悬索桥混凝土加劲梁超长预应力体系施工技术

魏 钢

(中交四公局第五工程有限公司，陕西 西安 710000)

1 工程概况

永善县月亮湾大桥为主跨465m单跨预应力混凝土加劲梁悬索桥，混凝土加劲梁设计采用横向及纵向双向预应力体系，是目前世界最大跨径的混凝土梁悬索桥，纵向预应力束共37束，其中15-15预应力通长束有21束，5-12预应力短束有16束。桥梁纵向预应力钢束穿束长度最长达461.58m，是全桥穿束、张拉的施工难点，如图1所示。

图1 混凝土加劲梁纵向预应力钢束布置(单位：cm)

2 超长预应力体系施工总体思路

永善县月亮湾大桥横跨金沙江，桥址区地势整体西高东低，河谷呈典型V形，山高谷深，谷坡陡峭，主桥两端引桥及接线路基较短，且四川岸100m引桥后为直角转弯，云南岸引桥为R=155m小半径曲线简支T梁桥，超长预应力钢绞线放束距离受限，月亮湾大桥混凝土加劲梁的超长预应力体系施工采用“桥面放束及自动编束、桥头转向穿束、累进倒顶智能张拉、真空辅助压浆”的总体施工思路，主要特点为：在四川岸引桥上放置10t卷扬机，先将牵引钢丝绳穿入预应力孔道，在云南岸引桥上并排钢绞线盘，由云南岸向四川岸放出钢绞线，钢绞线经梳丝架(云南侧)自动编束，将15根钢绞线前端同时放索到主跨梁面上，钢绞线尾端(云南侧)再与牵引钢丝绳(云南侧)连接，由主桥端部(云南侧)进行转向并穿入孔道完成穿束，实现超长预应力钢束放束、编束、穿束自动一体化。按云南岸引桥放束→主桥编束→梁端(云南侧)转向→牵引至四川岸的顺序进行逐束牵引穿束，然后从两端进行同时同步张拉，张拉过程中累进倒顶，完成预应力钢绞线的张拉工作，最后采用真空辅助压浆工艺进行超长预应力孔道压浆施工。

3 悬索桥混凝土加劲梁超长预应力体系施工技术

3.1 工艺流程(见图2)

图2 施工工艺流程

加劲梁安装后的工序流程为：微调梁段接口处的高程、错台→焊接接缝钢筋→穿入纵向预应力束→连接接缝处波纹管→设置接缝处的横向预应力束→设置接缝处等载压重→浇筑横向湿接缝→张拉纵向预应力束(先通长束后短束)→张拉接缝的横向预应力束→孔道压浆→形成桥面连续体系。

3.2 悬索桥混凝土加劲梁超长预应力钢绞线穿束

3.2.1超长预应力钢束穿束总平面布置

本桥混凝土加劲梁超长预应力体系穿束施工采用“桥面放束及自动编束、桥头转向穿束”的施工工艺，平面布置如图3所示。

图3 超长预应力钢绞线放束与穿束场地布置

钢绞线放索盘置于云南岸引桥上，距离主跨端部(云南侧)30m，四川岸引桥上设10t卷扬机，在距离放索盘15m位置及主跨端部(云南侧)2个位置分别设置规格不相同的梳丝架。

3.2.2梳丝结构设计

梳丝构造包含主横梁、外包橡胶钢管滚筒、滚轮立柱、橡胶滚轮及缆风绳，外包橡胶钢管滚筒上、下两端各设置1道主横梁，滚轮立柱焊接于上、下2道主横梁外侧，结合预应力钢束的根数及布置形状在滚轮立柱上安装橡胶滚轮，下端主横梁采用螺栓紧固在混凝土基座上，上端主横梁两端采用缆风绳斜拉锚固。滚轮立柱采用└50×50，并在预应力钢束布置位置开孔，便于橡胶滚轮安装。主横梁采用[28，并将└50×50耳板焊接于下端主横梁两端及中间位置外侧，采用将预埋螺栓与槽钢耳板连接，缆风绳直径为18mm。梳丝结构如图4所示。

图4 梳丝结构设计

3.2.3超长预应力钢绞线穿束施工工艺

本桥混凝土加劲梁超长预应力体系穿束施工采用“桥面放束及自动编束、桥头转向穿束”的施工工艺，具体工艺流程为：施工准备→安装梳丝结构→预应力钢绞线放束、自动编束→转向筒安装→牵引预应力钢束进行转向穿束。

