U形小半徑環向預應力高強鋼絲鐓頭錨施工技術研究

唐文喜

（中鐵十七局集團第四工程有限公司 重慶 401121）

1 工程概況

廣西壯族自治區貴港青云大橋位于貴港市港南區，屬于跨郁江的雙塔雙索面斜拉橋。本橋3#、4#索塔高102.5 m（承臺至塔頂），上塔柱高78.3 m，橫橋向內外側均由兩段圓曲線組成，橫橋向按流線型變寬，最小處為6.5 m，順橋向等寬6 m，采用內側矩形外側圓弧截面。索錨區位于91.2～127.1 m高度段，為單箱雙室截面，基本壁厚為橫橋向0.5 m（內側）、0.8 m（中間）、0.7 m（外側），順橋向1.2 m。單塔共904束雙端張拉預應力束，224束單端張拉預應力束［1-2］。主塔環向N1、N2束為U形大曲率小半徑環向預應力束，曲線半徑為2.5 m。鋼絲束從一端穿入后，依次漸變為直線段、半圓弧線段、1.75 m直線段、1.04 m圓弧過渡段至出口端，鋼絲曲線總變化角度達201°，采取雙端張拉。預應力體系采用24φ7 mm高強度、低松弛預應力鋼絲束，標準強度為1 670 MPa，錨下控制應力σcon＝1252.5 MPa。錨具采用鐓頭錨體系，預應力管道采用塑料波紋管。

2 總體技術方案

根據實測現場U形預應力孔道形狀及計算機模擬孔內鋼絲位置進行切絲，以精確控制高強鋼絲需要長度（預留鐓頭長度），防止單束張拉中各根鋼絲因松弛不一致而斷絲。在鋼絲下料完成后將鋼絲一端穿過錨具后用鐓頭器將鋼絲冷鐓頭，然后用分絲板編束，整束穿入已經定位的波紋管內，安裝該端錨具后再冷鐓頭，固定錨盒、澆筑混凝土成形后拆模。

3 施工工藝控制

3.1 鋼絲下料

采用放索盤放置鋼絲原材料，在平整場地或工作臺上下料，根據實測現場U形預應力孔道形狀及計算機模擬孔內鋼絲位置進行切絲，以精確控制高強鋼絲需要長度（預留鐓頭長度），比兩錨墊板之間理論長度長約20 cm，用（7×7）cm的角鋼對直開口朝上制作成工作臺，在起始端固定安裝內徑2 cm、長50 cm左右鋼管，鋼絲穿過鋼管起導向、調整作用。下料采用手砂輪切斷，端面在鐓頭前必須打磨光滑、去毛刺，否則鐓頭大小不一致，鐓頭尺寸偏小的鋼絲易拉斷。

3.2 內、外圈鐓頭編束

（1）鋼絲處理

將鋼絲切絲斷面周邊毛刺、棱邊用手砂輪或銼刀、砂紙等打磨光滑，有利于鋼絲順利穿入錨具，且鐓頭施工時鐓頭大小均勻一致。

（2）內圈鋼絲穿入錨具

將斷面打磨處理完畢的鋼絲依次穿入錨具內圈錨孔內。穿入時將錨具固定在工作臺上進行，否則鋼絲穿入時由于錨具晃動會增加穿絲難度。

（3）鐓頭

采用與φ7 mm高強鋼絲配套的LD-20鐓頭器鐓頭。鐓頭器公稱油壓43 MPa、鐓頭力165 kN，外形尺寸（125×300×249）mm。使用ZB500型油泵組合施工。鐓頭器使用單根油管給壓、泄壓，油泵給油時壓力增大，夾片咬緊鋼絲，鐓頭器內擠壓頭擠壓鋼絲頭成定型模具的“蘑菇頭”形狀。按廠家提供的參數擠壓頭直徑大于10 mm判定為合格，否則切掉鐓頭重鐓。

鐓頭時使鋼絲與鐓頭器夾片中心、鐓頭器中心處于同一直線，鋼絲頂緊鐓頭器內定型模具，鐓頭過程中始終握緊鋼絲保持居中。液壓泵緩慢增壓給油，速度均勻穩定，壓力達到后迅速泄壓從鐓頭器內抽出鋼絲。目測檢查絲頭是否表面均勻光滑、是否有裂紋。外觀檢測合格后用油表卡尺檢查鐓頭的直徑是否大于10 mm。

