懸索橋錨碇預應力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管施工工法

1、PAGE PAGE 15懸索橋錨碇預應力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管施工工法一、前言現(xiàn)代懸索橋主要由橋塔、錨碇、主纜、吊桿及加勁梁等部分組成，其中錨碇是懸索橋的主要承重結構，主纜通過錨碇將拉力傳遞給地基基礎。目前懸索橋工程上常用的錨固系統(tǒng)為預應力錨固系統(tǒng)，具有錨固容易、保養(yǎng)方便的優(yōu)點，其預應力錨固筋通過壓注水泥漿和管道握裹，永久錨固在錨塞體內，但是預應力筋一旦出現(xiàn)銹蝕后，在高應力作用下，預應力錨固筋先是一根銹斷，接著就是連鎖式損毀，這種預應力筋束損毀后無法更換，當預應力筋破壞達一定的束數(shù)后，將危害到大橋的正常使用，縮短懸索橋的使用壽命。為了提高懸索橋的使用壽命，使其符合設計使用壽命，近年來國外懸索

2、橋設計中，提出懸索橋運營過程中可以更換錨固預應力筋的理念，懸索橋運營過程中錨固系統(tǒng)鋼絞線出現(xiàn)銹蝕以后，就對這些出現(xiàn)銹蝕的鋼絞線進行更換，從而大大提高懸索橋的使用壽命。一般情況下，由于每一束預應力管道采用一整根大口徑直線鋼管，其錨固系統(tǒng)鋼絞線的更換采取整束進行更換。如果大口徑鋼管預應力管道改為若干根小鋼管，就可以解決僅僅更換已經(jīng)銹蝕的各根鋼絞線、不需要更換整束鋼絞線問題。這種滿足懸索橋在運營過程中更換單根鋼絞線的預應力管道，排列成一束，其斷面為蜂窩狀，故稱之為懸索橋錨碇預應力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管。錨固系統(tǒng)單根可換索是一種新型懸索橋錨碇預應力錨固方式，由于其結構型式的變化，使這種錨固系統(tǒng)的施工

3、過程更加復雜化，出現(xiàn)了許多新的施工工藝、技術和方法。湖北滬蓉西高速公路四渡河特大橋是國內第一座采用單根可換索預應力錨固系統(tǒng)的懸索橋，其恩施岸錨碇預應力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管長為20米，宜昌岸錨碇預應力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管長為40米。為了減小錨碇規(guī)模，滬蓉西四渡河特大橋的錨碇預應力預應力管道在靠近前錨面5m范圍內設計成彎管，從前錨面至后錨面為直線段弧線段直線段，整體外觀上成“瓶狀”。路橋華南工程有限公司針對四渡河特大橋錨碇預應力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管的特點，對施工中的關鍵技術進行認真的研究和總結，使懸索橋錨碇預應力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管的施工技術系統(tǒng)化、科學化。二、工法特點1、工法使用

4、功能簡介為了克服錨碇預應力管道壓注水泥漿后當預應力鋼絞線出現(xiàn)銹蝕而無法換索的難題，國內外橋梁界提出懸索橋運營過程中可以更換錨固預應力筋的理念。一般情況下，采用一整根大口徑鋼管作為每一束預應力管道，鋼絞線張拉后預應力管道采取壓注油脂保護，這種錨固系統(tǒng)鋼絞線即使鋼絞線銹蝕了一根，只能采取一整束進行更換，這就造成不必要的浪費。將大口徑鋼管預應力管道改為若干根小鋼管排列成一束蜂窩管，就可以做到僅更換已經(jīng)銹蝕的單根鋼絞線，而不需要更換其他沒有銹蝕的鋼絞線。另外，采取若干根小鋼管集束成蜂窩管，可以滿足預應力管道在錨碇設計成“彎管和直管”組合，預應力管道不需按主纜發(fā)散方向設計，從而有效減小錨碇的規(guī)模。由于在

