CN106436576A - 一种斜拉桥主塔环向预应力施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜拉桥主塔环向预应力施工工法，其包括以下步骤：劲性骨架安装→锚垫板安装定位→防崩钢筋及波纹管的安装→钢绞线下料穿束→模板、混凝土施工→预应力张拉→孔道压浆→切割封锚。本发明有效的提高了施工效率和安装精度，即可以降低结构主筋的切割、有效的增强防腐能力，也保证结构结构尺寸和结构使用安全，施工使用设备少，工序简单。

Description

一种斜拉桥主塔环向预应力施工工法

技术领域

本发明涉及一种斜拉桥主塔环向预应力施工工法。

背景技术

在大跨度斜拉桥中，索塔锚索区塔柱大多采用预应力混凝土箱形截面的断面形式，以充分发挥混凝土的材料特性，并通过施加水平预应力来平衡斜拉索的强大拉力。过去应用的水平束是井字形直线束，但因塔柱尺寸较小，使得束长较短，由钢束回缩和锚具变形引起的预应力损失较大，因而预应力筋用量较多，特别是该区域索导管布置较密，构造钢筋较多(特别是斜拉索锚固区)，预应力束的用量增多会使得塔柱构造更加复杂，施工难度增大。

发明内容

针对上述背景技术存在的缺陷，本发明提供一种斜拉桥主塔环向预应力施工工法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：包括以下步骤：

步骤一、劲性骨架安装：采用∠100×100×10、∠75×75×7等边角钢制作、联接，分榀分节段加工的小断面桁架和现场联结件由汽车通过钢栈桥运输至主塔区域，然后由塔吊负责起吊；

步骤二、锚垫板安装定位：在张拉端预留张拉孔道，张拉孔道采用钢管或钢板卷制与锚垫板组焊而成，孔道内径大于锚垫板外径10mm，锚垫板的压浆嘴及排气孔采用镀锌管接出混凝土面；根据预应力设计图，利用三维坐标法在劲性骨架上放出锚垫板的安装位置，然后进行锚垫板的定位，定位后用钢筋将锚垫板焊接固定在劲性骨架上，锚垫板安装完毕后，需用吊锤复核安装的精确度，避免锚垫板套筒顶住模板或离开模板太远影响外模的安装和混凝土表观质量，锚垫板安装完成后，在套筒内填满土工布，避免水泥浆堵塞；

步骤三、防崩钢筋及波纹管的安装：环向预应力转弯半径为1.2m，在预应力张拉时在转弯处会产生法向的拉力，故专门设置了Φ25螺纹防崩钢筋以抵消拉力，防崩钢筋沿转弯半径布置，需勾住塔身主筋且保证防崩裂钢筋与波纹管切线垂直；锚垫板安装完成后，拉线放出该处的波纹管走向，然后安装防崩钢筋。防崩钢筋安装完成后即安装波纹管，采用人工将波纹管沿着防线走向穿到防崩钢筋内，然后在局部位置用定位钢筋进行定位；

步骤四、钢绞线下料穿束：将钢绞线按计算的下料尺寸长度，在下料台上用钢尺量出，并在切断处作出标记；将钢绞线用无齿锯上的夹具加紧，启动无齿锯在切断标志处将钢绞线切断；当一束钢绞线下料结束后，两端用铅丝绑好，并挂上写有编号、长度、根数的标牌；钢绞线下料时，每束钢绞线应在同一盘中截取；如不能在同一盘中截取，同一束钢绞线应选其弹性模量相近的钢绞线组成；预应力穿束时采用塔吊配合进行，在卷扬机牵拉时要随时将钢束导入孔道；

