城市立交橋鋼-砼組合箱梁體外預(yù)應(yīng)力束施工技術(shù)

林 鑫

（福建省榕圣市政工程股份有限公司，福建 福州 350000）

0 前言

近年來，福州市市政建設(shè)項(xiàng)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(diǎn)，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(shí)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(diǎn)，故有較好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。本文結(jié)合福州市某立交工程（下文簡稱“本項(xiàng)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(xiàng)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(jìn)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(jì)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(fù)彎矩變化呈波浪形布置（具體應(yīng)遵循設(shè)計(jì)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(xiàng)目采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa 高強(qiáng)低松弛、內(nèi)涂防腐油脂、雙層HDPE 護(hù)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(jìn)行施工。

2 體外預(yù)應(yīng)力體系主要構(gòu)成

本項(xiàng)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(xiàng)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1 OVM 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(hù)管、高烯聚酯帶、外層HDPE 護(hù)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(xué)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(qiáng)抗陰極分解、良好的耐曲折度、較強(qiáng)抗沖擊性及耐磨性。同時，HDPE 護(hù)管必須考慮其強(qiáng)度、耐久性、水密性、工作性和作業(yè)性，護(hù)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(jì)圖紙施工，一般根據(jù)正負(fù)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(zhǔn)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(jìn)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(xiàng)目所采用的OVM.TSK15-19 錨固系統(tǒng)大致組成有：①保護(hù)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(dāng)?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(zhǔn)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(hù)罩

3.2 體外預(yù)應(yīng)力體系施工工藝

3.2.1 施工準(zhǔn)備

（1）施工機(jī)具準(zhǔn)備

應(yīng)根據(jù)施工進(jìn)度及按照相關(guān)要求對擬進(jìn)場配套完整的張拉設(shè)備、千斤頂、儀表及壓漿設(shè)備進(jìn)行檢修，并送至經(jīng)國家授權(quán)的法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)，且嚴(yán)格遵循“配套校準(zhǔn)，配套使用”的原則。對于穿束等機(jī)具，應(yīng)采用起吊設(shè)備吊運(yùn)到橋上適當(dāng)?shù)奈恢们矣枰园惭b，并對其進(jìn)行試運(yùn)行，確作業(yè)正常進(jìn)行。

（2）體外預(yù)應(yīng)力鋼束及錨具進(jìn)場復(fù)檢

預(yù)體外應(yīng)力成品束進(jìn)場時，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定認(rèn)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(xiàng)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(jìn)行復(fù)檢，檢驗(yàn)要求如下：

①成品束HDPE 護(hù)套滿足《斜拉橋用熱擠聚乙烯高強(qiáng)鋼絲拉索》GB/T 18365-2018 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(jìn)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》JGJ 92-2016）。

（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(jìn)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(jìn)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(shí)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(fù)彎矩變化呈波浪形布置，所以轉(zhuǎn)向器基本位于正負(fù)彎矩最大處（即跨中和墩柱位置），因此外套鋼管須準(zhǔn)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(jì)要求，以保證其整體強(qiáng)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(jìn)度計(jì)劃及按設(shè)計(jì)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(jìn)場后，吊運(yùn)至適當(dāng)位置，采用已就位的卷揚(yáng)機(jī)及滑輪組進(jìn)行穿束，成品束不得在無保護(hù)狀態(tài)下在地面拖行，應(yīng)避免成品束外層HDPE 護(hù)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(hù)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(xiàng)目灌漿材料為40#水泥漿，水泥采用強(qiáng)度不低于42.5 普通硅酸鹽水泥，按設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格按照配合比報(bào)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(qiáng)度等性能符合設(shè)計(jì)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(yán)格控制壓漿壓力（一般為0.4 MPa～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(jìn)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(jìn)行分級張拉才使之達(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)要求。由于限位板的作用，張拉過程中，工作錨夾片不會進(jìn)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(jìn)行校核，實(shí)際伸長值與理論伸長值的差值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。若設(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行封堵。

3.2.8 錨頭防腐及安裝保護(hù)罩

用壓注泵向保護(hù)罩內(nèi)灌注反腐油脂，保護(hù)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(hù)罩安裝于錨頭處。

4 結(jié)束語

在本項(xiàng)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(rèn)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(bǔ)強(qiáng)、加固中，對于已經(jīng)投入使用多年的現(xiàn)狀橋梁，因荷載等級要求的提高、原結(jié)構(gòu)在各種因素的作用下導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失造成結(jié)構(gòu)破壞，需要得到相應(yīng)加固、補(bǔ)強(qiáng)，其方法很多采用體外預(yù)應(yīng)力體系。無論是新建橋梁還是舊橋加固，使用體外預(yù)應(yīng)力體系在預(yù)應(yīng)力損失的情況下可進(jìn)行更換，從而大幅度減小后期維修成本。

綜上所述，體外預(yù)應(yīng)力體系不僅在城市新建橋梁中得到很好認(rèn)可，也在某些特定的舊橋加固項(xiàng)目中有著廣泛的應(yīng)用，重要的是還具有可換束的優(yōu)點(diǎn)，從而具有較好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。