有粘结钢棒预应力在斜拉桥主塔施工中的应用*

王良波，舒飞宇，饶 淇，张子维，冯艳玲，柳旭辉

(中建三局第二建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430074)

1 工程概况

黄石新港大道北延道路工程EPC项目主桥位于24～27号墩，其中26号为主桥主塔。主塔柱为钢筋混凝土结构，外形总体上呈人字形，塔梁固结。中塔柱和上塔柱采用矩形空心截面；纵桥向宽7.0m，壁厚1.5m；横桥向宽3.3m，壁厚0.6m，上塔柱连接板将两侧上塔柱连为整体，上塔柱连接板厚0.8m。中、上塔柱斜拉索锚固区预应力采用直径16mm有粘结预应力钢棒，预应力钢棒应符合GB/T 5 223.3—2017《预应力混凝土用钢棒》标准强度fpk=1420MPa，弹性模量Es=201GPa，张拉控制应力σcon=0.6fpk=852MPa。预应力钢棒张拉采用张拉力和引伸量双控，以张拉力为主，张拉达到设计吨位时，实际引伸量与理论引伸量的差值应控制在6%以内。张拉伸长量为每延米4.239mm。预应力钢棒采用单支单端张拉，单支控制张拉力为171.3kN。

2 施工工艺流程与操作要点

2.1 施工工艺流程(见图1)

图1 塔柱预应力施工流程

2.2 操作要点

2.2.1场外预制锚盒

在场外提前预制型材锚固组件；有粘结钢棒预应力锚固组件包括2根定位钢管、2根螺旋筋、锚垫板、方钢管、钢板；将定位钢管对应焊接在锚垫板的2个定位孔上，每根定位钢管内穿于螺旋筋，螺旋筋通过螺栓固定在锚垫板上，每根螺旋筋通过定位钢管与锚垫板相连接，锚垫板底部与钢板贴合焊接，钢板并封盖焊接在方钢管顶部形成锚盒。锚盒端部与塔身贴合，其线形与对应塔身部位保持一致。

2.2.2锚固组件及钢筋安装

斜拉索锚固区结构物密集(钢筋、劲性骨架、横向预应力、索导管、各种预埋件及锚固组件等)，施工顺序相当重要，应按以下顺序施工：劲性骨架安装→索导管安装→内外排竖向主钢筋及其水平筋安装→预应力锚固组件安装及定位→钢棒预应力安装→模板安装。

锚固组件及钢筋根据现场进度，由汽车运输至现场，由塔式起重机吊装。塔柱预应力施工首先进行锚固组件定位，定位前按塔柱倾斜比测量进行底坐标放样，同步调整钢筋间距并安装；安装完成后，用短对中杆在顶部测量校核坐标进行调整，直至满足施工要求(见图2)。

图2 锚固组件及钢筋安装示意

2. 2.3预应力安装

预应力锚固组件定位完成后再安装钢棒预应力，其通过锚固螺母与锚固组件固定；安装完成后立即将锚盒封闭，防止后续施工混凝土及其他杂质进入锚盒及预应力孔道。

塔柱预应力采用直径16mm无粘结钢棒预应力；施工时要求钢棒预应力锚垫板通过定位钢筋与主塔普通钢筋可靠连接，定位钢筋网采用直径12mm钢筋，间距>500mm，定位钢筋网设置时，必须保证钢棒预应力位置与图纸一致，同时必须与主塔钢筋焊牢。施工下料前应对钢棒预应力准确放样，确保下料长度。施工具体要求如下：①铺装前应检查其规格、数量及是否有破损，并应在逐根确认其端部组装配件可靠无误后方可铺放；②安装时应按设计规定的位置，采用定位钢筋控制定位，并应保证其顺直、牢固，浇筑混凝土时不应出现移位和变形；③当与其他构件位置有矛盾时，不应将钢棒预应力垂直位置抬高或降低；④当集束配置多根钢棒预应力时，应保持平行走向，防止其相互扭绞(见图3)。

图3 预应力安装及锚盒封闭

2.2.4预应力张拉

预应力张拉主要施工流程为：安装引伸杆→安装千斤顶→预应力施加→拧紧螺栓。

在混凝土强度达到设计强度的90%且养护龄期≥7d后方可分批张拉预应力束。钢棒预应力的张拉采用穿心式千斤顶,通过引伸杆连接钢棒预应力端丝扣施加应力，安装穿心式千斤顶同时旋转锁紧手柄，锁紧锚固螺母后张拉(采用专业的自动化张拉设备)。

