钢管混凝土拱桥系杆施工技术终稿.doc

钢管混凝土拱桥可换索式系杆施工技术

白福军 （ 建平县公路工程有限公司，朝阳 122400 ）

【摘 要】: 以朝阳东大桥为例,简要介绍钢管混凝土拱桥可换索式系杆施工工艺及施工要点,经实践证明施工技术可行、经济简便、安全可靠。
【关键词】:系杆 张拉 锚头 施工技术

1．工程概况
朝阳市东大桥位于辽宁省朝阳市城市东出口，跨越大凌河，朝阳东大桥桥梁总长540m，其中主桥长180m，引桥总长360m。引桥为12孔30m跨预应力混凝土简支箱形梁桥；主桥为30+120+30米中承式双飞燕式的钢管混凝土系杆拱桥，其拱轴线为正置悬链线。系杆的作用主要为减小桥墩的拱脚的水平位移平衡水平推力,在主桥两侧端横梁间沿两边拱肋纵桥向设置预应力系杆,系杆采用由22Φj15.24mm的高强度低松弛钢绞线无粘结筋组成的可换索式系杆。型号为ＰＥＳ１５ＴＵ１-２２，其标准强度１８６０ＭＰa，每侧拱肋设置8束，其有效水平拉力为１５５０吨，系杆的控制应力为656.7MPa，一侧张拉总吨位为1620吨。
2．系杆安装
2．1、展索及索入孔道
由于系杆既重又较长，柔韧性很大，如果展开时考虑不周全，容易产生安全事故。多方案比选后，利用引桥开阔的桥面做为展索场地，将索盘立起，用装载机牵引使索盘滚动将系杆展开在桥面上。为保证安装时，系杆PE保护层不被损坏，系杆展开时在系杆下铺垫5㎝厚草垫上铺光滑塑料层，主桥处利用安装好的系杆保护盒做为滑道。采用在主桥的另一头安装卷扬机，将钢丝绳栓在系杆上，启动卷扬机将系杆牵引至设计孔道内。
2．2、系杆锚固段处理
根据系杆出厂时在系杆上标记的标准长度，并考虑计算系杆张拉到设计控制应力所达到的伸长植，来计算系杆两头PE保护层截取长度，以保证系杆PE保护层部分正好进入锚头内10㎝左右，使钢绞线不外漏，按计算长度将系杆两头PE保护层切除后，把每根钢绞线的每根钢丝散开，将表面的油脂清洗干净，再将钢丝恢复到钢绞线原样。对清洗好后的系杆按准确的位置穿入到系杆锚头内。
3、系杆张拉
3．1张拉施工准备
编制张拉方案并对方案组织工程甲方、设计、监理、总包在内进行充分的讨论和确认。熟悉现场环境，尤其对图纸设计的张拉空间进行测量确认，保证张拉能顺利进行，同时对电源，起重设备等施工因素进行考察。对运至现场的系杆索，进行测量，提前制作张拉撑脚、工具锚板等张拉附属用具。根据设计图纸及制定的张拉方案钢束张拉长度应保证大于1.6米，在购置钢束前应确定并在张拉前进行确认。
可换式系杆锚具的安装应按照厂家提供的图纸尺寸严格安装，以保证在以后的维修中更换系杆所必需的张拉长度和螺母的可调行程。
3．2、人员、机具配置
为保证工程质量和进度，应配置具有张拉专业工程技术员2名，熟练技工8名，力工8名，共计18人。施工前，技术人员应进行技术交底，对工人进行技术及安全培训，使施工人员清楚工序安排、明白施工要点。
为满足施工要求，配置YCW4000型千斤顶4台，YT250型千斤顶4台，与它们配套的ZB2＊2/450型油泵4台，以及压力表，高压油管、工具锚板、工作撑脚、手拉倒链等。
设备选定后应仔细进行编号，送国家级实验室进行标定，满足规范要求。标定时千斤顶和油泵的组合形式应同使用时的组合形式一致，并出具标定书，用以指导张拉作业。
3．3、张拉施工
3．3．1、张拉数据
钢绞线标准数据：1860MPa
钢绞线截面积：140mm2
张拉控制应力：656.7MPa
控制张拉力：202.5吨/束
张拉伸长值：592mm
按图纸设计，系杆为直线和圆曲布置，其伸长值按下式验算：
式中：△L=P*L[1－e-（k1＋μθ）]÷[AyEs（KL＋μθ）]
e—自然对数的底
Ｋ—每米长度上孔道的局部偏差，取Ｋ—0.0015
Ｕ—预应力筋与孔道壁间的摩擦系数，按无粘结筋考虑，取u-0.12
L—张拉端至计算截面的距离（m）
θ—张拉端至计算截面孔道曲线的切线夹角（Rad）
Es—弹性模量，取1.95＊105Mpa
Ay 预应力筋截面面积（㎜2）
3．3．2、张拉设备安装示意图

