體外預應力束轉向器安裝精度的控制研究

□ 徐瑞豐 費漢兵 趙 軍

1??引言

現代化建設給橋梁建設帶來了良好的發(fā)展機遇，橋梁設計和施工的各種新方法也不斷地被應用。其中，節(jié)段箱梁預制拼裝技術是近50年內發(fā)展起來的一種施工技術，它是將橋梁上部結構箱梁分段預制，然后通過體外束將各預制節(jié)段連接并施加壓力，使節(jié)段間的接觸面緊密結合，從而使節(jié)段整合成一體來承擔橋梁荷載。

節(jié)段箱梁預制拼裝技術中，體外束一般布置為折線，在兩端錨固塊處通過錨具進行錨固，在中間轉向塊處通過轉向器使體外束轉向，自由段采用減振限位裝置進行約束。體外束中的錨墊板、導管、轉向器、減振限位裝置底板等構件，需要在節(jié)段箱梁預制過程中進行預埋。其中，錨墊板、減振限位裝置底板等，因其結構形狀簡單，安裝精度較易控制。而轉向器結構相對復雜，一般為空間結構，如安裝誤差超出許可范圍，將使體外束產生較大的預應力損失，影響體外束的受力狀態(tài)；嚴重情況下，可能會因體外束中心與轉向器中心嚴重偏離而導致體外束無法張拉，或導致轉向塊混凝土受力過大而開裂[1]。因此，有必要對節(jié)段箱梁內體外預應力轉向器的安裝精度進行控制。

本文以江蘇五峰山過江通道南北公路接線工程為分析對象，在對體外預應力轉向器安裝精度的影響因素充分分析基礎上，通過對轉向器安裝坐標的計算、安裝工藝控制和人員管理等措施，提高轉向器的安裝精度，確保體外束安裝并張拉后的線形和受力狀態(tài)符合施工圖設計要求。

2??工程概況

五峰山過江通道南北公路接線工程是江蘇省“五縱九橫五聯”高速公路規(guī)劃網“縱三”組成部分，路線全長約33.005km。公路南北上部結構左右幅布置，主要采用短線法預制節(jié)段拼裝的30m、50m梁，采用架橋機逐跨拼裝架設，縱向預應力采用“體外+體內”相結合的方式。其中，體外束占全橋預應力束總數的70%，采用填充型環(huán)氧涂層鋼絞線體外預應力體系，規(guī)格分別為15-25、15-27、15-31和15-35。體外束有兩種布置形式：單跨束和雙跨束。單跨束和雙跨束分別各有4個和7個轉向點，并分別位于邊跨墩頂、跨中轉向塊和中墩墩頂，在各轉向點處通過轉向器實現體外束的轉向。

3??節(jié)段箱梁預制施工工藝流程

節(jié)段箱梁的預制，目前一般采用兩種方法：長線法和短線法（也稱短線匹配法）。其中，短線法特別適用于有縱向和橫向曲線的橋梁。

短線法節(jié)段箱梁預制，是按照主梁縱斷面的變化，將整聯主梁劃分為多個彼此匹配關聯又相對獨立的若干節(jié)段，考慮混凝土收縮、徐變、預拱度等因素，將成橋整體坐標轉換為預制工廠局部坐標后，在預制臺座上以固定端模為基準，調整已生產相鄰梁段（匹配梁段）的平面位置及標高，在預制臺座的固定模板系統(tǒng)內逐榀匹配、流水預制的一種施工工藝[2]。短線法預制的施工工藝流程見圖1所示。

由圖1可見，短線法節(jié)段箱梁預制過程中，影響轉向器安裝精度的主要工序為鋼筋骨架綁扎、吊裝和入模等工序，因此，需對這些工序進行管理和控制。

圖1 短線法預制施工工藝流程

4??影響轉向器安裝精度的因素

節(jié)段梁預制過程中，轉向器的安裝坐標計算和安裝工藝、施工人員的責任意識等都將對其安裝精度產生影響，具體分析如下。

4.1 設計計算的影響

橋梁施工圖設計時，一般只給出成橋坐標系基礎上的體外束線形參數。節(jié)段梁預制前，需要對該線形參數進行轉換，確定轉向器在箱梁各節(jié)段中的具體坐標，以指導轉向器的定位安裝。如坐標轉換過程中出現計算失誤，則將對轉向器的后續(xù)安裝精度造成嚴重影響。

4.2 安裝工藝的影響[3]

