道路桥梁工程中预应力体外索施工技术研究

2013-11-20何咏，何毅

交通运输研究 2013年24期

何咏，何毅

（江西省现代路桥工程总公司，江西上饶 334000）

0 引言

随着交通事业的发展和进步，道路桥梁施工数量和规模必然迎来一个高峰期。道路桥梁工程中预应力体外索施工技术已成为保障公路桥梁施工安全的重要技术手段之一，并在我国国内的多项路桥工程中得到成功应用。本文将重点对这一技术在实际施工现场中的应用进行相应的分析和探讨。

1 工程概况

本文研究的道路桥梁施工工程在第一施工段北引桥上部结构设计过程中，根据实际施工环境采用了多夸钢结构－砼组合连续箱梁来保证整体施工强度（连续箱梁跨径组合55m＋85m＋85m＋78m＋21.785m）。在外索预应力施工方面，本工程采用了当前较为常见的环氧绞线体作为主要的技术手段，而在具体施工过程中，根据施工设计方案，采用了包括保护罩、夹片以及密封桶在内的多种保护套件。采用27Φs15.20无粘结高强度低松弛环氧喷涂钢绞线作为主要预应力承载对象，相关参数符合国家一般技术要求。低松弛环氧喷涂钢绞线Φs15.20，单根钢绞线直径为15.20mm，面积Ay＝140mm2，钢绞线标准强度fpk＝1860MPa，弹性模量Ep＝1.95×105MPa，张拉控制应力为1 200MPa。体外索共12束，共计58.883 2t。工程施工环境相对复杂，具有公路桥梁类施工的一般性特征，地质地貌情况多变，常见特殊地貌。

2 道路桥梁工程中的预应力体外索施工技术

2.1 道路桥梁预应力技术

道路桥梁施工中预应力体外索技术得到了较为广泛的应用，它是道路桥梁高效施工、科学施工的关键。体外预应力混凝土结构体系的预应力结构钢筋一般在桥梁结梁体结构的截面外部，能够借助工具或转向块对相关结构构件施加预应力。在以往的预应力钢筋铺设过程中，基本上都是通过对混凝土内截面部分进行铺设，采用焊接和铆合的方式加固，为后张并没有粘结的预应力结构体系。相对于传统意义的施工技术来说，本文所研究的预应力体外所施工技术在实际应用过程中表现出一些非常明显的优势。

第一，改变了传统施工过程中必须通过对混凝土内部预先铺设管道进行预应力防范的做法，极大地降低了腹板的厚度水平，从而在真正意义上降低了桥梁的整体重量，提高了桥梁的安全系数；

第二，能够为施工人员更为直观的了解预应力防范效果提供支持，从而有效降低了二次施工对工程本身预应力水平的破坏；

第三，该技术能够通过和其他技术相结合而极大地缩短工期，创造更为巨大的社会、经济价值。

2.2 道路桥梁工程中的预应力体外索施工技术

在道路桥梁施工中，施加预应力所需的机械设备和仪表都要由专业人员进行使用和管理，并要定期维护、检查。对于千斤顶、压力表需要进行科学的配套标定，准确确定压力表以及张拉力之间的关系曲线。标定和校准需在经权威计量部门授权的法定机构定期、有效地进行。张拉的机械设备需与锚具配套使用。施工人员根据体外索类型选用不同型号的千斤顶和油泵设备。当施工材料和器械都进入施工现场后，经过运行确保其能够正常使用后，才能调到工作台面用于施工。长期没有得到使用的张拉机具和设备，需要在使用前进行全面校验和检查。钢绞线和锚具进入施工现场时，相关人员需要分批验收。验收时，施工人员需要对这些材料和设备的质检证明书、产品包装、产品标志和产品规格等进行仔细检查。通常情况下，如果常规检验合格，即可应用于施工。在具体施工过程中，在锚具和夹具进入现场之时，必须按照相关要求，经由生产部门为其提供相应的机械型号等数据，从而为设备的安全性提供一个有效的保障。同时，除了上述内容之外，还应该严格的进行检查，保证检查的有效性。在外观检测过程中，一般采取15%的抽取率来进行检测，对具体材料的外观进行人工检测，保证其性能指标符合要求，尺寸符合施工标准，只有这样才能够基本保证锚件的整体强度，从而保证工程整体强度标准达标。在检测过程中一旦发现锚具外表存在一定的裂纹或者某些数据表文和施工设计参数之间存在不符合偏差范围的差距时，则要求施工人员以及技术人员需要对锚具进行双倍比例的二次检测。如果通过这一步骤之后仍然留存部分不符合要求的锚具，那么这批锚具不可进入施工场地。钢绞线在厂内下好料后，直接运输到工地，在此过程中不存在其他的流程，从而保证所提供的钢绞线在外观上能够达到相关施工标准。在下料方面，通常情况下需要经过技术人员按照施工标准和设计要求进行多次检查，认真核对其中的具体性能指标。