1)施工准备 根据场地布置，在四川岸引桥上放置10t卷扬机，在云南岸引桥上距离主跨端部(云南侧)30m处放置钢绞线盘。

2)安装梳丝结构 根据梳丝结构设计在距离放索盘15m位置及主跨端部(云南侧)2个位置分别设置规格不同的梳丝架，距离放索盘15m位置的梳丝架规格为宽5m、高1.2m，为钢绞线出盘做好导向和梳丝；主跨端部(云南侧)的梳丝架规格为宽0.5m、高0.3m，用于收紧各钢绞线股，以便进行绑扎编束。

3)预应力钢绞线放束、自动编束 用卷扬机牵引预应力钢绞线，从云南侧沿主跨纵向牵引至四川侧，置于主跨桥面上，预应力钢绞线在牵引过程中经二级梳丝架完成自动编束。每端均需预留工作长度800mm，牵引端再加长200mm制作锥形头。

4)转向筒安装、牵引预应力钢束进行转向穿束 将牵引钢丝绳穿过超长预应力孔道，一端与卷扬机连接，另一端与钢绞线连接。在主跨端部(云南侧)设转向筒，牵引卷扬机进行预应力钢绞线穿束。

5)注意事项 ①先将牵引卷扬机φ16钢丝牵引绳由孔道的一端逐次逐段穿入相应的孔道内，再从另一端引出。因钢丝绳有一定刚度，从孔道的一端穿过5.5m长的每一梁段可实现。②云南岸因场地相较于四川更为开阔，且主要设施布置于云南岸，因此纵向预应力钢束由云南岸向四川岸穿入。③加劲梁共有0.5m长湿接缝77条，纵向预应力钢束穿过湿接缝时在下方设置临时托管，采用厚0.3mm、长490mm制孔铁皮开口管，穿束时安装。穿束后为确保管道通畅、压浆顺利，采用直径大一号波纹管连接已预埋管道，两管套接长度应>50mm，调整顺直后，采用胶带缠绕密封接口，防止进浆。④浇筑湿接缝混凝土前，在孔道接头相应位置上用油漆画线标记，配置专业的振捣人员操作，以防振动棒直接碰触造成损坏、进浆及堵塞管道。⑤纵向预应力管道顶部在湿接缝处须设置排浆、排气孔，以50～60m/道(2根)为宜，管道采用φ30硬质白塑料管，梁顶面外露25cm，需要时便于后期二期补浆使用。

3.3 超长预应力束张拉工艺

3.3.1超长预应力束张拉程序

张拉初应力为30%σcon，张拉程序为：0→初应力→累进倒顶智能张拉→分级张拉至1.03σcon(持荷60min后锚固)。

3.3.2超长预应力束张拉施工

1)待所有湿接缝混凝土龄期达到7d，且强度达到90%以上时，方可进行张拉作业，N1纵向通长钢束为15-15形式，其余采用15-12预应力钢束形式，单根钢绞线的张拉控制应力为1 395MPa，采用两端张拉，现场配置4台400t液压千斤顶及配套油缸、压力表，两端对称张拉。由于张拉千斤顶的有效行程为200mm，远小于通长钢束的单端计算伸长量1 396mm，张拉过程中必须反复倒顶才能完成一束钢绞线的张拉，即累进倒顶(见图5)。

图5 张拉千斤顶安装构造

每束钢绞线的设计锚下张拉控制应力为σcon=0.75Ryb=1 395MPa(不含锚圈口损失)。张拉以张拉力与伸长量双控，以张拉力主控，伸长量进行校核。因张拉千斤顶顶芯长度不足，采用倒顶方式进行张拉，即先张拉至顶芯最大伸长时锚固、回油，再进行张拉，过程中记录每次张拉伸长量及张拉应力值，当张拉力达到设计锚下张拉控制应力时，要确保伸长量满足规范要求。钢束的实际伸长值与理论伸长值的偏差按规范要求必须控制在±6%。

2)由于长预应力束的孔道摩擦力大，钢绞线的弹性变形时间、混凝土受压后收缩稳定时间均较长，张拉后应力损失也较大，采取的超长束张拉控制措施为：①锚下预应力与温度之间呈现典型的线性正相关特性，461m混凝土加劲梁悬索桥的预应力受温度影响显著，选择温度变化较小的时间段进行张拉施工；②在第1次张拉到设计锚下控制应力σcon时，持荷时间为60min，观察锚板、夹片的松弛情况，并采用“拉脱法”检测锚下实际应力状况。

