摘要：目前阶段波形钢腹板PC组合箱梁的应用越来越多，而波形钢腹板PC组合箱梁的预应力系统大多采用体外预应力体系。相对于后张法体外预应力体系与先张法体内预应力体系施工对比而言，施工特点、结构布置、质量控制要点都存在很大不同之处。本文结合工程实例，对波形钢腹板PC组合箱梁体外预应力体系施工中的质量控制要点详细介绍，与大家共同探讨。
关键词：波形刚腹板；体外预应力体系；施工质量控制要点
引言
波形钢腹板PC组合箱梁体外预应力体系施工，与一般预应力体系不同之处较多。其中最为主要的结构形式、安装方式、应用材料最为突出。相对而言体外预应力便于后期维修检测，并且对于一些原有建成的砼结构加固更加容易实施。同时体外预应力体系中施工控制质量要点就显得尤为重要。本文将以安徽省合肥市郎溪路（包河大道～裕溪路）工程四标段波形钢腹板PC组合箱梁体外预应力体系施工为例，对施工过程重点施工工艺、材料、设备、质量控制要点措施作一介绍，与大家共同探讨。
1工程概况
安徽省合肥市郎溪路（包河大道～裕溪路）工程四标段的南淝河大桥主桥上部结构为三跨波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁。体外预应力束索体由19根环氧涂层钢绞线组成，配备专用锚夹具、防松装置、密封装置、保护罩、防腐油脂、预埋转向器、减震器等装置。工程量合计为钢绞线286吨，锚具212套，详细统计数据见表1、表2、表3。
图1、主桥桥型布置图
图2、体外束锚具剖面图
表1、右幅体外束材料表
表2、中幅体外束材料表
表3、左幅体外束材料表
2 施工工艺
2.1、体外索施工工艺流程图
图3、体外索安装施工工艺流程图
2.2、施工设备准备
进场前对千斤顶、油泵、卷扬机等设备都要根据设计要求计算数据合理选择相应型号的机具确保施工满足设计要求的应力和安装位置。本次实施选择机具如下：
图4 YDC25型前卡千斤顶的构造
YDC25型前卡千斤顶性能参数表
3、体外预应力钢束的安装
3.1、孔道清理：采用无粘结钢绞线试穿每个转向器分丝管孔道，确保孔道无杂物堵塞。
3.2、按照体外预应力钢束先边跨后中跨的张拉顺序，首先安装边跨12束19φs15.2mm的长索。从小桩号到大桩号方向第1跨开始进行穿束。根据转向器布置顺序依次进行穿束。穿束前检查锚垫板和孔道位置是否正确，穿束过程中须小心防碰坏刮伤体外预应力钢束。工作锚、限位板等要求配套安装与使用，相关的加工尺寸及参数与现场准确一致。并做好各条钢绞线的编号工作。
3.3、边跨穿束顺序及人员设备安排：钢绞线存放处穿索套管入口（工人2人）→边跨锚固齿块（工人2人）→转向器A（工人1人）→转向器B（工人1人）→转向器C（工人2人）→中横梁（工人2人）。钢绞线穿束过程中应根据钢绞线走向设置拖轮或支架，顺着底板走向的钢绞线采用人工平均分布拖拽，顺着顶板走向的钢绞线设置支架进行拖拽。锚固块、转向器转角处采用牵引导向架和转角橡胶板等，避免钢绞线在穿束过程中造成外层保护层的损坏。
3.4、中跨钢绞线钢束为18束19φs15.2mm钢束。从133号墩柱中横梁锚固齿块锚垫板穿入布束，根据转向器布置顺序依次进行穿束。中跨钢索穿束顺序：钢绞线存放处穿索套管入口（工人2人）→箱梁内穿索套管→中横梁锚固块（工人2人）→转向器F（工人2人）→转向器G（工人1人）→转向器H（工人1人）→转向器I（工人1人）→转向器C（工人1人）→转向器H（工人1人）→转向器G（工人1人）→转向器F（工人1人）→中横梁锚固块（工人3人）。
4、体外预应力张拉准备
4.1、施加预应力前应对混凝土构件进行检验，外观及尺寸均符合设计要求；张拉时构件的混凝土强度应达到95%；
4.2、检查预应力孔道内是否通畅，有无水分和杂物，锚具、锚垫板接触面上的焊渣、混凝土残渣等要清除干净；
4.3、为了避免混凝土产生预想不到的裂缝，张拉前应检查是否有约束混凝土变形的地方；
4.4、根据构件特点，所有预应力筋及锚夹具的类型、张拉力大小等，选择合适的张拉设备。主要是选择张拉设备的吨位、压力表的规格等；
4.5、将选用的张拉设备包括油压千斤顶、高压油泵和油压镖，编号配套进行校验、标定。在校验时，把控制张拉力和张拉力相应的油压表读书校验出来，便于张拉时直接掌握。