步骤五、模板、混凝土施工：钢束安装完成后，即可安装内模，然后进行混凝土的浇筑施工，紧接着进行下节段劲性骨架的安装等工作；

步骤六、锚具、千斤顶的安装：爬模爬升后，立即进行锚具及千斤顶的安装，千斤顶采用YCW400B型穿心式千斤顶；

步骤七：预应力张拉：采用单端张拉方式，主动、被动端荷载的差值即为预应力损失值，据此计算孔道摩阻系数μ；根据摩阻试验得出的结论，开始预应力的张拉工作；

步骤八、孔道压浆：钢束张拉完后，在48h内进行孔道压浆，压浆工艺采用真空辅助压浆法，水泥浆稠度控制在14～18s；

步骤九、切割封锚：压浆完成后，及时对锚固端按设计要求进行封锚，封锚混凝土采用与塔身相同标号的混凝土。

本发明具有以下有益效果：

1、利用劲性骨架进行波纹管及锚垫板定位，有效的提高了施工效率和安装精度；

2、预应力采用深埋锚形式，即可以降低结构主筋的切割、有效的增强防腐能力，也保证结构结构尺寸和结构使用安全；

3、采用卷扬机穿束，在保证施工安全下提高了施工进度；

4、采用预留模板孔洞先穿束法，保证了混凝土表观质量；

5、施工使用设备少，工序简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤一、劲性骨架的主要作用是用来定位钢筋、预应力和斜拉索索导管。为加快施工进度，方便安装，劲性骨架采用后场分榀分节段加工，现场吊装，然后用型钢连成整体。劲性骨架主要采用∠100×100×10、∠75×75×7等边角钢制作、联接；

根据现场安装需要，分榀分节段加工的小断面桁架和现场联结件由汽车通过钢栈桥运输至主塔区域，然后由塔吊负责起吊；

塔吊起吊小断面桁架，使其底口角点靠紧限位短角钢，测量人员根据具体情况，选择合适的位置，悬吊垂球，根据测量的结果指导调整，当桁架的位置满足要求后，立即将桁架与定位角钢焊接。劲性骨架与索导管或预应力位置冲突时，适当调整骨架位置；

步骤二、环向预应力采用深埋锚，深埋锚是将锚具深埋于混凝土中的一种锚具，其结构形式与常规锚具基本相同，但由于要深埋入构件混凝土中，在张拉端应预留张拉孔道。张拉孔道一般选用钢管或钢板卷制与锚垫板组焊而成，孔道长度及内径应满足张拉空间要求，内径一般大于锚垫板外径10mm，另外锚垫板的压浆嘴及排气孔应用镀锌管接出混凝土面；根据预应力设计图，利用三维坐标法在劲性骨架上放出锚垫板的安装位置，然后进行锚垫板的定位，定位后用钢筋将锚垫板焊接固定在劲性骨架上。锚垫板安装完毕后，需用吊锤复核安装的精确度，避免锚垫板套筒顶住模板或离开模板太远影响外模的安装和混凝土表观质量。锚垫板安装完成后，在套筒内填满土工布，避免水泥浆堵塞；

步骤三、防崩钢筋及波纹管的安装：环向预应力转弯半径为1.2m，在预应力张拉时在转弯处会产生法向的拉力，故专门设置了Φ25螺纹防崩钢筋以抵消拉力，防崩钢筋沿转弯半径布置，需勾住塔身主筋且保证防崩裂钢筋与波纹管切线垂直；锚垫板安装完成后，拉线放出该处的波纹管走向，然后安装防崩钢筋。防崩钢筋安装完成后即安装波纹管，采用人工将波纹管沿着防线走向穿到防崩钢筋内，然后在局部位置用定位钢筋进行定位；

步骤四、钢绞线下料穿束：将钢绞线按计算的下料尺寸长度，在下料台上用钢尺量出，并在切断处作出标记。将钢绞线用无齿锯上的夹具加紧，启动无齿锯在切断标志处将钢绞线切断。当一束钢绞线下料结束后，两端用铅丝绑好，并挂上写有编号、长度、根数的标牌。钢绞线下料时，每束钢绞线应在同一盘中截取。如不能在同一盘中截取，同一束钢绞线应选其弹性模量相近的钢绞线组成，钢绞线下料时，在放线架、下料平台和存放区附近，应禁止气割和电焊作业，以防焊接火花和接地电流的影响；为了加快施工进度采取卷扬机穿束法，穿束前一定要确定好卷扬机布置的位置和其转向点的布置。因转角半径太小，预应力穿束时要用塔吊配合进行，在卷扬机牵拉时要随时将钢束导入孔道，钢束安装完成后，需认真检查波纹管的完整性，出现波纹管被钢束破坏的情况应及时修补；

步骤五、钢束安装完成后，即可安装内模，然后进行混凝土的浇筑施工，紧接着进行下节段劲性骨架的安装等工作，爬模设备爬升后开始锚具的安装及预应力的张拉；

步骤六、锚具、千斤顶的安装：爬模爬升后，立即进行锚具及千斤顶的安装，根据设计及规范要求，选用YCW400B型穿心式千斤顶，该千斤顶重270kg，塔柱环向预应力施工属于高空作业，千斤顶的就位必须借助塔吊和手拉葫芦来实现；

