)置中間連接器，見圖4。張拉端錨具設(shè)于立柱上端，其結(jié)構(gòu)與常規(guī)張拉端錨具相同，由夾片、錨板、錨墊板及螺旋筋組成。固定端錨具設(shè)于承臺(tái)內(nèi)，其結(jié)構(gòu)與常規(guī)固定端錨具不同，除錨墊板、螺旋筋外，還包括自鎖結(jié)構(gòu)、保護(hù)罩等組成，出廠前組裝成一整體，見圖5。錨索由鋼絞線束、錨固套、導(dǎo)向頭等組成，出廠前組裝成一整體，見圖6。

圖4 新型預(yù)應(yīng)力錨固體系

圖5 固定端錨具結(jié)構(gòu)

圖6 錨索結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上看，本新型錨固體系與常規(guī)錨固體系不同之處在于固定端錨具及索體，主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)了具有滑塊復(fù)位結(jié)構(gòu)的固定端錨具和設(shè)計(jì)了具有錐面導(dǎo)向的索體錨頭。此結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)對(duì)穿入索體的即時(shí)錨固（自鎖）：當(dāng)錨索頭從上往下穿入孔道到達(dá)固定端錨具時(shí)，導(dǎo)向頭在索體自重的作用下?lián)伍_滑塊并使得整個(gè)錨固套進(jìn)入到保護(hù)罩內(nèi)，當(dāng)錨固套全部進(jìn)入到保護(hù)罩內(nèi)時(shí)，滑塊自動(dòng)復(fù)位，形成了滑塊對(duì)錨頭端面的支承錨固作用，即實(shí)現(xiàn)了固定端錨具對(duì)錨索的即時(shí)錨固。本新型錨固體系具有即時(shí)錨固功能使得整個(gè)施工流程方便快捷：不需要先預(yù)埋錨索，不需要在固定端先灌漿錨固，不需要等待漿體強(qiáng)度達(dá)到要求才可以張拉鋼絞線。

2 新型預(yù)應(yīng)力錨固體系試驗(yàn)研究

為驗(yàn)證新型預(yù)應(yīng)力錨固體系的錨固性能和安裝工藝性能，進(jìn)行了常用規(guī)格錨固體系模擬工程的工藝靜載試驗(yàn)研究，試驗(yàn)參照GB/T14370《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》的要求進(jìn)行。主要試驗(yàn)步聚如下：

（1）制作混凝土試件：把除錨索外的固定端錨具、張拉端錨具預(yù)埋件和管道在模板中安裝定位，澆筑混凝土并養(yǎng)護(hù)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，見圖7。

圖7自鎖式豎向預(yù)應(yīng)力混凝土試件（單位：mm)

（2）錨索穿束：當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，把錨索（含導(dǎo)向頭、錨固套、鋼絞線束）從張拉端穿進(jìn)混凝土試件的預(yù)埋管內(nèi)，直至導(dǎo)向頭和錨固套穿過固定端錨具的自鎖結(jié)構(gòu)進(jìn)入保護(hù)罩內(nèi)，見圖8。

圖8 錨索穿束

（3）靜載試驗(yàn)：錨索穿入后，張拉端依次安裝墊板、測(cè)力傳感器、千斤頂、工作錨具。按GB/T14370《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》的要求進(jìn)行靜載試驗(yàn)，見圖9。試驗(yàn)后拉出錨索，檢查失效情況。

圖9 靜載試驗(yàn)示意圖

經(jīng)工藝靜載試驗(yàn)研究表明：錨具安裝方便，錨索穿束順利，并能順利實(shí)現(xiàn)自鎖，錨具錨固性能可靠，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求：錨具效率系數(shù)ηA≥0.95，總應(yīng)變 εapu≥2.0%，見表 1。

3 新型預(yù)應(yīng)力錨固體系施工工藝設(shè)計(jì)

