论斜拉桥小截面塔柱索锚区环形预应力施工技术

论斜拉桥小截面塔柱索锚区环形预应力施工技术

鲍春钱 1 吴沛钦 2

1 浙江交工宏途交通建设有限公司 浙江杭州 310051； 2 丽水市港航建设开发有限公司 浙江丽水 323000

摘要：斜拉桥主塔作为主要受力构件，其施工质量将直接影响整个斜拉桥结构的耐久性，其中主塔的索锚区应力集中显著，为克服斜拉索产生的水平分力，在索锚区混凝土结构内布置环形预应力束，以保证结构的安全；小截面塔柱索锚区因塔柱截面小、钢筋密集、预应力管道多且布置半径小、预埋件多等因素，造成环形预应力束在施工过程中质量难以控制，本文结合景文高速公路景宁高架桥主桥主塔施工情况，通过试验及优化施工工艺，使得小截面塔柱索锚区环形预应力束施工质量得到有效控制。

关键词：斜拉桥 小截面塔柱 索锚区 环形预应力束 施工技术

1.引言

近年来，独塔单索面不等跨斜拉桥作为一种较新的斜拉桥桥型在社会上运用越来越广泛，其具有外形美观、跨径布置灵活、适合悬臂法施工、经济指标优良等优点。整个斜拉桥通过桥塔-主梁-拉索的组合结构承载全桥荷载，桥塔作为主要的承重构件，其上塔柱索锚区是把主梁内力通过斜拉索传递到主塔的关键部位。为抵抗索锚区斜拉索产生的水平拉应力，通常在塔柱的索锚区布置预应力束来实现。国内在塔柱索锚区多采用环形预应力束或与纵、横向预应力束结合的方式布置，然而对于小截面塔柱，环形预应力束在施工过程中，因客观的干扰因素影响，造成环形预应力束施工质量不高，将直接影响桥梁结构安全耐久性。本文结合浙江景文高速公路景宁高架桥主桥施工成功经验，指出通过试验及优化施工工艺，可使得小截面塔柱索锚区环形预应力施工质量得到有效控制。

2.工程概述

景宁高架桥主桥设计为独塔单索面预应力混凝土箱梁斜拉桥，桥跨布置为（120+105）m，全长225米，采用塔墩梁固结体系，空间密索型布置。主塔采用独柱型塔，塔高86m，由塔墩27.553m（包含3m塔粱固结段）、上塔柱52.647m、塔顶装饰5.8m三部分组成。其中上塔柱顺桥向等宽6.5m，横桥向等宽3.5m，采用圆端形空心截面，圆端截面半径为1.75m。塔柱上部分索锚区内设有斜拉索砼锚块，高36m，基本壁厚1.3m（顺桥向），0.7m（横桥向）；索锚区设置116束环形预应力束（见图2.1）与64束纵向预应力束，预应力束筋均采用φs15.2mm高强度、低松弛预应力钢绞线。

图2.1 上塔柱索锚区预应力束布置图（N1与N2为环形预应力束，M1为纵向预应力束）

3.环形预应力束施工

景宁高架桥主桥主塔索锚区共设置了116根环形预应力束，两两一对，布置成闭合环形，每对波纹管竖向轴线间距为15cm。因主塔截面较小，且设计为圆端型截面，环形预应力束单根长度仅8.55m，且布置半径为1.8m，张拉槽口预留在顺桥向圆端弧形面两侧。此工程预应力束设计特点如下：

（1）预应力束（即环形、纵向预应力束）沿主塔索锚区竖向布置间距较小，布置密集；

（2）单根环形预应力束长度较短，且水平轴线半径较小，仅为1.8m。

3.1环形预应力束施工存在的问题及原因分析

环形预应力束施工存在以下不足的问题：

（1）塔柱截面较小，上塔柱索锚区钢筋布置密集，设置了劲性骨架，且施工段预埋件（液压爬模、塔吊、电梯等其他预埋件）较多，预应力管道设计位置与其他构件位置冲突较多，造成环形预应力管道定位精度不高，且发现了不易调整；

（2）小半径环形预应力束按设计张拉力张拉后，经现场检测，锚下有效应力损失较大，不能满足设计及规范要求。

原因分析如下：

（1）环形预应力管道定位精度不高主要是因预应力管道安装时，塔柱施工节段已完成了劲性骨架安装、索导管定位、竖向内外层主筋安装，再加上塔柱本身截面较小，导致预应力管道安装空间狭小，位置冲突较多，待发现时，因前期已完成相关工序施工，无法精确调整预应力管道到设计位置，造成预应力管道定位精度不高；

