預(yù)應(yīng)力深埋錨具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究

曾航宇

【摘?要】深埋錨具作為一種新型的錨固體系形式，有著諸多優(yōu)點(diǎn)，越來越多的預(yù)應(yīng)力橋梁工程應(yīng)用深埋錨具取代常規(guī)的錨具結(jié)構(gòu)。文章對(duì)深埋錨具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工應(yīng)用進(jìn)行研究，為深埋形式的錨具體系的優(yōu)化及工程施工工藝的改善提供有益的參考。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力;深埋錨具;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);施工技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TG502?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】1674-0688（2022）03-0125-03

0?引言

目前，我國(guó)公路橋梁使用的后張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁構(gòu)件大多采用二次封錨的施工工藝，即以兩端錨墊板為界分段澆筑，把兩端錨墊板以內(nèi)（預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)段）作為一個(gè)整體一次澆筑成型，錨墊板外側(cè)這段暫不澆筑，待張拉壓漿后再立側(cè)模、端模，然后澆筑封錨、封端混凝土。采用這種施工方法生產(chǎn)預(yù)制梁構(gòu)件存在諸多弊端，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一片預(yù)制梁分3段澆筑多了2條接縫，并且這類大平面接縫很難控制其平整度。一片預(yù)制梁分期、分段澆筑，強(qiáng)度上升不一致，外觀顏色反差太大。預(yù)制梁中段（即兩端錨墊板之間）為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，兩端為普通鋼筋混凝土，結(jié)構(gòu)不一樣，受力狀態(tài)各異。張拉壓漿后再二次立模澆筑封端混凝土，多了幾道工序，延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，增加了臺(tái)座的負(fù)擔(dān)。

為了克服目前預(yù)制梁二次封錨產(chǎn)生的各種質(zhì)量缺陷，越來越多的工程采用一次澆筑成型，即采用深埋錨的封錨施工工藝。在主梁預(yù)制的時(shí)候，通過在梁端預(yù)埋鋼套筒為張拉預(yù)應(yīng)力鋼束留出空間，主梁一次澆筑成型;張拉時(shí)采用改進(jìn)的深埋錨具將千斤頂引出混凝土外壁，在梁端進(jìn)行張拉;張拉完畢后，按設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)鋼套筒進(jìn)行切割，然后完成注漿、封錨等工序。

深埋錨的施工工藝由于避免了二次立模澆筑、普通錨所需的預(yù)應(yīng)力張拉端槽口過大，因此張拉前需切斷結(jié)構(gòu)主筋及勁性骨架，張拉完畢后將勁性骨架焊接回原處，解決了操作煩瑣等難題，簡(jiǎn)化了施工工藝，能夠最大限度地減少對(duì)主梁截面的削弱，確保了預(yù)制主梁的整體受力性能和施工質(zhì)量。

1?深埋錨具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

深埋錨具一般由錨具四件套（工作錨板、工作夾片、錨墊板、螺旋筋）和深埋套筒組成。錨具四件套即為工程中常用的常規(guī)錨具，其中錨墊板與深埋套筒組合安裝，預(yù)埋于預(yù)應(yīng)力梁體內(nèi)。澆筑混凝土后，深埋套筒處形成一個(gè)空腔，用于張拉時(shí)安裝工作錨板、夾片和鋼絞線穿束張拉等。在進(jìn)行深埋錨固端張拉時(shí)，不需要破壞混凝土自身結(jié)構(gòu)，同時(shí)能方便快捷地完成張拉作業(yè)，大幅提高預(yù)應(yīng)力構(gòu)件施工效率及安全性。

對(duì)于深埋錨具的各個(gè)部件，其性能需滿足以下幾點(diǎn)要求：靜載性能達(dá)到《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T?14370—2015）和《后張預(yù)應(yīng)力體系驗(yàn)收建議》（FIP—1993）的要求，錨具效率系數(shù)ηa≥0.95，極限延伸率εapu≥2%的要求[1]。錨墊板性能滿足《后張預(yù)應(yīng)力體系驗(yàn)收建議》（FIP—1993）[2]。深埋錨固體系的錨具及輔助張拉裝置能滿足實(shí)際工程施工需要。所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)易于生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)形式經(jīng)濟(jì)、合理。