4.6、对所用的油压千斤顶、高压油泵和油压表、连接管路等进行检查，如发现有漏油和不正常的情况，要查明原因，及时排除。
5、体外预应力张拉
在YDC25千斤顶前部位增加一套工具锚及支架，在千斤顶与工作锚之间设可调限位板、支架及工具锚（必要时可增加钢丝绳固定支架）。在每次张拉时工具锚夹片处于放松状态，在完成一个行程回程时由工具锚上的夹片锁紧钢绞线，而工作锚上的夹片处于放松状态，经过多次倒顶，直至张拉到设计吨位。由于可调限位板的作用，在张拉过程中，工作夹片不至于退出锚孔，在回油倒顶时，工作夹片不会咬住钢绞线，工作夹片始终处于“悬浮”状态，在张拉到位后，旋紧定位板螺母，压紧工作夹片，随后千斤顶回油放张，使工作夹片锚固钢绞线。
5.1、为了达到钢绞线从松散状态到张拉完成后顺直不缠绕，正式张拉前先要进行预紧张拉，预紧的质量决定了整个加固效果的好坏。首先，钢绞线在松散状态下，即使采用了必要的措施，但是由于钢绞线很长，特别是平顺部位下垂量较大。所以为保证两端粘结段长度大致相等，预紧要两端对称进行；其次，预紧力的大小既要保证在预紧过程中，钢绞线绷紧且不缠绕，又要保证在高应力时钢绞线不错位，预应力过大过小都达不到预紧目的。在加固施工中，预紧张拉力采用15%设计张拉力。
5.2、预应力张拉前检查锚具并做好张拉记录，且有监理在场的情况下进行。预应力钢束张拉顺序为先边跨后中跨，并左右对称、一对一对地均衡张拉。
5.3、张拉操作步骤：初张拉（张拉力P0等于为0.15倍设计张拉力P）→回油→量测延伸量δ0→张拉并维持设计吨位0.3P→量测延伸量δ1→张拉并维持设计吨位0.5P→量测延伸量δ2→张拉并维持设计吨位1.0P→持荷5分钟→量测延伸量δ3
5.4、预应力张拉采用延伸量与张拉吨位双控，延伸量误差范围控制在±6%，两端同时张拉，两端千斤顶升降、画线、测伸长量、插垫等工作应该基本一致，两端安排专人用对讲机进行联系，保证信息通畅，确保两端操作一致。钢绞线张拉过程中，一旦出现断丝或严重滑丝，必须更换整根钢绞线。
5.5、锚固端钢绞线需采取锚具防护罩、密封装置、防护布罩和密封带等特殊的防护组件，通过灌注和涂抹防腐填充物（应采用油脂，不得采用环氧砂浆等粘结材料），将锚固端钢绞线、锚具、夹片完全保护起来。张拉完后，要及时进行观测桥面各测量点的标高。
5.6、应根据钢绞线的实际直径选择相应的限位板尺寸。
5.7、千斤顶在下列情况下应重新标定：已使用6个月、严重漏油、主要部件损伤、延伸量出现系统性的偏大或者偏小；张拉次数超过施工规范规定的次数、千斤顶或压力表出现异常情况。
5.8、千斤顶与油压表必须配套标定和配套使用。钢绞线严禁用作电焊机导线用，且应远离电焊区放置。锚具和垫板：应抽样检查夹片硬度；应逐个检查垫板有无毛刺，有毛刺着禁止使用；所有锚具均应采用整体式锚头，不允许使用分离式锚头。
5.9、张拉施工要点
a、施工要严格按设计所提出的张拉程序及张拉力进行。对施工中出现的异常现象，应停止施工，并及时报请现场监理和设计，待查明原因，采取措施后再继续施工。
b、千斤顶在受力之前必须扶正，使其与锚板端面垂直。
c、施工中应同时观察油压表读数。张拉操作必须逐级、平稳、对称进行，不允许出现超载现象，并作好张拉记录。
d、同一束索张拉两端的操作人员必须使用对讲机保持通话，同时开始张拉，并保持匀速张拉速度，同时结束张拉。
图5、体外索张拉图
6、伸长值计算
本桥体外索施工采用张拉力与伸长值双控，在确定张拉力的同时，校核预应力钢绞线的伸长值，预应力钢绞线的实际伸长值宜在初应力为15%时开始量测，但必须加上初应力以下的推算伸长值，并扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。（后附伸长量复核表）
后张理论伸长值按下式计算：
P均=P（1-e-（kx+μθ））/（kx+μθ）
△L=P均L/AyEg
P均：预应力钢绞线平均张拉力（N）
Eg：预应力钢绞线弹性模量，取1.95×105N/mm2
Ay：预应力钢绞线截面面积，ΦS15.2=140mm2
L：预应力钢绞线钢材长度（m）
P：预应力张拉端的张拉力，P=0.65*1860*140/1000=169.26KN
