城市立交橋鋼-砼組合箱梁體外預(yù)應(yīng)力束施工技術(shù)

城市立交橋鋼-砼組合箱梁體外預(yù)應(yīng)力束施工技術(shù)0前言近年來，福州市市政建設(shè)項目中涌現(xiàn)出一批以鋼—砼組合梁作為上部結(jié)構(gòu)的立交橋。結(jié)合市政工程大多地處市區(qū)的特點，鋼-砼組合梁體系在施工過程中有效節(jié)省支（拆）模板工程量及縮小其臨時支承體系的占地面積，從而在縮短施工周期的同時極大減小對周邊道路交通的影響，因此呈現(xiàn)出越來越廣泛的應(yīng)用趨勢。然而，城市立交橋不僅需要實現(xiàn)自身使用功能外，還應(yīng)具備較好的跨越能力，在鋼—砼組合箱梁內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力體外束可有效提高橋梁承載力、增加其跨度，同時在橋梁投入使用后還具有可更換等優(yōu)點，故有較好的經(jīng)濟及社會效益。本文結(jié)合福州市某立交工程（下文簡稱“本項目”）鋼-砼組合梁段施工著重介紹預(yù)應(yīng)力體外束主要構(gòu)成、施工工藝及方法。1工程概況本項目橋梁工程位于城市現(xiàn)狀環(huán)線上，主跨跨越的道路為進出城市的主干道，橋梁所在環(huán)線與所跨道路呈平面十字交叉，交通量大，交通條件較為復(fù)雜。根據(jù)設(shè)計圖紙，該橋梁分為4聯(lián)共有11跨，其中4-7跨為一聯(lián)并位于主干道上方，為了最大程度減小對橋下路口的交通影響，采用鋼-砼組合梁結(jié)構(gòu)。該聯(lián)共3跨，為雙室箱梁，與橋下道路凈空均大等于5m，梁高1.8m，總長度近100m，其中最長跨徑梁長約42m。全聯(lián)于每個鋼結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)設(shè)置兩束體外預(yù)應(yīng)力束（一座橋共4束），束長約93m，單箱室橫剖面距鋼結(jié)構(gòu)箱體兩側(cè)面往箱室中心線方向0.35m處布置，縱剖面一般根據(jù)正負彎矩變化呈波浪形布置（具體應(yīng)遵循設(shè)計圖紙要求布置），橋面板為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋砼板與鋼結(jié)構(gòu)箱體通過剪力釘同現(xiàn)澆橋面板結(jié)合為整體。本項目采用標準強度為1860MPa高強低松弛、內(nèi)涂防腐油脂、雙層HDPE護套的OVM.TSK體外預(yù)應(yīng)力成品束體系，張拉采用智能張拉設(shè)備配以懸浮張拉千斤頂組合進行施工。2體外預(yù)應(yīng)力體系主要構(gòu)成本項目，體外預(yù)應(yīng)力束體系設(shè)置在鋼-砼組合箱梁的鋼結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)，其體系主要構(gòu)成有：①體外預(yù)應(yīng)力鋼束、外包層；②體外預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)；③體外預(yù)應(yīng)力鋼束的轉(zhuǎn)向裝置；④體外預(yù)應(yīng)力體系的防腐系統(tǒng)；⑤體外預(yù)應(yīng)力體系的減振裝置等。本項目采用OVM.TSK體外預(yù)應(yīng)力鋼束，圖1為其基本組成示意圖。圖1OVM體外預(yù)應(yīng)力體系示意圖2.1體外預(yù)應(yīng)力鋼束、外包層OVM.TSK體外預(yù)應(yīng)力成品鋼束其PC鋼絞線外包層依次有環(huán)氧噴涂層、防腐油脂層、內(nèi)層HDPE護管、高烯聚酯帶、外層HDPE護管。其中環(huán)氧噴涂鋼絞線是采用高壓靜電噴涂法將環(huán)氧樹脂粉末噴射于鋼絞線上，然后加熱熔融、固化、冷卻，從而在鋼絞線表面形成一層致密的環(huán)氧涂膜，具有低氧滲透性、良好的化學穩(wěn)定性及及溫度穩(wěn)定性、對金屬材質(zhì)的附著性良好、較強抗陰極分解、良好的耐曲折度、較強抗沖擊性及耐磨性。同時，HDPE護管必須考慮其強度、耐久性、水密性、工作性和作業(yè)性，護管在使用及向其注入防腐油脂時必須不發(fā)生變形及破壞。