下承式钢管拱预应力和吊杆张拉施工控制

摘要：本文主要介绍灞河大桥钢管混凝土拱桥纵、横梁预应力结构的分阶段张拉，吊杆安装、分次张拉、反复调整等施工工艺，纵、横梁预应力与吊杆张拉对拱肋变形的影响以及在施工过程中所取得的经验和体会。

关键词：钢管混凝土拱桥纵；横梁预应力吊杆张拉

一、工程概况

灞河大桥主道主桥为50+50+80+50+50m钢管混凝土下承式拱梁组合体系无铰拱，拱轴线采用二次抛物线，矢跨比1/4；拱轴系数1.3。80m拱肋采用“哑铃”形断面，两根φ900×16mm的钢管，中间设缀板连接，缀板采用16mm厚的钢板，50m拱采用φ900×16mm的钢管，两个拱肋之间采用横撑φ800×12mm的钢管联结，80m跨和50m跨均设3道。该钢管拱桥施工工序为先部分梁后拱，拱安装完毕再安装余下梁，该工序国内少有，工艺复杂，施工控制要求高，其桥梁位移和线形控制难度大。

图1 钢管混凝土拱桥示意

拱脚推力由纵梁承担，纵梁采用预应力砼箱形断面，宽1.95m，高2.1m，腹板厚25cm，顶底板30cm。除吊杆布置和接近拱脚处为实心截面外，其余部分为空心腹板段，梁高于拱脚处渐变至3.5m。纵梁预应力钢束采取两端、分阶段张拉施工方式，N1～N5钢束采用10-фs15.2高强低松弛270级钢绞线，N6钢束采用13-фs15.2高强低松弛270级钢绞线，预应力钢束锚具采用OVM系列。

图2 纵梁预应力钢束布置

端部为2道预应力混凝土端横梁，与纵梁垂直、端横梁平行。50m跨布置9条中横梁，80m跨布置15条中横梁，中横梁采用T预应力砼结构，端横梁为矩形实心截面，横梁按A类预应力砼设计。中横梁腹板宽0.5m，端横梁宽1.6m。横梁采用满堂支架现浇。横梁预应力钢束采取单端、分阶段张拉施工方式，预应力钢丝束采用8-фs15.2和10-фs15.2高强低松弛270级钢绞线。预应力钢束锚具采用OVM系列。

图3 端横梁（左）中横梁（右）预应力钢束布置

拱肋和纵梁间采用柔性吊杆，吊杆由61Φ7镀锌高强度低松弛预应力钢丝组成，钢丝标准强度Ry=1670MPa，顺桥向吊杆间距5m，其中80m跨设13根，50m跨设7根，吊杆锚具为PESM7-61冷铸墩头锚。设上下锚箱分别于拱肋下部和纵梁顶部连接，拱肋处吊点为固定端，张拉端设于纵梁底部，通过纵梁传力杆来实现对吊杆的张拉，本结构避免了吊杆对拱肋和纵梁截面的削弱，同时张拉方便，并且对于吊杆后期的养护和更换提供了很大的便利。

二、张拉施工流程

纵、横梁预应力及吊杆张拉施工流程如下：纵梁、端横梁浇注养护张拉纵梁N1、N6钢束张拉端横梁H2钢束安装钢管拱肋灌注拱肋内C50混凝土养护穿吊杆中横梁浇注养护张拉中横梁H3钢束张拉纵梁N2、N3钢束第1次张拉吊杆桥面板安装张拉纵梁N4、N5钢束张拉端横梁H1钢束张拉中横梁H1、H2钢束第2次张拉吊杆桥面铺装、防撞栏杆施工第3次张拉吊杆外观检查

三、预应力施工

合理布置预埋波纹管、非预应力筋、下锚箱、预埋孔，在满足设计要求的前提下保证混凝土振动棒能顺利插入。必要时需对设计施工图提出变更建议，本工程中横梁预应力在2#、3#纵梁处张拉端施工受干扰，无法实现预应力钢束的两端张拉，将靠近2#、3#纵梁处中横梁预应力钢束张拉端变为锚固端进行单端张拉；纵梁底板N6中间束的位置与吊杆传力杆预留孔的位置相冲突，故取消纵梁底板N6中间束，底板其它束由10-фs15.2变为13-фs15.2进行施工；为考虑大桥的整体协调和美观，将1#、4#纵梁端、中横梁预应力钢束张拉端整体封锚条变为单个封锚条施工。此外在吊杆下锚箱处、纵横梁相交处，波纹管位置均作了适当调整；平行双根波纹管遇4肢箍时，相互间也需作调整。梁端锚板处钢筋较密，在保证锚垫板受力时混凝土不产生斜裂缝的前提下，应尽量减少配筋，以免混凝土灌注时产生空洞，导致垫板受力后凹陷。

