公路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力體外索的關(guān)鍵技術(shù)

公路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力體外索的關(guān)鍵技術(shù)摘要：體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為后張預(yù)應(yīng)力混凝土的一個(gè)重要分支，已經(jīng)在國內(nèi)外橋梁工程中得到廣泛運(yùn)用。為了保證預(yù)應(yīng)力體外索的施工質(zhì)量，國內(nèi)外學(xué)者研究了一套較為實(shí)用的體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)。介紹了國內(nèi)外橋梁工程中預(yù)應(yīng)力體外索的施工關(guān)鍵技術(shù)，主要包括預(yù)應(yīng)力體外索的施工技術(shù)，預(yù)應(yīng)力體外索的二次更換技術(shù)以及國內(nèi)外常用的預(yù)應(yīng)力體外索的防護(hù)技術(shù)。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力體外索；施工技術(shù)；換索技術(shù)；防護(hù)技術(shù)1預(yù)應(yīng)力體外索施工技術(shù)111施工工藝流程預(yù)應(yīng)力體外索采用的防護(hù)系統(tǒng)不同，其具體施工流程略有差異，下面以最常見的采用套管注環(huán)氧樹脂漿防護(hù)法的預(yù)應(yīng)力體外索施工為例，其具體工藝流程如下:施工機(jī)具準(zhǔn)備轉(zhuǎn)向器安裝橡膠封堵固定轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向其余外套管間灌漿預(yù)應(yīng)力體外索穿索張拉預(yù)應(yīng)力體外索索體與轉(zhuǎn)向器間填充橡膠 錨頭區(qū)預(yù)埋管內(nèi)注環(huán)氧樹脂漿 防松裝置安裝 防腐裝置安裝。112轉(zhuǎn)向裝置施工體外預(yù)應(yīng)力索的轉(zhuǎn)向裝置是一種特殊構(gòu)造，除錨固構(gòu)造外，轉(zhuǎn)向塊是體外預(yù)應(yīng)力索在跨內(nèi)唯一與梁體有聯(lián)系的構(gòu)件，承擔(dān)著體外索的轉(zhuǎn)向任務(wù)，是體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中最重要、最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)構(gòu)造之一。轉(zhuǎn)向裝置設(shè)在箱梁里面，有橫隔板式、肋板式、轉(zhuǎn)向塊式3種形式［3］，以最常采用的轉(zhuǎn)向塊式轉(zhuǎn)向裝置為例，轉(zhuǎn)向塊布置在箱梁腹板和底板相交的位置，通過特別設(shè)計(jì)的鋼筋與箱梁頂板、底板連成整體。張拉體外索時(shí)，轉(zhuǎn)向塊與腹板和底板相連的部分會(huì)產(chǎn)生較大的剪力和應(yīng)力集中，局部應(yīng)力比較大，因此轉(zhuǎn)向塊的施工質(zhì)量須引起高度重視。對(duì)于節(jié)段梁采用在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制后運(yùn)輸至拼裝現(xiàn)場(chǎng)拼裝的情況，轉(zhuǎn)向塊預(yù)制質(zhì)量控制容易。預(yù)制時(shí)通過特制的鍍鋅無縫鋼管轉(zhuǎn)向器（偏位管）預(yù)留成型孔，預(yù)埋轉(zhuǎn)向器安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙位置，清理轉(zhuǎn)向器與外套管之間的雜物，清潔處理完畢后，制作適宜的橡膠條，并用橡膠條把轉(zhuǎn)向器和外套管之間的兩端空隙塞滿，同時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向器位置，確保其與設(shè)計(jì)曲線位置相符。然后轉(zhuǎn)向器與外套管之間灌漿，灌漿時(shí)水泥漿應(yīng)從最低點(diǎn)的壓漿孔壓入，由最高點(diǎn)的排氣孔排氣和濃漿冒出，壓漿要緩慢均勻地進(jìn)行，不得中斷。壓漿后要從檢查孔抽查壓漿的密實(shí)情況，如不密實(shí)，應(yīng)及時(shí)處理和糾正。