2.2體外預(yù)應(yīng)力鋼束的轉(zhuǎn)向裝置體外預(yù)應(yīng)力鋼束縱剖面方向應(yīng)按設(shè)計圖紙施工，一般根據(jù)正負彎矩變化呈波浪形布置，須在跨中及墩頂?shù)绒D(zhuǎn)角位置設(shè)置轉(zhuǎn)向器和外套鋼管（外套鋼管應(yīng)準確牢固焊接于鋼箱橫隔板預(yù)留孔處使之成為整體。一般為抵抗張拉體外束時產(chǎn)生的預(yù)壓力，張拉端應(yīng)設(shè)置鋼—砼組合橫梁，即在鋼結(jié)構(gòu)橫梁箱體腔內(nèi)進行鋼筋綁扎并灌注水泥混凝土。2.3體外預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)體外預(yù)應(yīng)力鋼束顧名思義位于橋梁梁板結(jié)構(gòu)的外部，僅在錨固端和轉(zhuǎn)向處可能與結(jié)構(gòu)向粘結(jié)，可想而知其錨固系統(tǒng)的重要性。本項目所采用的OVM.TSK15-19錨固系統(tǒng)大致組成有：①保護罩；②工作夾片；③工作錨板；④錨杯；⑤螺母；⑥錨墊板；⑦螺旋筋；⑧密封桶；⑨密封裝置；⑩預(yù)埋管。2.4體外預(yù)應(yīng)力體系的減振裝置因車輛通行等因素會引起結(jié)構(gòu)與鋼束產(chǎn)生振動，如果體外預(yù)應(yīng)力鋼束的振動頻率與整個結(jié)構(gòu)的振動頻率相近時，就可能出現(xiàn)共振，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。為保證結(jié)構(gòu)安全，必須在適當?shù)奈恢冒惭b減振裝置，使體外預(yù)應(yīng)力鋼束減振，以避免兩者發(fā)生共振。3體外預(yù)應(yīng)力體系施工技術(shù)3.1體外預(yù)應(yīng)力體系施工流程①施工準備→②焊接外套鋼管、置入轉(zhuǎn)向器、并填塞外套鋼管與轉(zhuǎn)向器兩端縫隙→③體外預(yù)應(yīng)力鋼束穿束→④灌注外套鋼管與轉(zhuǎn)向器之間砂漿→⑤張拉體外束→⑥安裝轉(zhuǎn)向器與體外束之間的密封橡膠板→⑦壓注體外束與轉(zhuǎn)向器之間反腐油脂→⑨錨頭防腐及安裝保護罩3.2體外預(yù)應(yīng)力體系施工工藝3.2.1施工準備（1）施工機具準備應(yīng)根據(jù)施工進度及按照相關(guān)要求對擬進場配套完整的張拉設(shè)備、千斤頂、儀表及壓漿設(shè)備進行檢修，并送至經(jīng)國家授權(quán)的法定計量技術(shù)機構(gòu)進行校準，且嚴格遵循“配套校準，配套使用”的原則。對于穿束等機具，應(yīng)采用起吊設(shè)備吊運到橋上適當?shù)奈恢们矣枰园惭b，并對其進行試運行，確作業(yè)正常進行。（2）體外預(yù)應(yīng)力鋼束及錨具進場復(fù)檢預(yù)體外應(yīng)力成品束進場時，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定認真檢查其質(zhì)量證明證書、規(guī)格尺寸、外觀、出廠合格證、包裝等項目，并在監(jiān)理單位見證下取樣送至有相應(yīng)資質(zhì)的檢測單位進行復(fù)檢，檢驗要求如下：①成品束HDPE護套滿足《斜拉橋用熱擠聚乙烯高強鋼絲拉索》GB/T18365-2018的要求；②錨具、夾片必須與體外預(yù)應(yīng)力成品束相配套，進場前，須檢查是否有出廠合格證和質(zhì)量證明書、型號、規(guī)格、數(shù)量，并通過檢測確定其錨固性能、疲勞錨固性能符合相關(guān)規(guī)范（《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ92-2016）。（3）人員安全技術(shù)交底應(yīng)有針對性地對各工種作業(yè)人員進行安全技術(shù)交底，形成書面文件并歸檔，尤其應(yīng)對預(yù)應(yīng)力操作人員進行培訓(xùn)使其掌握相關(guān)知識和正確的操作方法，并經(jīng)考核合格后方可上崗。3.2.2焊接外套鋼管、置入轉(zhuǎn)向器、并填塞外套鋼管與轉(zhuǎn)向器兩端縫隙為保證焊接質(zhì)量一般在預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)箱體時完成外套鋼管焊接工作，但也可以根據(jù)實際情況在現(xiàn)場焊接安裝。