八抱树特大桥二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统施工应用技术探讨

八抱树特大桥二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统施工应用技术探讨

杨红苏 李鹏

云南石红高速公路建设指挥部 云南石屏 650200

摘要：八抱树特大桥属于云南石红高速第三合同段，为跨越撮科河而设，中心里程K27+120，全长左幅637m，右幅617m。主桥上部结构为90m+2×160m+90m预应力混凝土变截面箱形连续刚构，竖向预应力采用传统的精轧螺纹钢YGM+二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力相结合的竖向预应力锚固体系，本文介绍二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统应用技术，希望对类似桥型的设计与施工起到借鉴与参考作用。

关键词： 八抱树特大桥；石红高速公路；连续刚构；竖向预应力；二次张拉；低回缩锚具

一、工程概况

石红高速公路是国家高速公路网G5615(天保～猴桥)在云南境内重要的一段，是我省东西方向连接保山、临沧、普洱、玉溪、文山的主要通道和出海通边的重要干道。路线全长54.81公里。

八抱树特大桥属于石红高速第三合同段，为跨越撮科河而设，中心里程K27+120，全长左幅637m，右幅617m。主桥上部结构为90m+2×160m+90m预应力混凝土箱形连续刚构。箱梁顶宽为10米，底宽为5.69米，顶板悬臂长2.15m，悬臂端部厚0.18m，根部厚0.98m(1.08m)，箱梁顶设有2%的横坡，箱梁为单箱单室断面。箱梁根部梁高为10米，跨中梁高为3.5米，腹板厚度分别为1米、0.7米和0.5米，底板厚度由中部的0.32米按1.6次抛物线变化至根部的1.19米。刚构悬臂段采用挂篮对称悬浇，现浇节段长3.5～5米，最大悬浇主梁节段混凝土重222.6t。箱梁采用纵向、竖向的双向预应力结构，纵向预应力采用大吨位群锚体系，竖向预应力依梁高不同分别采用预应力钢绞线和精轧螺纹钢筋锚固体系。箱梁高度、底板厚自根部至跨中按1.6次抛物线变化。

箱梁高度曲线公式：Ｈ=(6.5×（X /73）^1.6)+3.5；

底板厚度曲线公式：Ｄ＝(0.88×（X /73）^1.6)+0.32；

其中0≤X≤83；23号截面处X=0,1号截面处X=83.0。

二、竖向预应力体系设计

本桥结合工程实际情况采用传统的精轧螺纹钢YGM+二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力相结合的竖向预应力锚固体系。具体情况如下：

1. 1~79号竖向预应力材料采用Φ32mm精轧螺纹钢筋，抗拉强度标准值为f/pk=785MPa，张拉控制应力为0.9f/pk=706.5MPa；80～151号竖向和0号块横隔板横向预应力材料采用Φ^s15-4预应力钢铰线，其应符合《预应力混凝土用钢绞线》GBT5224-2003标准，为高强低松弛钢绞线，公称直径Φ^s15.2mm，弹性模量E/p=1.95*10⁵ MPa，抗拉强度标准值为f/pk=1860MPa，张拉控制应力为1200MPa。（详细布置如下图所示）

图
1竖向预应力体系纵向布置图

图2竖向预应力体系横向布置图

2. 竖向和0号块横隔板横向预应力均采用单端张拉，张拉端在箱梁顶面或腹板侧面。普通锚具采用张拉力和引伸量双控，以张拉力为主，引伸量误差不超过±6%。横隔板横向预应力采用的是普通锚具，0号段竖向预应力采用的是低回缩锚具，张拉完毕后，误差值±1mm。其中Φ32mm精轧螺纹钢筋张拉力为568.2KN，Φ^s15-4预应力钢绞线张拉力为672.0KN。

3. 预应力张拉应在混凝土达到设计强度的100%，且龄期不少于14天方可进行。张拉后务必及时灌浆，封锚时必须焊接恢复被切断的普通钢筋。

4. Φ32mm精轧螺纹钢筋固定端采用自锚式锚具(即锚垫板和螺母一体)，以便于固定端的定位和固定，张拉端采用分离式锚具(圆锥孔垫板和锥形螺母),以便于张拉端螺母拧紧锚固。Φ^s15-4预应力钢绞线张拉端采用15-4型二次张拉低回缩锚具，固定端采用配套的15-4P型锚具，张拉端和固定端的二次张拉低回缩锚具均包含相应成套锚固构件，且应严格按照产品的成套组件体系和施工工艺流程实施。上述预应力筋波纹管均采用内径50mm的塑料波纹管。

5. 一般竖向预应力张拉应滞后纵向预应力张拉的2~3个梁段，预应力筋张拉完成后应尽早压浆。

6. 张拉施工Φ32mm精轧螺纹钢筋时要边张拉边拧紧螺母，张拉紧固时，要采用定量控制方法来控制张拉端螺母的拧紧效果。建议采用扭矩扳手，控制力矩2000N·m。张拉完成后，保留梁顶面以上3cm粗钢筋的螺杆长度，使用砂轮切割机切割超长的部分，严格禁止撞击锚头和钢束。Φ32mm精轧螺纹钢筋在固定端露出锚具的长度应大于或等于钢筋直径。

三、二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统施工

二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统是一种新型的预应力筋锚固体系，本桥的锚具材料经比选后采用柳州欧维姆公司生产的符合设计要求的低回缩锚具及配件，注浆材料采用浆体由专用压浆料按规定比例加水搅拌均匀组成。浆体水胶比控制在0.26～0.28之间，且24小时自由泌水率和3小时钢丝间泌水率均为0。浆体初凝时间应≥5小时；终凝时间应≤24小时。在标准养护条件下，浆体7天抗压强度应≥40MPa, 28天抗压强度应≥50MPa。浆体24小时自由体积膨胀率应小于3％。为防止预应力钢束锈蚀，浆体中还掺入适量阻锈剂。