3．3．3、张拉方法
3．3．3．1、张拉顺序
在钢管混凝土及边拱混凝土达到设计要求强度后，严格按照设计图纸的张拉顺序对称进行张拉，即第一次张拉张拉系杆中的3#、4#、5#、6#钢束；在安装完主拱吊杆横梁和行车道板后，第二次张拉张拉系杆中的2#、8#钢束；在桥面铺装及人行道施工后，第三次张拉系杆中最后的两束预应力束1#、7#钢束，张拉时每一编号两根钢束同时对称张拉，最后调整系杆全部预应力束至张拉控制值656.7MPa。

施工中按设计要求对位移等指标进行监控，同时与设计沟通，以便及时调整加载方式与顺序。
3．3．3．2、张拉程序
0→15％Ｐ（初始力）→50％Ｐ →75％Ｐ→85％Ｐ→100％Ｐ
张拉施加应力采用张拉吨位与伸长值双控，当预应力钢束张拉吨位达到设计张拉控制吨位时，实际伸长量与理论伸长值的差值应在6％范围内，如超出应立即停止张拉并查明原因后方可继续进行张拉。
3．3．3．3、张拉设备的安装
安装前，首先应对千斤顶和油泵的组合进行检查，保证与标定时的组合形成一致，并试运转，检查有无漏油等。其次，对锚固段钢绞线的表面进行检查和彻底清除防腐油脂，以保证张拉的质量和自锚的要求。
按示意图所示，逐一安装，安装时应保证锚板、撑脚、千斤顶、张拉锚板的中心线重合、对中。工作锚板的夹片在此时不安装，工作锚板和工具锚板的夹片孔应一一对应在同一直线上，保证锚固时工作锚板夹片的安装和锚固。
3．3．3．4、张拉
考虑YCW4000千斤顶的张拉行程为200mm，不能一次张拉到位，因此采用2-3行程。具体操作办法：首先，钢束两端YCW4000千斤顶先将22根钢绞线全部整束张拉至15％Ｐ控制应力，再张拉至50％Ｐ并记录下各应力对应的伸长量。再张拉到设计张拉力，记录此阶段的钢束伸长量L2。为保证两端同时张拉的同步，可将此阶段的张拉分级为75％Ｐ、85％Ｐ、100％Ｐ进行张拉，即两端同时达到分级张拉力后，再同时进行下一级的张拉，直至设计张拉力。
各阶段张拉力和伸长值对应表
各阶段张拉力
15％Ｐ
50％Ｐ
75％Ｐ
85％Ｐ
100％Ｐ
对应张拉力（T）
30.4
101.3
151.9
172.1
202.5
对应伸长值（㎜）
88.8
296
444
503
592

3．3．3．5、伸长量的校核
实测伸长值的误差若超出规范规定，应查明原因后，方可继续张拉，张拉分级的各阶段也应进行伸长值校核，以便尽早发现问题，尽早解决问题。
3．3．3．6、钢束锚固
张拉完成后，双控数值张拉力和伸长量均符合要求后，即可对钢束进行锚固。锚固时，先将OVMXG.T15-22锚板的夹片均匀安装好，然后通过油压板和压紧装置，用扳手人工将夹片压入锚板内，达到锚固目的。
3．3．3．7调整张拉力
张拉完全部系杆后，应对全部系杆进行调整和测试，此阶段调整后，最后的锚固应用螺母锚固，这种锚固的形式回缩量小，锚固更为可靠。
4、系杆锚头施工
对锚头部位的防腐处理十分重要，应严格按照设计和钢束生产厂家的要求进行防腐处理。自锚部分的环氧砂浆灌注应饱满，强度不小于M40。锚具部分的防护罩应密封良好，保证防腐油脂不因时间长而产生稀释等造成防腐能力的下降。
4．1、环氧树脂砂浆配合比
环氧树脂砂浆具有良好的振动和易性、强度高、粘结力强、耐腐蚀、防水等性能，但是施工难度较大，且在很短的时间内就固化，经过多次实验掌握了固化时间和配合比。
环氧树脂
丙酮
二丁脂
乙二胺
水泥
石英砂
1
0.15
0.125
0.07
1.5
1