因體外預(yù)應(yīng)力鋼束根據(jù)正負彎矩變化呈波浪形布置，所以轉(zhuǎn)向器基本位于正負彎矩最大處（即跨中和墩柱位置），因此外套鋼管須準確定位并牢固焊接在鋼結(jié)構(gòu)箱體橫隔板預(yù)留孔處，然后清理外套鋼管內(nèi)的雜物并清潔，將對應(yīng)的轉(zhuǎn)向器置入其中，兩端空隙用橡膠板緊密填塞并預(yù)留注漿孔及溢漿、排氣孔，同時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向器的位置，確保其位置符合設(shè)計要求，以保證其整體強度、剛度、整體性。3.2.3體外預(yù)應(yīng)力鋼束穿束為防止停工待料，應(yīng)結(jié)合施工進度計劃及按設(shè)計要求提早與向廠家預(yù)定體外預(yù)應(yīng)力成品束。為更好控制穿束，避免預(yù)應(yīng)力束發(fā)生扭曲、交錯盤結(jié)，穿束作業(yè)應(yīng)先于箱梁砼面板施工。體外預(yù)應(yīng)力成品束進場后，吊運至適當位置，采用已就位的卷揚機及滑輪組進行穿束，成品束不得在無保護狀態(tài)下在地面拖行，應(yīng)避免成品束外層HDPE護套與地面及尖銳摩擦碰撞導(dǎo)致?lián)p壞。體外預(yù)應(yīng)力鋼束穿入錨頭錨具前應(yīng)在剝離成品束HDPE護套等外包層露出鋼絞線后予以編號，防止鋼束在埋頭附近扭絞。3.2.4灌注外套鋼管與轉(zhuǎn)向器之間砂漿（1）壓漿材料本項目灌漿材料為40#水泥漿，水泥采用強度不低于42.5普通硅酸鹽水泥，按設(shè)計要求，嚴格按照配合比報告控制水灰比及添加膨脹劑、減水劑等外加劑，使其流動性好、縮量小、強度等性能符合設(shè)計要求。（2）外套鋼管與轉(zhuǎn)向器間壓漿外套鋼管與轉(zhuǎn)向器之間的孔道兩端應(yīng)預(yù)留灌漿孔、排氣孔，嚴格控制壓漿壓力（一般為0.4MPa～0.5MPa），壓漿孔應(yīng)設(shè)于較低一端，水泥漿應(yīng)從較高一端排氣孔溢出，壓漿過程應(yīng)均勻連續(xù)進行，不得中斷。3.2.5張拉體外束一般順橋長向敷設(shè)的體外預(yù)應(yīng)力鋼束長度較長，且采用兩端張拉，但是鋼束延伸量往往大于千斤頂單次行程，所以張拉施工時須進行分級張拉才使之達到設(shè)計要求，為防止分級張拉時工作夾片反復(fù)咬合鋼絞線損壞附著在鋼絞線上的環(huán)氧涂層及夾片物理性能，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，因此張拉作業(yè)采用懸浮千斤頂，即在千斤頂增加一套前工具錨及支架，在千斤頂與錨板間設(shè)限位板。在每次張拉時后工具錨夾片處于放松狀態(tài)，在完成一個行程回油時后工具錨夾片鎖緊鋼絞線，多次倒頂，直到張拉到設(shè)計要求。由于限位板的作用，張拉過程中，工作錨夾片不會進入錨孔，這樣在回油倒頂時，工作錨夾片不會咬合鋼絞線，工作錨夾片始終處于“懸浮”狀態(tài)，在張拉到位后，旋緊定位板的螺母，壓緊夾片，隨后千斤頂回油放張，使工作夾片錨固鋼絞線。體外預(yù)應(yīng)力束張拉采用雙控，即以應(yīng)力控制方法張拉，以伸長值進行校核，實際伸長值與理論伸長值的差值應(yīng)符合設(shè)計要求。若設(shè)計無規(guī)定時，兩者差值應(yīng)控制在±6%內(nèi)，否則應(yīng)停止張拉，待查明原因并采取措施后，方可繼續(xù)張拉。3.2.6安裝轉(zhuǎn)向器與體外束之間的密封橡膠板施工方法與4.3所述較為相似，不再贅述。3.2.7壓注體外束與轉(zhuǎn)向器之間反腐油脂壓注前先對孔道進行清潔，應(yīng)從兩端相對較低一端注入，緩慢、均勻地連續(xù)進行不得中斷，待另一均勻端溢出潔凈油脂后持荷一分鐘可進行封堵。3.2.8錨頭防腐及安裝保護罩用壓注泵向保護罩內(nèi)灌注反腐油脂，保護罩內(nèi)油脂要飽滿，同時向外露鋼絞線涂刷反腐油脂，后將保護罩安裝于錨頭處。4結(jié)束語在本項目中，主跨采用鋼-砼組合梁配以體外預(yù)應(yīng)力的施工，在縮短工期及減小對橋下路口交通影響等方面得到社會各方面的認可。其中，體外預(yù)應(yīng)力體系能有效增加橋梁的跨度和提高橋梁的承載能力，從而使橋墩布置更加靈活、合理，特別適合用于本已非常擁堵的鬧市區(qū)，或跨越大交通流量道路的橋梁，對于城市高架道路和輕軌快速交通工程有著重大的意義。另外，體外預(yù)應(yīng)力體系已廣泛使用到舊橋的補強、加固中，對于已經(jīng)投入使用多年的