城市立交桥钢-砼组合箱梁体外预应力束施工技术

林 鑫

（福建省榕圣市政工程股份有限公司，福建 福州 350000）

0 前言

近年来，福州市市政建设项目中涌现出一批以钢—砼组合梁作为上部结构的立交桥。结合市政工程大多地处市区的特点，钢-砼组合梁体系在施工过程中有效节省支（拆）模板工程量及缩小其临时支承体系的占地面积，从而在缩短施工周期的同时极大减小对周边道路交通的影响，因此呈现出越来越广泛的应用趋势。然而，城市立交桥不仅需要实现自身使用功能外，还应具备较好的跨越能力，在钢—砼组合箱梁内设置预应力体外束可有效提高桥梁承载力、增加其跨度，同时在桥梁投入使用后还具有可更换等优点，故有较好的经济及社会效益。本文结合福州市某立交工程（下文简称“本项目”）钢-砼组合梁段施工着重介绍预应力体外束主要构成、施工工艺及方法。

1 工程概况

本项目桥梁工程位于城市现状环线上，主跨跨越的道路为进出城市的主干道，桥梁所在环线与所跨道路呈平面十字交叉，交通量大，交通条件较为复杂。根据设计图纸，该桥梁分为4 联共有11 跨，其中4-7 跨为一联并位于主干道上方，为了最大程度减小对桥下路口的交通影响，采用钢-砼组合梁结构。该联共3 跨，为双室箱梁，与桥下道路净空均大等于5m，梁高1.8m，总长度近100m，其中最长跨径梁长约42m。全联于每个钢结构箱体内设置两束体外预应力束（一座桥共4 束），束长约93m，单箱室横剖面距钢结构箱体两侧面往箱室中心线方向0.35m 处布置，纵剖面一般根据正负弯矩变化呈波浪形布置（具体应遵循设计图纸要求布置），桥面板为现浇预应力钢筋砼板与钢结构箱体通过剪力钉同现浇桥面板结合为整体。本项目采用标准强度为1860MPa 高强低松弛、内涂防腐油脂、双层HDPE 护套的OVM.TSK 体外预应力成品束体系，张拉采用智能张拉设备配以悬浮张拉千斤顶组合进行施工。

2 体外预应力体系主要构成

本项目，体外预应力束体系设置在钢-砼组合箱梁的钢结构箱体内，其体系主要构成有：①体外预应力钢束、外包层；②体外预应力锚固系统；③体外预应力钢束的转向装置；④体外预应力体系的防腐系统；⑤体外预应力体系的减振装置等。本项目采用OVM.TSK 体外预应力钢束，图1 为其基本组成示意图。

图1 OVM 体外预应力体系示意图

2.1 体外预应力钢束、外包层

OVM.TSK 体外预应力成品钢束其PC 钢绞线外包层依次有环氧喷涂层、防腐油脂层、内层HDPE 护管、高烯聚酯带、外层HDPE 护管。

其中环氧喷涂钢绞线是采用高压静电喷涂法将环氧树脂粉末喷射于钢绞线上，然后加热熔融、固化、冷却，从而在钢绞线表面形成一层致密的环氧涂膜，具有低氧渗透性、良好的化学稳定性及及温度稳定性、对金属材质的附着性良好、较强抗阴极分解、良好的耐曲折度、较强抗冲击性及耐磨性。同时，HDPE 护管必须考虑其强度、耐久性、水密性、工作性和作业性，护管在使用及向其注入防腐油脂时必须不发生变形及破坏。

2.2 体外预应力钢束的转向装置

体外预应力钢束纵剖面方向应按设计图纸施工，一般根据正负弯矩变化呈波浪形布置，须在跨中及墩顶等转角位置设置转向器和外套钢管（外套钢管应准确牢固焊接于钢箱横隔板预留孔处使之成为整体。一般为抵抗张拉体外束时产生的预压力，张拉端应设置钢—砼组合横梁，即在钢结构横梁箱体腔内进行钢筋绑扎并灌注水泥混凝土。