步骤七：预应力张拉：环形预应力由于小半径钢束张拉时的引伸量存在着很大的非弹性因素，远大于设计引伸量理论值，故设计引伸量不能作为施工控制依据。施工时应对U形束先进行必要的试验，再制订其工艺操作规程及引伸量控制值等，确保预应力施工质量。

1、孔道摩阻试验

1)孔道摩阻系数μ的测定方法

本次试验一共测试6道U形预应力束孔道的摩阻损失值，试验按照0.1P_k—0.2P_k—0.4P_k—0.6P_k—0.8P_k—1.0P_k的荷载等级进行。试验采用单端张拉方式，主动、被动端荷载的差值即为预应力损失值，据此计算孔道摩阻系数μ；张拉测试程序：

(1)首先两端同时张拉至0.1P_k，持荷3min；

(2)按0.2P_k—0.4P_k—0.6P_k—0.8P_k—1.0P_k的荷载等级进行张拉测试，各级荷载加载到位，持荷3min，以使结构充分受力(变形)，然后读数；

(3)卸载千斤顶，进行下一管道的摩阻试验，直至6道孔道全部试验完毕，则孔道摩阻试验结束；

记主动力为T_a，被动力为T_p，则孔道摩阻系数μ可按下式计算；

μ＝-[ln(T_p/T_a)+kL]/θ

式中：μ——预应力钢筋与曲线孔道的摩阻系数；

θ——从张拉端到计算截面曲线孔道部分切线夹角之和，rad；

k——预应力孔道每米局部偏差对摩阻的影响系数；

L——从张拉端到计算截面的管道长度，可近似地取该段管道在构件纵轴上的投影长度，m。

上式中有两个未知数，即μ和k，在通常情况下，未知数k的数值在0.001左右，且影响很小。可根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》表6.2.2中选取合适的k值，由式(1-1)推算U形预应力束孔道摩阻系数μ。

测试结果分析

对试验数据进行处理、分析得到的结果如下表所示。

下表为表摩阻系数μ的实测值

从上表可以看出，不同的孔道测试得到的摩阻系数μ值离散型较大，μ值变化范围在0.1662～0.2580之间；当k取不同的值时，计算得到的摩阻系数μ值比较稳定，变化很小，说明k值对摩阻系数μ值影响很小；本桥索塔的U形预应力束孔道摩阻系数可以近似取平均值μ＝0.1993。

计算得到不同荷载等级下的U形预应力束孔道摩阻系数如下表所示。

下表为各级荷载下的摩阻系数μ值

从上表可以看出，对于同一道U形预应力束，孔道摩阻系数μ值的大小与张拉力T的大小具有较大的相关性，计算得出的变化规律是：张拉力T越大，摩阻系数μ值越小，即张拉力T越大，摩阻损失越小。所以，计算摩阻系数μ值时，应采用1.0P_k荷载等级对应的主动力T_a和被动力T_p。

理论伸长量与实测伸长量对比分析

在U形预应力束的张拉作业中，钢绞线理论伸长量可按下式计算：

ΔL＝ΔL₁+ΔL₂+ΔL₃ (2-1)

其中，ΔL₁为孔道内预应力钢束的弹性伸长量；ΔL₂为每一端工作锚到工具锚之间的钢绞线弹性伸长量；ΔL₃为曲线孔道预应力束向孔道内边贴紧或压入混凝土内壁所引起的几何变形量。

根据《公路桥涵施工技术规范》，将上述由实测结果推算出的μ值代入下式，得到ΔL₁：

式中，L为钢绞线的工作长度，E为钢绞线的弹性模量，A为钢绞线的截面面积，x为从张拉端至计算截面孔道长度，其他符号如前面所述。

按式(2-2)计算得到孔道内钢束的弹性伸长量为ΔL₁＝66.5mm。

ΔL₂也可根据式计算得到，本次摩阻试验中，ΔL₂＝11.4mm。

设孔道内壁半径为r，塑料波纹管直径为D。初始时钢绞线束贴至孔道外壁时，钢绞线束中心偏离孔道中心的距离为s，则几何变形量ΔL₃可按下式计算：

s的大小与等效径向荷载和曲率半径有关，且具有一定的偶然性，须根据实际情况确定s的取值，s一般取3～6mm^[2]。在本次试验中，取s＝3mm，则此部分的几何变形量为ΔL₃＝9.42mm。

下表为理论伸长量与实测伸长量对比分析(单位：mm)

