重力式錨碇預應力錨固系統(tǒng)的定位研究與應用

閆貝貝

（中交二公局第二工程有限公司，西安710000）

1 工程概況

貴州省貴陽至黃平高速公路工程TJ6合同段路線總長4.574 km，起訖樁號K38+500～K43+074，全線為雙向六車道技術(shù)標準。陽寶山特大橋為鋼桁架懸索橋。重力錨錨體由錨塊、散索鞍支墩及基礎(chǔ)、前錨室組成。錨碇設(shè)計長度為58 m，設(shè)計寬度為54 m。其中，錨塊、支墩基礎(chǔ)、錨塊與支墩基礎(chǔ)間分別斷開，同時設(shè)置了寬度為2 m的后澆段。兩側(cè)錨塊混凝土方量分別為貴陽岸38 021 m3、黃平岸36 673.6 m3，支墩基礎(chǔ)混凝土方量分別為貴陽岸15 489 m3、黃平岸14 260 m3，支墩混凝土方量分別為貴陽岸641.5 m3、黃平岸647.4 m3，錨碇部位劃分圖如圖1所示。

圖1 錨碇部位劃分圖

2 錨體、基礎(chǔ)及支墩豎向分層

基于錨碇的結(jié)構(gòu)尺寸比較龐大，為規(guī)避支墩基礎(chǔ)、錨體在混凝土澆筑后出現(xiàn)收縮裂縫及溫度影響裂縫，將錨體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分為4個塊件分別澆筑，各塊件澆筑完成后，所產(chǎn)生的后澆段澆筑連接。后澆段設(shè)置一定數(shù)量的接縫連接鋼筋，并配合采用微膨脹混凝土澆筑。

錨碇錨塊設(shè)計為高31.9 m，從結(jié)構(gòu)臺階分開，下部結(jié)構(gòu)分為5層，每層高2 m。上面結(jié)構(gòu)分為12層，每層高2 m，共計分為17層。支墩基礎(chǔ)設(shè)計為高26 m，按結(jié)構(gòu)臺階從下至上依次分為2層，每層高2.5 m；2層，每層高2.5 m；2層，每層高2 m；3層，每層高2 m；3層，每層高2 m，共計12層。散索鞍支墩設(shè)計為高7.02 m，按結(jié)構(gòu)分2層澆筑，第一層高3.06 m、第二層高3.96 m。

3 錨碇預應力錨固系統(tǒng)支架設(shè)計和安裝

3.1 定位支架設(shè)計

在國家信息化高速發(fā)展與應用的背景下，基礎(chǔ)建設(shè)不斷涌現(xiàn)出一些新技術(shù)，其中，BIM技術(shù)通過3D模型來模擬實際結(jié)構(gòu)，已應用于建筑工程設(shè)計、建造和管理，提高了項目管理效率，降低了施工風險。從鋼支架設(shè)計安裝、預應力管道定位、預應力體系安裝把控、碰撞檢查等方面對錨固系統(tǒng)定位安裝進行嚴格的復核把控，能夠?qū)崿F(xiàn)施工高質(zhì)量定位，提高施工過程嚴謹性和布設(shè)合理性。根據(jù)錨碇錨體內(nèi)預應力布置，同時借鑒以往錨碇施工經(jīng)驗，針對陽寶山特大橋錨碇結(jié)構(gòu)預應力布設(shè)特點，將BIM技術(shù)運用到錨固系統(tǒng)預應力管道的定位支架系統(tǒng)設(shè)計中，為橋梁的預應力管道精準定位提供更好的服務。

采用對扣[28鋼作為預應力管道定位支架的立柱，立柱平聯(lián)采用[14，斜撐采用[18鋼，片架采用L100 mm×10 mm、100 mm×6 mm方鋼及8 mm預制凹槽的定位鋼片，上述所有鋼材材質(zhì)為Q235。預應力管道經(jīng)過設(shè)計，最后采用φ24.45 cm的無縫鋼管材質(zhì)。

3.2 定位支架的受力計算

重力式錨碇施工中，各部位受力情況尤為關(guān)鍵，尤其是基礎(chǔ)部分的荷載情況。因此，在設(shè)計階段就需要進行全面分析，進行受力計算并驗算驗證結(jié)果。從而確定重力式錨碇的基礎(chǔ)形式，保證其符合施工要求。應充分考慮基礎(chǔ)的受力情況，并在具體的計算中，對受力情況和承載力進行研究分析，確保整個驗算過程的嚴謹性和準確全面性。通過系統(tǒng)的設(shè)計計算與驗算求證確定重力式錨碇的受力情況。

