蔡家嘉陵江大桥索塔上塔柱锚固区大曲率环向预应力施工技术

摘要重庆蔡家嘉陵江大桥索塔上塔柱锚固区布置了大吨位环向预应力束，本文介绍了环向预应力束安装和张拉、封锚、压浆等技术要点，为了保证环向预应力体系施工质量所采取的一些技术措施。

关键词嘉陵江大桥索塔 锚固区 环向预应力

中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：

1. 工程概况

1.1 工程概况

蔡家嘉陵江大桥是重庆轨道交通六号线二期工程一座特大型斜拉桥，主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，跨径布置为135m+250m+135m，塔梁固结。索塔结构呈菱形布置，P4#索塔高178m，P5#索塔高179.5m。索塔由下至上依次分为墩柱、下塔柱、中塔柱和上塔柱（见图1-1与1-2），其中墩柱和下塔柱采用为C50砼，中塔柱和上塔柱采用C55砼，斜拉索均锚固于上塔柱，索间距为2.2m，锚固区设置了低松弛大吨位环向预应力束。

图1-1 索塔塔身分区示意图图1-2 索塔一般构造图

2．索塔环向预应力的设计与构造特点

2.1 索塔环向预应力设计

本桥环向预应力分为U形和直线形两种，均设置于上塔柱的锚固区，上塔柱为41.136m，上塔柱锚固区顺桥向塔身内壁设斜拉索锚固齿块。锚固区是承受索力和主梁荷载的集中部位，由于斜拉索拉力较大，锚固点相当集中，致使锚固区应力集中，应力分布较复杂，为了确保锚固区拉锁齿块具有足够的抗拉承受能力和抗裂安全性，以及平衡斜拉索的强大拉力，每对齿块横桥向设计了弯曲半径为l.5m的2束12根φ15.24mm的U形大吨位低松弛环向预应力钢绞线，顺桥向设计了8束12根φ15.24mm的直线形低松弛预应力钢绞线束（见图2-1与2-2），为了防止混凝土崩裂，U形钢束曲线段设置了防崩钢筋。钢束张拉端交错布置，均采用低回缩型二次张拉锚具，单束张拉控制力为2249.85KN。混凝土强度达到90％后进行预应力张拉。

图2-1 环向预应力钢束平面布置图

图2-2 环向预应力钢束立面布置图

2.2 索塔环向预应力构造特点

1、索塔较高，环向预应力位于上塔柱锚固区。

2、索塔塔身高宽比较大，且索塔锚固区结构形式复杂多变。

3、锚固区钢筋布置密集，施工难度大。

4、环向预应力体系具有束多、束长、曲率大、张拉力大、布置密集等特点。

5、影响因素较多，故U形预应力张拉力及伸长量难以掌控。

6、高空利用爬模施工平台，U形预应力束安装、张拉、封锚、压浆施工难度大。

3. 环向预应力施工技术

3.1 预应力管道选择与安装

3.1.1 预应力管道的选择

为了保证索塔环向预应力体系进度及施工质量，本桥P4#、P5#墩索塔环向预应力管道均采用Φ100mm塑料波纹管（见图片3-1），该管道与金属波纹管相比具有以下优点：

1、管道摩擦阻力较小，通过模型墩试验表明，摩擦系数值µ=0.17（金属波纹管为1.25）。

2、塑料波纹管刚度好，曲线段连接方便，且不易折断，便于现场安装。

3、防腐性能好，在潮湿的施工环境中能有效的保护预应力钢束不被腐蚀。

4、塑料波纹管强度好，不易被踩坏、振捣棒击破，其密封性能和防漏性能高于金属波纹管，更适用与真空压浆。

5、塑料波纹管不导电，不易被电流伤害，且利于安装定位。

6、环保、经济、耐久性好，尤其是后张法施工优点更为突出。

综上优点，故本桥在索塔环向预应力管道采用塑料波纹管，波纹管技术参数：Φ100mm，Φ内=94mm，壁厚3mm。

图片 3-1 Φ100mm塑料波纹管图片

3.1.2 预应力管道的安装

为了保证索塔施工进度及管道安装的精确度，本桥预应力管道及钢绞线均在浇筑混凝土之前安装完成（预应力管道安装流程图3-2），故具有独特的要求，尤其是U形预应力管道的安装、定位更有明确的技术要求：

图3-2 预应力管道安装流程图

（1）预应力管道的尺寸与位置应正确，管道应平顺，锚垫板应垂直于管道中心线。 （2）管道应采用定位钢筋固定，使其能精确的固定于模板内的设计位置，并在混凝土浇筑期间不产生位移。

（3）管道连接均采用接头管，不允许利用等直径的波纹管对接，防止接头错位漏浆。 （4）施工图对张拉端作出了明确的设计说明，必须严格检查锚后钢筋配置，特别应注意保证螺旋筋与锚垫板顶紧。

（5）为了保护锚固齿块，曲线段波纹管防崩钢筋（如图3-1）数量及安装位置必须准确、牢固。

图3-1 曲线段防崩钢筋布置图（6）管道压浆孔与排气孔应保证畅通，保证压浆质量。

（7）钢筋焊接作业时，必须对管道采取有效的保护措施。

（8）钢绞线穿入注意不得扭绞，保证有足够的张拉长度。

3.2 预应力钢束和锚具选择与安装

为了保证索塔施工质量，本桥索塔环向预应力采用270级低松弛预应力钢绞线（φ15.24mm），锚具采用OVM15-12低回缩型二次张拉锚具，fpk=1860mp，单根设计锚下控制张力为=0.72F=1339.2MP。预应力钢绞线和锚具安装时，为了避免安装张拉槽口而切断塔柱钢筋，采用塔柱“钢筋错位加密”的方法。这样又保证了塔柱钢筋的完整性，又保证了张拉槽口的合理安装。