深埋錨具配套的深埋套筒主要分為大套筒結(jié)構(gòu)和小套筒結(jié)構(gòu)兩種類型。為了避免安裝套筒時(shí)，套筒擋住錨墊板的灌漿孔，干涉灌漿管的安裝，大套筒結(jié)構(gòu)類型的套筒外徑設(shè)計(jì)得較大，能將工作錨板、灌漿管、錨墊板安裝螺栓包含在套筒內(nèi)。以12孔的深埋錨具為例，大套筒結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

小套筒結(jié)構(gòu)類型的套筒外徑較小，相對(duì)于鋼制大套筒類型，小套筒類型的設(shè)計(jì)多了一個(gè)過渡墊環(huán)零件。套筒安裝時(shí)會(huì)擋住錨墊板的灌漿孔，過渡墊環(huán)的作用是避免套筒與灌漿管和安裝錨墊板的螺栓干涉。以15孔深埋錨具為例，小套筒類型的結(jié)構(gòu)如圖2所示，錨墊板安裝螺栓埋于套筒底板法蘭盤之下，過渡墊環(huán)還利用錯(cuò)位孔結(jié)構(gòu)使得錨墊板上的灌漿孔與深埋套筒底板法蘭盤上的灌漿管安裝孔相互連通，確保不干涉灌漿管的安裝。

1.1?大套筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

深埋套筒一般采用Q235鋼材，大套筒結(jié)構(gòu)類型由套筒和底板2個(gè)部分組成，套筒和底板采用焊接工藝焊接為一個(gè)整體。以配套公路標(biāo)準(zhǔn)的系列錨具為例，對(duì)深埋套筒的設(shè)計(jì)思路參考以下幾個(gè)要點(diǎn)：底板內(nèi)徑φC需至少比所配套錨板外徑大4?mm，以便錨板安裝;配套低回縮錨具時(shí)，套筒內(nèi)徑需保證留有足夠進(jìn)行旋緊低回縮螺母的操作空間。底板上與錨墊板灌漿孔配合的通孔為φ32?mm，便于M27的灌漿管的安裝。為了便于底板與錨墊板通過螺栓連接，底板上的4個(gè)通孔為4×φ12?mm，配合4×M10螺栓。這4個(gè)通孔可設(shè)計(jì)為長(zhǎng)孔形式，增大與錨墊板連接安裝時(shí)的容錯(cuò)率。為便于灌漿管的安裝，套筒內(nèi)壁與錨墊板灌漿孔（即底板上的φ32?mm通孔）中心點(diǎn)距離應(yīng)不小于20?mm，以此為依據(jù)確定套筒的內(nèi)徑φD。在澆筑混凝土?xí)r，為保證套筒承受的壓應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致套筒產(chǎn)生形變、開裂，套筒的壁厚應(yīng)不小于3?mm。深埋套筒底板與錨墊板端面為螺栓連接，套筒越長(zhǎng)，受剪力越大，同時(shí)要考慮底板的平整度，保證底板與錨墊板端面貼合緊密，因此底板厚度設(shè)計(jì)為不小于6?mm。底板外徑需比套筒的外徑大10?mm，即單邊比套筒寬出5?mm，方便從套筒外焊接套筒與底板的連接處。套筒的長(zhǎng)度L1、L2需根據(jù)具體工程中梁體的外形，以及對(duì)錨墊板預(yù)埋位置的設(shè)計(jì)需求確定。符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T?700—2006）標(biāo)準(zhǔn)的要求;也可選用尺寸合適的φ20?mm無(wú)縫管，符合《結(jié)構(gòu)用無(wú)縫鋼管》（GB/T?8162—2008）標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.2?小套筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

