東莞水道特大橋水平系桿張拉施工技術

金東哲

1 工程概述

東莞市水道特大橋為中承式鋼管混凝土拱橋,主跨拱肋采用鋼管混凝土拱形空間桁架結構。每幅橋設兩片拱肋,每片拱布置16根水平系桿,系桿從主拱肋內(nèi)外兩側及拱肋兩弦管間通過,兩端錨固于邊拱端橫梁上。邊拱是為系桿提供錨固端,從而平衡主拱推力而設置。系桿隨著主橋各結構的吊裝分批安裝、張拉來平衡由鋼管拱傳遞給主拱座的水平推力(見圖1)。

2 水平系桿張拉體系特點

錨固張拉體系組成：成品索,導輪架,錨具,張拉機具。

2.1 成品索

每片拱肋下設16根OVMXG.T15-31環(huán)氧噴涂鋼絞線系桿。該索體是采用雙層高密度聚乙烯(HDPE)防護的全防腐索體,具有以下特殊性能：1)外層PE與內(nèi)層PE之間設置一防腐油脂隔離層,當系桿受力張拉時,外層PE能有效的釋放應力,使得外層PE處于較低應力狀態(tài)下工作,有效的解決PE應力開裂問題。2)采用了先進的環(huán)氧噴涂鋼絞線,鋼絞線外包雙層PE護套,鋼絞線與內(nèi)層 PE、內(nèi)外兩層PE之間均填注防腐油脂,全封閉防腐,完全杜絕因毛細作用和意外進水造成的索體鋼絲腐蝕,對各種腐蝕環(huán)境具有優(yōu)良的耐蝕性。

系桿索體外徑127 mm,由31根φ 15.24 mm的鋼絞線組成,鋼絞線標準強度Ryb=1 860 MPa。

2.2 導輪架

為了減小系桿與其支承構件的摩擦,本橋設計了系桿導輪支承構造——系桿導輪架。導輪架為一種內(nèi)有數(shù)排轉輪的箱形結構物,系桿即搭載在其中的轉輪上。全橋導輪架順橋向排列,用螺栓固定于每片橫梁上。

2.3 錨具

系桿錨具采用可換索式鋼絞線系桿錨具,規(guī)格為OVMXGK15-31。其組成為：錨墊板螺旋筋、密封裝置、連接筒、螺母、支撐筒、錨板、防松裝置、工作夾片。

2.4 張拉機具

采用YCW650-200千斤頂和ZB10/320-4/800高壓油泵,并配套懸浮式張拉專用撐腳及OVM15G-31工具錨、工具夾片。

3 張拉操作要點

3.1 張拉系統(tǒng)安裝

3.1.1 系桿穿索

制好的成品索索盤置于北岸拱腳放線架上,用南岸5 t卷揚機牽引穿索。

3.1.2 安裝工作錨體系

將系桿鋼絞線穿過密封裝置、連接筒、螺母、支撐筒、錨板,注意31根鋼絞線在穿過工作錨板前要分層編束,使每一根鋼絞線能準確的穿過對應的錨板孔。最后安裝工作夾片,工作夾片不應打緊,使其處于放松狀態(tài)。

3.2 張拉

用4臺千斤頂在兩岸上下游側進行對稱張拉,初應力選為10%δcon,由于每根系桿張拉至設計有效張拉力 Nt=3 829 kN時,單端張拉系桿伸長量約為850 mm,YCW650-200千斤頂最大行程為200 mm,故每臺YCW650-200千斤頂采用兩個配套撐腳和兩套OVM15G-31工具錨進行張拉,直至張拉設計有效張拉力3 829 kN后對工作錨進行張拉錨固。

張拉工作程序：安裝限位板→安裝千斤頂→裝撐腳→工具錨→預緊→反復張拉→到設計應力→錨固。

3.3 防護處理

最后一次張拉完畢后,在工作錨板上給夾片安裝防松裝置,并切割多余鋼絞線,以外露約30 cm為準;對支撐筒和連接筒內(nèi)進行灌注環(huán)氧砂漿;安裝錨頭保護罩,往保護罩內(nèi)灌注防腐潤滑油脂。

4 雙控方法及分析

本橋全過程以張拉力和主墩水平位移為主,伸長量為輔控制張拉,任何情況下都要保證墩頂位移小于±5 mm。

4.1 張拉力測定

按標定報告所給公式計算張拉油表讀數(shù),張拉時嚴格控制讀數(shù)的準確。在50%的系桿上布設錨索測力計,錨索測力計型號為BGK-4900,量程5 000 kN,安裝在支撐筒與工作錨板之間。每次張拉均委托具有合格資質的監(jiān)測單位進行量測。

表1 實測伸長值計算表

4.2 墩頂位移的測量

采用全站儀進行測量,每次張拉前后均用全站儀對拱座頂部控制點進行測量,對比坐標變化,計算出位移數(shù)據(jù)。

采用百分表進行測量,在拱頂預埋測量設備,每次張拉前后用百分表量測墩頂位移。

4.3 計算伸長值

其中,P為張拉端張拉力,N;ˉP為預應力筋平均張拉力,N。

計算值與設計單位提供的設計值有1%的誤差,施工過程中供參考。

4.4 實測伸長值

每一行程量取千斤頂活塞外露長度初始和結束值的差值(見表1)。

實測伸長值=Ln+1-Ln+Ln-1-Ln-2+…+L5-L4+L3-L2+L4-L3+L2-L1。

4.5 計算值與實測值相對誤差

經(jīng)計算,誤差均控制在±6%范圍之內(nèi)。

5 分析探討

5.1 張拉控制

張拉控制采用張拉力和主墩水平位移為主,伸長量為輔。為保證墩頂位移保持在±5 mm以內(nèi),在張拉時如出現(xiàn)位移過大等異常情況應及時溝通現(xiàn)場技術員以調整張拉并根據(jù)測量反饋數(shù)據(jù)報知設計院調整控制拉力。

應按系桿張拉程序逐步測量以下數(shù)據(jù)：1)每次混凝土澆筑后的鋼管拱線形;每次張拉前的鋼管拱線形;每次張拉后的鋼管拱線形。2)每次張拉前的邊拱拱肋的線形;每次張拉后的邊拱拱肋線形。3)每次張拉前的邊拱端橫梁標高及順橋向位置;每次張拉后的邊拱端橫梁標高及順橋向位置。4)每次張拉前的主拱拱座順橋向位置,每次張拉后的主拱拱座順橋向位置。5)在后4次張拉時全程監(jiān)控主拱拱座位移。

5.2 應力損失

在張拉后實測到了應力損失,分析有以下原因：1)在實際施工過程中因主拱及橋面加載導致橋面標高下降后,系桿隨之下降,系桿內(nèi)部應力會相應損失。2)錨塞回縮造成一定的應力損失,由于工作夾片是由限位板頂進錨孔的,在旋緊限位板螺母,壓緊夾片的過程中,無法保證夾片緊貼錨孔。

6 結語

在東莞水道特大橋工程施工中,針對系桿安裝、張拉的關鍵環(huán)節(jié)開展技術研究,克服了系桿安裝、系桿多行程張拉、系桿防腐等技術難題,為類似的工程施工積累了經(jīng)驗。

[1] JTJ 041,公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

[2] JGJ 85-2002,預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規(guī)程[S].

[3] JT/T 6-94,斜拉橋熱擠聚乙烯拉索技術條件[S].