钢棒预应力采用单支单端张拉，张拉力和引伸量双控，以张拉力为主，张拉达到设计吨位时，实际引伸量与理论引伸量的差值应控制在6%以内(见图4)。

图4 预应力张拉组件示意

2.2.5高强软管串联

桥塔中、上塔柱预应力区每节塔柱有多排预应力布置(9～17排)，使用高强橡胶管将纵向截面单列各锚固组件的注浆孔从下至上串联。

2.2.6真空同步压浆

2.2.6.1压浆设备

1)真空泵 抽真空能力达到-0.08～-0.1MPa。

2)压浆泵 采用气密性较好的螺杆式压浆泵，其电动机功率为3kW、最大压力0.8MPa、压浆能力3m3/h(见图5)。

图5 真空压浆设备连接示意

2.2.6.2浆体要求

浆体设计是压浆工艺的关键,应采用普通硅酸盐水泥，水泥浆强度与混凝土强度相同，并配有微硅末、粉煤灰或浆体专用外加剂。

为了防止水泥浆在灌注过程中产生析水及硬化后开裂，并保证水泥浆在管道中的流动性，需掺加少量添加剂，但不得使用含有氯化物和硝酸盐的外加剂。所用水泥应采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5MPa，龄期应≤1个月。合适的水泥浆应当具有的特点为：①和易性好(泌水性小、流动性好)；②硬化后孔隙率低，渗透性小；③具有一定的膨胀性，确保孔道填充密实；④较高的抗压强度；⑤有效的粘接强度。

表1 工期对比

表2 成本对比 元

2.2.6.3真空同步压浆工艺

为保证串联压浆质量，采用上“抽”下“压”同步压浆法，使用真空泵与塔柱最顶层预应力组件注浆孔连接抽浆(上平台抽浆)，压浆泵与塔柱最底层预应力组件注浆孔连接压浆(下平台压浆)，当出浆流畅、稳定且稠度一致时即可完成注浆。施工具体步骤为：①清理装配螺栓孔内及锚座底面的水泥浆，保证锚座底面平整；清理盖帽的密封口及密封槽，并保持清洁。②装配盖帽，将螺栓加垫片旋入螺孔内并紧固，并将排气孔垂直向上放置，用高压风将管道内可能存留的水分吹出。③压浆端安装压浆喉管、球型阀门和快换接头并作检查；出浆端安装透明喉管，并与真空泵相连接。④真空吸浆前，用真空泵试吸真空，当真空度检测达到要求的标准后，即可开始真空吸浆。⑤启动压浆机，当所排出的水泥浆稠度及流动度符合要求后，暂时关闭压浆机，并将压浆喉管通过快换接头接到锚座的压浆端快换接头上。⑥关闭压浆端阀门，打开出浆端阀门，启动真空泵。当塑料波纹管内的真空度达到设计要求后，保持真空泵启动状态，开启压浆端阀门将水泥浆压入管道。⑦当出浆孔及出气孔所流出的水泥浆稠度均匀一致后，分别关闭出浆阀门、密封出气孔。⑧开动压浆机，保持预定压力，并持压1min后，关闭压浆机及压浆端阀门，完成管道压浆。

2.2.7塔身封锚

压浆完成后，及时对预应力、锚具进行防锈、防腐处理，将锚盒及其周围冲洗干净并进行塔身封锚；无粘结预应力封锚混凝土强度等级不得低于相应结构混凝土强度等级。

3 效益分析

3.1 工期效益

以黄石新港大道北延道路工程EPC项目为例，与传统工艺比较如表1所示。

每2节塔柱可缩短工期约5d；本工程共包含21节预应力塔柱，累计可缩短工期约53d。

3.2 经济效益

以黄石新港大道北延道路工程为例，与传统工艺比较如表2所示。

以单节塔柱为例，预应力施工合计节省成本约1.8万元；本工程共包含21节预应力塔柱，累计可节省成本约37.8万元。

4 结语

目前国内桥梁桥塔预应力仍以精轧螺纹钢为主，在施工过程中存在应力损失、一致性差等问题；钢棒预应力以其高强度韧性、低松弛性、握裹力强，以及良好的可焊接性、节省材料等特点，现已被广泛应用于混凝土离心管桩、铁路轨道等预应力构件中，但在桥塔中的应用屈指可数。本工程桥塔应用有粘结钢棒预应力，具有操作方便、施工精度高、工效高、预应力质量好等优势，有效解决了传统工艺定位精度差、锚盒拆除困难、压浆施工繁琐等问题，也为有粘结钢棒预应力在桥塔中的应用提供了丰富经验。