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摘要：本文采用锚具夹片自锁装置对箱型桥梁竖向预应力钢绞线二次张拉工艺进行优化，以京珠复线衡桂高速公路陈家洲湘江特大桥为依托工程，验证了千斤顶直接张拉钢绞线代替张拉锚杯的可行性，使竖向预应力钢绞线二次张拉施工容易操作、精度便于控制，预应力损失更小，对类似桥梁的施工能够起到借鉴与参考作用。
关键词：锚具自锁；竖向预应力；二次张拉；箱梁
0 引 言
目前，箱型桥梁竖向预应力设计普遍采用二次张拉工艺，其原理是利用特定的锚具在第二次张拉中将第一次张拉预应力的回缩值降低，但是由于张拉配件多、锚槽空间小等因素影响，第二次张拉回缩量≤1mm的质量要求总是难以控制。本文结合工程实例，在目前二次张拉的基础上摸索出了一套更简便的张拉方法，其效果同样能满足设计的需要，可为箱型桥梁结构的设计和施工提供实用参考。
1 依托工程
陈家洲湘江特大桥主桥跨径布置为40m+68m+4×100m+68m+40m预应力混凝土变截面连续梁桥（见图1-1），单箱单室截面、双幅，每个T构纵桥向为15个对称梁段，全桥共有4个边跨合拢段，8个中跨合拢段，合拢段长度2m，4个副跨及边跨现浇段，每个副跨及边跨现浇段长56.68m。主梁顶宽为18.25m，底板宽9.25m，外翼板悬臂长4.5m，主跨根部梁高6.2m，跨中梁高2.8m。0～6#梁段箱梁腹板宽度0.9m，7～9#梁段腹板宽度0.8m，10～12#梁段腹板宽度0.7m，13～15#梁、合拢段腹板宽度0.5m，7#梁段腹板厚由0.9m渐变到0.8m，10#梁段腹板厚由0.8m渐变到0.7m，13#梁段腹板厚由0.7m渐变到0.5m，混凝土标号为C55，箱梁采用纵、横、竖三向预应力体系。预应力钢束均采用GB/T5224-2003标准1860级高强度低松弛钢绞线，公称直径15.2mm。
2目前工艺简述
2.1 竖向预应力筋设计
陈家洲湘江大桥主桥竖向预应力二次张拉钢绞线采用二次张拉工艺实现其预应力锚固功能。设计说明和图纸要求均是参照《二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力短索锚固体系设计、施工与验收技术指南》（以下简称指南）。采用3ΦS15.2mm规格的钢绞线，张拉控制应力581.7KN，0～12#梁段以双索布设于左右腹板，13～16#梁段及现浇段以单索布设于左右腹板（见图1-2），纵向间距均为50cm。钢绞线长度从6.94m变化到3.37m，全桥共布置竖向索8000索。
2.2 预应力筋第一次张拉
第一次张拉按常规钢绞线夹片锚固方法施工，其不同之处是工作锚具是一个组合体，由张拉锚杯和支撑螺母组成，张拉锚杯为外螺纹，支撑螺母为内螺纹，张拉时支撑螺母套在张拉锚杯上不受力。准备工作完成后首先进行张拉设备安装，顺序为：安装张拉锚杯→安装支撑螺母→安装工作夹片→安装限位板→安装千斤顶→安装工具锚→安装工具夹片（见图2-1），然后按张拉工序（0→0.1σcon→1.05σcon 锚固）进行张拉；张拉过程中要分别测量0.1σcon与1.05σcon工具夹片外露差值，计算实测伸长值时减去工具夹片外露差值。最后放张，完成第一次张拉，放张回缩值控制在：回缩量≤6mm。
3 目前施工工艺的局限性
由于张拉端锚具的槽口形式及成孔质量关系到二次张拉锚具的张拉施工质量和预应力孔道的压浆质量，同时，槽口尺寸过大会影响到桥面非预应力钢筋排列布置尺寸，因此，3孔构件尺寸《指南》规定为：锚槽成型后上口面积为196×196mm，下口面积为185×185mm，深度110mm，张拉连接杆外径72mm，张拉支座（撑脚）下口内径110mm，因此，张拉支座与连接杆的间隙仅为19mm，虽然《指南》增设了支承螺母拧紧套，但由于此间隙过小，仍不便于操作；在进行第二次张拉时，需配置连接套、连接杆、连接杆螺帽（见图2-2），在张拉操作过程中，由于这些连接件属于多次重复使用的工具，既有外螺纹，又有内螺纹，稍有保护不当，丝口容易受到损伤，影响张拉工作的进行；
按照二次张拉工艺进行第二次张拉施工后，回缩量≤1 mm的标准很难达到，为了解决这个问题，笔者依托衡桂高速公路陈家洲湘江大桥连续箱梁二次张拉进行现场研究，找到了一种既操作简单，又能满足设计精度要求的张拉工艺，可为类似工程提供参考。
