浅谈普通锚具在低应力状态下的运用

王祥 蒋中桥 李天飞

四川路桥桥梁工程有限责任公司 四川成都 610000

随着交通事业的高速发展，迎来了山区桥梁的建设高潮，西部山区坡陡谷深，而拱桥具有安全、经济、耐久、美观等特点，特别适用于西部山区道路。大跨径无支架拱桥的建设，均会涉及到主拱圈的扣挂体系，扣挂锚固体系是拱圈施工成败的关键。本文以鸡鸣三省大桥主拱圈施工过程中对锚扣体系的运用，谈谈普通预应力锚具在低应力锚固体系中的运用。

1 工程概况

鸡鸣三省大桥为上承式钢筋混凝土箱形拱桥，拱圈采用悬链线无绞拱，等高度单箱双室钢筋混凝土断面，净跨径L0=180m，净失高H0=36m，失跨比H0/L0=1/5，拱轴系数m=1.988，箱高3.5m，箱宽9.6m，主拱圈采用悬臂扣挂法施工，共划分为31个节段。

图1 鸡鸣三省大桥缆索吊装系统布置图

缆索吊装系统索塔立柱采用8根φ800×61mm 钢管，主承重索采用2组2φ56mm的满充式钢丝绳，其抗拉强度为1960Mpa。主拱圈1-6#节段扣锚体系位于两岸交界墩，7-11#节段扣锚体系位于索塔中层承重横梁，12-15#节段扣锚体系位于索塔顶层承重横梁。扣锚体系采用φS15.24mm普通低松弛钢绞线。张拉应力为0.25-0.35倍控制应力。

2 普通预应力低应力状态下出现的问题

根据以往的施工经验，本项目将普通的预应力锚具应用于锚扣体系中，进行常规的扣挂、张拉。1-6#节段施工使用过程中无任何异常，在张拉完成9#节段以后，发现已经扣挂张拉完成的8#、9#节段锚索、扣索有无规律的脱落现象。

经过现场反复查看、分析，发现主要原因为：（1）由于7#节段开始，主拱圈的锚扣索扣挂于索塔上，长度达到了100m以上，紧索及张拉过程中，需要反复倒顶，在此过程中，工作夹片反复咬合、磨损，造成咬合效果差，咬合力不足；（2）锚扣索张拉力均在40%控制应力以下，属于典型的低应力状态。扣挂张拉完成后，整个拱圈及扣挂系统会受到外界因素的影响而导致索力不规律的变化（施工荷载的震动、风荷载、温度影响等原因），锚具及夹片处于低应力受力状态下，受到索力的变化影响，锚扣索将会出现不规律的脱落[1]。

低应力专用锚具能够很好的解决以上问题，但低应力锚具价格昂贵，需要专门加工，时间长。针对以上问题，我部采用支架悬浮张拉更换夹片和弹簧压板两项措施解决以上问题。

3 钢绞线低应力锚固施工工艺描述

3.1 扣锚体系索体制作

钢绞线下料长度应通过计算确定，充分考虑扣锚索自重情况下所产生的安装长度，同时应采用切断机或砂轮锯切断，严禁采用电弧切割；切除多余钢绞线时，应充分考虑拆索放索的钢绞线长度；索体编束时，应将钢绞线逐根理顺、防止缠绕。

3.2 锚扣索的张拉

张拉采用普通张拉和支架悬浮张拉更换普通夹片进行一次性锚固的方法进行锚固。锚固后采用弹簧及压板防止夹片松弛。

（1）挂索：将锚索、扣索通过起重设备吊运至现场，先将锚固端（拱圈锚固端和锚碇锚固端）用普通锚具及夹片进行锚固，再安装张拉端。张拉端在锚箱上依次安装楔形垫块、工作锚、工作夹片、限位板、千斤顶、传感器、工具锚及工具夹片。

（2）紧索：由于锚扣索长度较长，张拉前，需要对锚扣索进行紧索，确保在张拉过程中，每根钢绞线均匀受力。先用250T千斤顶进行多次收索，紧索过程中，保证索塔水平分力相同，上下游相同。250T千斤顶紧索完成后，用25T千斤顶进行单根紧索，确保每根钢绞线受力相同，在张拉过程中能均匀受力。紧索过程中采用常规的张拉工艺，主要目的是保证每根钢绞线受力均匀。