埋套筒一般采用Q235鋼材，由套筒、底板和過渡墊環(huán)3個(gè)零件組成，套筒和底板采用焊接工藝焊接為一個(gè)整體，施工時(shí)通過螺栓連接，將套筒、過渡墊環(huán)、錨墊板連接安裝牢固。相對(duì)于鋼制大套筒類型，小套筒類型多了一個(gè)過渡墊環(huán)零件，過渡墊環(huán)的作用是避免套筒壁與灌漿管和安裝錨墊板的螺栓干涉。以配套公路標(biāo)準(zhǔn)的系列錨具為例，對(duì)深埋套筒的設(shè)計(jì)思路參考以下幾個(gè)要點(diǎn)：為了施工方便且滿足盡量減小套筒外形尺寸的需求，套筒的內(nèi)徑設(shè)計(jì)為比配套錨板的外徑大10?mm。在澆筑混凝土?xí)r，為保證套筒承受的壓應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致套筒產(chǎn)生形變，套筒的壁厚需不小于3?mm。深埋套筒底板與錨墊板端面為螺栓連接，套筒越長(zhǎng)，受剪切力越大，同時(shí)要考慮底板的平整度，保證底板與墊環(huán)端面貼合緊密，因此底板厚度設(shè)計(jì)為不小于6?mm。套筒的長(zhǎng)度L1、L2需根據(jù)具體工程中梁體的外形和梁體預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)確定。過渡墊環(huán)如圖3所示，其內(nèi)徑φD需至少比所配套錨板外徑大4?mm。4×φ12?mm為螺栓安裝孔，用于螺釘穿過將墊環(huán)和錨墊板連接，為了螺釘頭不突出墊環(huán)平面，4×φ18?mm沉孔深度為12?mm。交錯(cuò)相通的孔φ28?mm和M27，其中心距離不宜大過14?mm，鉆孔深度為15?mm，以免因錯(cuò)孔影響灌漿時(shí)漿體流量。過渡墊環(huán)厚度設(shè)計(jì)為25?mm左右，以保證各孔的深度。筒體、底板和墊板一般都采用Q235鋼，符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T?700—2006）標(biāo)準(zhǔn)的要求;也可選用尺寸合適的20?mm無(wú)縫管，符合《結(jié)構(gòu)用無(wú)縫鋼管》（GB/T?8162—2008）標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.3?深埋錨具配套工具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

工程采用深埋錨具時(shí)，張拉施工需配套專用的施工工具：延長(zhǎng)筒或限位延長(zhǎng)筒。配套大套筒類型的深埋套筒時(shí)，延長(zhǎng)筒和限位板為分體式，限位板為常規(guī)的對(duì)應(yīng)孔位限位板，張拉時(shí)先裝限位板，然后裝延長(zhǎng)筒抵住限位板，進(jìn)行張拉。配套小套筒類型的深埋錨具時(shí)，由于張拉空間小，需特制限位延長(zhǎng)筒，將限位板和延長(zhǎng)筒組焊為一個(gè)整體。限位延長(zhǎng)筒如圖4所示。

限位延長(zhǎng)筒是將延長(zhǎng)筒與限位板組焊為一個(gè)整體，限位板需結(jié)合需求進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路參考以下幾點(diǎn)要求：延長(zhǎng)筒的底座外徑φA，需與張拉用的千斤頂?shù)撞恐箍谂浜希誂小于止口直徑2～5?mm為宜。延長(zhǎng)筒在張拉時(shí)受壓應(yīng)力，根據(jù)張拉力、延長(zhǎng)筒的筒體外徑φD、內(nèi)徑φB確定延長(zhǎng)筒所受的壓應(yīng)力σ，安全系數(shù)取1.2，保證1.2σ≤延長(zhǎng)筒材料的屈服強(qiáng)度，φD應(yīng)小于配套的深埋套筒內(nèi)徑4?mm。限位板外徑=延長(zhǎng)筒外徑=φD。為保證鋼絞線能順利穿過延長(zhǎng)筒內(nèi)腔，采用φ15.2?mm鋼絞線時(shí)，延長(zhǎng)筒內(nèi)徑，φB≥錨具錐孔中心排布最大分度圓+20?mm。由于套筒內(nèi)空間限制，特制的限位板可不設(shè)計(jì)與工作錨板配合的止口。？譾？訛在延長(zhǎng)筒的筒身上需鉆攻2×M12的螺紋孔，方便施工時(shí)安裝吊環(huán)螺釘進(jìn)行吊裝。？譿？訛限位延長(zhǎng)筒的總長(zhǎng)度L，應(yīng)大于所配套的深埋錨具套筒長(zhǎng)度約50?mm，同時(shí)需考慮張拉時(shí)，混凝土端面是否與千斤頂成角度，以保證延長(zhǎng)筒底座與千斤頂配合安裝時(shí)不會(huì)干涉混凝土外表面為原則，確定限位延長(zhǎng)筒的具體長(zhǎng)度。延長(zhǎng)筒和限位延長(zhǎng)筒在張拉過程中為受力件，一般采用40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼，符合《合金結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T?3077—2015）標(biāo)準(zhǔn)要求。