施工過程中，由于設(shè)計存在考慮不全面的問題，而使錨碇構(gòu)件之間會發(fā)生干擾，所以，需要提前對錨碇體系進行干擾碰撞模擬。采用BIM模型建模并進行透徹分析，檢查預應力管道與定位架兩者是否干擾；預應力管道與冷卻水管的情況；預應力管道與止水板之間有無安裝障礙，冷卻水管和鋼筋之間布設(shè)影響等。

對預應力管道定位支架進行設(shè)計與計算時，定位管道跨徑取最大值，按簡支梁的荷載驗算其撓度，滿足強度要求。完成上述定位支架設(shè)計后，得出預應力管道的最大跨徑4.5 m，按照4.8 m進行驗算，中心索股最大傾角為40°。預應力管道自重取12.8 kg/m。建立BIM模型，最后得出預應力系統(tǒng)管道存在豎向位移，且最大位移只有1.05 mm，滿足JTG F80/1—2017《大橋施工注意事項及驗收評定標準》的要求。因此，按照設(shè)計要求合理布置懸挑梁施工，得到預應力管道對橫梁的作用反力是317.7 N，滿足施工要求。

3.3 定位支架加工及安裝

3.3.1 定位支架的加工

定位支架的加工件屬于精度結(jié)構(gòu)件，對預應力管道的定位極為重要，是施工定位的重要部分。項目選擇了專業(yè)的構(gòu)件加工隊伍，在后場加工棚進行精加工制作并驗收。

根據(jù)錨體混凝土澆筑施工工藝、場地運輸及錨體原位拼裝條件，將定位鋼支架豎向分為4個節(jié)段，貴陽岸節(jié)段分別為9.0 m、5.5 m、5.5 m、6.5 m，支架總高26.5 m；黃平岸節(jié)段分別為10 m、4 m、5.5 m、7.5 m，支架高27.0 m。

3.3.2 定位支架安裝

1）立柱定位安裝。定位鋼支架立柱定位的關(guān)鍵在于控制立柱柱腳的位置（高程、平面），以確保上部片架結(jié)構(gòu)的精確安裝。

混凝土澆筑施工前，在定位立柱底部先放置由鋼板和角鋼焊接組成的預埋件。進行準確放樣定位，然后澆筑混凝土。混凝土達到設(shè)計強度后，再次在預埋件鋼板上準確放樣型鋼立柱位置，進行安裝定位。按上述方式依次安裝其他立柱，同時安裝各立柱平聯(lián)，最后將各立柱連接成框架體結(jié)構(gòu)。

2）斜桿及橫撐、拉桿定位安裝。由于布置在立柱上的斜桿、橫撐、拉桿型鋼長度和高度尺較大，為達到定位的準確性，不便于一次施工，需要根據(jù)混凝土澆筑分層逐步地接長安裝施工。支架定位的關(guān)鍵是斜桿接長施工，其施工質(zhì)量和精度嚴重影響整個預應力定位系統(tǒng)的精度。綜合考慮型鋼連接面平整度及斜桿型鋼加工誤差造成的長度誤差，在安裝過程中，先要準確定位整個片架連接面的平整度及準確性。再以整個片架的軸線坐標進行定位調(diào)整，逐漸達到斜面位置定位要求。這樣可以避免因上述加工造成的累加誤差對片架整體造成的影響。安裝施工可配合施工法蘭螺栓調(diào)節(jié)，待測量放樣及安裝定位準確后，進行焊接牢固。

3）片架定位安裝。準確定位安裝斜桿完成后，進行檢驗復核。相應的片架安裝定位坐標放樣，通過法蘭螺栓初步固定，復核無誤后進行焊接牢固。

定位支架檢測：預應力管道安裝完全依托于定位支架的安裝精度，因此，在支架定位完成后，需要進行逐個測量及焊接質(zhì)量驗收。記錄測量結(jié)果，便于檢查糾偏。保證施工過程的嚴肅性和可靠性。

定位支架糾偏措施：立柱垂直度需勤測勤調(diào)，若發(fā)生傾斜，需對立柱位置進行微調(diào)，確保支架立柱豎直。支架骨架及片

架需準確、牢固焊接，焊接后需仔細檢查，若發(fā)現(xiàn)偏差，需對片架進行加寬或重新焊接。

3.3.3 預應力管道的安裝

設(shè)計采用厚度σ=5 mm的無縫鋼管作為預應力管道，接頭連接采用設(shè)計長度為25 cm，直徑大于預應力管道15.5 mm的接頭管進行焊接連接。施工時嚴格檢查接頭管與預應力管道之間的焊縫，保證焊縫質(zhì)量和焊縫厚度，避免漏漿，使預應力管道堵塞，同時在澆筑接頭管處混凝土時，定時用檢孔器檢查預應力管道，以便及時發(fā)現(xiàn)管道是否漏漿，確保預應力管道通暢，如圖2所示。

