CN104328744B - 一种地锚式悬索桥锚碇钢拉杆锚固系统施工方法 - Google Patents

Abstract

一种地锚式悬索桥锚碇钢拉杆锚固系统施工方法，包括步骤锚碇混凝土分层、分块，锚锭基础平面分成四块，分层高度控制为2m；定位钢支架施工；高强钢拉杆安装；混凝土浇筑；钢拉杆张拉；高强钢拉杆的孔道注浆。不但避免了预应力钢绞线的经久耐用性差的问题，而且避免了钢构件吨位使用过大的问题，有效的保证了结构的使用周期，节约了施工成本。

Description

一种地锚式悬索桥锚碇钢拉杆锚固系统施工方法

技术领域

本发明涉及一种地锚式悬索桥锚碇钢拉杆锚固系统施工方法。

背景技术

近年来国内对桥梁的使用及经济效果要求越来越高，城市桥梁设计及施工工艺积极响应四新技术，目前国内悬索桥锚固系统一般分为两大类，一类为型钢锚固体系，一类为预应力钢绞线锚固体系两种类型。型钢锚固体系具有不需要后期养护，但总体用钢量大，经济型较差；而预应力钢绞线锚固体系用钢量小，布置较为灵活，但该锚固体系耐久性较差。

型钢锚固体系具有不需要后期养护，但总体用钢量大，经济性较差；型钢锚固体系是在砼浇筑前直接进行空间定位即可，后期与主缆通过相应的连接装置连接，安装过程中由于型钢锚固体系较重，对提升设备及支架要求相当高，提升设备投入及支架材料投入较大，经济性较差。

预应力钢绞线锚固体系用钢量小，布置较为灵活，但该锚固体系耐久性较差；预应力锚固体系在砼浇筑前通过相应的支撑体系进行固定，由于预应力有相对的柔性，所以定位起来难度较大。且预应力由于张拉质量要求较高，用相应的油脂或压浆料进行防护，相对耐久性较差。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种地锚式悬索桥锚碇钢拉杆锚固系统施工方法，不但避免了预应力钢绞线的经久耐用性差的问题，而且避免了钢构件吨位使用过大的问题，有效的保证了结构的使用周期，节约了施工成本。

实现上述目的而采取的技术方案，包括步骤；

1）锚碇混凝土分层、分块，锚锭基础平面分成四块，分层高度控制为2m；

2）定位钢支架施工，锚固钢拉杆定位的方向需与其对应的索股方向一致，拉杆方向误差用球面螺母予以调整，钢拉杆安装时，需要先在混凝土浇筑前搭设定位型钢支架，支架完成后通过放样，在支架上固定钢拉杆来保证其安装精度，钢拉杆定位支架的型钢骨架采用L100*100*10mm角钢，片架采用L63*63*6mm角钢组成，分层施工定位钢支架，即每次浇筑2m混凝土，钢支架向上接长一层，保证在2m厚度混凝土内的钢拉杆能顺利安装即可；

3）高强钢拉杆安装，高强钢拉杆定位前，将后锚头处钢拉杆与螺旋筋、钢垫板、固定螺母、密封罩、锚固钢筋组装成一个整体后一次吊装到位，将钢拉杆进行编号，编号数据从1#-91#号，选取后锚面沿中心线位置往前1m、8m及20m的位置作为测量控制位置，计算出每根钢拉杆从后锚垫板至测量控制点距离，并将成果装订成册供现场使用，安装前将每根钢拉杆在控制位置采用记号笔刻画一条环向标记线，通过全站仪定位出钢拉杆两个控制点，即完成轴线位置定位，并根据其设计标高测量，在该标高位置焊接支撑角钢，采用塔吊将钢拉杆吊装就位使标记线与放样控制点重合，再次为钢拉杆进行位置复核，如发生偏差，进行微调后即可完成测量定位，采用φ16钢筋将钢拉杆通过“井”字型定位于水平角钢上，防止钢拉杆发生位置变化，锚碇混凝土施工完成后进行主缆安装，主缆与钢拉杆之间通过连接垫板进行转换连接，在钢拉杆每层锚垫板安装时，通过定位其高层，在方形锚垫板底部固定一条横向水平角钢，锚垫板安装时，将锚垫板底边直接卡在角钢槽口内；