X：从张拉端至计算截面的孔道长度（m）
K：孔道每米局部偏差时对摩阻的影响系数，取为0.0015
μ：预应力筋与孔道壁的摩擦系数，取为0（因体外束钢绞线是裸露在外面无管道摩擦）
θ：从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）
钢绞线下料长度及张拉伸长值
7、安装限位装置
根据实际索体的位置，结合理论点的位置确定限位装置的安装位置，然后将限位装置固定。
图6、减震器安装
8、保护罩的安装
9.1、用手提砂轮机平整地切除锚头两端多余钢绞线，禁止采用电弧切割。
9.2、用油脂对锚头进行防腐处理，然后安装保护罩，补注油脂。
9.3、灌注防腐油脂注意事项：保证保护罩内注满油脂，灌注油脂过程注意做好防护措施，保护好现场环境不受污染。
图7、保护罩安装
9、体外索施工时注意事项及保护措施
9.1、穿索前须将密封装置安装好，外护套联接头套在相应的位置。
9.2、穿索时须注意钢绞线不能打绞，防止穿错位。
9.3、穿束时应注意在钢绞线下设置塑料滚轮、麻袋等保护措施，在各个预埋管口应铺垫布片，在拐点的位置用转向轮过渡，以防止外层PE被刮伤。
9.4、进场前，对千斤顶和压力表进行配套标定，确定压力表和张拉力之间的关系曲线。标定在经主管部门授权的法定计量技术机构定期进行。张拉机具设备与锚具配套使用。
10、施工质量控制要点
10.1、精确计算钢绞线下料长度，保证满足穿索及张拉要求，并根据实际使用情况及时
修正，钢绞线下料前先将钢绞线卷放在自制的放线架中，再将铁皮剪断，然 后人抓住钢绞线一端，将钢绞线缓缓拉开（注意不使钢绞线产生有害 变形，对有害变形的部分必须除掉），钢绞线下料用砂轮切割机切断。每根钢绞线的长度按下式确定：
L=l+2x（11+12+13+14）式中：L一钢绞线下料长度
l一孔道净长
11一工作锚长度
12一千斤顶长度
13一工作锚长度
14一张拉端外露长度，取50cm
10.2、体外索防护层按要求进行保护
裸露预应力索镀锌（如图8），镀锌实际是一种牺牲阳极的阴极保护法，在腐蚀介质中，锌原子失去电子变为阳离子而发生腐蚀，从而使作为阴极的钢索受到保护，镀锌一般采用热浸镀锌工艺。热浸镀锌工艺工程中，熔融锌充分浸入经酸洗或喷砂处理的钢构件表面，并与基体形成锌铁合金层覆盖于整个工件表面，镀层具有一定韧性，结合力高。这种方法造价低，结构简单，但这种缺点比较多；
图8
环氧树脂填充型防腐（如图9），环氧树脂填充型钢绞线有两种方法：一是仅在钢绞线表面喷涂环氧涂层，不填充钢丝间的缝隙；二是将钢绞线打开喷涂再闭合，钢丝间的空隙也填充环氧树脂，这样可以防止湿气通过中心丝周围空隙进入，填充型环氧涂层钢绞线有卓越的防腐性能，卓越的抗疲劳性能和良好的工作性。
图9环氧树脂填充钢绞线
套管填充材料防腐（如图10），这种方法是在索的外面加套管，待张拉完预应力索后，在套管内灌注填充材料，其中，索主要有镀锌钢丝或钢绞线，环氧涂层钢绞线，裸钢丝或钢绞线等，套管主要有高密度聚乙烯管，钢管及不锈钢或铜皮包装材料等，这种防腐系统增加了两层防腐屏障（填充材料和套管），因此，防腐性能由于第一种，但造价比较高。
图10 套管填充材料防腐钢绞线
10.3、体外索穿索保证不得扭转、不得损伤PE层；
为防止成品索束外包装纤维带磨损，刮伤钢绞线环氧涂层，同时减少摩擦力，在成品索束转弯、通过转向器和横隔板等处加设尼纶轮进行导向。要求导向尼纶轮的间距不大于20m，同时在地面铺垫一定距离设置支撑架，打磨转向关口以防体外索的PE层被刮伤。穿越支架，转向器和钢管等铁件时，应在铁件处垫设橡胶板防护。
安装成品索束时要采取有效措施防治硬物刮伤钢绞线表面的环氧涂层。成品索束拉伸到位后进行清丝梳理，防治产生扭转，缠绞和弯折现象。检查转向器，横隔板穿越钢管及转向支架，减震支架是否有滑动，位移和变形发生。转向器可采用分丝管式转向器，分丝管式转向器有以下特点：
① 钢绞线受力情况清晰，每根钢绞线的挤压应力沿内管圆弧均由分布，避免此部位对混凝土集中应力的产生。
② 单根钢绞线更换方便，不受其他钢绞线的影响。
③ 施工安装是先将钢绞线逐次穿过分丝管，分丝管不得有变形和堵塞等现象。