从表中可以看出，伸长量偏差率普遍大于规范规定的上限值6％，所以张拉环向预应力束，采用钢束伸长量进行校核时，可以适当提高伸长量偏差率限制值。

张拉

根据摩阻试验得出的结论，开始预应力的张拉工作。前面提到，环向预应力采用深埋锚具，故其张拉需用到延长筒(相当于传力杆)，项目结合实际情况，采用叠加锚具的形式。环向预应力采用两端张拉方式，

1)张拉程序

0—10％σ—20％σ—σcon(持荷5min锚固)。张拉时以张拉应力和伸长量进行双控，以应力控制为主，钢束的伸长量进行校核、伸长率控制在-8％～8％，且不允许断丝。

2)张拉顺序：沿着塔柱从下到上逐束张拉的顺序张拉；

3)伸长量控制：采用张拉力与引伸量双控制，以张拉力控制为主，张拉控制应力为0.72f_pk。

步骤八、孔道压浆：钢束张拉完后，在48h内进行孔道压浆，压浆工艺采用真空辅助压浆法，水泥浆稠度控制在14～18s；

步骤九、切割封锚：压浆完成后，及时对锚固端按设计要求进行封锚，封锚混凝土采用与塔身相同标号的混凝土。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种斜拉桥主塔环向预应力施工工法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、劲性骨架安装：采用∠100×100×10、∠75×75×7等边角钢制作、联接，分榀分节段加工的小断面桁架和现场联结件由汽车通过钢栈桥运输至主塔区域，然后由塔吊负责起吊；

步骤二、锚垫板安装定位：在张拉端预留张拉孔道，张拉孔道采用钢管或钢板卷制与锚垫板组焊而成，孔道内径大于锚垫板外径10mm，锚垫板的压浆嘴及排气孔采用镀锌管接出混凝土面；根据预应力设计图，利用三维坐标法在劲性骨架上放出锚垫板的安装位置，然后进行锚垫板的定位，定位后用钢筋将锚垫板焊接固定在劲性骨架上，锚垫板安装完毕后，需用吊锤复核安装的精确度，避免锚垫板套筒顶住模板或离开模板太远影响外模的安装和混凝土表观质量，锚垫板安装完成后，在套筒内填满土工布，避免水泥浆堵塞；

步骤三、防崩钢筋及波纹管的安装：环向预应力转弯半径为1.2m，在预应力张拉时在转弯处会产生法向的拉力，故专门设置了Φ25螺纹防崩钢筋以抵消拉力，防崩钢筋沿转弯半径布置，需勾住塔身主筋且保证防崩裂钢筋与波纹管切线垂直；锚垫板安装完成后，拉线放出该处的波纹管走向，然后安装防崩钢筋。防崩钢筋安装完成后即安装波纹管，采用人工将波纹管沿着防线走向穿到防崩钢筋内，然后在局部位置用定位钢筋进行定位；

步骤四、钢绞线下料穿束：将钢绞线按计算的下料尺寸长度，在下料台上用钢尺量出，并在切断处作出标记；将钢绞线用无齿锯上的夹具加紧，启动无齿锯在切断标志处将钢绞线切断；当一束钢绞线下料结束后，两端用铅丝绑好，并挂上写有编号、长度、根数的标牌；钢绞线下料时，每束钢绞线应在同一盘中截取；如不能在同一盘中截取，同一束钢绞线应选其弹性模量相近的钢绞线组成；预应力穿束时采用塔吊配合进行，在卷扬机牵拉时要随时将钢束导入孔道；

步骤五、模板、混凝土施工：钢束安装完成后，即可安装内模，然后进行混凝土的浇筑施工，紧接着进行下节段劲性骨架的安装等工作；

步骤六、锚具、千斤顶的安装：爬模爬升后，立即进行锚具及千斤顶的安装，千斤顶采用YCW400B型穿心式千斤顶；

步骤七：预应力张拉：采用单端张拉方式，主动、被动端荷载的差值即为预应力损失值，据此计算孔道摩阻系数μ；根据摩阻试验得出的结论，开始预应力的张拉工作；

步骤八、孔道压浆：钢束张拉完后，在48h内进行孔道压浆，压浆工艺采用真空辅助压浆法，水泥浆稠度控制在14～18s；

步骤九、切割封锚：压浆完成后，及时对锚固端按设计要求进行封锚，封锚混凝土采用与塔身相同标号的混凝土。