4） 混凝土浇筑，钢拉杆定位完成后，完善钢筋绑扎及模板安装，对钢拉杆锚下钢筋网片加强绑扎；

5）钢拉杆张拉，锚固钢拉杆张拉包括单根张拉、安装撑脚、安放千斤顶、安装工具螺母、油泵及油表安装、分级张拉、读数、卸荷、千斤顶回程、拆除张拉设备、下根张拉；

6）高强钢拉杆的孔道注浆，锚碇钢拉杆张拉后，在保护罩与锚垫板接合处垫上密封垫片，用板手拧紧保护罩螺栓，按要求安装保护罩及灌浆连接件，用压缩空气试通整个孔道，准备注浆用设备及材料。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

1）本工程锚固应用四新技术，首次采用新材料40CrNiMoA合金钢，保证了施工质量，节约了施工成本；

2）、锚固体系设计线型为三维空间斜椎体，结合定位支架设计，利用三维空间坐标定位法，确保了施工线型；

3）、锚垫板位置利用定位工装，确保后锚面整体锚垫板线型。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明中锚固钢拉杆结构示意图；

图2为本发明施工工艺流程示意图；

图3为本发明中锚锭基础及锚锭分块示意图；

图4为本发明中锚锭结构分层浇筑顺序图；

图5为本发明中钢拉杆安装框架示意图；

图6为本发明中钢拉杆控制测量面示意图；

图7为本发明中锚垫板水平固定方法示意图；

图8为本发明中张拉组件安装示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，包括步骤；

1）锚碇混凝土分层、分块，锚锭基础平面分成四块，分层高度控制为2m，如图3所示；

2）定位钢支架施工，锚固钢拉杆定位的方向需与其对应的索股方向一致，拉杆方向误差用球面螺母予以调整，钢拉杆安装时，需要先在混凝土浇筑前搭设定位型钢支架，支架完成后通过放样，在支架上固定钢拉杆来保证其安装精度，钢拉杆定位支架的型钢骨架采用L100*100*10mm角钢，片架采用L63*63*6mm角钢组成，分层施工定位钢支架，即每次浇筑2m混凝土，钢支架向上接长一层，保证在2m厚度混凝土内的钢拉杆能顺利安装即可；

3）高强钢拉杆安装，高强钢拉杆定位前，将后锚头处钢拉杆与螺旋筋、钢垫板、固定螺母、密封罩、锚固钢筋组装成一个整体后一次吊装到位，将钢拉杆进行编号，编号数据从1#-91#号，选取后锚面沿中心线位置往前1m、8m及20m的位置作为测量控制位置，计算出每根钢拉杆从后锚垫板至测量控制点距离，并将成果装订成册供现场使用，安装前将每根钢拉杆在控制位置采用记号笔刻画一条环向标记线，通过全站仪定位出钢拉杆两个控制点，即完成轴线位置定位，并根据其设计标高测量，在该标高位置焊接支撑角钢，采用塔吊将钢拉杆吊装就位使标记线与放样控制点重合，再次为钢拉杆进行位置复核，如发生偏差，进行微调后即可完成测量定位，采用φ16钢筋将钢拉杆通过“井”字型定位于水平角钢上，防止钢拉杆发生位置变化，锚碇混凝土施工完成后进行主缆安装，主缆与钢拉杆之间通过连接垫板进行转换连接，在钢拉杆每层锚垫板安装时，通过定位其高层，在方形锚垫板底部固定一条横向水平角钢，锚垫板安装时，将锚垫板底边直接卡在角钢槽口内；