圖2 錨碇預應力鋼管連接加固圖

1）第一段管道安裝。在后錨面模板安裝完成后，準確放樣錨點坐標，做好標記。然后在定位片架上進行管道位置放樣，做好標記。兩點確定管道位置進行安裝，再進行整體放樣調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)骨架上的片架，測量鋼管測控點坐標，滿足要求后，將下層片架與骨架焊牢，預應力管道與片架暫時不焊死，待后錨具安裝完成后再焊接牢固。

2）后續(xù)預應力管道的安裝。第二、第三段管道以第一段管道的接頭點以及下一片架上的定位點進行定位，調(diào)節(jié)下層片架，鋼管調(diào)整到設(shè)計位置后，將片架焊牢在骨架上，管道按照焊接標準要求進行加長，完成后進行驗收，確定無誤后將管道和片架焊接固定。

在施工中做好加工件的超聲波探傷和磁分檢查，能夠有效發(fā)現(xiàn)加工件的內(nèi)部瑕疵，提前采取干預措施予以解決，對于存在瑕疵和內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題的加工件應予以替換。確保預應力錨固系統(tǒng)的安裝精度及安裝質(zhì)量在允許誤差范圍內(nèi)，進行逐項復核和檢查，保證施工安全可靠[1]。

3.4 前、后錨面錨墊板及槽口定位安裝

施工時，在前錨面預埋相應的型鋼，用于固定錨頭與槽口。在模板上焊接限位型鋼及自制鋼板錨盒固定后錨面錨頭及槽口。

錨固系統(tǒng)分為索股錨固連接構(gòu)造成品鑄件和預應力錨固成品鑄件。索股錨固連接構(gòu)造分為拉桿成品鑄件、球面螺母成品鑄件、連接墊板成品鑄件。預應力錨固構(gòu)造分為管道成品鑄件、環(huán)氧鋼絞線、成品索及錨具成品鑄件、錨頭防護帽成品件。由拉桿和錨靴在前錨面連接，其余端用連接墊板相連。每個連接墊板下設(shè)置4個3×GJ15EB-5預應力成品索。

預埋件、錨墊板及支承板的安裝方法和穿索、預應力束張拉控制如下：

1）安裝預埋件。錨體施工嚴格檢查，避免漏埋預埋件。澆筑混凝土前，檢查后錨墊板、預埋管道、連接管、前輔助錨墊板等是否安裝到位，然后進行分層澆筑。分層拼裝定位支架時，分層檢查，整體復核。分段接長預應力管道時，分段檢查，整體復核。確保前錨面孔道中心坐標滿足規(guī)范要求，允許誤差控制在+5 mm內(nèi)。

2）安裝錨墊板和支承板。在前錨面，逐個安裝固定輔助錨墊板，用螺栓進行連接器和輔助錨墊板的安裝；在后錨面，逐個安裝支承板，用螺栓進行支承板與后錨墊板的安裝。連接器穿索孔與預應力孔道按照編號統(tǒng)一對應，前錨面孔道角度需滿足規(guī)范要求，控制在誤差在+0.1°內(nèi)。

3）穿索。使用牽引索進行孔道穿索，從下端支承板穿索孔至上端連接器上相對應的穿索孔完全穿出。在前錨面位置，將擠壓拉索與牽引索有效連接完成。在后錨面位置，通過卷揚機將拖牽引索拉出，擠壓拉索在前錨面緩慢下放，逐步完成至擠壓拉索下端露出支承板端面，然后拆下牽引索完成一個循環(huán)。

4）預應力束張拉。預應力束張拉要求錨下混凝土達到100%強度。設(shè)計張拉應力為1 116 MPa。同時，GJ15EB-5型成品索張拉控制應力設(shè)計為781 kN。設(shè)計采用前錨面單端張拉控制，施工過程要求嚴格。錨固系統(tǒng)的張拉按照分級張拉及張拉束布置順序，并遵照雙控原則完成預應力張拉施工。

4 結(jié)語

通過貴陽至黃平高速公路陽寶山特大橋錨碇預應力系統(tǒng)的定位施工，成功地完成了主纜架設(shè)和全橋合龍。預應力系統(tǒng)施工的規(guī)范操作及技術(shù)研究，提高了錨碇施工效率，保證了整個懸索橋的可靠性和安全性，達到了橋梁施工的預期目標，為后續(xù)懸索橋的施工奠定了良好的基礎(chǔ)。