2.3 体外预应力锚固系统

体外预应力钢束顾名思义位于桥梁梁板结构的外部，仅在锚固端和转向处可能与结构向粘结，可想而知其锚固系统的重要性。本项目所采用的OVM.TSK15-19 锚固系统大致组成有：①保护罩；②工作夹片；③工作锚板；④锚杯；⑤螺母；⑥锚垫板；⑦螺旋筋；⑧密封桶；⑨密封装置；⑩预埋管。

2.4 体外预应力体系的减振装置

因车辆通行等因素会引起结构与钢束产生振动，如果体外预应力钢束的振动频率与整个结构的振动频率相近时，就可能出现共振，导致结构破坏。为保证结构安全，必须在适当的位置安装减振装置，使体外预应力钢束减振，以避免两者发生共振。

3 体外预应力体系施工技术

3.1 体外预应力体系施工流程

①施工准备→②焊接外套钢管、置入转向器、并填塞外套钢管与转向器两端缝隙→③体外预应力钢束穿束→④灌注外套钢管与转向器之间砂浆→⑤张拉体外束→⑥安装转向器与体外束之间的密封橡胶板→⑦压注体外束与转向器之间反腐油脂→⑨锚头防腐及安装保护罩

3.2 体外预应力体系施工工艺

3.2.1 施工准备

（1）施工机具准备

应根据施工进度及按照相关要求对拟进场配套完整的张拉设备、千斤顶、仪表及压浆设备进行检修，并送至经国家授权的法定计量技术机构进行校准，且严格遵循“配套校准，配套使用”的原则。对于穿束等机具，应采用起吊设备吊运到桥上适当的位置且予以安装，并对其进行试运行，确作业正常进行。

（2）体外预应力钢束及锚具进场复检

预体外应力成品束进场时，应按照相关规定认真检查其质量证明证书、规格尺寸、外观、出厂合格证、包装等项目，并在监理单位见证下取样送至有相应资质的检测单位进行复检，检验要求如下：

①成品束HDPE 护套满足《斜拉桥用热挤聚乙烯高强钢丝拉索》GB/T 18365-2018 的要求；

②锚具、夹片必须与体外预应力成品束相配套，进场前，须检查是否有出厂合格证和质量证明书、型号、规格、数量，并通过检测确定其锚固性能、疲劳锚固性能符合相关规范（《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ 92-2016）。

（3）人员安全技术交底

应有针对性地对各工种作业人员进行安全技术交底，形成书面文件并归档，尤其应对预应力操作人员进行培训使其掌握相关知识和正确的操作方法，并经考核合格后方可上岗。

3.2.2 焊接外套钢管、置入转向器、并填塞外套钢管与转向器两端缝隙

为保证焊接质量一般在预制钢结构箱体时完成外套钢管焊接工作，但也可以根据实际情况在现场焊接安装。因体外预应力钢束根据正负弯矩变化呈波浪形布置，所以转向器基本位于正负弯矩最大处（即跨中和墩柱位置），因此外套钢管须准确定位并牢固焊接在钢结构箱体横隔板预留孔处，然后清理外套钢管内的杂物并清洁，将对应的转向器置入其中，两端空隙用橡胶板紧密填塞并预留注浆孔及溢浆、排气孔，同时调节转向器的位置，确保其位置符合设计要求，以保证其整体强度、刚度、整体性。

3.2.3 体外预应力钢束穿束

为防止停工待料，应结合施工进度计划及按设计要求提早与向厂家预定体外预应力成品束。为更好控制穿束，避免预应力束发生扭曲、交错盘结，穿束作业应先于箱梁砼面板施工。体外预应力成品束进场后，吊运至适当位置，采用已就位的卷扬机及滑轮组进行穿束，成品束不得在无保护状态下在地面拖行，应避免成品束外层HDPE 护套与地面及尖锐摩擦碰撞导致损坏。体外预应力钢束穿入锚头锚具前应在剥离成品束HDPE 护套等外包层露出钢绞线后予以编号，防止钢束在埋头附近扭绞。