3)预应力钢束张拉按先纵向后横向(湿接缝范围)，先通长钢束后短钢束(依次为N1，N2，N3，N4，N5，N6)的顺序进行，每种类型钢束均为先中间束后两边束(横桥向)张拉；纵向预应力采用横向对称、纵向两端同步进行张拉，横向湿接缝内预应力钢束采用单端张拉，单端张拉的张拉端和锚固端的布设位置严格按设计要求进行。

3.4 超长预应力孔道压浆

3.4.1超长预应力孔道压浆总体思路

因全桥从两端向跨中设计为+1%纵坡，孔道压浆配置2套压浆设备，采用真空辅助压浆工艺，从两端向跨中同时进行，在跨中位置设置排浆孔，排浆孔采用φ20钢管，端头安装止浆阀，压浆前采用真空机进行抽真空，真空压力为-0.1MPa(见图6)。

图6 孔道压浆总布置(单位：m)

3.4.2超长预应力孔道压浆施工

1)压浆作业程序 安装真空机及压浆设备→冲洗管道→封堵锚头→接真空机及压浆管→拌制浆液→开真空机进行抽真空→压注浆液→关闭阀门→拆除压浆及出浆孔上的阀门管节，准备进行下一管道压浆。

2)压浆前准备工作 压浆前需检查压浆孔道是否畅通，采用空压机吹入无油分的压缩空气清理管道，再用清水冲洗管道。压浆配合比是压浆料∶水=1 600∶448，浆液流动度须预先试验合格，初始流动度宜在12～18s，水灰比0.35～0.38，浆液最大泌水率≤2%，24h后泌水全部被浆液吸收。

3)压浆作业施工工艺 张拉完毕后宜在48h内进行压浆，压浆时及压浆后48h内，梁体及环境温度≥5℃，否则应采取防冻保温措施，若气温>35℃，在夜间或凌晨气温较低时段进行压浆：①压浆前关闭所有的排气阀门(连接真空泵的除外)，在湿接缝处设置临时排浆、排气孔，采用φ30硬质韧性白塑料管，弯折后铁丝绑扎封闭；②启动真空泵抽真空，将压力抽至-0.1MPa后，保持真空泵继续运转，然后启动压浆泵进行压浆，观察压浆端的透明塑料管，待透明塑料管出现水泥浆后，打开压浆三向阀门，在1MPa压力下压浆，当阀门口流出新鲜的浓浆时关闭阀门，继续压浆，并在1MPa压力下保压3～5min；③当浆液不能从另一端冒出时，长束预应力管道存在局部堵塞情况，采用在纵向预应力管道顶部湿接缝处设置排浆管进行补压浆。

3.5 超长预应力施工注意事项

1)塑料波纹管应具有良好的耐腐蚀性和密封性，不导电、强度高、刚度大，混凝土振捣时不能将塑料波纹管振破。预应力管道连接必须保证质量，避免因漏浆而造成预应力管道堵塞，严禁踩压波纹管并防止急弯。

2)预应力管道压浆后应尽快封锚，注意封锚混凝土与已浇混凝土之间的接缝顺直，并满足加劲梁整体景观要求。

3)梁段湿接缝处的混凝土凿毛必须到位，防止出现波纹管接头连接不可靠与湿接缝混凝土结合不好造成真空辅助压浆困难问题。

4)严格控制梳束、编束、穿束质量，规范操作，确保在钢丝绳牵引旋转状态下不出现扭转。钢绞线下料前须实际测量孔道长度，防止计算长度与实际长度出现大的偏差，从而造成废料。

4 结语

悬索桥混凝土加劲梁超长预应力体系采用“桥面放束及自动编束、桥头转向穿束、累进倒顶智能张拉、真空辅助压浆”的施工工艺，准确控制超长预应力体系在施工过程中出现的各类施工状况，从而尽可能减少由于超长预应力体系工艺偏差、理论依据薄弱出现的质量缺陷，保证超长预应力体系张拉、压浆质量，延长结构寿命，实现悬索桥混凝土加劲梁超长预应力体系的高效施工和高精度质量控制，降低了安全风险，节约了造价，取得了较好效果。