（3）张拉：按照分级张拉的原则、上下游拉力相同、水平分力相同的原则进行锚扣索的张拉。张拉时，由于锚扣索较长，理论伸长值完全大于千斤顶的行程，故千斤顶需要多次倒顶，多次张拉才能达到理论张拉力。在倒顶过程中，普通锚具的夹片会存在多次咬合锚固而导致夹片的齿被磨坏，降低锚固能力的情况，故采用普通的张拉工艺和支架悬浮张拉更换工作夹片的工艺相结合进行张拉和锚固。每张拉3次，需采用悬浮张拉工艺更换工作夹片。张拉到设计张拉力时，需要更换工作夹片进行一次性锚固。

支架悬浮张拉更换工具夹片施工工艺：安装顺序为工作锚、工作夹片、专用定制弹簧、弹簧压板、张拉支架、千斤顶、传感器、工具锚、工具夹片。张拉过程中，工作夹片会随着钢绞线的张拉伸长而离开锚具，待千斤顶张拉到一定力后，用小工具取出已经磨耗损坏的工作夹片，用新的夹片安装到锚具位置，敲紧。将弹簧和压板紧压工具夹片，拧动螺栓，确保每片夹片压紧。千斤顶缓慢回油，确保工作夹片咬紧钢绞线，锚固完成，取下千斤顶和支架[2]。

（4）专用弹簧及压板的补力作用：拧动螺栓，确保弹簧和压板对工作夹片有预加外力，放止夹片脱落。张拉完成后，锚固端采用同样的方式增加弹簧和压板。

夹片压板采用厚度为2-3cm的Q235钢板，按照所需锚具机床钻孔；弹簧形式采用长度为3cm，丝径2.5mm，外径21mm，内径16mm；螺杆直径采用φ14-φ16mm。

3.3 张拉注意事项

（1）分级张拉过程中，及时采集索力，采用“四控”模式，即：千斤顶油表读数、钢绞线伸长量、压力传感器及动测仪；做好原始记录，实时掌控索力，确保索力满足设计要求；若索力变化异常，及时分析原因，并局部调整钢绞线索力。

图2 扣锚体系索体及防松脱装置安装图

图3 扣锚体系钢绞线悬浮张拉示意图

钢绞线理论伸长量按照式ΔLL=PPL/APEP计算，实际伸长量与理论伸长量偏差控制在±6%以内，否则暂停张拉，待查明原因并采用措施予以调整后，方可继续张拉[3]。

（2）若索塔偏移量变化出现异常，及时停止张拉，立即检查各个部件。检查完成后，若索塔偏移量与理论偏移量相差较大时，可通过局部索力调整进行纠正。

（3）张拉过程中，严格遵守预应力施工规范及要求[4]。

4 施工过程控制

合理选用夹片结构形式，充分发挥夹片对钢绞线的正压摩擦锚固。夹片丝牙采用粗牙，增加牙高，充分发挥机械啮合的锚固作用，减小应力集中度，缓解钢绞线的咬伤程度。

在锚锭区域埋设观测点，实时监控锚锭情况变化，并做好原始记录。

扣锚体系钢绞线张拉完成后，下一道工序施工时，每个工况均须对钢绞线索力及索塔偏移量进行观测、做好原始记录；实时掌控索力与索塔变化是否与理论变化相符合；如发生异常变化，及时停止施工，查明原因并采用措施予以调整后，方可继续施工[5]。

5 结语

钢筋混凝土悬浇拱桥主拱圈施工关键技术之一为扣锚体系施工，通过Midascivil结构建模计算，钢绞线受力处于低应力状态。钢绞线低应力锚固施工工艺确保主拱圈施工安全、降低成本、节约工期、创新技术。全桥最长扣索达到了200m以上，低应力对扣索影响较大，通过采取措施，能够较好的解决低应力状况下普通锚具使用的可靠性。鸡鸣三省大桥主拱圈的成功合龙，为今后同类似的桥梁的施工工艺提供相应的借鉴及施工经验。