3.2.4 灌注外套钢管与转向器之间砂浆

（1）压浆材料

本项目灌浆材料为40#水泥浆，水泥采用强度不低于42.5 普通硅酸盐水泥，按设计要求，严格按照配合比报告控制水灰比及添加膨胀剂、减水剂等外加剂，使其流动性好、缩量小、强度等性能符合设计要求。

（2）外套钢管与转向器间压浆

外套钢管与转向器之间的孔道两端应预留灌浆孔、排气孔，严格控制压浆压力（一般为0.4 MPa～0.5MPa），压浆孔应设于较低一端，水泥浆应从较高一端排气孔溢出，压浆过程应均匀连续进行，不得中断。

3.2.5 张拉体外束

一般顺桥长向敷设的体外预应力钢束长度较长，且采用两端张拉，但是钢束延伸量往往大于千斤顶单次行程，所以张拉施工时须进行分级张拉才使之达到设计要求，为防止分级张拉时工作夹片反复咬合钢绞线损坏附着在钢绞线上的环氧涂层及夹片物理性能，导致预应力损失，因此张拉作业采用悬浮千斤顶，即在千斤顶增加一套前工具锚及支架，在千斤顶与锚板间设限位板。在每次张拉时后工具锚夹片处于放松状态，在完成一个行程回油时后工具锚夹片锁紧钢绞线，多次倒顶，直到张拉到设计要求。由于限位板的作用，张拉过程中，工作锚夹片不会进入锚孔，这样在回油倒顶时，工作锚夹片不会咬合钢绞线，工作锚夹片始终处于“悬浮”状态，在张拉到位后，旋紧定位板的螺母，压紧夹片，随后千斤顶回油放张，使工作夹片锚固钢绞线。

体外预应力束张拉采用双控，即以应力控制方法张拉，以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求。若设计无规定时，两者差值应控制在±6%内，否则应停止张拉，待查明原因并采取措施后，方可继续张拉。

3.2.6 安装转向器与体外束之间的密封橡胶板

施工方法与4.3 所述较为相似，不再赘述。

3.2.7 压注体外束与转向器之间反腐油脂

压注前先对孔道进行清洁，应从两端相对较低一端注入，缓慢、均匀地连续进行不得中断，待另一均匀端溢出洁净油脂后持荷一分钟可进行封堵。

3.2.8 锚头防腐及安装保护罩

用压注泵向保护罩内灌注反腐油脂，保护罩内油脂要饱满，同时向外露钢绞线涂刷反腐油脂，后将保护罩安装于锚头处。

4 结束语

在本项目中，主跨采用钢-砼组合梁配以体外预应力的施工，在缩短工期及减小对桥下路口交通影响等方面得到社会各方面的认可。其中，体外预应力体系能有效增加桥梁的跨度和提高桥梁的承载能力，从而使桥墩布置更加灵活、合理，特别适合用于本已非常拥堵的闹市区，或跨越大交通流量道路的桥梁，对于城市高架道路和轻轨快速交通工程有着重大的意义。另外，体外预应力体系已广泛使用到旧桥的补强、加固中，对于已经投入使用多年的现状桥梁，因荷载等级要求的提高、原结构在各种因素的作用下导致预应力损失造成结构破坏，需要得到相应加固、补强，其方法很多采用体外预应力体系。无论是新建桥梁还是旧桥加固，使用体外预应力体系在预应力损失的情况下可进行更换，从而大幅度减小后期维修成本。

综上所述，体外预应力体系不仅在城市新建桥梁中得到很好认可，也在某些特定的旧桥加固项目中有着广泛的应用，重要的是还具有可换束的优点，从而具有较好的经济及社会效益。