4） 混凝土浇筑，钢拉杆定位完成后，完善钢筋绑扎及模板安装，对钢拉杆锚下钢筋网片加强绑扎；

5）钢拉杆张拉，锚固钢拉杆张拉包括单根张拉、安装撑脚、安放千斤顶、安装工具螺母、油泵及油表安装、分级张拉、读数、卸荷、千斤顶回程、拆除张拉设备、下根张拉；

6）高强钢拉杆的孔道注浆，锚碇钢拉杆张拉后，在保护罩与锚垫板接合处垫上密封垫片，用板手拧紧保护罩螺栓，按要求安装保护罩及灌浆连接件，用压缩空气试通整个孔道，准备注浆用设备及材料。

实施例

本发明公开了一种地锚式悬索桥锚碇钢拉杆锚固系统的施工方法，在保证结构施工质量的前提下，首次选用40CrNiMoA合金钢作为锚固系统钢拉杆的主要构件，不但避免了预应力钢绞线的经久耐用性差的问题，而且避免了钢构件吨位使用过大的问题，有效的保证了结构的使用周期，节约了施工成本。同时在钢拉杆定位施工过程中，由于钢拉杆安装设计线型的独特性，首次根据空间三维坐标定位出钢拉杆的基线，再根据基线与钢拉杆定位支架的交点坐标，反算出钢拉杆锚固点到交点间的距离，安装时根据反算出的距离定位好锚固点位置即可。在钢拉杆锚固点锚垫板的安装过程中，由于锚垫板重量较大，定位较为困难，安装时利用定位工装有限的控制了整个后锚面锚垫板的线型，本方法确保了施工质量，缩短了施工工期，节约了施工成本。

通过方案的研究、比选及专家论证，采用40CrNiMoA合金钢作为锚固体系选用的材料，设计角钢定位支架作为锚固体系的下部支撑结构，定位采用三维空间坐标控制。确保本桥锚固体系的施工质量。

1. 施工工艺流程及操作要点

1.1 锚固系统构造

锚固系统由索股锚固连接构造和钢拉杆锚固构造组成。索股锚固连接构造由连接拉杆组件、连接器组成；锚固构造由锚固钢拉杆、后端锚固承压板、前端转换螺母等构成。索股锚固连接构造上端与索股锚头相连接，另一端与锚固钢拉杆连接。而钢拉杆作为锚固构造的重要部分，其预埋在混凝土内，将主缆拉力传递给锚碇，如图1所示。

1.2 工艺流程

锚固体系施工工艺流程如图2所示。

1.3 主要施工方法和操作要点

1.3.1 锚碇混凝土分层、分块方法

锚体的锚块、前锚室底座及基础属大体积混凝土结构，混凝土浇筑采取平面分块竖向分层的方法。锚锭基础平面分成四块，分层高度控制为2m。有效控制混凝土热量释放，减小混凝土裂缝产生，如图3、图4所示。

1.3.2定位钢支架施工

锚固钢拉杆定位的方向需与其对应的索股方向一致，拉杆方向误差用球面螺母予以调整，因此，钢拉杆定位精度直接决定后续主缆安装精度。钢拉杆安装时，需要先在混凝土浇筑前搭设定位型钢支架，支架完成后通过放样，在支架上固定钢拉杆来保证其安装精度。本工程钢拉杆定位支架的型钢骨架采用L100*100*10mm角钢，片架采用L63*63*6mm角钢组成，既能满足施工要求，又能最大限度节约材料，如图5所示。

为便于钢拉杆吊装，根据每层浇注混凝土浇筑高度情况，分层施工定位钢支架，即每次浇筑2m混凝土，钢支架向上接长一层，保证在2m厚度混凝土内的钢拉杆能顺利安装即可。定位钢支架安装过程如下：