5、一整根大口徑彎曲鋼管內穿若干根鋼絞線，當鋼絞線受力時，在弧線段處鋼絞線均壓向同一側而絞在一起，存在鋼絞線受力不均勻和壓注油脂不密實等質量隱患，而采用蜂窩管將每根鋼絞線單獨分開，確保各根鋼絞線的相互平行，受力均勻。2、施工方法上的特點.為了滿足后期鋼絞線可更換的需要，預應力管道采取壓注油脂對鋼絞線進行防腐。.預應力管道采取無縫小鋼管，集束成蜂窩狀斷面。.蜂窩管設計成“直線+弧線”組合，從前錨面至后錨面為直線段弧線段直線段，整體外觀上成“瓶狀”。.預應力管道先在彎管機上初成型，再在加工模具上精確成型。.由于無縫鋼管一般長69m，蜂窩管只能分段進行加工，采用接頭鋼管接長。.無縫鋼管管之間采用塞焊固定

6、成形，其中接頭端必須全斷面進行塞焊，直線段每隔0.5m左右進行點焊，要防止焊接變形尤其是蓮藕狀變形和扭轉。.無縫小鋼管接頭精度控制為施工關鍵。.每一束預應力蜂窩管道均與大纜合力線成不同的角度，需要加工專用的定位節(jié)點板。三、工法適用范圍本工法適用于采取可換索預應力錨固系統(tǒng)的橋梁，尤其是采取可換索預應力錨固系統(tǒng)的懸索橋錨碇的施工。四、工法工藝原理1、預應力錨固體系的傳力途徑主纜索股調節(jié)拉桿錨固連接器鋼絞線錨體。2、預應力錨固系統(tǒng)形成包括定位鋼支架、可換索錨固體系。、可換索錨固體系施工.可換索錨固體系概念可換索錨固體系，是一種懸索橋運營過程中把已經(jīng)出現(xiàn)銹蝕的錨固預應力鋼絞線從預應力管道中退出，重新把

7、完好的鋼絞線穿進預應力管道中，再進行張拉預應力鋼絞線的工藝。避免出現(xiàn)懸索橋因為錨碇的錨固預應力鋼絞線嚴重銹蝕后無法換索，當鋼絞線銹蝕到一定程度后橋梁無法再繼續(xù)運營的情況，從而提高懸索橋的使用壽命。目前，可換索錨固體系技術已經(jīng)逐漸應用于國外懸索橋施工中，一般都是一整束進行更換，但是對懸索橋錨碇中銹蝕的鋼絞線進行單根更換卻是一種創(chuàng)新。.懸索橋錨碇錨固體系的分類懸索橋錨碇錨固體系的錨固方式按鋼絞線是否可換索可分為：不可換索、整束換索、單根換索。.可換索錨固體系的受力特性錨固體系的型式不同，其受力特性也不同。錨固體系中由錨具、預應力筋、預應力管道、預應力筋防腐材料四大部分組成。防腐材料在各種錨固體系中

8、發(fā)生的作用也不同。a、不可換索錨固體系：鋼絞線張拉之后，對管道壓注水泥漿，除了鋼絞線兩端的錨具錨固作用外，還存在鋼絞線和水泥漿之間的粘結作用，二者同時發(fā)生作用把主纜拉力傳遞到錨體中。b、可換索錨固體系：鋼絞線張拉之后，對管道壓注油脂防腐，僅靠鋼絞線兩端的錨具錨固作用把主纜拉力到傳遞錨體中，因此，在該種體系中，錨具較不可換索體系中的錨具要求更高，并需要設置防松裝置和錨頭防護帽。見圖1。圖1可換索錨固體系構造示意.預應力管道的加工在工廠或者現(xiàn)場對蜂窩管進行加工成型，先采用彎管機進行初成型，再在加工機具上精確成型，對各管的精度必須嚴格控制。預應力管道的安裝和接長 蜂窩管安裝放樣采用三維坐標法，蜂窩管

