铁路桥梁高强度预应力锚固体系技术研究

铁路桥梁高强度预应力锚固体系技术研究

吕君阳

中铁七局集团第一工程有限公司 河南 洛阳 471000

摘要：截至2020年12月，全国铁路营业里程已达14.63万km，其中高速铁路3.8万km。根据《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，到2035年，全国铁路营业里程将达到20万km，其中高速铁路7万km左右。由于高速铁路桥梁比例较高，且多以混凝土桥为主，未来铁路预应力混凝土桥梁仍有大量的应用需求。目前，我国主要使用1860MPa级预应力钢绞线及配套夹片式锚固体系，普遍应用于高速铁路、客货共线铁路、重载铁路桥梁建设。随着钢铁冶炼技术、加工工艺的发展，国内外预应力技术水平不断提升，提高了预应力体系强度，可有效节省预应力钢材用量，提升工程结构的技术经济性。推动我国预应力体系的技术升级，对提高铁路预应力混凝土桥梁的技术水平意义重大。本文主要分析铁路桥梁高强度预应力锚固体系技术研究。

关键词：铁路桥梁；高强度预应力钢绞线；锚固体系

引言

预应力锚固体系包含锚板、夹片、锚垫板等，是将预应力钢绞线锚固于结构的关键部件。20世纪90年代初，我国逐渐使用强度1860MPa级预应力钢绞线及锚固体系；90年代末，2000MPa级的钢绞线已研发成型，在公路桥梁领域有一定应用。然而，由于高强度预应力锚固体系的应用技术研究不足，我国铁路混凝土桥基本使用1860MPa级预应力钢绞线，未能推广使用2000MPa级预应力钢绞线。

1、高强度锚固体系设计

1.1夹片及锚板设计

为保证锚固的可靠性，方便锚具加工和张拉操作，2000MPa级夹片和锚板在构造形式上采用1个锚固单元锚固一根钢绞线的群锚结构。2000MPa级夹片材料选用20CrMnTi。夹片结构形式为圆形，采用直分两片四开式；夹片设弹性槽，小端内孔设倒锥截齿，以兼顾静力锚固和疲劳受力性能；锥面光洁度采用皂化防锈处理。2000MPa级锚板材料选用优质45号碳素钢。锚板锥孔呈同心圆均布排列，锥孔轴线与锚板轴线平行。锚板厚度和直径需满足TB/T3193—2016《铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器》中锚板受力和变形的要求，并不小于规范最小尺寸。

1.2钢锚垫板设计

传统1860MPa级锚固体系采用的铸铁锚垫板生产成本高，因此，结合高强度预应力锚固体系，研发兼具环保和技术经济优势的钢锚垫板。综合考虑锚固区结构受力、锚垫板加工制造、锚垫板经济性等情况对钢锚垫板进行设计。其胚料全部采用钢管，剪裁成相应肋板和竖筒，组合焊接成型。钢锚垫板采用45号钢管。

2、锚固系统施工

锚固系统设计主要有三个步骤，即定位钢支架的制造和安装、预应力管道的安装和预应力系统的施工。考虑到实际施工条件和设备，钢柱和预应力管道的制造施工与混凝土层楼同时进行，即每层钢柱和预应力管道的制造施工完成后，混凝土浇筑，然后进行下一层支管的安装，直至顶层混凝土浇筑。

2.1定位钢支架制作安装

作为通过预应力钢条的零件，预应力管道必须准确定位，以确保预应力施工质量。为了方便钢绞线的通过，确保施工过程中不会出现砂砾层，也有必要满足预应力管道不变形的要求。为了准确布置预应力管道，采用定位支架来支持安装，采用了“分层铸造、分段支撑和分段连接”的设计原则。由于管线的位置由钢支架和放置在该支架上的定位件确定，因此钢支架和定位件的定位直接影响管道安装的精度。此外，制造缺陷等因素也可能导致管道安装失败，因此还必须严格控制每个元件的定位精度和制造精度。

2.2预应力管道安装

本工程采用无缝钢管，采用直径大于5 mm预应力管道的连接管连接钢管。凹槽长度符合设计要求。施工过程中，严格检查连接管和预应力管道之间的焊缝，确保焊缝质量和厚度符合要求，预应力管道畅通无阻，无泥浆泄漏。

预应力钢管的定位和装配。定位支架分三层安装，因此预应力管道也分三部分安装，施工步骤如下。(1)管道设备的第一部分。将锚定位置设置在后锚曲面模板上，使用该点和定位框架定位它们，设置相应的预应力管道，然后设置框架下方的框架，测量钢管测量点和控制点的坐标，并在满足要求后焊接底部框架和框架，预应力管道和框架暂时不焊接至死状态，然后在安装后固定焊接。(2)安装预应力管道的第二和第三部分。第一段管线的连接点和下一机架的定位点是第二段和第三段管线的定位点。安装时，确保预应力管道满足安装要求，焊接骨架和框架，然后延长预应力管道，以确保管道位于指定位置后，预应力管道将焊接在框架上。