图3 低回缩锚具及配件示意图

由于竖向预应力体系采用在梁顶单端张拉，固定端需要提前固定并锚固在混凝土内，张拉以应力控制为主，伸长值校核。因此竖向预应力体系的施工顺序为：精扎螺纹钢（钢绞线、低回缩锚具）定制→制作竖向预应力体系→编束→安装预应力体系→浇筑混凝土→张拉→管道压浆。具体施工过程控制如下：

根据竖向预应力钢筋布置图，详细核对每根预应力钢筋的长度，编制预应力钢筋统计表，委托专业厂家按照定尺进行加工。

1.制作竖向预应力体系

⑴制作上下锚垫板：上下锚垫板安装前，首先采用略小于竖向管道的焊接钢管焊接在上下锚垫板上，焊接钢管长15cm左右，同时在焊接钢管上焊接进浆和出浆嘴。

⑵制作竖向预应力体系

竖向预应力体系组装自下而上进行，安装次序依次为：摆放竖向预应力钢筋→拧下端固定螺母→安装下锚垫板→安装波纹管→安装螺旋钢筋→安装上锚垫板→拧上张拉端螺母。

⑶制作注意事项：

①安装下锚垫板完成后要根据精扎螺纹钢距离梁底的设计距离，焊接支撑钢筋。

②波纹管与焊接管的连接处要包裹紧密，确保不漏浆。

③竖向预应力体系制作过程中要严格按照编号进行，不得随意调整和混淆。

⑷安装预应力体系

竖向预应力体系在腹板钢筋安装完成后进行安装，并固定牢固。

2.张拉操作程序

⑴张拉顺序：当混凝土达到设计强度的100%，弹性模量达到设计值的100%且龄期不少于7天后，纵向预应力张拉完成后可进行竖向预应力束张拉，先根部（靠近已成梁段），后端部。

⑵张拉程序为:一次张拉：0→10%σk→20%σk→100%σk，持荷5min锚固。记录与计算符合的伸长值。拧紧低回缩锚具。

张拉至设计控制应力，用伸长值校核应力，符合时，拧紧轧丝锚，再用特制扳手予以打紧。为了减少竖向预应力损失，竖向预应力钢筋采用两次重复张拉的方法，即在第一次张拉完成1天后进行第二次张拉，弥补由于操作和设备等原因造成的预应力损失。

部分竖向和0#块横隔板横向预应力钢束张拉，采用了二次张拉低回缩锚具，应严格按照相应产品的配套组件体系和施工工艺流程实施，确保其锚具的低回缩锚固效果，主要工序为：先张拉钢绞线力筋至设计的应力值→持荷2min→放张→夹片锚固力筋，待锚固回缩后，间隔2~16h，第二次将同一力筋的锚杯张拉至设计应力→锚杯的下端面离开垫板5~13mm→持荷2min→向垫板侧旋扭支承螺母→消除锚杯下端面与垫板之间的间隙→千斤顶回油放张，锚杯被锁定在原处，力筋不再产生回缩，消除第一次张拉放张时因夹片回缩和锚口摩阻对力筋造成的应力损失。二次张拉示意图如下：

图

4 第一次张拉示意图

图5 第二次张拉示意图

⑶张拉质量控制：

1. 按设计及规范要求要求准确计算预应力钢绞线的张拉力、伸长量设计值。

②张拉预应力控制以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求。第一次张拉的实际伸长值与理论伸长值之差应控制在±6%以内，第二次张拉实际伸长与理论计算伸长值之差应控制在±10%以内。否则，应暂停张拉，待查明原因和采取措施以后，方可继续张拉。

3.管道压浆

竖向预应力筋管道在顶板设排气孔，在底板设压浆孔道，分别用Φ25塑料管引出。

施工步骤：准备工作→冲洗管道→拌制水泥浆→压浆→持压稳定。

四、二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统在八抱树特大桥施工中应用效果

目前，我省对大跨径预应力混凝土箱梁桥腹板中的竖向预应力通常采用的是精轧螺纹钢YGM锚固体系来实现，八抱树特大桥采用传统的精轧螺纹钢YGM锚固体系+二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固体系相结合的竖向预应力锚固体系实现，同时结合了传统的精轧螺纹钢YGM锚固体系和新型的二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固体系各自的特点，发挥其各自优势采用两者结合的方式实现了大跨径预应力混凝土箱梁桥腹板中的竖向预应力控制取得了较好的经济效果。据监控结果显示，结构应力符合设计要求，腹板结构及全桥箱梁无结构裂缝出现。

八抱树特大桥在云南复杂的地质水文气候环境下首次应用，采用传统的精轧螺纹钢YGM锚固体系+二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固体系相结合的竖向预应力锚固体系锚固体系，经过各参建者的认真控制该桥取得了较好的实施效果，避免了以往同类桥梁采用精轧螺纹钢YGM锚固体系出现的锚具实际回缩损失较大，精轧螺纹钢筋过长容易被拉断等缺陷。由于二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统能够提供可靠地竖向预应力，预应力损失较小，从而大幅减小了腹板开裂的风险，八抱树特大桥施工中未出现腹板开裂的情况，质量得到了有效的控制，该体系的应用取得了较好的效果。

参考文献：

[1]公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011.人民交通出版社.

[2]OVM 预应力产品样册及其他相关电子版本资料.

[3]公路工程标准施工招标文件(2009 年版).