9、的安裝主要要求就是要與相對應索股的發(fā)散方向相同，以免鋼絞線受到不必要的剪力，同時鋼管的安裝必須達到不漏油。預應力鋼絞線的制作及安放 預應力鋼絞線的制作應嚴格按照設計要求進行，鋼絞線采取單根穿束法進行穿束，穿束時，對每一根鋼絞線進行編號，前后錨頭位置對應。預應力鋼絞線張拉與壓注油脂預應力鋼絞線就位后應及時進行張拉，采取單端整體張拉至設計噸位；油脂壓注由后錨面往前錨面（由低處往高處）進行壓注，前錨面位置安排專人對注油觀測孔進行觀測。單根可換索預應力管道構造示意，見圖2。 圖2 單根可換索預應力管道構造示意、錨塞體定位鋼支架安裝錨塞體定位鋼支架主要用于準確定位各根預應力管道的空間位置，同時又作為勁性

10、骨架加固錨體。為保證預應力管道空間位置的精確性，利用全站儀采用三維坐標法測控每束預應力管道的空間坐標。五、懸索橋錨碇預應力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管施工工藝1、施工工序無縫小鋼管下料 單根蜂窩管加工蜂窩管塞焊成型各段蜂窩管接長蜂窩管安裝錨塞體預應力體筋施工管道壓注油脂錨固體系成型。2、無縫小鋼管下料小鋼管按從后錨面往前錨面由直線段弧線段直線段三部分分段下料。下料前，計算出各束單根小鋼管的弦長、矢高、內外弧長，并根據(jù)此數(shù)據(jù)確定小鋼管的下料長度。根據(jù)計算長度逐排、逐根下料，并要保證切割面必須齊平，端頭平面與軸線垂直。3、單根蜂窩管加工弧線段在彎管機上初成型，再在加工模具上精確成型。初成型：在彎管機彎

11、管前彎的反方向與彎管機兩固定旋轉的下輪同一水平面上設置一限位支架，以保證在進行圓弧彎曲時不會將圓弧彎曲過多或過少，弧線段必須嚴格按照設計圖紙進行加工成形。以保證其弧長、弧度設計要求。蜂窩管初成型圖3。 精確成型：弧線段加工之前，先在加工平臺上根據(jù)各束單根小鋼管的弦長、矢高、弧長放樣出加工模具。把已經(jīng)在彎管機上初成型的彎管在加工模具上微調其矢高，使得彎管段的弦長、矢高、內外弧長、弧度符合設計要求。3、蜂窩管塞焊成型根據(jù)設計，預應力管道由37根和19根規(guī)格為343的無縫鋼管集束成正六邊形蜂窩管。343的無縫鋼管管之間采用塞焊固定成形，其中接頭端必須全斷面進行塞焊，其余部位每隔0.5m左右進行點焊，

12、要防止焊接變形尤其是蓮藕狀變形和扭轉。蜂窩管塞焊成型之前，需要分別制作37索、19索蜂窩管成形定位專用模具，其加工誤差在0.5mm以內，從而保證蜂窩管成形后的尺寸的精度。蜂窩管定位模具如圖3。圖3 蜂窩管定位模具如圖4、蜂窩管接長由于無縫鋼管一般長69m，蜂窩管只能分段進行加工，采用接頭鋼管接長。、分別制作37索和19索接頭用鋼板模型，用仿形切割機切割該工件。接頭用鋼板模型見圖4。圖4 接頭用鋼板模型、再采取卷板機加工接頭鋼管，在接頭端三條邊上中間一根小鋼管作出中線標志點，鋼管接頭端進行對中，點焊臨時固定，在兩鋼管接頭端安裝接頭板以及焊接半幅接頭管，復檢鋼管接頭端對中線，焊接另外半幅接頭管，接

13、長完成。、蜂窩管分別由37根和19根的343無縫小鋼管塞焊而成為正六邊形狀，由于無縫小鋼管本身的公差以及塞焊時產(chǎn)生的加工誤差，接頭處不可避免會產(chǎn)生錯臺，為了避免蜂窩管安裝接頭出現(xiàn)大于2mm的錯臺，對鋼絞線產(chǎn)生彎折作用。工件成品焊接完成后，蜂窩管接長之前必須對工件兩連接端內壁進行打磨，用錐形電磨對管內壁打磨清理，并將管口打磨成倒錐狀；將塞焊后的連接面打磨平整，便于接長。5、蜂窩管安裝錨碇預應力體系蜂窩管安裝主要控制為測量控制，其主要取決于定位鋼支架前期的加工精度以及定位節(jié)點板的精確定位。、蜂窩管安裝順序蜂窩管安裝按由后向前的順序進行，其順序為：后錨面錨墊板與螺旋筋鋼管A接頭AL1段接頭BL2、L