①、为加强钢支架竖向型钢的稳定性，锚碇垫层混凝施工前，在支架立柱位置预埋30*30*1cm钢板。垫层施工完成后，将定位钢支架竖向角钢固定焊接于预埋钢板上。在每层2m混凝土对应需要预埋钢拉杆高度内，安装竖向角钢立柱，一般每层安装2-3层钢拉杆。

②角钢立柱焊接完成后，测量定位钢拉杆高程，并在相应位置焊接L100*100*10mm角钢横向支撑。顺桥向及斜向连接系采用L63*63*6mm角钢焊接。

③、进行相应层高强钢拉杆的安装，该层钢拉杆安装完成后，进行上层横向水平型钢安装。横向水平型钢安装时要求低于钢拉杆5mm，避免钢拉杆安装偏高时没有下调空间。

④、定位钢支架及钢拉杆安装完成后，结合锚碇混凝土的施工进度，适时的接高上层的钢支架。

1.3.3 高强钢拉杆安装

高强钢拉钢定位前，将后锚头处钢拉杆与螺旋筋、钢垫板、固定螺母、密封罩、锚固钢筋组装成一个整体后一次吊装到位。钢拉杆各构件组装成一个整体后，将钢拉杆进行编号，编号数据从1#-91#号。

为方便测量及安装完成后对位置进行复核，选取后锚面沿中心线位置往前1m、8m及20m的位置作为测量控制位置。根据该理论控制位置，计算出每根钢拉杆从后锚垫板至测量控制点距离，并将成果装订成册供现场使用。安装前将每根钢拉杆在控制位置采用记号笔刻画一条环向标记线，如图6所示。

通过全站仪定位出钢拉杆两个控制点，即完成轴线位置定位，并根据其设计标高测量，在该标高位置焊接支撑角钢，采用塔吊将钢拉杆吊装就位使标记线与放样控制点重合，再次为钢拉杆进行位置复核，如发生偏差，进行微调后即可完成测量定位。采用φ16钢筋将钢拉杆通过“井”字型定位于水平角钢上，防止钢拉杆发生位置变化。

钢拉杆压浆施工理论上为从锚固端向张拉端压浆（从底端向高端），但本工程钢拉杆锚固端最大埋深为20m，最小埋深为4.2m，如从锚固段接出锚碇顶面，进浆管道需要接长多次，多次连接给管道堵塞带来较大隐患，同时浪费大量的管材。为方便后续钢拉杆压浆施工，每两根钢拉杆锚固端出浆口采用钢管连接，使每两根钢拉杆内形成一个压浆循环。

锚碇混凝土施工完成后进行主缆安装，主缆与钢拉杆之间通过连接垫板进行转换连接，因主缆前锚头保持水平安装，需要将连接垫板安装时确保其水平安装，因此，在钢拉杆每层锚垫板安装时，通过定位其高层，在方形锚垫板底部固定一条横向水平角钢，锚垫板安装时，将锚垫板底边直接卡在角钢槽口内，如图7所示。

1.3.4 混凝土浇筑

钢拉杆定位完成后，完善钢筋绑扎及模板安装，对钢拉钢锚下钢筋网片加强绑扎质量，确保后续钢拉杆张拉质量。

1.3.5钢拉杆张拉

锚固钢拉杆张拉工艺流程：单根张拉、安装撑脚、安放千斤顶、安装工具螺母、油泵及油表安装、分级张拉、读数、卸荷、千斤顶回程、拆除张拉设备、下根张拉。

采用 GLG85-YHQ-ZL.0 φ85 高强钢拉杆张拉组件作为高强钢拉杆锚固系统的张拉装置，GLG85-YHQ-ZL.0 张拉组件包含张拉杆、张拉螺母、张拉千斤顶、螺母扭紧扳手和张拉配套撑脚等主要部件，其结构简图如图8所示。

