东莞水道特大桥水平系杆张拉施工技术

金东哲

1 工程概述

东莞市水道特大桥为中承式钢管混凝土拱桥,主跨拱肋采用钢管混凝土拱形空间桁架结构。每幅桥设两片拱肋,每片拱布置16根水平系杆,系杆从主拱肋内外两侧及拱肋两弦管间通过,两端锚固于边拱端横梁上。边拱是为系杆提供锚固端,从而平衡主拱推力而设置。系杆随着主桥各结构的吊装分批安装、张拉来平衡由钢管拱传递给主拱座的水平推力(见图1)。

2 水平系杆张拉体系特点

锚固张拉体系组成：成品索,导轮架,锚具,张拉机具。

2.1 成品索

每片拱肋下设16根OVMXG.T15-31环氧喷涂钢绞线系杆。该索体是采用双层高密度聚乙烯(HDPE)防护的全防腐索体,具有以下特殊性能：1)外层PE与内层PE之间设置一防腐油脂隔离层,当系杆受力张拉时,外层PE能有效的释放应力,使得外层PE处于较低应力状态下工作,有效的解决PE应力开裂问题。2)采用了先进的环氧喷涂钢绞线,钢绞线外包双层PE护套,钢绞线与内层 PE、内外两层PE之间均填注防腐油脂,全封闭防腐,完全杜绝因毛细作用和意外进水造成的索体钢丝腐蚀,对各种腐蚀环境具有优良的耐蚀性。

系杆索体外径127 mm,由31根φ 15.24 mm的钢绞线组成,钢绞线标准强度Ryb=1 860 MPa。

2.2 导轮架

为了减小系杆与其支承构件的摩擦,本桥设计了系杆导轮支承构造——系杆导轮架。导轮架为一种内有数排转轮的箱形结构物,系杆即搭载在其中的转轮上。全桥导轮架顺桥向排列,用螺栓固定于每片横梁上。

2.3 锚具

系杆锚具采用可换索式钢绞线系杆锚具,规格为OVMXGK15-31。其组成为：锚垫板螺旋筋、密封装置、连接筒、螺母、支撑筒、锚板、防松装置、工作夹片。

2.4 张拉机具

采用YCW650-200千斤顶和ZB10/320-4/800高压油泵,并配套悬浮式张拉专用撑脚及OVM15G-31工具锚、工具夹片。

3 张拉操作要点

3.1 张拉系统安装

3.1.1 系杆穿索

制好的成品索索盘置于北岸拱脚放线架上,用南岸5 t卷扬机牵引穿索。

3.1.2 安装工作锚体系

将系杆钢绞线穿过密封装置、连接筒、螺母、支撑筒、锚板,注意31根钢绞线在穿过工作锚板前要分层编束,使每一根钢绞线能准确的穿过对应的锚板孔。最后安装工作夹片,工作夹片不应打紧,使其处于放松状态。

3.2 张拉

用4台千斤顶在两岸上下游侧进行对称张拉,初应力选为10%δcon,由于每根系杆张拉至设计有效张拉力 Nt=3 829 kN时,单端张拉系杆伸长量约为850 mm,YCW650-200千斤顶最大行程为200 mm,故每台YCW650-200千斤顶采用两个配套撑脚和两套OVM15G-31工具锚进行张拉,直至张拉设计有效张拉力3 829 kN后对工作锚进行张拉锚固。

张拉工作程序：安装限位板→安装千斤顶→装撑脚→工具锚→预紧→反复张拉→到设计应力→锚固。

3.3 防护处理

最后一次张拉完毕后,在工作锚板上给夹片安装防松装置,并切割多余钢绞线,以外露约30 cm为准;对支撑筒和连接筒内进行灌注环氧砂浆;安装锚头保护罩,往保护罩内灌注防腐润滑油脂。

4 双控方法及分析

本桥全过程以张拉力和主墩水平位移为主,伸长量为辅控制张拉,任何情况下都要保证墩顶位移小于±5 mm。

4.1 张拉力测定

按标定报告所给公式计算张拉油表读数,张拉时严格控制读数的准确。在50%的系杆上布设锚索测力计,锚索测力计型号为BGK-4900,量程5 000 kN,安装在支撑筒与工作锚板之间。每次张拉均委托具有合格资质的监测单位进行量测。

表1 实测伸长值计算表

4.2 墩顶位移的测量

采用全站仪进行测量,每次张拉前后均用全站仪对拱座顶部控制点进行测量,对比坐标变化,计算出位移数据。

采用百分表进行测量,在拱顶预埋测量设备,每次张拉前后用百分表量测墩顶位移。

4.3 计算伸长值

其中,P为张拉端张拉力,N;¯P为预应力筋平均张拉力,N。

计算值与设计单位提供的设计值有1%的误差,施工过程中供参考。

4.4 实测伸长值

每一行程量取千斤顶活塞外露长度初始和结束值的差值(见表1)。

实测伸长值=Ln+1-Ln+Ln-1-Ln-2+…+L5-L4+L3-L2+L4-L3+L2-L1。

4.5 计算值与实测值相对误差

经计算,误差均控制在±6%范围之内。

5 分析探讨

5.1 张拉控制

张拉控制采用张拉力和主墩水平位移为主,伸长量为辅。为保证墩顶位移保持在±5 mm以内,在张拉时如出现位移过大等异常情况应及时沟通现场技术员以调整张拉并根据测量反馈数据报知设计院调整控制拉力。

应按系杆张拉程序逐步测量以下数据：1)每次混凝土浇筑后的钢管拱线形;每次张拉前的钢管拱线形;每次张拉后的钢管拱线形。2)每次张拉前的边拱拱肋的线形;每次张拉后的边拱拱肋线形。3)每次张拉前的边拱端横梁标高及顺桥向位置;每次张拉后的边拱端横梁标高及顺桥向位置。4)每次张拉前的主拱拱座顺桥向位置,每次张拉后的主拱拱座顺桥向位置。5)在后4次张拉时全程监控主拱拱座位移。

5.2 应力损失

在张拉后实测到了应力损失,分析有以下原因：1)在实际施工过程中因主拱及桥面加载导致桥面标高下降后,系杆随之下降,系杆内部应力会相应损失。2)锚塞回缩造成一定的应力损失,由于工作夹片是由限位板顶进锚孔的,在旋紧限位板螺母,压紧夹片的过程中,无法保证夹片紧贴锚孔。

6 结语

在东莞水道特大桥工程施工中,针对系杆安装、张拉的关键环节开展技术研究,克服了系杆安装、系杆多行程张拉、系杆防腐等技术难题,为类似的工程施工积累了经验。

[1] JTJ 041,公路桥涵施工技术规范[S].

[2] JGJ 85-2002,预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程[S].

[3] JT/T 6-94,斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件[S].