113預(yù)應(yīng)力體外索穿束將在工廠內(nèi)制作完成的成品索卷運(yùn)抵工地指定位置就位，將成品索束盤吊至橋下施工孔附近的簡(jiǎn)易放束支架上，成品索的端頭均設(shè)有便于與鋼絲繩連接的連接裝置 牽引頭，再將成品索束的牽引頭和卷揚(yáng)機(jī)通過穿束器相連，用慢速卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械穿束。為了防止成品索束扭轉(zhuǎn)、纏絞，穿束器和卷揚(yáng)機(jī)相接處應(yīng)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于箱型梁布置預(yù)應(yīng)力體外索是，可以利用箱內(nèi)安放的慢速卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行拽拉就位。為防止成品索束外包裝纖維帶磨損，刮傷鋼絞線環(huán)氧涂層，同時(shí)減少摩擦力，在成品索束轉(zhuǎn)彎、通過轉(zhuǎn)向器和橫隔板等處加設(shè)尼綸輪進(jìn)行導(dǎo)向。要求導(dǎo)向尼綸輪的間距不大于20m，同時(shí)在地面鋪墊一定厚度的軟墊層，上面鋪彩條布，每個(gè)一定距離設(shè)置支撐架，打磨轉(zhuǎn)向關(guān)口以防體外索的PE層被刮傷。穿越支架、轉(zhuǎn)向器和鋼管等鐵件時(shí)，應(yīng)在鐵件處墊設(shè)橡膠板防護(hù)。安裝成品索束時(shí)要采取有效措施防止硬物刮傷鋼絞線表面的環(huán)氧樹脂涂層。成品索束拽拉到位后進(jìn)行清絲梳理，防止產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、纏絞和彎折現(xiàn)象。檢查轉(zhuǎn)向器、橫隔板穿越鋼管及轉(zhuǎn)向支架、減振支架是否有滑動(dòng)、移位和變形發(fā)生。穿束前檢查各個(gè)轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向支架、減振支架是否安裝牢固、可靠。及時(shí)檢查牽引卷揚(yáng)機(jī)的機(jī)械性能和鋼絲繩的完好情況。避免使用電弧或氧割等傷及成品索束。注意區(qū)分成品索束的張拉端和錨固端，錨墊板外預(yù)留成品索束長度有所不同。114預(yù)應(yīng)力體外索張拉及錨固預(yù)應(yīng)力體外索張拉之前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，主要包括：千斤頂校驗(yàn)和確定油表讀數(shù)、測(cè)定體外索與轉(zhuǎn)向裝置以及錨固段的摩阻力系數(shù)、計(jì)算體外索理論伸長值。千斤頂校驗(yàn)和確定油表讀數(shù)時(shí)可采用內(nèi)差法計(jì)算出對(duì)應(yīng)施工圖紙所給張拉總噸數(shù)的相應(yīng)油表讀數(shù)。內(nèi)差法是在檢測(cè)試驗(yàn)表曲線上取得相應(yīng)張拉噸位相鄰兩點(diǎn)作為依據(jù)，也可以用比例法，即選擇張拉噸位最近的一點(diǎn)用比例關(guān)系直接計(jì)算得出。若預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向裝置和錨固器均采用的是預(yù)制構(gòu)件，則體外索與之的摩阻力系數(shù)可以直接利用預(yù)制廠家提供的摩阻力系數(shù)；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)澆注的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向裝置，由于摩阻力測(cè)定的代表性不強(qiáng)，因此，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定試驗(yàn)來準(zhǔn)確確定摩阻力系數(shù)。體外索的張拉應(yīng)力要符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)施工中體外索需要超張拉或計(jì)入錨圈口預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，可比設(shè)計(jì)要求提高5%，但不得超過設(shè)計(jì)規(guī)定的最大張拉控制應(yīng)力體外索的張拉應(yīng)力要符合設(shè)計(jì)要求。因此必須計(jì)算體外索的理論伸長值方可控制張拉。