節(jié)段梁預制過程中，鋼筋骨架綁扎、吊裝和入模、合模以及混凝土澆筑等工序均可能影響到轉向器的安裝精度。

4.2.1 鋼筋骨架綁扎工序

在鋼筋綁扎臺座上進行鋼筋骨架綁扎和轉向器的初定位。

（1）如轉向器定位不準、檢驗不嚴，則安裝精度不高。

（2）如轉向器固定不牢，則后續(xù)吊裝、入模、合模過程中可能存在的沖擊將使其產生偏移或轉動。

（3）如鋼筋骨架扭曲，則其中線將偏移模板中線，造成轉向器的實際位置整體橫向偏移理論位置。

4.2.2 鋼筋骨架吊裝工序

鋼筋骨架吊裝時，如吊點設置不合理，鋼筋骨架將產生扭曲變形，導致轉向器的實際位置偏移理論位置。

4.2.3 鋼筋骨架入模工序

鋼筋骨架入模時，須注意入模后的偏差問題。

（1）如骨架中心與模板中心不對應，則入模后轉向器的實際位置整體橫向偏移理論位置。

（2）如骨架上安裝的保護層墊塊尺寸不合格，則入模后轉向器的豎向位置將產生偏差。

（3）如在合模前未對轉向器的安裝尺寸進行檢查、終定位并焊接牢固，則后續(xù)混凝土振搗等將導致轉向器偏位。

4.2.4 合模工序

合模過程中，如操作不當，則可能導致鋼筋骨架扭曲，使轉向器偏離原安裝位置。

4.2.5 混凝土澆筑工序

如轉向器固定不牢固，則混凝土澆筑過程中振搗時，轉向器將偏離其原安裝位置。

4.3 施工人員責任意識的影響[3]

（1）對圖紙理解不透徹，導致安裝時選用了非設計編號的轉向器。

（2）轉向器定位時，未注意其端部的孔位垂直標記，且復檢時未采用鉛垂線等工具測量其垂直度，導致轉向器孔位偏轉；未考慮在縱橋向控制轉向器兩端的位置，導致節(jié)段梁預制完成后，轉向器兩端不在同一水平面上。

（3）鋼筋骨架入模后，未考慮鋼筋骨架中心線與模板中心線不一致而造成轉向器的安裝尺寸偏差；未對所有轉向器進行全檢驗收，導致部分轉向器安裝位置不符合設計要求。

5??轉向器安裝精度的控制措施

根據上述影響因素的分析，在五峰山過江通道南北公路接線工程的節(jié)段箱梁預制過程中，針對性地采取控制措施，以提高轉向器的安裝精度。

5.1 轉向器安裝坐標的精確計算

節(jié)段梁預制過程中，轉向器根據其兩端中心坐標進行定位安裝。而施工圖中的體外束參數有時不能直接使用，需根據施工圖設計中體外束的線形或關鍵點的尺寸，通過計算確定轉向器在節(jié)段梁中的理論安裝坐標。

以五峰山過江通道南北公路接線工程北引橋30m箱梁首跨體外束終點側的跨中轉向器為例，對轉向器定位安裝坐標的計算進行說明。

北引橋30m箱梁首跨中，每束體外束均為單跨束，有4個轉點（即4個轉向器），分別位于邊墩墩頂，跨中轉向塊，中墩墩頂，見圖2示意。體外束斜彎面大樣見圖3，幾何參數見表1。

圖2 體外束布置示意圖

圖3 體外束斜彎面大樣

表1 30m箱梁首跨體外束幾何參數表

圖4 轉向器結構示意圖

根據體外束大樣圖、幾何參數表，并結合箱梁構造圖，體外束跨中轉點位于轉向塊中點，轉向塊處體外束線形由水平段與傾斜段組成。轉向塊內預埋分絲散束式轉向器，其結構如圖4所示。

5.1.1 轉向器兩端中心的X向坐標

北引橋30m箱梁首跨體外束終點側的轉向器位置見圖5，轉向器兩端分別位于體外束的直線段和傾斜段上。以其位于體外束直線段側的一端截面（即E-E截面）為基準，建立圖6所示的計算坐標系。

圖5中，轉向塊兩端的E-E與F-F截面即為轉向器的定位安裝面。轉向器兩端在X向（縱橋向）的坐標，可直接根據圖5所示的箱梁縱向尺寸和轉向塊厚度得出。

圖5 體外束立面布置

圖6 計算坐標系示意圖

5.1.2 E-E截面處轉向器中心的Y/Z向坐標

E-E截面位于體外束線形水平段，轉向器中心在該處的Y坐標（YE）和Z坐標（ZE）可直接從施工圖給出的相關截面圖得出。

5.1.3 F-F截面處轉向器中心的Y/Z向坐標

F-F截面位于體外束線形傾斜段，轉向器中心在該處的Y坐標（YF）和Z坐標（ZF）和需根據體外束斜彎面大樣、轉向塊長度等參數，利用投影關系推導得出，見公式1和公式2。

