塔柱平行钢束预应力镦头锚施工技术

塔柱平行钢束预应力镦头锚施工技术

张希博   姜丰

中铁十局集团第一工程有限公司  山东 济南   250000

摘要：斜拉桥混凝土主塔结构是斜拉桥中主要受力结构,混凝土主塔锚固区受力相当复杂,采用密集钢筋和墩头锚结构形式,其中在密集钢筋布置下进行墩头锚施工难度非常大。在枣庄市长江西路上跨京沪铁路立交桥混凝土主塔施工中,对墩头锚的施工创新性地采用了加强钢束下料精度的定尺下料法、镦头锚整体安装法、去除张拉锚槽延伸张拉位等一套实用、严谨的技术方法。它在确保镦头锚施工质量的同时,也解决了斜拉桥施工中锚槽与普通钢筋相碰的一贯难题。对平行预应力束施工中孔道定位安装，高强钢丝下料、穿束、镦头、张拉、锚固等关键施工技术进行较详细的阐述。

关键词：孔道定位，下料，镦头，张拉，锚固。

1 引言

近年来，受桥位所处地形或桥上线形的限制，常需要建造一些上跨多股铁路线的预应力混凝土斜拉桥。本工程在进行斜拉转体桥塔柱施工时，需要设置多束平行预应力钢束加强斜拉索锚固区域，将斜拉索与塔柱拉结成一个整体。墩头锚具的工作原理是将预应力筋穿过锚杯的蜂窝眼后，用专门的墩头机(LD墩头机）将钢丝的端头锻粗，将墩粗头的预应力束直接锚固在锚杯上，待千斤顶拉杆旋入锚杯内螺纹后即可进行张拉,当锚杯带动钢丝伸长到设计值时，将锚圈沿锚杯外的螺纹旋紧顶在构件表面，于是锚圈通过锚垫板将预压力传到混凝土上。墩头锚具的优点是操作简便迅速，不会出现锥形锚易发生的“滑丝”现象，故不发生相应的预应力损失。这种锚具的缺点是下料长度要求很精确，否则，在张拉时会因各钢丝受力不均匀而发生断丝现象。本文主要是对预应力墩头锚施工的探索研究，方便业内同行参考借鉴。

2 工程概况

长江西路转体桥桥塔采用钢筋混凝土结构，单箱单室矩形空心截面，塔柱全高（梁顶面至塔顶）50.0m，塔柱横桥向等宽3.4m，顺桥向宽6.0m。斜拉索锚固区采用预应力高强度低松弛钢丝束，呈井字形布置，竖向间距30-35cm，数量为806束，规格为24-Φ7mm，弹性模量EP=2.05×105MPa，标准强度为1770MPa，预应力钢丝束张拉端延伸量按照锚下张拉控制应力885 MPa实施，钢丝束两端采用墩头锚固，张拉采用一端张拉，张拉锚具选用DM A-24墩头锚。

3 施工工艺

3.1工艺流程

塔柱平行钢束预应力采用镦头锚施工方法（单端张拉）。镦头锚施工工序：钢丝下料→编束并墩头→预应力束安装→张拉→压浆→封锚。

3.2 预应力高强钢丝下料

墩头锚预应力钢束对下料有严格要求，当钢束长度≤20m时，钢束的下料长度和理论计算长度差值≤l/3000；当钢束长度>20m时，其差值≤l/5000.本工程中，每束预应力下料长度按照表1施工，施工现场采用槽钢定长下料方法，以确保钢筋下料误差在1mm以内，同时，还必须确保在初应力状态下下料。

钢丝进场后，在桥面做钢丝存放支架，方便抽丝，钢丝存放支架见下图2。

图1 钢丝存放支架

为控制下料精度，利用槽钢一端封堵做下料槽，当同一孔内24根钢丝下料完成后绑扎成捆，一端对齐，另一端利用切割机进行二次下料调整精度，确保误差在1/3000范围内。

3.3 穿束并墩头

本工程预应力筋的编束成型采用整体预制方法，即将已下料的钢丝束统一一端墩头、穿束，再墩另一头，已形成整体，其具体成型步骤入下：

①质量检查。待钢丝束下料完成后，需要测量其长度并检查质量，当满足要求后方可进行一端墩头，利用LD-20型墩头机逐个墩头，每次钢丝深入墩头机工作长度10cm，利用墩头机内部挤压设备压缩5mm钢丝形成墩头，可见下图4。

图2 钢丝一头墩粗

②穿束。在平台上摆放锚具和波纹管，将未墩头端穿束至另一端锚具，按顺序依次对应穿束，直到全部完成，即一端墩头完成后，从另一端依次传入锚杯→锚垫板（提前焊接钢管）→螺旋钢筋→波纹管→螺旋钢筋→锚垫板（提前焊接钢管）→锚杯。