體外索的理論伸長值可根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)提供的方法計(jì)算，但在精度要求不高的情況下，可直接根據(jù)規(guī)范，按下式計(jì)算：△L=P￡匚rApEp0式中P 為體外索的平均張拉力；犬 為體外索的截面面積；EP 為體外索的彈性量；e 為體外索與轉(zhuǎn)向裝置和錨固端的摩阻力系數(shù)。上述張拉前準(zhǔn)備工作做完后，即可進(jìn)行張拉。具體張拉步驟如下：安裝錨環(huán)和夾片。注意夾片安裝必須平齊，安裝錨環(huán)時(shí)不得因?yàn)榍么虻仍蛟斐慑^環(huán)外圓或錨孔的局部損傷，錨環(huán)安裝到位，錨環(huán)的定位凸臺(tái)應(yīng)進(jìn)入錨座孔內(nèi)。千斤頂定位。千斤頂采用手拉葫蘆固定在HDPE管臨時(shí)支撐上，安裝時(shí)應(yīng)注意工具錨與工作錨環(huán)對(duì)正，鋼絞線在千斤頂內(nèi)不得打結(jié)，工具夾片安裝平齊，千斤頂安裝應(yīng)到位，直接頂住錨環(huán)。張拉。本橋采用單端張拉法。共有6個(gè)張拉行程，張拉程序?yàn)椋撼跏紶顟B(tài)一設(shè)計(jì)應(yīng)力的15%一設(shè)計(jì)應(yīng)力的30%一設(shè)計(jì)應(yīng)力的45%一設(shè)計(jì)應(yīng)力的60%一設(shè)計(jì)應(yīng)力的75%一設(shè)計(jì)應(yīng)力的100%—持荷2min，每個(gè)行程都必須記錄清楚千斤頂壓力及活塞外露量，計(jì)算延伸量并與設(shè)計(jì)值做比較。夾片自動(dòng)錨固。當(dāng)千斤頂行程已滿或達(dá)到所需張拉力，給千斤頂回油，把所有鋼絞線整齊地錨固在錨具內(nèi)；千斤頂?shù)幕钊祷卦?；若仍需張拉，推緊自動(dòng)工具錨；繼續(xù)張拉，直至達(dá)到所需的張拉力為止。115預(yù)應(yīng)力體外索防腐處理本文第三部分將詳細(xì)介紹預(yù)應(yīng)力體外索的系統(tǒng)防護(hù)措施及相應(yīng)施工方法，根據(jù)不同的防護(hù)措施其具體的防護(hù)裝置安裝技術(shù)不同，具體介紹可參見下文。2預(yù)應(yīng)力體外索更換技術(shù)預(yù)應(yīng)力體外索的更換可通過以下步驟完成［4］：為了保證結(jié)構(gòu)在更換索時(shí)的安全，通常在進(jìn)行修復(fù)操作以前，在梁或板處設(shè)置支撐柱或者采取其他可靠的臨時(shí)轉(zhuǎn)換措施卸除結(jié)構(gòu)承受的部分荷載。去除體外預(yù)應(yīng)力筋的保護(hù)層。如果體外預(yù)應(yīng)力筋有混凝土保護(hù)層覆蓋，則先用射水將體外預(yù)應(yīng)力筋的混凝土保護(hù)層除去。放松預(yù)應(yīng)力筋。如果錨具為可放松錨具，則可以通過調(diào)整錨具來放松預(yù)應(yīng)力筋；如果錨具是不可放松類型，可以通過對(duì)鋼絞線進(jìn)行加熱使其延伸從而釋放出存儲(chǔ)能量；單根鋼絲可用鋼絲切割機(jī)每次一根逐次截?cái)啵煌ㄟ^縮短兩端錨具間的距離來放松預(yù)應(yīng)力筋，如鑿除梁端一小段混凝土，使兩錨具間距離縮短，從而使預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力得以釋放。安裝新的預(yù)應(yīng)力體外索并張拉。對(duì)于體外無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行單索或整索更換。體外預(yù)應(yīng)力筋的更換應(yīng)每次一根逐一進(jìn)行，即撤走一根力筋，而在移走第二根之前就安裝并張拉新的一根。如果預(yù)應(yīng)力體外索在套管里且套管無需更換，則放松一根既有的預(yù)應(yīng)力筋，并接上一根新的預(yù)應(yīng)力筋，隨著舊的一根抽出，新的一根預(yù)應(yīng)力筋就被全部拉入就位，然后張拉預(yù)應(yīng)力筋至設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值。如果外套管需更換，則拆除外套管及舊體外預(yù)應(yīng)力筋，然后安裝新的預(yù)應(yīng)力體外索并張拉。對(duì)于無套管體外預(yù)應(yīng)力筋，其更換即是拆除舊預(yù)應(yīng)力體外索、安裝新的預(yù)應(yīng)力體外索并張拉。