港珠澳大桥墩柱竖向预应力粗钢筋系统安装技术研究

王祥云，隋新义，孙业发

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066000）

预应力钢筋混凝土在国内外工程中应用广泛，在增大结构跨度、抗裂、抗震方面起到非常重要的作用。港珠澳大桥CB03标预制墩柱72座，超高墩柱采用分节预制拼装结构，上下节之间为匹配干接缝，通过直螺纹预应力粗钢筋连接成整体[1]。其中两节式墩柱11座，三节式墩柱17座，单节最大高度21.787m。采用的预应力粗钢筋直径75mm，是目前国内使用直径最大的预应力粗钢筋。屈服强度930MPa，抗拉强度1100MPa。预应力粗钢筋系统安装精度决定能否顺利实现上下节墩柱对接[2]。文章依托港珠澳大桥CB03标对墩柱预应力粗钢筋安装定位技术进行了系统研究。

1 施工思路

墩柱竖向预应力粗钢筋及波纹管定位通过底端定位、顶端定位、中间加固和干接缝顶模具校核保证安装精度。下节段底端定位采用测量放线的方法，在劲性骨架的托架上放出锚固端的设计位置，进行点焊加固；中上节段下部干接缝底模具设固定粗钢筋凹槽，通过凹槽及橡胶圈固定粗钢筋系统的底部位置。顶端定位采用空间桁架结构的专用定位架定位。定位架上层按各粗钢筋位置布设粗钢筋定位孔。完成底端和顶端定位后，利用垂线控制波纹管垂度，焊接“井”字筋加固波纹管。砼浇注前利用干接缝顶模具及其他组装件校核预应力钢筋系统顶端位置。

2 施工方法

2.1 关键技术

实现精确安装定位的关键技术有粗钢筋底端定位技术、顶端定位技术、粗钢筋定位架设计、定位螺母的设计、波纹管加固、干接缝模具的设计校核等。

2.2 底端定位技术

由于墩柱下节段和中上节段结构形式的区别，两者底端定位工艺有所区别。

（1）下节段底端定位。下节段底端定位主要通过测量放线手段实现，在托架上以粗钢筋中心线为定位基准轴线，通过横纵两个方向轴线控制，确定出每根预应力粗钢筋的中心，根据粗钢筋中心及固定端保护罩直径放样出每个保护罩边线。在测量放线之前安装劲性骨架并组装预应力锚固端系统。承台劲性骨架安装完成后，安装预应力粗钢筋固定端锚固系统（见图1）。吊装预应力钢筋固定端锚固系统至设计位置，调整密封筒位置，定位准确后在密封筒四周进行点焊加固（见图2）。

图1 固定端锚固系统结构

图2 锚固端密封筒加固

（2）中上节段底端定位。中上节段预制前先在预制台座上安装干接缝底模具（见图3）。底模具是具有承重功能的箱梁结构，与混凝土接触面整体铣面，安装机加工剪力键，并在顶面设置预应力钢筋固定用凹槽（见图4）。在底模具凹槽内安装定位用橡胶圈，然后将粗钢筋插入橡胶圈内，波纹管连接套管插到橡胶圈外。

2.3 顶端定位技术

图3 干接缝承重底模具

图4 预应力系统在干接缝底模具处加固

（1）顶端定位架设计。主要遵循设计原则：①预应力钢筋定位孔安装精度偏差在1mm；②预应力定位架应具有施工精度需要相应的刚度；③在保证精度及刚度的同时，减少钢材的投入，降低成本。定位架具有一定刚度的空间钢桁架结构，定位架上部设粗钢筋定位孔（见图5）。

图5 预应力粗钢筋定位架断面图（单位：cm）

（2）定位工具。利用定位架上部定位孔定位粗钢筋，利用粗钢筋定位波纹管，为此设计了粗钢筋定位锥形螺母及波纹管定位螺母（见图6）。粗钢筋定位锥形螺母保证了粗钢筋在定位孔的中心位置，而波纹管定位螺母保证了钢筋在波纹管的中心位置。

图6 定位螺母

对于张拉端钢筋，由于顶部标高低于钢筋劲性骨架顶标高，无法利用定位孔直接定位粗钢筋，需借助定位工具杆进行定位（见图7）。

图7 定位工具杆

（3）施工流程。安装预应力钢筋定位架（见图8），通过全站仪测量，使定位架横纵轴线与墩身横纵轴线一致。在粗钢筋与波纹管之间安装定位螺母，控制粗钢筋和波纹管相对位置；将锥形定位螺母安装到粗钢筋上，并与定位架定位孔挤紧，以控制粗钢筋位置。

图8 墩身定位架安装

2.4 中间加固

粗钢筋底端与顶端定位精确固定后再进行波纹管加固（见图9）。焊接“井”字筋夹住波纹管，防止浇砼时波纹管左右弯曲摆动。“井”字筋间距不大于1m。为保证波纹管的垂直度，利用垂线等手段进行精度控制。

图9 波纹管加固

2.5 顶部干接缝模具校核

墩柱顶模具与底模具制作方法基本相同。墩身外模分层安装到位，试安装干接缝顶模。顶模具安装到位后，安装定位盘及定位胶圈。利用干接缝顶模具、定位盘及定位胶圈核对粗钢筋系统位置（见图10）。校核完成后加固粗钢筋系统顶部并拆模顶模具，在混凝土浇筑到顶部时再将顶模具压入。

图10 干接缝顶模具

3 施工效果

3.1 施工质量

利用预应力粗钢筋系统安装定位技术，完成了港珠澳大桥CB03标分段式墩柱预制，并顺利实现了海上对接。施工精度满足设计、规范要求以及海上对接需要[3]。

3.2 施工效率及成本

采用整体式定位架及定位工具，单次调整定位即可完成全部钢筋高精度定位，有效解决了单根钢筋调整的效率低、精度差等问题，大幅提高了施工效率；高精度干接缝模具的使用，保证预应力安装精度，缩短了中上节段墩柱对接时间，减少了海上船机的使用，降低了施工成本。

4 结束语

竖向预应力粗钢筋系统安装定位技术通过底端定位、顶端定位、中间加固和干接缝顶模具校核等措施保证了施工精度，满足海上对接要求，在施工质量、工效等方面均具有先进性，为港珠澳大桥墩柱预制拼装的装配式结构在国内其他跨海工程上推广提供了技术支撑，对大直径预应力钢筋施工技术发展也具有一定意义。