③墩头成束。将未端头端锚具向中间移位约15cm后进行逐根墩头，完成后锚具复位至设计位置，并对钢管和波纹管连接处用胶带缠绕密封，可见下图3。

图3锚具后移、密封

整个实施过程需保证墩头质量，即钢丝不得漏墩头，墩头锚杯要高度回位，不能损坏外丝，敲锚杯时要垫木板以免敲坏锚杯等。编束墩头完成后，预应力钢束、锚具、波纹管便成为一个有机整体。

3.4 预应力束安装

在桥面组装预应力完成后，利用塔吊采用整体安装的方法吊装至塔柱上，其安装步骤为:

（1）预应力束整体吊装。预应力束长3.2-6m，为避免吊装时长钢丝束滑脱、旋转或缠绕，选用了L16作为扁担,将预应力束固定在刚性扁担上进行吊装。

（2）现场安装固定。 按设计要求对预应力束标高和平面位置放样并设置定位钢筋,即每隔30cm-50cm和拐点处焊1道U型固定钢筋以确保安装时孔位正确和线形顺直。

（3）锚槽与普通钢筋处理。锚槽与普通钢筋之间关系需要考虑的主要因素有:

①钢丝束张拉锚槽深度，外侧N1预应力钢束的锚槽深度为18cm，内侧N1预应力钢束的锚槽深度为19cm，N2预应力钢束的锚槽深度为18cm，N3预应力钢束的锚固深度为15cm,锚垫板平面尺寸为21cmx21cm。

②主塔截面主筋位置,主筋中心至混凝土表面距离为8.6cm和10cm,在锚槽的深度范围内，故主筋在锚槽处需断开。

③钢丝束立面间距仅30-35cm,与锚槽尺寸相当,塔柱四角立面基本由锚槽布满，即塔柱预应力位置处箍筋无法通过，箍筋需要断开，预留充足后续搭接长度。

主塔截面上有64根（锚槽范围内)主筋需在锚固区断开，占总断面钢筋的17%，同时所有箍筋在塔柱四角锚固区断开,待最后封锚前等强连接,施工时难度很大,且封锚混凝土为二次浇筑,此部分混凝土难以与主体结构结合良好，质量难以保证,这将会对主体结构受力产生严重影响,因此有必要采取行之有效的措施进行改进。塔柱分节施工时,主筋净间距为150mm,箍筋净距为150mm,需将主筋位置做前后左右相对移动，如此处理，无需断开主筋，且对主筋正确位置影响很小。

（4）锚具端头防漏处理。将锚垫板、护套管及带锚杯的钢丝束按设计要求安装到位,在封闭混凝土施工模板前,在锚杯内填塞满泡沫或碎布,并用透明胶封口,以免锚杯进水泥浆而影响锚具的工作性能和质量。             

 2.5 预应力张拉施工

（1）千斤顶及油泵校验

根据张拉力为817KN，选用QF-200-20型千斤顶四台和YBZ2*2/50油泵四台，为保证张拉应力的准确性，对千斤顶及油泵、压力表进行配套校验。测出千斤顶主动工作状态下实际作用力与压力表读数之间的关系。

（2）张拉顺序

张拉时，相邻每一层钢束在桥塔高度方向不能同时为张拉端，需对角交替张拉，N3钢束需要在N1和N2钢束张拉且注浆（达到设计强度后）才允许张拉，所有钢束严格执行分级张拉，即 0→0.2δcon→1.05δcon（持荷5min）→0→δcon（锚下张拉控制应力）。预应力张拉为单端张拉且张拉时注意锚固区混凝土的状态。

（3）理论伸长值

预应力钢丝束的理论伸长值ΔL按下式计算:

ΔL＝（Fp*L）/（Ap*Ep）

式中Fp-预应力钢筋的平均张拉力，取张拉端拉力与固定端扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；L-预应力筋的长度;Ep-预应力筋的弹性模量，取2.05 x 105 N/mm。

（4）张拉作业

凝土实际强度不小于设计强度的95%且达到要求的混凝土龄期（混凝土龄期不小于7d）时进行预应力钢束张拉，塔柱顺桥向方向每侧配两台千斤顶张拉，对预应力钢束进行编号，最底层预应力钢束为序号1，第二层预应力钢束为序号2，第三层预应力钢束为序号3，......，以此类推，直至所有预应力钢束排序完成。面向大里程方向，塔柱左侧两台千斤顶对已编好序的奇数层（即1、3、5、7...）预应力钢束进行自两侧向中间张拉；塔柱右侧两台千斤顶对已编好序的偶数层（即2、4、6、8...）预应力钢束同样进行自两侧向中间张拉，塔柱两侧千斤顶交错隔层张拉，直至张拉完成所有预应力钢束。

张拉时，先张拉到20%控制应力，在千斤顶上做好标志(量出初读数)，作为测量伸长值的起点，千斤顶升压同步加力。张拉到控制应力时，测量伸长值，并与理论值比较。张拉中及时拧螺母，当张拉应力由1.05倍控制应力回到控制应力后拧紧锚杯外侧螺母，使螺母紧贴锚垫板。