④ 分丝管采用PE管，考虑转向器的安装误差，为使转向器端口处的钢绞线不碰管口尖锐部分损伤环氧涂层，在转向器两端每个孔设置喇叭型的塑料补偿器。
图11 分丝管式转向器
10.4、体外索张拉保证按设计要求的张拉力进行张拉，
a：根据校定的千斤顶和油表来确定油表读数；
b：依据图纸或设计要求来确定初始应力为多少一般为控制应力的10%-20%；
c：根据钢绞线数量和截面积把应力转换成力值；
d：将初始控制应力和控制应力转换的力值带入校顶报告的线性方程中，这样可以得到相应的油表读数，这个油表读数就是你要张拉时主要控制的数据，张力中一定要达到这个数值；
e：根据图纸给出的不同区段长度要计算出钢绞线理论伸长值；
f：将按照油表读数张拉的张拉值产生的伸长值与理论伸长值比较，看看误差是否在规范要求范围内（一般为正负6%），误差符合控制标准要求。
图12体外索张拉操作 图13 张拉完毕的体外索
10.5、预应力筋不能采用电焊或乙炔-氧气火焰切割，因为电焊或乙炔-氧气火焰切割过程中产生的高温会改变钢材的分子结构，降低预应力钢筋的强度。预应力筋采用电焊或乙炔-氧气火焰切割可能产生的后果。施工时多余的预应力筋是在锚夹片外70cm左右，封锚时要割除，这时预应力筋的应力是相当大的，要割除的地方又紧靠着锚具，一般距离也就在5cm左右，当使用电弧焊或乙炔-氧气火焰切割时，钢绞线受热温度升高，会很快传到锚具处，受热的钢绞线抗拉强度下降，在强大的应力作用下可能会被拉断，可能从另一端飞出，造成严重的质量和安全事故，所以必须要用砂轮机切割。
10.6、锚具、夹片、钢绞线防腐施工工艺流程：钢绞线表面除油、除锈→固定密封灌注套管→调配防腐SLF-2型无溶剂双组份环氧涂料→高压无气设备灌注→养护。
10.7、防松装置安装：为了增强夹片锚的锚固安全系数，保证整个锚碇系统安全可靠，在现有夹片锚的基础上增加防松装置。将钢绞线预留35cm长度后安装挤压墩头锚（设承压板和限位装置）；同时将防护罩加长至44.7cm，向罩内逐日特殊锚固材料（FASTEN1000A型和FASTEN1000B型按4：1比例配制）。待锚固材料达到设计强度，即达到了锚固防松装置永久防松的效果。防松装置构造图如下：
图14 防松装置构造图
10.8、减振器安装：由于车辆通行等各种因素会引起结构与索体产生的振动，如果索体的自振频率与这个结构的振动频率相近时，肯会出现共振，给整个结构的安全带来隐患。为使索体 自由段的振动频率不同与整个结构的振动频率，必须在适当的距离安装减震装置使索体自由段的振动区间变短并给索体适当的减震，以避免索体产生有害的振动。
减震器的安装，先安装索体收缩紧固装置，然后将索体收缩紧固装置与桥体可靠连接，将震动消除。
●减震限位装置不改变钢束的纵向线型，保持钢绞线分离平行的状态
●各钢绞线衬PE管，保护环氧涂层钢绞线。
●减震限位装置与梁底、梁顶部预埋件连接固结。
●减震限位装置每7~8米设置一个。
图15 减震器
11、结语
预应力体外索防护性，承载性能好，体积小，同时该工艺施工简单、操作方便，能够有效地缩短施工工期，维护也方便。总之，随着预应力桥梁和高强混凝土的发展，体外预应力技术的应用将是现代预应力技术发展的重要趋势。施工质量控制要点相对而言要容易控制便于实施。
参考文献：
[1]深圳市市政设计研究院有限公司，设计，《合肥市郎溪路工程施工图设计》第四标段（K4+829.995～K6+369.217）
[2]JGJ92-2004，无粘结预应力混凝土结构技术规程
[3]GB/T5224-2003，预应力混凝土钢绞线
[4]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）
[5]《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T 14370-2007）
[6]《填充型环氧涂层钢绞线体外预应力束》（JT/T 876-2013）
论文作者:邢磊,王竹林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
标签：预应力论文; 钢绞线论文; 转向器论文; 体外论文; 千斤顶论文; 锚固论文; 装置论文; 《基层建设》2019年第6期论文;