锚碇系统φ85 高强钢拉杆的张拉时，先安装球形垫板和旋紧工作螺母，装入张拉组件，注意撑脚与高强钢拉杆轴线一致，然后安装张拉杆（安装张拉杆前，要求每根高强钢拉杆做好与杆体端面的标记线，标记长度为 190mm，确保张拉杆安装到位）旋紧至高强钢拉杆，再旋紧张拉 螺母至千斤顶张拉槽口端面，准备张拉。

YCW400B 千斤顶和 ZB4-500B 油泵配套标定，张拉油表采用 0.4 级 防震精密油表。所有高强钢拉杆的张拉采用张拉力与伸长值双控，高强钢拉杆张拉达到设计吨位时，其实际张拉伸长值与理论伸长值之间的允许误差控制在±6%之内。在张拉过程中，一边张拉通过扭紧扳手旋紧工作螺母，张拉达到设计吨位后，通过扭紧扳手锁定工作螺母。千斤顶缓慢卸载后，张拉结束。拆卸张拉杆，做好下一根高强钢拉杆的张拉准备。扭紧扳手需要用长度 1 米、规格为DN40的无缝钢管作为加长杆方可使用。

（1）安装张拉撑脚，应与前端工作锚具对正一致，不得使张拉设备倾斜或者存在角度。

（2）连接千斤顶油管，接油表，接油泵电源；

（3）开动油泵，将千斤顶活塞来回打出几次，以排出可能残存于千斤顶缸体中的空气。

张拉采用在前锚面一端张拉，张拉顺序为对称进行张拉。用双控法控制，即以控制应力为主，应变（伸长值）作为校核，若钢拉杆的伸长值与计算值超过±6%，应暂停张拉，查明原因，并采取措施调整后，方可继续张拉。

锚固钢拉杆采取一端张拉（前锚面作为张拉端）。张拉顺序安排：单幅锚碇，从中间排开始，第一台千斤顶从上依次往下张拉，第二台千斤顶从下依次往上张拉，张拉完中间排钢拉杆后，再由低排水平往上张拉，张拉完水平一排再往上移张拉另一排。张拉采取同步、对称。千斤顶加荷应均匀递增，同步2台机具张拉力尽量一致。

根据设计单位给出的锚固区钢拉杆250吨的张拉力，在进行钢拉杆张拉时分级进行，总共分2级进行张拉，首先钢拉杆进行张拉预紧，然后检查有无问题，是否需要进行调整，确定无误后开始进行第一级张拉，张拉到100吨张拉力，待2个张拉点都到达100吨张拉力时，再进行第二级张拉，第二级张拉到250吨张拉力，即张拉到最终的设计单位所给出张拉力250吨。

依据加载顺序加载，密切注意构件有无异常变化，如遇异常情况，立即停止施工并向有关单位通报，直到查明原因，排除隐患方可继续施工，张拉时，操作人员要控制好加载速度，给油平稳，持荷稳定，测量人员要认真记录各项数据，及时校核施工成果，满足要求后方可拆除设备准备下一束的张拉施工。

钢拉杆张拉理论伸长量的计算根据胡克定律，Δx=F*L/E*s，其中F代表设计张拉力2500KN，L代表钢拉杆长度，全部钢拉杆长度都为21.323m，钢拉杆的弹性模量E为2*105mpa，钢拉杆的公称截面积为56.72cm2。所以根据公式可以计算出钢拉杆张拉理论伸长量为4.699cm。