4 第二次张拉工艺的研究
第一次张拉工艺与《指南》一致，张拉完成后在锚垫板和整体千斤顶之间设置张拉撑脚，利用整体千斤顶工具锚和工具夹片自锁功能将钢绞线力筋整体张拉至1.0σcom后向下旋扭锚杯上的支撑螺母至与锚垫板接触，消除支撑螺母下端面与锚垫板之间间隙，然后卸载放张。
本工艺利用锚具自锁功能进行竖向索的第二次张拉（见图4-1），具有张拉设备简单、操作简便和安全、施工精度高、成本低的优点。
4.2新工艺不会导致张拉夹片锁紧状态解除的问题分析和措施
4.2.1理论依据 工作锚具和夹片在配套使用时，由于其结构特点，只能进行单向锁定，所以《指南》通过张拉杆对锚杯进行张拉，以确保第二次张拉以及放张过程中工作夹片始终处于锁紧状态，如果直接对钢绞线进行张拉，是不是有可能会使得工作夹片、锚杯与钢绞线的锁紧状态解除而产生不安全因素？通过分析知道：夹片单向锁定在锚杯内有一个前题，那就是必须有一个限制锚杯单向运动的设置，如竖向预应力千斤顶张拉完成卸压时，钢绞线产生向下的拉力，该拉力传至夹片，夹片传至锚杯，锚杯受锚垫板的限制无法往下运动，这样才能使得夹片、锚杯与钢绞线锁紧在一起。同样，锚杯和夹片由于其结构特点，只能进行单向解除，解除时同样需要限制锚杯单向运动，直接对钢绞线进行张拉，此时千斤顶对钢绞线产生向上的拉力而使钢绞线向上延伸，第一次张拉后与钢绞线锁紧在一起的夹片、锚杯同样向上运动，此时没有任何设置限制锚杯向上运动（锚杯的自重产生的重力是向下的，该力与张拉力相比可以忽弱不计），因此也就使得工作夹片、锚杯与钢绞线的锁紧状态不会解除；
4.2.2 试验证明 通过锚夹具试验数据可知：如果ΦS15.2mm的单根钢绞线做试验张拉到破断（张拉力大于27吨以上），则夹片与锚孔处于塑性变形，需要约0.5倍应力值才能将夹片反拔出锚孔；如果张拉到0.75倍抗拉强度标准值，有褪锚剂的（如工具锚）需要0.2倍应力值才能反拔出锚孔，没有褪锚剂的（如工作锚）需要0.3～0.4倍应力值才能反拔出锚孔。试验表明：需要4～5吨的力才能将工作夹片、锚杯与钢绞线的锁紧状态解除。如果直接张拉钢绞线，是没有任何外力作用在工作夹片或者是锚杯上的，因此锁紧状态不会解除；
4.2.3实践证明 衡桂高速陈家洲湘江大桥主桥箱梁竖向预应力张拉在最初工艺优化时设计了一个防松装置（见图4-3），该装置旋套在锚杯上，旋紧后顶盖内壁紧贴工作夹片顶部，这样就确保了直接张拉钢绞线时锚杯内的夹片不会松脱。而经过陈家洲湘江大桥7000多索张拉实践，发现在不安装防松装置的情况下，夹片没有一次出现锁紧状态解除情况，经在其他同类型桥梁无防松装置应用，一致反映效果良好，安全可靠，值得推广，因此实践证明了防松保护装置可取消。
5 结 语
经过对施工现场二次张拉实践，取消了目前工艺必须使用的连接套、连接杆、连接螺母，只保留张拉锚杯和支撑螺母，利用安装在千斤顶上的工具锚和工具夹片自动锁紧钢绞线的功能带动张拉锚杯向上同步运动，然后拧紧支撑螺母实现竖向预应力稳定可靠。新工艺张拉设备简单，操作方便，取消连接杆后扩展了工作空间，施工数据便于量测，能满足《指南》第二次张拉回缩量≤1mm的精度要求，可为同类桥梁二次张拉设计和施工提供实践参考。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）；
[2]《二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力短索锚固体系设计、施工与验收技术指南》（2011年12月，人民交通出版社）；
[3]湖南省衡阳至桂阳高速公路两阶段施工图设计（陈家洲湘江大桥）
[4]周悌丰.东江特大桥主桥二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力设计与施工.价值工程，n.2012.17.036
论文作者:杨大伟,李晓丹
论文发表刊物:《探索科学》2016年8期
论文发表时间:2017/1/9
标签：预应力论文; 钢绞线论文; 腹板论文; 湘江论文; 螺母论文; 工艺论文; 大桥论文; 《探索科学》2016年8期论文;