14、3段接頭A鋼管A前錨面螺旋筋、錨墊板。、蜂窩管的安裝準備工作 安裝前對蜂窩管外表面進行除銹小鋼管從出廠至工件加工后進行安裝有一個時間過程，蜂窩管出現(xiàn)表面水銹是難免的，對于外表面直接采用砂紙、鋼絲刷或鋼絲輪（角磨機配合使用）除銹。關鍵是內壁的除銹，采用比小鋼管內徑稍大5mm的鋼絲球除銹，鋼絲球帶有一根長約10m的導引鐵絲，以便牽拉鋼絲球從鋼管一端穿到另一端，每一根小鋼管穿插3至5遍。除完銹后，整束蜂窩管端頭采用塑料袋或者塑料膠布封閉起來。用油漆將蜂窩管進行編號統(tǒng)一，包括各個接頭、直線段、弧線段；在蜂窩管安裝前應做壓水試驗，如果發(fā)現(xiàn)漏水，應立即進行必要的處理壓水試驗：采用木楔把要壓水蜂窩管的單根小

15、管道一端塞緊，另外一端采用外徑為25mm鍍鋅小鋼管加工一個活接，25mm鍍鋅小鋼管與343的蜂窩管小管道之間采用防水膠布纏緊。壓水泵為活塞式壓漿泵，注水壓力為0.30.5MPa，蜂窩管斜向以38（和錨體中管道方向一致）放置，進水端在下方。安裝前對蜂窩管抽樣進行預拼，以檢驗蜂窩管的加工精度；測量組采用三維坐標法對需安裝的蜂窩管各定位節(jié)點板進行定點放樣，注意控制后錨面的傾角以及預應力體系空間坐標放樣準確。、蜂窩管的安裝工藝蜂窩管預應力管道與索股發(fā)散方向一致，每一束預應力管道均與大纜合力線成不同的角度，因蜂窩管為正六邊形狀，安裝時無法象大口徑鋼管一樣可以在定位鋼支架上直接定位，需要加工專用的定位節(jié)點

16、板，安裝時需要測量人員對定位節(jié)點板的三維坐標測量出來，利用定位板臨時固定蜂窩管，再復測蜂窩管的三維坐標，滿足要求后永久固定。測量人員首先把定位鋼支架橫向型鋼上的定位節(jié)點板三維坐標放樣出來，安裝定位節(jié)點板，復測定位節(jié)點板空間位置，如果誤差在1mm以內，就正式固定定位節(jié)點板，再把定位節(jié)點板內蜂窩管的空間坐標放樣出來，安裝蜂窩管，臨時固定后進行復測，如果誤差在1mm以內，就進行正式固定。為了保證兩根鋼管的接頭的順暢，以免出現(xiàn)彎折，安裝前先對端頭蜂窩管內壁打磨成倒錐體，安裝時兩段鋼管對中后，再采用3根25鋼筋成等邊三角形內撐。在蜂窩管安裝完畢，經(jīng)過測量復測符合設計要求后，就著手檢查鋼管與定位鋼支架橫向