式中，

YF—F-F截面處，轉向器中心至箱梁中心線的距離；

ZF—F-F截面處，轉向器中心至箱梁底面的距離；

L塊—轉向塊順橋向的長度；

h2—體外束斜彎面矢高；

α2—體外束立面投影角度；

YE—E-E截面處，C轉向器中心至箱梁中心線的距離；

ZE—E-E截面處，轉向器中心至箱梁底面的距離。

采用上述公式，即可計算出北引橋30m箱梁首跨體外束終點側的轉向器兩端中心Y向和Z向的定位坐標，見表2。同理，其余轉向器的定位坐標均可按此方式精確計算得出。

5.2 轉向器安裝工藝控制

針對節(jié)段梁預制過程中可能對轉向器安裝精度造成影響的各工序，采取以下措施進行控制：

5.2.1 鋼筋骨架綁扎工序

（1）以鋼筋胎膜架的中點吊鉛垂線，并以此為基準進行鋼筋的綁扎施工。

表2 30m箱梁首跨體外束終點側跨中轉向器定位坐標計算結果

（2）所有鋼筋均需綁扎并焊接牢固，確保鋼筋骨架整體不發(fā)生扭曲、變形，在鋼筋骨架上做中心線標識，并確保其與鋼筋胎膜架的中心線嚴格對應一致。

（3）轉向器安裝時，其各向定位安裝控制方式如下。

豎向定位控制：根據計算出的Z向坐標和轉向器外徑，設置臨時支撐，轉向器安置于臨時支撐上，見圖7。

橫向定位控制：以鋼筋胎膜架的中心線為基準，根據計算出的Y向坐標，利用定位標尺進行定位，見圖8。

縱向定位控制：在豎向臨時支撐上安裝輔助限位板，使同一截面上的所有轉向器端面均緊貼限位板，見圖9。

中心旋轉控制：嚴格按轉向器端部的垂直標記對轉向器進行定位，并利用鉛垂線進行復檢，確保轉向器分絲孔的孔位不產生旋轉，見圖10。

（4）嚴格控制保護層墊塊的質量，墊塊安裝后對其進行抽檢，一旦發(fā)現不合格即對所有墊塊即進行全面檢查并替換掉不合格墊塊，確保節(jié)段梁的保護層質量和轉向器的位置精度。

5.2.2 鋼筋骨架吊裝工序

（1）鋼筋骨架綁扎時，吊環(huán)鋼筋與底、頂板底層鋼筋焊接牢固，吊環(huán)周圍60×60cm范圍內鋼筋點焊加固，以防鋼筋骨架吊裝時變形。

（2）鋼筋骨架起吊前，仔細調整各吊點吊繩長度，使其松緊程度基本一致。鋼筋骨架吊離胎膜架10cm時，再次檢查并調整吊繩松緊程度，使各點受力均勻。

圖7 轉向器豎向支撐定位

圖8 轉向器橫向標尺定位

圖9 轉向器縱向限位

圖10 轉向器中心旋轉控制

5.2.3 鋼筋骨架入模工序

（1）鋼筋骨架入模時，檢查鋼筋骨架的中心線與模板中心線，確保其嚴格對應后再勻速下落鋼筋骨架。

（2）鋼筋骨架下放到其底面距底模10cm左右時，檢查各處保護層是否與設計相符，調整到位后再將鋼筋骨架下放到位。

（3）鋼筋骨架入模后，再次檢查各處保護層墊塊情況并調整或更換。按照模板中心線為基準檢查所有轉向器的安裝位置，確認無誤后，對轉向器進行終定位，并利用輔助鋼筋、采用CO2氣體保護焊將轉向器牢固焊接在鋼筋骨架上。

5.3 加強對施工作業(yè)人員的管理

（1）技術人員深入研究施工圖，對與轉向器位置相關的計算和圖紙進行多人復核，確認無誤后下發(fā)給施工人員。

（2）圖紙下發(fā)后，對鋼筋、管件、吊裝和模板班組進行技術交底，剖析各班組在轉向器安裝精度控制過程中可能存在的問題，提高施工人員的質量和責任意識，明確相應的獎懲措施。

（3）在轉向器的安裝過程中，施工管理人員須進行嚴格管理和檢查，對出現的問題及時進行反饋和解決。

（4）技術人員在進行工序驗收時，嚴格按照規(guī)定的基準線對所有轉向器的安裝位置進行檢查復核。

6??應用效果

在對體外預應力轉向器安裝精度的影響因素進行充分分析的基礎上，對節(jié)段梁預制過程中各工序針對性地采取控制措施，達到以下有利效果。

（1）施工質量提升：減小了施工誤差，提高了轉向器的各向坐標控制的準確性，體外束線形流暢、受力均勻，總體質量顯著提升。

（2）施工工效提升、施工成本降低：與傳統(tǒng)方法相比，采用上述控制措施后，轉向器安裝精度提高，減少了返工的工期和成本損失，提升了施工工效，提高鋼筋骨架胎膜架的利用率，總體上降低了施工成本。

7??結語

通過對體外預應力轉向器安裝精度的控制研究，可以得到以下結論：

（1）節(jié)段箱梁預制過程中，設計計算、安裝工藝和施工人員的責任意識等對體外束轉向器的安裝精度有重要影響。

（2）轉向器安裝前，應根據施工圖中體外束的線形或關鍵點尺寸，通過計算確定其在節(jié)段梁中的理論安裝位置。

（3）在節(jié)段梁預制的鋼筋骨架綁扎、吊裝和入模工序中，采取合適的工藝措施和檢驗措施，可提高轉向器的安裝精度。

（4）提高施工技術人員的責任意識和加強檢查等管理舉措，以進一步確保轉向器的安裝精度。