4．2、环氧树脂砂浆配制及压注
首先按比例将环氧树脂、丙酮、二丁脂、乙二胺、水泥、石英砂用量精确称重。将环氧树脂放入大体积容器里，先将已称好的丙酮放入容器内与环氧树脂均匀搅拌，再次放入二丁脂均匀搅拌，最后放入固化剂乙二胺，搅拌均匀后，放入水泥，水泥与环氧树脂搅拌完全融合后，最后放入石英砂，搅拌均匀后，可以进行下一道工序。
将搅拌好的环氧树脂放入压浆设备内,输出塑管插入灌浆孔,均匀压入锚头内,当出浆孔涌出浆时将出浆孔塞住。
4．3、注意事项
环氧树脂需加热时，允许加热在40℃以内。
压浆时环氧树脂必须放在阴凉处或覆盖，保持其常温。
.环氧树脂搅拌均匀后，必须在40分钟内完成压浆防止环氧树脂凝固。
压浆后立即清洗机械工具，保持机械整洁。
石英砂必须采用洁净的，并且要加热使其干燥。
5、系杆的安装要求
严格施工工序间管理和监控，施工人员需具备系杆拉索施工技术素质，掌握其施工工艺;
必须保证足够的安装及张拉空间，安装时不得磕碰敲击损坏锚具，不得损坏拉索的材质；
预埋管道畅通光滑，避免在使用中擦伤钢绞线；
精确计算下料长度，严格控制剥除PE长度。避免钢绞线散开转角不当造成夹片锚固失效；对可换索系杆应严格控制代PE的系杆索拉进入延长筒的长度，保障在延长筒内有足够的握裹长度；
张拉端和固定端裸露钢绞线部分应做好清除油脂处理，尤其对需灌浆形式的系杆，必须保证钢绞线表面无油污，以避免影响握裹力；
锚具应保持清洁，不得附着影响其锚固性能的物质。安装前夹片外锥面或锚板锥孔内壁应均匀涂覆退锚灵；
保证钢绞线与锚具单元孔位对应，夹片与锥孔配合精确，夹片与钢绞线咬合均匀，夹片端面平齐，两片端面不平度要求小于0.5mm，锚具最低使用应力要求大于0.1σb，应力上限可达0.5~0.6σb，每张拉完一级都应上紧放松装置。
封锚前应根据防腐罩长度和锚头长度确定钢绞线预留长度为350㎜，保证在以后的维修中更换钢束所必需的张拉长度。用砂轮切割机整齐切出相应的多余钢绞线，不可采用火焰切割。
6、系杆施工时的注意事项
张拉前编制详细的施工方案及措施。对操作工人进行交底。使每个人都掌握张拉技术知识和注意事项，保证张拉工作顺利进行。
对拱肋加载应与系杆张拉同步进行，施工中严格控制主墩的水平位移以确保安全，施工时严格按设计监控程序进行。
张拉作业时，必须有专业技术人员到场，详细做好张拉记录。操作千斤顶和测量伸长值的人员，站在千斤顶侧面操作严格遵守操作规程。每次张拉完毕后，必须检查端部和其他部位是否有裂缝以及在预应力钢筋上做好标记。压环氧砂浆前仔细检查，预应力钢筋是否有回缩或断丝现象。钢绞线在使用前对其强度、引伸量、弹性模量、外形尺寸及初始应力进行严格检查、测试、锚头进行裂缝检查，夹片进行硬度检查。
张拉操作要认真做到三对中，即孔道、锚具、千斤顶对中，一慢二快，即大缸进油慢，对中找平动作快。两端同时张拉，分级逐步加载，每拉一级要观察有无滑移、断丝现象，出现异常立即查找原因，问题解决后方可继续张拉。
预应力张拉场地立明显标志牌，非工作人员不可随意进入张拉现场，张拉过程中张拉前方不准有人员通过，防止钢绞线断裂，发生穿射，张拉人员要站在千斤顶侧面，不可面向或背向千斤顶张拉。
张拉过程中，操作人员佩带好防护面具，防止油泵漏油射伤眼睛。
7．经验总结
环氧树脂砂浆施工难度较大，采用自制液压环氧树脂压浆机，并且实验总结的环氧树脂砂浆性能和配合比使系杆冷铸锚头施工比较顺利，且达到设计要求。
系杆安装和张拉施工实践证明技术方案可行、经济、简便快捷，安全可靠。

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