预应力张拉采用“双控”，即张拉力控制和伸长值校验，实测伸长值和理论伸长值误差应控制在±6%范围内。

1.3.6高强钢拉杆的孔道注浆：

锚碇钢拉杆张拉后，在保护罩与锚垫板接合处垫上密封垫片，用板手拧紧保护罩螺栓。按要求安装保护罩及灌浆连接件，用压缩空气试通整个孔道，准备注浆用设备及材料。

高强钢拉杆的孔道注浆通过张拉端锚固系统的密封罩注浆连接管采用从孔道上部向下注浆的灌浆方式。施工中在固定端通过注浆管将相连两根预埋钢管连通，单根钢拉杆注浆时，从下张拉端注浆，然后通过注浆连接管让2根预埋钢管都灌满水泥浆。安装灌浆组件，先用空压机压入空气，确保整个管道畅通，启动注浆泵，当注浆泵输出浆体达到要求的稠度时，将泵的输送管接到一根张拉端保护罩注浆连接管的引出管上，开始灌浆。当另外一根钢拉杆张拉端保护罩注浆连接管流出相同稠度的浆体时，关闭张拉端保护罩注浆连接管引出管的阀门，打开储浆筒下端的阀门，注浆泵继续工作，待浆体上升至储浆筒的标示位置时，关闭注浆泵及灌浆端阀门，结束灌浆。待储浆筒内浆体初凝时，移除储浆筒，旋紧工作端保护罩螺堵。

及时清理储浆筒内浆体，准备在下一个孔道灌浆中使用。在灌浆过程中，取搅拌好的水泥浆料做试块，作为质量检验使用。

Claims (1)

1.一种地锚式悬索桥锚碇钢拉杆锚固系统施工方法，其特征在于，包括步骤；

1）锚碇混凝土分层、分块，锚锭基础平面分成四块，分层高度控制为2m；

2）定位钢支架施工，锚固钢拉杆定位的方向需与其对应的索股方向一致，拉杆方向误差用球面螺母予以调整，钢拉杆安装时，需要先在混凝土浇筑前搭设定位型钢支架，支架完成后通过放样，在支架上固定钢拉杆来保证其安装精度，钢拉杆定位支架的型钢骨架采用L100*100*10mm角钢，片架采用L63*63*6mm角钢组成，分层施工定位钢支架，即每次浇筑2m混凝土，钢支架向上接长一层，保证在2m厚度混凝土内的钢拉杆能顺利安装即可；

3）高强钢拉杆安装，高强钢拉杆定位前，将后锚头处钢拉杆与螺旋筋、钢垫板、固定螺母、密封罩、锚固钢筋组装成一个整体后一次吊装到位，将钢拉杆进行编号，编号数据从1#-91#号，选取后锚面沿中心线位置往前1m、8m及20m的位置作为测量控制位置，计算出每根钢拉杆从后锚垫板至测量控制点距离，并将成果装订成册供现场使用，安装前将每根钢拉杆在控制位置采用记号笔刻画一条环向标记线，通过全站仪定位出钢拉杆两个控制点，即完成轴线位置定位，并根据其设计标高测量，在该标高位置焊接支撑角钢，采用塔吊将钢拉杆吊装就位使标记线与放样控制点重合，再次为钢拉杆进行位置复核，如发生偏差，进行微调后即可完成测量定位，采用φ16钢筋将钢拉杆通过“井”字型定位于水平角钢上，防止钢拉杆发生位置变化，锚碇混凝土施工完成后进行主缆安装，主缆与钢拉杆之间通过连接垫板进行转换连接，在钢拉杆每层锚垫板安装时，通过定位其高层，在方形锚垫板底部固定一条横向水平角钢，锚垫板安装时，将锚垫板底边直接卡在角钢槽口内；

4） 混凝土浇筑，钢拉杆定位完成后，完善钢筋绑扎及模板安装，对钢拉杆锚下钢筋网片加强绑扎；

5）钢拉杆张拉，锚固钢拉杆张拉包括单根张拉、安装撑脚、安放千斤顶、安装工具螺母、油泵及油表安装、分级张拉、读数、卸荷、千斤顶回程、拆除张拉设备、下根张拉；

6）高强钢拉杆的孔道注浆，锚碇钢拉杆张拉后，在保护罩与锚垫板接合处垫上密封垫片，用板手拧紧保护罩螺栓，按要求安装保护罩及灌浆连接件，用压缩空气试通整个孔道，准备注浆用设备及材料。