2?深埋錨具施工技術(shù)要點(diǎn)

深埋錨具屬于后張預(yù)應(yīng)力錨具中的一種，由于是將錨具深埋于構(gòu)件混凝土中，因此在張拉端預(yù)留的張拉孔道較小，需將千斤頂引出構(gòu)件端面進(jìn)行張拉施工，其施工工藝流程及要點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)。

（1）安裝錨墊板：在構(gòu)件要求的位置準(zhǔn)確安裝錨墊板，并安裝定位螺栓和波紋管。

（2）安裝深埋套筒：用螺栓將套筒固定安裝在錨墊板上，套筒靠近構(gòu)件外表面的端面，需用連接扣件與端面模板安裝定位，各端面的連接處需保證密封，防止?jié)仓炷習(xí)r漿體流入套筒內(nèi)。

（3）安裝灌漿管：在錨墊板的灌漿孔上安裝灌漿管，伸出構(gòu)件端面以便張拉錨固后對(duì)孔道進(jìn)行壓漿作業(yè)。

（4）預(yù)應(yīng)力張拉：澆筑完混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋穿束，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)預(yù)留足夠的張拉長(zhǎng)度。安裝工作錨板和工作夾片，安裝工作錨板時(shí)注意查看錨板是否進(jìn)入錨墊板止口內(nèi)，夾片應(yīng)用合適的鋼管均勻打緊，使夾片的外露長(zhǎng)度基本一致。安裝配套的張拉工具限位延長(zhǎng)筒，限位板一側(cè)伸入套筒中壓住錨板進(jìn)行限位張拉，另一側(cè)與千斤頂配合安裝。安裝千斤頂和工具錨板、工具夾片，在安裝工具錨時(shí)注意鋼絞線不要打絞。按要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉操作。

（5）進(jìn)行孔道壓漿和封錨作業(yè)。封錨時(shí)，錨頭周圍套筒的空腔處可適當(dāng)布置鋼筋網(wǎng)片，鋼筋與套筒焊接，然后填充混凝土封錨。

深埋錨具為后張預(yù)應(yīng)力錨具的一種，本研究只是對(duì)深埋錨具施工技術(shù)要點(diǎn)做了分析，具體的施工工藝參考《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[3]。

3?結(jié)束語(yǔ)

深埋錨具對(duì)預(yù)應(yīng)力梁的作用較大，使其得到越來越多的應(yīng)用。設(shè)計(jì)者在橋梁的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，更傾向于選用深埋錨具取代普通錨具。相比普通錨具，深埋錨具的成本雖然略高，但是其眾多優(yōu)點(diǎn)足以抵消成本上的劣勢(shì)。目前，大多數(shù)工程項(xiàng)目中使用的深埋錨具一般都是配套鋼制的深埋套筒，但深埋套筒在結(jié)構(gòu)中實(shí)際上只承受混凝土內(nèi)部自身的壓應(yīng)力，鋼質(zhì)材料的套筒，其材料性能相對(duì)需求是有過分冗余的。

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在不斷提高，深埋錨固技術(shù)也在不斷發(fā)展，目前市場(chǎng)上對(duì)深埋錨固體系產(chǎn)品提出了更高要求，如性價(jià)比高、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等，因此在深埋錨固技術(shù)上我們還有許多研究工作要做。在今后的發(fā)展中，不論是材料還是結(jié)構(gòu)形式、制造方式，深埋錨具仍有很多優(yōu)化、改進(jìn)和發(fā)展的空間。深埋錨具或?qū)⒊蔀橐环N最常用的預(yù)應(yīng)力錨具。

參?考?文?獻(xiàn)

[1]GB/T?14370—2015，預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器[S].

[2]FIP—1993，后張預(yù)應(yīng)力體系驗(yàn)收建議[S].

[3]JTG/T?3650—2020，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].