图片3-2 低回缩锚具安装图片

3.3 预应力张拉、压浆、封锚施工

3.3.1 预应力张拉

1、张拉顺序：首先U形后直线、其次对称张拉、最后二次张拉

2、张拉原则：张拉力与伸长量进行双控，15% 30%100%，持荷2min锚固。

3、张拉流程：

图3-2 预应力管道安装流程图

预应力张拉之前，理想状态下的预应力钢束在管道内居中布置。张拉过程中，在张拉力的作用下，预应力钢束结合会更密实，会整体产生径向位移，局部会出现挤压现象，故将重新组合，最终基本呈现辐射状态分布，曲线段钢束将向塔身中心偏移（如图3-2所示），由此引起预应力钢束向管道孔内壁挤压，这种现象也叫预应力束挤压效应（如图3-3所示），故会产生附加弹性伸长量。

图3-3 预应力张拉前后平面示意图图3-4 预应力挤压效应示意图

通过模型墩摩阻试验数据得出，环向预应力除了正常的理论伸长量外，实际施工中还会产生附加伸长量，故实际总伸长量会长于理论总伸长量（见表1）。

U形预应力理论伸长量与实际伸长量对比表 表1

本桥环向预应力施工按项目技术部门提出的方案进行，在实际张拉过程中，执行了以下操作工艺：（1）在张拉前，对张拉用的千斤顶与精密压力表进行标定。 （2）锚具与夹片安装时，夹片缝隙均匀，并用小钢管击紧夹片。（3）张拉要同时、同步进行，测量初始伸长值、中间各级伸长值以及最终伸长值。（4）张拉数据要详细记录，并存档保存。（5）U形钢束张拉以控制张拉力为主，伸长值校核为辅。

3.3.2 预应力封锚与压浆

张拉完毕后及时利用砂轮割除锚具以外钢绞线，利用高标号水泥进行锚头封堵，确保锚头不漏浆。为了保证预应力管道压浆质量，管道压浆采用真空压浆工艺，用清水清洗管道，然后开始压浆，出浆孔流出浓浆时堵塞出浆孔，并且压力保持在0.5—0.6MP下保持2min，严格按照压浆工艺进行，保证管道的密实性。

真空压浆质量控制要点：

（1）严格控制水泥浆质量：水泥浆质量至关重要，应尽量降低水灰比，减小浆体收缩，保证管道饱满、浆体强度。

（2）做好预应力管道密封措施，控制好压浆泵的压力。

（3）压浆完毕后，必须待浆体基本失去流动性再拆除压浆阀。拆除后，及时用木塞塞紧。

4、环向预应力施工难点与缺点分析

4.1 施工难点分析

环向预应力施工技术要求较高，故存在一定的施工难点，本桥P4#、P5#墩索塔环向预应力存在以下施工难点：

（1）施工中，索塔主筋、劲性骨架、齿块钢筋、预应力管道相互冲突，张拉槽口安装与钢筋、模板安装相互影响。

（2）环向预应力弯曲半径较大，钢绞线穿入波纹管难度大。

（3）高空施工，钢绞线张拉、管道压浆、封锚难度大。

（4）曲线段曲率较大，张拉过程中，钢绞线实际伸长量难以掌控。

本桥在没有类似桥梁施工经验借鉴下，通过一系列施工工艺研究，制定出合理的环向预应力施工技术与预应力施工工艺，并对与U形预应力施工中模板和钢筋的安装制定出可行的方案。

4.2 施工缺点分析

目前，环向预应力在斜拉桥索塔结构锚固区施工中被广泛采用，与其他预应力施工有着明显的区别，存在一定的优点，也有不可避免的缺点。本桥P4#、P5#墩索塔环向预应力施工存在以下缺点：

（1）预应力张拉影响因素较多，伸长量和张拉力不均匀性严重。

（2）U形预应力钢束安装、张拉给模板安装带来一定的不便。

（3）受爬模平台的限制，曲线段钢束难以穿过，需要更多的人力与时间。

（4）钢绞线长度不均匀，导致钢绞线受力不均匀，也是预应力质量控制一大难点。

5. 结束语

索塔U形预应力施工影响因素较多，为了保证施工质量与施工进度，需有相应的施工技术方案、质保措施等。蔡家嘉陵江大桥P4#、P5#墩索塔U形预应力施工有效解决了诸多施工等难题。保证了索塔结构U形预应力体系施工质量，得到了业主及监理单位的一致肯定。实践证明，本桥U形预应力施工所采取的一些技术措施的可行、有效。

参考文献

[1]《公路桥涵施工规范》（JTJ041—2000）北京：中国建筑工业出版社；

[2]《蔡家嘉陵江大桥桥工程施工图》桥塔部分 林同炎国际工程咨询有限公司

[3]《蔡家嘉陵江大桥主桥索塔施工方案》

[4]《预应力施工技术规范》JGJ/T 10-95

作者介绍

刘 宇男1982.5 本科助理工程师

刘俊超男 1981.3 研究生工程师