3預(yù)應(yīng)力體外索防護(hù)技術(shù)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)是體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件，需要對(duì)其預(yù)應(yīng)力體外索、錨具和轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行防護(hù)。這里主要介紹國外對(duì)于預(yù)應(yīng)力體外索通常采用的下面幾種防護(hù)措施［5,6：］無套管成品索束表面防護(hù)法，即在裸露的預(yù)應(yīng)力體外索上鍍鋅和涂環(huán)氧樹脂。鍍鋅技術(shù)實(shí)際上是一種犧牲陽極的陰極保護(hù)法，在腐蝕介質(zhì)中，鋅原子失去電子變?yōu)殛栯x子而發(fā)生腐蝕，從而使作為陰極的鋼索受到保護(hù)。這種方法造價(jià)較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)營時(shí)索的更換及內(nèi)力調(diào)整都比較簡(jiǎn)便。但是這種方法會(huì)降低預(yù)應(yīng)力體外索的材料強(qiáng)度，產(chǎn)生的氫氣會(huì)引起氫脆現(xiàn)象，鍍鋅本身沒有防護(hù)容易被刮落，同時(shí)對(duì)環(huán)境也造成一定的污染，因此該技術(shù)運(yùn)用受到了很大的限制。涂環(huán)氧樹脂技術(shù)實(shí)際上是在預(yù)應(yīng)力鋼絞線或鋼絲表層或里層噴涂環(huán)氧層，這種方法對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線或鋼絲的本身強(qiáng)度沒有影響，環(huán)氧樹脂層可以防止陽極和陰極反應(yīng)，比鍍鋅技術(shù)防護(hù)能量更強(qiáng)，同時(shí)使用期間的索力調(diào)整或更換索都比較方便，因此該技術(shù)在干燥、周圍無腐蝕氣體地區(qū)應(yīng)用廣泛。套管加填充材料防護(hù)法，此法是在索的外術(shù)具有以下有點(diǎn)：①環(huán)氧樹脂在工廠內(nèi)注入，可保證其能完全填滿聚乙烯管；②無需現(xiàn)場(chǎng)穿束及壓漿工序，可減少施工作業(yè)；③護(hù)套和環(huán)氧樹脂形成雙層防腐保護(hù)。(4)采用單股無粘結(jié)鋼絞線或鋼絲束防護(hù)法，這種方法是直接用工廠生產(chǎn)的單股無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋作預(yù)應(yīng)力體外索，將鋼絞線擠入PE套管內(nèi)并充入油脂從而形成整體。它自身具有防護(hù)系統(tǒng)，可以不用管道而單獨(dú)使用，也可以外面加套管，并充入灌漿材料構(gòu)成具有多重防護(hù)功能的防護(hù)系統(tǒng)。無粘結(jié)鋼絞線直接在工廠生產(chǎn)，不僅提高質(zhì)量，而且提高鋼絞線在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、安裝過程的耐腐蝕性。4結(jié)語體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力新型組合結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)之一，已經(jīng)在國內(nèi)外橋梁工程中得到廣泛的運(yùn)用。本文重點(diǎn)介紹了國內(nèi)外較為先進(jìn)的預(yù)應(yīng)力體外索關(guān)鍵技術(shù)，主要包括預(yù)應(yīng)力體外索的施工技術(shù)、預(yù)應(yīng)力體外索的二次更換技術(shù)以及國內(nèi)外常用的預(yù)應(yīng)力體外索的防護(hù)技術(shù)?，F(xiàn)有的施工技術(shù)以及體外索的防護(hù)技術(shù)仍然有待完善，建議國內(nèi)學(xué)者應(yīng)不僅僅對(duì)體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力特性、新型結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行研究，同時(shí)，對(duì)預(yù)應(yīng)力體外索的施工技術(shù)進(jìn)行更為詳細(xì)的研究，為推廣體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)【1】熊學(xué)玉，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)【M】，北京：中國建筑，工業(yè)出版社，2005,1.【2】魯平印，汪晶，杜進(jìn)生，體外