（2）对于环形预应力束张拉后锚下有效应力损失较大，经分析主要原因如下：

1）预应力束穿束时，钢绞线彼此间相互缠绕，造成每根钢绞线长度及松紧程度不一；

2）锚口（锚垫板喇叭口）本身的摩阻力造成锚下有效应力损失；

3）因预应力管道环形布置，且环形半径较小，造成预应力孔道磨阻力较大，使得按设计张拉力张拉后，锚下实际有效应力不足；

4）预应力束长度较短，采用普通张拉工艺后使得张拉锚固端预应力筋回缩后锚下有效应力损失显著；

3.2环形预应力束施工质量控制技术

对小截面塔柱小半径环形预应力束施工中存在的不足问题，经过原因分析后，同时结合景宁高架桥主桥主塔环形预应力施工中的成功应用情况，可采取以下相关措施进行解决或改善：

（1）小截面塔柱环形预应力管道节段整体定位施工技术

塔柱按照施工划分节段，事先在地面制作单个节段塔柱劲性骨架，利用劲性骨架作为环向预应力管道定位胎架，根据塔柱施工节段的所在标高位置按照预应力束设计情况安装预应力管道，同时进行空间精确定位（见图3-1），单个塔柱施工节段预应力管道安装完成后，采用塔吊整体吊装劲性骨架与已施工完成塔柱外露进行劲性骨架对接，并调整骨架位置，使得预应力管道整体定位在设计位置。使得预应力波纹管提前定位到设计位置，后续工序的施工根据优先于预应力管道定位进行适当避让，确保了环形预应力管道定位精度。

图3.1 小截面塔柱环向预应力管道节段整体定位安装照片

（2）环形预应力束二次张拉施工技术

考虑塔柱截面较小，环形预应力束长度较短，布置半径较小，导致锚头钢绞线回缩量及孔道磨阻等因素对锚下有效应力影响较大。为解决以上问题，一是通过采用低回缩锚具二次张拉施工工艺，二是通过试验确定相关参数大小，用以指导现场张拉施工。

1）低回缩锚具二次张拉施工工艺

因预应力束较短，若采用普通一次张拉工艺，张拉后锚头钢绞线回缩量造成锚下有效应力损失显著，损失后的锚下应力不能满足设计要求，故采用低回缩锚具二次张拉施工工艺，消除锚头钢绞线回缩量而造成的锚下应力损失。二次张拉锚具采用低回缩锚具，锚具由锚体、锚环、夹片组成。二次张拉工艺锚固实现过程如下：第一次按夹片式锚具通用张拉施工方法整束张拉并锚固；第二次用张拉支承钢架（俗称马凳）支承住千斤顶，采用连接器连接预应力束锚头，将锚头整体拉起，张拉至设计张拉力，拧紧锚头上锚环紧贴锚垫板，消除第一次张拉钢绞线产生的锚具放张回缩值。

2）试验确定参数

主体塔柱环形预应力束施工前，在地面制作塔柱1:1结构尺寸试验段，通过试验取得预应力孔道磨阻系数、孔道偏差系数、锚口磨阻损失值、锚头钢绞线回缩量、锚下应力随时间变化趋势。

3）预应力张拉质量控制措施

①根据《公路桥涵施工技术规范》（JTGT3650-2020）中说明，对索塔索锚区曲率半径较小的预应力束，预应力筋实际伸长量与计算理论伸长值不能满足±6%的规定，应根据试验确定伸长值；

②根据锚口磨阻对锚下应力损失值的大小，实施超张拉来弥补锚下应力损失，但张拉力不得超过设计规定的最大张拉控制应力；

③锚头钢绞线回缩量造成的锚下应力损失，采用低回缩锚具二次张拉施工工艺来消除锚头钢绞线回缩值；

④根据锚下应力随时间变化情况，尽量消除混凝土结构本身收缩徐变带来的应力损失，第二次张拉滞后第一次张拉三个索段进行。

4）其他施工注意事项

①预应力钢绞线及锚具进场应进行严格验收，验收合格后方可使用；

②预应力张拉用设备使用前应由有资质的检验机构进行标定后方可使用；

③环形预应力束钢绞线在穿束时尽量避免彼此间缠绕，每三根合并成一束进行穿束，合并束每间距1.5m采用胶带缠绕固定，并对每根钢绞线进行编号，便于确认钢绞线在孔道内位置；

④环形预应力束第一次张拉前采用单根张拉千斤顶进行逐根预紧，尽量避免单孔预应力束中各根钢绞线受力不均，预紧力大小通过试验确定，本工程以单孔预应力束通过预紧后，张拉后伸长量在固定的范围时为宜。

4.结语

桥梁工程中斜拉桥的运用日益广泛，而小截面塔柱因其施工特点，塔柱索锚区环形预应力施工存在一定的质量隐患，从而影响塔柱索锚区受力安全。本文通过景宁高架桥主桥主塔工程实践，采用了相关技术措施，从而有效的控制了塔柱索锚区环形预应力束的施工质量，为今后国内类似工程施工具有一定的指导意义。