經(jīng)研究該新型預(yù)應(yīng)力錨固體系的主要施工流程設(shè)計(jì)為：預(yù)埋件埋設(shè)—立柱和基臺(tái)拼裝—索體穿束—錨具安裝與張拉—灌漿與封錨。相對(duì)二次灌漿預(yù)應(yīng)力錨固體系、U形預(yù)應(yīng)力錨固體系、鋼棒預(yù)應(yīng)力錨固體系，該施工方便快捷：預(yù)應(yīng)力筋無需預(yù)埋，預(yù)應(yīng)力穿束、張拉錨固方便，無需二次灌漿。

步驟一：預(yù)埋件埋設(shè)

把固定端錨具整體安裝在承臺(tái)中，預(yù)埋管插入錨墊板止口并焊接密實(shí)，預(yù)埋管伸出承臺(tái)端面；把進(jìn)漿管與錨固端錨墊板及保護(hù)罩連接，保證連接處牢固密封，進(jìn)漿管引出構(gòu)件外面，見圖10。當(dāng)其它鋼筋全部安裝就位后澆筑混凝土。

表1 工藝靜載試驗(yàn)結(jié)果

圖10 固定端錨具預(yù)埋

把張拉端錨墊板、螺旋筋安裝在立柱頂面，預(yù)埋管插入錨墊板止口并焊接密實(shí)，立柱下端預(yù)拼裝槽口，見圖11。當(dāng)其它鋼筋全部安裝就位后澆筑混凝土。

圖11 張拉端錨具預(yù)埋

步聚二：立柱和承臺(tái)拼裝

預(yù)制立柱運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，按要求把立柱和承臺(tái)拼裝。拼裝前檢查各構(gòu)件中的預(yù)埋管位置是否準(zhǔn)確，是否有過大變形，內(nèi)孔需清理干凈。

步驟三：穿入錨索

穿索前確認(rèn)索號(hào)是否正確，索體去除外包裝后，吊裝起索體，使索體錨頭向下，依次從上往下穿入立柱和承臺(tái)，錨頭在固定端實(shí)現(xiàn)自鎖。

步驟四：錨具安裝和張拉

方法與常規(guī)錨具相同，在立柱頂部安裝工作錨板和工作夾片，再安裝張拉工具和設(shè)備。按控制張拉力張拉和錨固，張拉按雙控原則。

步驟五：灌漿與封錨

由下往上灌漿，灌漿后在上端的凹槽內(nèi)用漿體封錨。

4 工程應(yīng)用

為了解該新型預(yù)應(yīng)力錨固體系的實(shí)際工程應(yīng)用效果，在上海市軌道交通5號(hào)線南延伸工程和成都三環(huán)擴(kuò)能提升改造工程羊犀立交工程中設(shè)計(jì)了部份預(yù)制橋墩來試用，設(shè)計(jì)采用ZSM15-15型自鎖式錨固體系，每個(gè)立柱中設(shè)4束預(yù)應(yīng)力索。整個(gè)施工應(yīng)用過程快捷方便，并已順利完成，達(dá)到了設(shè)計(jì)和施工要求。圖12為預(yù)制立柱現(xiàn)場(chǎng)起吊將與基臺(tái)拼裝，圖13為在立柱頂部對(duì)已穿好的錨索進(jìn)行張拉錨固。

圖12 預(yù)制立柱起吊

圖13 在立柱頂部張拉錨索

5 結(jié)論

通過對(duì)基于橋墩拼裝工法開發(fā)的、具有即時(shí)錨固功能的預(yù)應(yīng)力錨固體系的研究背景、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)研究、施工工藝研究和工程應(yīng)用等方面闡述，表明該新型預(yù)應(yīng)力錨固體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、簡(jiǎn)單，錨固性能可靠，施工工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量易保證，成本較低，能很好滿足了橋墩預(yù)制拼裝工法的需要，促進(jìn)了我國(guó)橋墩預(yù)制拼裝工法的發(fā)展，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。