下料长度计算公式为：

式中：M0——两端垫板底面中心弧线的长度；

A1——锚固端锚具的长度；

M1——锚固端张拉时其工作的长度；

M3——有圆管限制时垂度的影响长度；

M4——施工误差影响长度。

用防潮布铺垫好放料场地上需直线固定机械的下料线和卷扬机，沿线测量好所需要下料的长度，校对后用彩色的油漆进行标记。与此同时，对其采用放线机架来进行牵引，并利用砂轮机来加以切割，使之符合实际使用需求。在下料过程中如果出现保护套破损情况，则要求相关操作人员必须按照相应的施工要求，通过焊枪对其加以修补，如果破损严重，则应马上改用其他钢绞线。在实际的施工过程中，为了最大限度地保证所应用的钢绞线长度符合要求，应该在确保相关操作完全符合规范之外，还应该为其轨迹一直保持直线提供必要的技术支持。当钢绞线下料施工完成后，施工人员需要将钢绞线的两端护套按照设计长度进行剥除。操作过程中，剥皮方面要求施工人员使用专用锯片，保证对线体本身伤害符合要求。在清洗过程中，需要从其实际情况出发，将端头打散，然后配合专用的清洗剂来去除其中的防腐防锈油。同样值得我们注意的还有，在单根张拉设备的应用和操作方面，必须严格做好锚具的准备工作，这就要求相关操作人员对这一过程中的重要工具——千斤顶和油泵进行试机，从而保证这些设备在后续的使用过程中能够发挥应有的作用。与此同时，体外锚具的准备同样有着非常重要的现实意义，不仅仅能够为后续的施工提供便利，更是保证工程施工安全目标顺利实现的重要前提。实际上，体外索穿束时将符合施工要求的钢绞线料盘放置在放线架上，然后按照一般性的处理方法，首先找到其中的线头，然后进行牵引操作，从而保证锚垫板和体外索之间能够达成良好的衔接。在此之后，可以按照转向器、预埋的钢管、密封的板层顺序，最终通过多个转向器的应用来和另一端的锚固区达成连接。

穿索时须注意钢绞线不能打绞，同时要注意保护钢绞线的PE层使之免受损伤。穿束时应注意在钢绞线下设置塑料滚轮、麻袋等保护措施，保证体外索保护层不受损坏。在具体的施工过程中，对于体外索的处理主要采用大家较为熟悉的应力控制方法进行张拉处理的，通过这种方法能够更为有效地对其伸长值进行检验和校对，从而保证后续工程施工中能够有足够的预应力支持。通过这一方法也能够更有效地对实际拉伸长度和理论长度进行对比，从而保证其差值符合设计要求。如果对这一数值在设计中并没有做出明确的要求，那么一般将差额控制在±5%之内，这样才能够保证最终的施工结果符合设计需求，保证工程的整体强度。

体外索理论伸长值ΔN按下式进行计算：

式中：PP——体外索平均张拉力；

N——体外索长度；

AP——体外索截面的面积；

EP——体外索弹性的模量；

x——锚固点到计算截面的距离；

k——每米孔道局部偏差对摩擦影响系数；

μ——预应力索与孔道壁之间的摩擦系数；

θ——从张拉端至计算截面（中跨跨中截面）曲线孔部分切线

式（2）中，最初伸长值的测量应该从初应力时开始进行。当然，具体应用过程中，除了上文所提及的伸长值之外，还必须对初应力情况下的伸长值进行相应的计算和推导。实际上，在公路桥梁预应力体系外的施工过程中，由于施工环境和设计要求的不同，所选择的转向块也有一定的差异，而作为道路桥梁体外的预应力索在跨内的核心构建，对于工程整体强度和设计效果的顺利实现都有着非常重要的意义。道路桥梁的转向装置需要安装在桥梁箱梁的内部。北引桥的体外索利用单根的张拉技术，体外索张拉时应力需要能够双控，并以张拉力为主，主要采用对称的交叉形式进行张拉。1＃和2＃体外索、3＃和4＃体外索、5＃和6＃体外索采用单端张拉的形式进行。在PN4墩顶安装千斤顶，先对称张拉2＃束，2＃束张拉完成后对称张拉1＃束。每束内，张拉顺序为从上往下，从左往右单根张拉，以防止钢绞线缠绕。在实际应用过程中，作为一种简化的曲线预应力钢筋技术，由于体外索和梁体之间并没有形成大规模的接触，因此预应力的传导更为简单和容易计算，同时也能够得到更小的摩阻损失，因此能够有效提升桥梁整体强度，并且对于道路的整体通行能力所造成的负面影响相对较小，具有施工效率高、工期短的特点，因此在我国当前的公路桥梁施工过程中得以推广，这促进了该技术的发展和更新。