松张完成张拉，由于钢束长度较短，使用墩头锚工艺张拉基本没有回缩量，可以提高预应力张拉精准度，可见下图4千斤顶张拉示意图。

图4 千斤顶张拉示意图

2.6 管道压浆

（1）压浆前的准备工作

预应力平行钢丝束张拉锚固后，孔道应尽早压浆，必须应在48h内完成，压浆料：水=1：0.27（质量比）。

为保证后张预应力孔道压浆的质量和耐久性，所用压浆浆液的性能需要具备以下特征：①具有高流动度；②不泌水，不离析，无沉降；③适宜的凝结时间； ④在塑性阶段具有良好的补偿收缩能力，且硬化后产生微膨胀；⑤具有一定的强度。

（2）压浆施工

a.清理锚下垫板上的灌浆孔，保证灌浆通道畅通。

b.确定抽真空端和灌浆端，安装引出管、球阀和接头，并检查其功能。

c.专用压浆剂使其水灰比、流动度、泌水性达到技术要求指标。压浆剂强度等级不小于M55，水胶比0.26-0.28，不得泌水，初始流动度为10-17s,30min后流动度10-20s，60min后流动度10-25s。初凝时间大于5小时，终凝小于24小时，压浆时浆体温度不超过35℃。浆体对钢束无腐蚀作用。

d.启动真空泵抽真空，使真空度达到-0.06--0.1Mpa并保持稳定。

e.启动灌浆泵，当灌浆泵输出的浆体达到要求的稠度时,将泵上的输送管阀门打开,开始灌浆。

f.灌浆过程中，真空泵保持连续工作。

g.待真空泵端的空气滤清器中有浆体经过时，关闭空气滤清器前端的阀门，稍后打开排气阀，当水泥浆从排气阀顺畅流出，且稠度与灌入的浆体相当时关闭抽真空端所有的阀门。

h.灌浆泵继续工作，压力达到0.5-0.6Mpa，持压2分钟。

i.关闭灌浆及灌浆端所有阀门，完成灌浆。

j.拆卸外接管路、附件，清洗空气滤清器及阀等。

k.完成当日灌浆后，必须将所有粘有水泥浆的设备清洗干净。

l.安装在压浆端及出浆端的球阀，应在灌浆后一小时内拆除、清洗。

管道压浆用水泥浆采用无收缩水泥浆，压浆时，每一工作班应制作留取不少于 3 组尺寸为（40mm×40mm×160mm）的试块。标准养护28d，进行抗压强度和抗折强度试验，作为评定质量的依据。当环境温度高于35℃时，压浆宜在夜间进行。

（3）注意事项

a.孔道密封检查:将灌浆阀、排气阀全部关闭，打开真空阀，启动真空泵抽真空观察真空压力表读数，当管内真空度维持在-0.08Mpa左右时停泵约1min时间，若压保持不变即可认为孔道能达到并维持真空，否则重新检查密封。

b.严格控制用水量，否则易造成管道顶端空隙。

c.对未及时使用而降低了流动性浆体，严禁采用加水的办法来增加灰浆的流动性配制时间过长的浆体不应再使用。

d.灌浆完成后，应及时拆卸、清洗管、阀、空气滤清器、灌浆泵、搅拌机等所有沾有水泥浆的设备和附件。

e.每条孔道一次灌注要连续完成，灌注完一条孔道换其它孔道时间内，继续启动灌浆泵，让浆体循环流动。

f.孔道灌浆完成后，将端部钢筋按设计要求整理绑扎或焊牢。

2.7 预应力封锚

（1）预应力封锚应在管道压浆结束、并经检查合格后才允许进行，封锚混凝土采用无收缩混凝土，强度不低于塔身混凝土强度。

（2）压浆完成后，应及时对锚固端按设计要求进行封闭保护或防腐处理， 在压浆完成后对张拉槽位置混凝土凿毛并将其周围冲洗干净，设置钢筋网（张拉槽设Φ8钢筋网，间距10×10cm，钢筋网与塔柱钢筋需要焊接）浇筑封锚混凝土，长期外露的锚具，应采取防锈措施。

（3）按设计图纸要求浇筑混凝土，妥善固定封端模板，防止在浇筑混凝土时模板走形，其长度符合相关规范允许偏差的规定，浇筑时应认真振捣，使锚具处振捣密实，浇筑完成后做好养护。

4 结束语

本塔柱采用锚固区平行预应力镦头锚施工与塔柱节段同步的施工方法。即在进行上一节段塔柱施工的同时，进行下一节段预应力钢丝的下料、穿束、镦头等工作。

通过对镦头锚施工工艺进行全面分析研究，对工艺步骤进行优化,采用了加强钢束下料精度的定尺下料法、镦头锚束整体安装法等一套实用、严谨的技术方法,既保证了施工质量又加快了施工进度。它的科学性和可操作性对同类桥梁施工具有极大的推广价值，本桥预应力镦头锚施工的成功运用，为同类型大桥塔柱施工积累了宝贵的经验，值得推广和运用。