纵梁、横梁钢束的张拉顺序为由下往上，由内而外，对称张拉。纵梁采用两端张拉，横梁采用单端张拉。

四、吊杆施工

4.1吊杆安装

4.1.1搭设工作平台

（1）搭设工作平台。

（2）在平台上设置一台2t卷扬机，并在拱肋预理孔上端附近挂2t导向滑车。

4.1.2安装步骤

（1）拧出吊杆上端螺母，装到拱肋上待穿吊杆的上锚箱预留孔道槽内。

（2）启动卷扬机，将牵引绳由待穿吊杆的预留孔道放下。

（3）将牵引绳的连接头与吊杆上端的锚杯连接起来。

（4）再启动卷扬机，缓慢将吊杆牵引向上，穿出拱肋上锚箱预留孔道，拧上上端螺母。

（5）卸下牵引连接头。

（6）拧下下端螺母，将下端锚杯穿进纵梁处下锚箱的预留孔道内，再拧上下端螺母。一根吊杆安装完毕。

图4 吊杆安装示意

4.2吊杆张拉

吊杆张拉方式采用单端张拉，拱肋处（上锚箱）吊点为固定端，张拉端设于纵梁底部，通过纵梁传力杆来实现对吊杆的张拉。张拉千斤顶采用YCW150千斤顶。

4.2.1张拉前准备工作

（1）搭设吊杆张拉挂篮平台。

（2）确认上锚箱处吊杆锚固安全可靠和无额外的牵挂、阻碍。

（3）安装纵梁处的张拉吊杆的传力杆，清除下锚杯处的混凝土渣、油污及不属于结构部分的任何物质。检查下锚杯冷铸锚头螺牙是否保持完好。

（4）检查、调试张拉设备的完好状态，如电源的安装、油表的校验，油泵、千斤顶的标定等。

（5）张拉计算资料的准备，如张拉次数，每次张拉的力值，换算的油表读数，吊杆的理论延伸量，拱座和纵梁偏移值等。

4.2.2张拉工艺流程

张拉前的准备工作中横梁、纵梁张拉按照从中间向两边对称安装YCW150千斤顶，张拉力达到50t后彻底完成千斤顶回油，旋紧下锚杯的螺母、实施第1次牵引张拉采用索力仪量测吊杆索力，吊杆的理论延伸量，拱座和纵梁偏移值，并与设计值核对，进行反复调整桥面板安装按照从中间向两边对称安装YCW150千斤顶，张拉力达到70t后彻底完成千斤顶回油，旋紧下锚杯的螺母、实施第2次牵引张拉采用索力仪量测吊杆索力，吊杆的理论延伸量，拱座和纵梁偏移值，并与设计值核对，进行反复调整桥面铺装、防撞栏杆施工按照从中间向两边对称安装YCW150千斤顶，张拉力达到100t后彻底完成千斤顶回油，旋紧下锚杯的螺母、实施第3次牵引张拉采用索力仪量测吊杆索力，吊杆的理论延伸量，拱座和纵梁偏移值，并与设计值核对，进行反复调整外观检查

4.2.3张拉控制

在吊杆张拉过程中，吊杆是分批张拉的。期间伴随着结构的变形、纵梁支撑体系的转换及内力的重分布，前期张拉的吊杆索力直接影响后期吊杆张拉的索力，而后期张拉吊杆亦对先期施工的吊杆索力有着直接的影响，从而最终影响全部吊杆张拉完毕后的力学性能，使吊杆达不到满足控制条件的内力状态，故需要对各施工阶段中张拉结束的吊杆进行反复调整，使各吊杆的索力达到控制索力。

五、预应力束和吊杆张拉对拱梁组合体系线形的控制

预应力束和吊杆根据施工阶段不同，采取分批张拉，预应力束和吊杆张拉是钢管拱桥施工控制的关键，直接影响拱肋线形的美观和流畅。张拉控制不当容易产生拱肋“M”形，拱顶下沉，两边L/8附近上冒。

（1）张拉控制：每次预应力束和吊杆张拉时起动油泵，缓慢加压，开始张拉，同时注意听监测张拉油表和吊杆索力仪的读数，一旦达到要求立即停止张拉。

（2）变形控制：变形控制主要是针对预应力束和吊杆张拉拱肋变形的。混凝土浇筑前、后精确测量拱肋特征点立面高程和平面位置。吊杆第一次张拉后，再次实测拱肋特征点立面高程和平面位置变位情况，通过与设计提供的变形量进行对比分析，确定和改进吊杆第二次张拉力，依次循环，直到最后一次张拉到设计吨位。

根据以往类似桥梁的施工经验，在张拉过程中，实际的应力和变形与设计“理想”状态下是有偏差的，应该是采取施工与监控相结合的做法来解决这个问题，监控由专业单位施行，并根据不同的工况为施工方提供既满足设计又符合实际情况的应力和变形。

六、结束语

灞河大桥钢管混凝土拱桥纵、横梁预应力结构的分阶段张拉，吊杆安装、分次张拉、反复调整以及预应力束和吊杆张拉对拱肋线形的影响均为施工中的难点。本文对其施工工艺进行了介绍，对类似钢管混凝土拱桥体外预应力工程的施工有一定的参考价值。

参考文献：

[1]交通部行业标准.公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）.北京：人民交通出版社，2000.

[2]交通部行业标准.公路工程质量检验评定标准（JTGF80/1-2004）.北京：人民交通出版社，2004.