17、型鋼之間的支撐情況，對空隙比較大的加墊板進行加固，保證定位鋼支架中橫向型鋼與蜂窩管的連接的穩(wěn)定性，同時也將20的鋼筋彎成“U”形卡住鋼管與橫向型鋼進行焊接。、管道檢查：當蜂窩管安裝好后，在澆注混凝土之前，采取單根環(huán)氧樹脂全噴涂鋼絞線對各孔進行試穿鋼絞線。鋼絞線如果能順暢穿過，判斷孔為合格；鋼絞線不是很順暢通過的話，說明接頭存在大于2mm的錯臺，需要把接頭管打開，重新對中。蜂窩管檢查合格后，采取塑料薄膜或者土工布把每一束蜂窩管端頭纏包起來，以免錨體混凝土澆注過程中水泥漿掉入孔內，造成堵孔。6、錨塞體預應力筋施工、錨下墊板的安裝錨下墊板的安裝質量主要體現(xiàn)在安裝精度上，因為錨下墊板是根據(jù)索股發(fā)散方向

18、相一致，是一個空間體系，這對測量的要求很高。在錨下墊板安裝之前，將螺旋鋼筋放入鋼管，用麻繩臨時固定，然后再安裝錨下墊板。錨下墊板采用4根756的等邊角鋼進行固定，臨時固定根據(jù)與預應力鋼管空間的垂直度及錨下墊板的座標點進行，并用木楔子在錨下墊板四個角處將錨墊板臨時固定。臨時固定的錨墊板經(jīng)過用全站儀對里程、高程等復測合格后才能正式固定，用型鋼與錨下墊板卡緊固定。 、鋼絞線施工 、鋼絞線采取單根穿束，由每一孔道最下方往上順序進行穿束，上夾片，安裝防松裝置； 錨具上注意設置壓油孔道； 單端整體張拉每一鋼絞線至設計噸位。7、油脂壓注鋼束張拉完畢后，嚴禁撞擊錨頭，用砂輪切割機切割除錨頭外多余的鋼束，余下的

19、長度大于3cm小于3.5cm；、安裝防護帽與錨墊板之間O型橡膠圈，安裝錨頭防護帽，后錨頭防護帽注油孔位于防護帽最下方，前錨頭防護帽的出油孔位于立面的最上方。、對預應力管道進行注油防護，在出油孔有油脂流出后，對出油孔進行密封處理。、油脂注滿并檢查合格之后，對注油孔進行封閉。8、鋼絞線更換施工排出預應力管道和防護帽內的油脂；拆除前后錨面防護帽；在后錨面進行單根鋼絞線退錨；新舊鋼絞線相連接；從前錨面把舊鋼絞線抽出，引出新的鋼絞線；上夾片，完成該根鋼絞線張拉，該束整體張拉至設計噸位。更換O型橡膠圈，重新安裝前后錨頭防護帽；注油，直至油脂壓注至觀測孔刻度線；密封注油孔。六、新材料1、無粘結預應力筋專用防

20、腐潤滑油脂產(chǎn)品性能：具有優(yōu)良的防銹性能、潤滑性能、極壓抗磨性能和與塑料套管的兼容性能。經(jīng)過高溫擠出機時不乳化、不流淌、無氣泡產(chǎn)生；低溫使用涂覆性能好，與預應力筋長期配合不產(chǎn)生酸性，可滿足無粘結預應力筋長壽命使用要求。主要用途：無粘結預應力筋的潤滑、防銹和防蝕無粘結預應力筋專用防腐潤滑油脂各主要指標項目質量指標試驗方法1號2號工作錐入度，0.1mm310340265295GB/T 269滴點， 不低于160160GB/T 4929水分，% 不大于痕跡痕跡GB/T 512鋼網(wǎng)分油量（100，24h），% 不大于8.08.0SH/T 0324腐蝕試驗 （45號鋼片，100，24h）合格合格SH/T

21、0331蒸發(fā)量（99，22h）， % 不大于2.02.0GB/T 7325低溫性能（-40，30min）合格合格SH/T 0387濕熱試驗（45號鋼片，30d），級 不大于22GB/T 2361鹽霧試驗（45號鋼片，30d），級 不大于22SH/T 0081氧化安定性（99，100h，0.785MPa）A 氧化后壓力降，Pa 不大于B 氧化后酸值，mgKOH/g 不大于0.1471.00.1471.0SH/T 0325GB/T 264對套管的兼容性（65，40d）A 吸油率，% 不大于B拉伸強度變化率，% 不大于10301030HG 2-146GB 10402、環(huán)氧樹脂全噴涂鋼絞線序號環(huán)氧涂裝