（4）端面打齊密貼錨具

將錨具端面絲頭全部打齊密貼錨具端面，不得有間隙，確保張拉中鋼絲束始終密貼錨具及所有鋼絲同時均勻受力，防止受力過大產生斷絲。

（5）內圈分絲板分絲編束

將錨具固定，所有鋼絲打齊密貼后，內圈分絲板沿鋼絲束方向將鋼絲束分開成平行鋼絲后編束。編束時將鋼絲逐根理順，防止纏繞，每隔1～1.5 m捆綁一次，使其綁扎牢固、順直。綁扎完畢后，將鋼絲采用小標簽或不同顏色的油漆筆編號，有利于穿束后二次鐓頭時可以與已鐓頭端順序一致依次穿入錨具。所有的鋼絲全部順直不打絞，減少張拉時鋼絲之間互相剪切產生內力造成斷絲；可以確保鋼絲長度一致，使二次鐓頭與錨具端面全部密貼，同時均勻受力減少斷絲。

（6）外圈分絲板分絲編束

外圈鐓頭編束是在內圈鋼絲編束基礎上逐根穿入鋼絲鐓頭，必須保證外圈分絲板編束時不對內圈編束扎絲造成破壞，確保內外圈編束后所有編束扎絲箍緊固。外圈鋼絲均勻分布，包裹在內圈束外圍，整體性好。

3.3 整束穿入孔道

（1）模擬試驗

針對大曲率小半徑的環向預應力束穿束施工，應在場地上以最不利的工況即曲率最大且鋼束最長的施工工況放大樣制作預應力孔道，所有的角度、定位鋼筋數量、防崩鋼筋設置等均須與施工現場一致。通過模擬試驗，可以確定編束時最佳的編束間距、扎絲根數、緊固程度等參數，同時也驗證整束穿入的可行性。反復多次模擬穿入無問題后，根據現場試驗參數進行大批量加工。

（2）現場穿束

施工中塑料波紋管的定位應準確，定位鋼筋的數量要加密，以防止由于波紋管在混凝土澆筑過程中上浮而引起管道變形，從而減少不規范因素引起的預應力損失［3］。

將鋼絲束未鐓頭一端采用棉紗包裹牢固，人工穿入已經定位成型的波紋管道內，注意施工過程中不能強行拖拽，防止刺破波紋管造成漏漿堵管。曲線束、環向束穿束困難時，用單根鋼絲作為牽引繩與整束鋼絲可靠連接后一端牽引、一端送入波紋管穿束。將已鐓頭端錨具、錨盒精確放線，平彎角度、豎彎角度準確，采用鋼筋將錨盒可靠固定。

錨具外露錨墊板長度以能夠固定錨具外螺母為宜，一般為1～2 cm。

3.4 切絲擴孔鐓

（1）未鐓頭端單根預緊

檢查已固定端的鋼絲是否平齊、是否密貼錨具端面，使所有鋼絲鐓頭全部密貼錨具。

在未鐓頭端采用專用夾具人工張拉預緊鋼絲，張拉預應力一致，使每根鋼絲均處于同一松弛狀態，以便于整束鋼絲長度控制。

（2）切絲

參考已鐓頭端和設計圖紙計算需要切除的多余鋼絲，并在扎緊的鋼絲束上用記號筆做好標記。采用砂輪切割機整束切斷，切口面與預應力孔道方向垂直。用手砂輪或銼刀、砂紙等打磨光滑。

（3）安裝錨具及現場鐓頭作業

安裝未鐓頭端錨墊板，根據以上工序分絲編束情況將內外圈鋼絲分次穿入錨具，依次順序穿入可防止交叉。此步驟可以提前將鋼絲編號，防止安裝錨具時鋼絲交叉錯位。鐓頭完畢后檢查鐓頭質量是否合格，如果發現有1個鋼絲頭不合格，則必須切除整束鋼絲頭，重新整束鐓頭。不可單獨切除不合格鋼絲鐓頭重鐓頭，造成整束鋼絲長度不一致導致張拉時發生斷絲。

3.5 安裝固定槽口

將錨盒全部固定，用膠帶或者棉紗封堵，并用雙面膠條與外模板間密封，防止混凝土澆筑時進漿堵管。

3.6 澆筑混凝土、拆模

混凝土振搗時要加強槽口處振搗，確保混凝土密實。錨下鋼筋密集部位采用30 cm振搗棒振搗密實。

拆模后檢查錨具、孔道是否進漿，如果有進漿問題及時清理錨具絲扣上的漿液，疏通管道。清理錨具上的漿液時不得錘擊錨具，以免砸傷錨具絲扣。采用空壓機從管道一端壓漿孔壓氣檢驗孔道是否暢通，并將管道內雜物吹出，保證壓漿時順暢。

3.7 張拉

混凝土強度達到設計要求后開始張拉施工，預應力筋的張拉順序和張拉控制應力應符合設計規定。施工中應根據實際所采用的錨具類型、張拉工藝對錨圈口預應力摩阻損失進行測定，并根據測定的損失通過提高張拉應力予以補償［4］。