2.3预埋件埋设

固定锚定装置完全安装在轴承平台上，嵌入管被引入锚定垫的止裂槽中，牢固焊接，嵌入管从轴承平台的端面延伸；将泥浆进口管连接到锚固垫和锚固端的保护盖，确保连接牢固密封，污泥进口管流出零件。安装所有其他钢筋后，浇筑混凝土。在设置位置(通常是支柱的顶部)安装激动人心的衬垫和螺旋钢筋，将内嵌管道插入锚固支架固定并焊接，然后在支柱的底部安装注释板。安装所有其他钢筋后，浇筑混凝土。

3、施工方法

预应力和注浆(或石油充填)的施工方法如下:钢索切割→捆绑→插入→安装锚固和夹→设置连接器张力→拆卸锚固→安装防护盖→填充密封条。(1)切断预应力钢绞线。(1)根据设计图纸检查钢绳的质量。(2)为便于设计，在钢绳两侧的锚固块之间选择合适的位置进行切割。(3)钢条用砂轮磨刀机切割，钢条切割应均匀力平整。(4)钢条表面环氧涂层应良好保护，施工后钢条也应良好保护其下方的彩色布，并应使用彩色布保护其上下。(2)捆绑预应力钢绞线。(1)冲压完成后，束将根据每束预应力钢筋中的钢条数(18或36)进行编织。(2)编织钢绳时，要注意所有钢绳都是光滑的，然后用细铁线连接，连接距离取决于具体情况。(3)标记捆绑的钢条，单股两端的钢条和捆绑的钢条也应标记整个捆绑。(4)与塔机配合，吊装前必须安装钢绳束，在其前端安装钢丝绳钩钩钩，然后与工作锚板、工作夹和极限板一起安装在前锚表面，用钢丝固定，以防止吊装和插入时发生松动。(3)钢绳绞车。(1)在插入前，拆下预应力通道及通道入口处锚板、padölfilzes或sacks表面的细枝，保护钢条进入的一端，并确认钢条束与通道相符。(2)钢绳束通过塔旋转从锚固面穿透，钢绳的后端应升高，以减少与管线的摩擦。(3)拆下钢绳束的边板，以便插入下一个拉伸束。(4)各束螺纹顺序:自下而上插入。(5)插入时要注意预应力梁的直线度，防止预应力梁在隧道中扭曲。(4)安装锚地后部锚固装置。安装后锚表面锚固时，应垂直于隧道中心线，与锚板拉拔中的锚板保持密切接触。(5)连接器的定位。(1)使用ycw400千斤顶，在预应力梁的中心拖曳一根钢条，其拉力约1 t，然后停止。(2)在链条块配合下，将接头撕裂到锚垫拉拔板上，旋转接头以调整其方向，并用平面尺检查接头的两条直边是否水平，其他两条直边是否垂直。(3)千斤顶返回机油并离开，然后锁定钢轨上的工作夹。(6)预应力梁的应力。(1)当锚下混凝土达到100%强度时，预应力筋可以对称夹紧。模型15-18的拉力控制力为3046.7 kn，模型15-36 6093.4 kn。(2)先夹紧下游锚块，然后拧紧上游锚块。(3)拉伸器方案应在分层应力后进行，同时应测量各平面的应变值，并填写夹紧议定书。(4)前锚面一端的张力，顺序为从下而上，从中间到两侧(或按照设计中指定的顺序)。拉伸应力控制应同时考虑应力和应变，其中应力控制是主要控制，应变控制是控制。钢绳的设计误差大于6%时，应停止设计以找出原因，应在采取对策后继续施工。(7)安装防护罩和锚头密封。(1)使用手动磨刀机切断剪辑中多馀的钢条，并保持电缆更换的工作长度(工作长度将根据设计信息），以方便换索。②在保护罩与锚垫板结合处密封垫片，用扳手拧紧保护罩螺栓。

结束语

当前，锚固体系中耐久性问题较为普遍，大跨度悬索桥未满预应力锚固体系对克服此类问题具有重要意义。本文在七盘州长江大桥北锚泊系统施工的基础上，详细阐述了可互换无粘结预应力锚固系统的施工方法。严格的质量控制和标准化的施工流程确保了锚固系统的高精度和质量安装要求，对今后类似锚固系统的施工具有良好的参考意义。

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