22、層建筑油脂層PE包裝層強度級1外觀：被膜均勻，無明顯下垂、突起、異物附著等。耐沖擊性：用杜邦式?jīng)_擊試驗（500g50cm）,沖擊點外無破損、開裂等。外觀：飽滿，不漏涂，厚度均勻。用量：不低于0.050Kg/m外觀：光滑壁厚均勻0.81.2mm1860Mpa低松弛七、主要機具設備序號名稱型號數(shù)量（臺）用途1彎管機DWQJ-762蜂窩管初成型2卷板機2接頭管加工3仿型切割機CJR-1502接頭板加工4鉆床25電焊機BX1-40012蜂窩管加工6砂輪切割機2蜂窩管下料7角磨機125型10蜂窩管端頭、內壁打磨8氣割工具10蜂窩管下料9活塞式壓漿機4壓水試驗10注油機4管道注油11行走小龍門吊3噸2材料

23、、工件轉運12塔式吊機蜂窩管安裝13油泵8預應力張拉14穿心式千斤頂800噸8預應力張拉八、勞動力組織序 號工 種人 數(shù)備 注1土木技術員4人技術交底、現(xiàn)場管理2安全員2人 安全管理3機加工人員20人蜂窩管加工、安裝4電焊工12人蜂窩管加工、安裝5張拉工10人預應力張拉6電 工2人管線維護7機修工2人設備維護8普工24人九、質量標準及質量控制由于無縫小鋼管本身的公差以及塞焊時產(chǎn)生的加工誤差，接頭處不可避免會產(chǎn)生錯臺，為了避免蜂窩管安裝接頭出現(xiàn)過大的錯臺，對鋼絞線產(chǎn)生彎折作用，以下列標準進行施工控制：、蜂窩管接頭之間的錯臺2mm。、蜂窩管端頭空隙3mm。、蜂窩管的端頭垂直度0.5。、斷面平整度1

24、mm。、彎管段加工質量標準：弦長偏差范圍-20mm；矢高偏差范圍1mm；內外弧長誤差范圍1mm；、蜂窩管管道中心偏差10mm。、前錨面孔道角度偏差0.2。十、安全措施蜂窩管管道加工及安裝應注意以下幾點：1、氧氣、乙炔的使用嚴格按照其操作規(guī)程辦理；2、工件加工成型后進行吊裝時必須注意吊點位置；3、蜂窩管吊裝時候工件底下嚴禁站人；4、蜂窩管安裝為高空作業(yè)，必須搭設工作平臺，平臺上做好防護，平臺上操作人員必須穿上安全帶，系好安全繩，穿上防滑鞋。5、預應力張拉時要特別注意斷絲或滑絲突發(fā)事故的發(fā)生，在張拉端正后方嚴禁站人，以保證其他施工人員的安全。6、壓注油脂時，操作工人必須佩戴口罩以及眼罩等防護用品。

25、十一、環(huán)保措施懸索橋錨碇預應力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管，為做好環(huán)境保護從以下幾方面控制：1、蜂窩管加工應選擇在工廠或者在場地建設加工棚進行加工，統(tǒng)一規(guī)劃布置，加工棚內應設置油污沉碇池，廢料堆放場，邊角料進行回收處理。2、加工棚內管線按規(guī)定進行布設。3、管道內壓注防腐潤滑油脂時，注油端地面、結構物表面必須鋪設土工布或者塑料薄膜隔離物，出油端采取采用塑料布遮擋。4、油脂壓注完成后，遮擋用的塑料布必須收集起來，運送到指定的地點進行處理。5、鋼絞線張拉時，張拉設備底下鋪設土工布或者塑料薄膜隔離物，防止油漬污染。十二、效益分析單根換索錨固系統(tǒng)整束換索錨固系統(tǒng)不可換索錨固系統(tǒng)質量方面相當相當相當工藝相對較復雜相對較簡單相對較簡單工 期較長，主要體現(xiàn)在管