鐓頭錨張拉時作業要點是多分級、盡量緩慢張拉。張拉作業時千斤頂后方不得站人［5］。

針對國內現有鐓頭錨體系張拉工裝施工過程中易發生張拉桿斷裂、撐腳變形、絲牙拉脫錨、錨具外螺母變形難以鎖緊密貼造成預應力損失等問題，自行研制了一種鐓頭錨體系預應力張拉裝置（實用新型專利號：ZL201620398578.1［6］），包括千斤頂、張拉桿、張拉撐腳。利用上述構件中心線在同一軸線時，千斤頂頂住張拉撐腳后通過張拉桿將預應力束張拉端錨具和鋼絲束拉伸，再從張拉撐腳旁邊操作口將錨具外螺母鎖緊密貼錨墊板施加預應力。該革新發明與現有技術相比，千斤頂上設有撐腳限位槽，可有效防止張拉撐腳的徑向錯位，可大大提高鐓頭錨體系預應力張拉過程的安全性。

預應力張拉工裝見圖1。安裝時，張拉桿一定要擰到底，張拉撐腳、撐腳接長套、張拉桿、千斤頂、鋼墊板、工具螺母、錨墊板圓心一致，且各配件之間密貼頂緊、落槽，特別注意對錨墊板上螺母對應的槽口進行清理［7］。預緊時5 MPa為宜，可以反復幾次，使兩端錨具外露一致后方可同步張拉。張拉過程分級緩慢張拉，分級之間穩壓靜停1～2 min，觀察張拉工裝、錨具是否有異響、異樣，確認無誤后方可進入下一級張拉。越接近控制應力越慢越穩，達到控制應力后穩壓觀察無異樣后擰緊錨具螺母。

圖1 鐓頭錨張拉工裝示意

穩壓靜停檢查正常后補壓、計算伸長值，泄壓回油。張拉工裝拆卸后觀察鋼絲鐓頭是否全部平齊密貼錨具，如有異常進行相應處理。

3.8 真空輔助壓漿

真空泵在壓漿之前應開啟，達到-0.06～-0.1MPa時，方可開始壓漿，壓漿全過程啟動真空泵抽真空，確保漿液順利通過孔道。

張拉端錨杯設有注漿口，與有外螺紋（M20×2）的壓漿管連接。壓漿前應采用氣掃、壓水等方式確認波紋管孔道內部是否存在異物堵塞或澆筑混凝土結構時管道破損出現漏漿堵塞的現象。

關閉出漿口后，宜保持不小于0.5 MPa的穩壓期，時間宜為3～5 min［8］，以確保孔道灌漿的密實性。

3.9 封錨

封錨砼采用無收縮砼。完成灌漿后，應盡快封錨，防止空氣中的水汽侵蝕。張拉端錨杯的保護層厚度不應小于50 mm，并仔細檢查，嚴禁封錨密封水泥包出現貫穿性裂痕。封錨過程中采用小型插入式振動棒振搗，模板外側采用橡膠錘錘擊，使錨槽內混凝土密實。

4 實施效果

青云大橋高強鋼絲鐓頭錨施工從2015年5月15日開始，平均14 d施工1節段（4.5 m）主塔，2 d張拉完畢1節塔柱約90束高強鋼絲預應力束。2016年1月27日完成全部索錨區2256束預應力張拉，其中僅2束孔道存在斷1絲的問題，且位于不同截面的不同孔道內，斷絲率為0.003 85%，遠小于規范規定的1%。同時，應用自行研制的實用新型專利提高了工效，減少了返工和鋼絲浪費，共節省費用約25萬元。

5 推廣應用前景

斜拉橋鋼筋混凝土索塔索錨區是將索力安全、均勻地傳遞到塔柱的重要受力結構［9］。由于斜拉索索力較大，錨固點相對集中，致使索塔錨固區應力集中、分布復雜［10］。上塔柱采用大噸位小曲率半徑U形預應力束比布置井式直線預應力束受力更加合理［11］，更能確保錨固區具有足夠的水平承載能力和抗裂安全度。但是U形環向高強鋼絲預應力張拉工藝不穩定，實際伸長量大于理論限值是一種普遍的現象［12］，并且常常產生斷絲，嚴重影響預應力張拉質量。本文依托青云大橋施工積極創新小半徑環向高強鋼絲預應力工藝，并于2017年9月通過山西省住建廳組織技術鑒定，形成了省級工法，有效解決了大曲率環向預應力束高強鋼絲張拉斷絲率較高的行業難題，具有良好推廣應用前景。