悬索桥锚碇预应力系统单根可换索钢铰线张拉及注蜡施工工法

悬索桥锚碇单根可换索预应力钢绞线张拉及注蜡施工工法1 前言主缆和锚碇为悬索桥的主要承重受力结构，主缆通过锚碇将拉力传递给地基基础，而预应力锚固系统为主缆与锚碇的连接部件，预应力锚固系统的耐久性决定了大桥的使用寿命。

目前悬索桥工程上常用的锚碇锚固体系为普通预应力钢绞线，钢绞线张拉锚固后，管道内通过压注水泥浆进行防腐，永久锚固在锚体结构混凝土内。

但是这种预应力体系压浆质量效果差，容易出现泌水、浆体不饱满、管道内上方空洞等现象，极易造成钢绞线锈蚀，在高应力作用下，钢绞线先是一根锈断，接着就是连锁式损毁，这种预应力筋束损毁后无法更换，当预应力筋破坏达一定的束数后，将很大程度缩短锚碇锚固系统使用寿命，影响到大桥的正常使用。

为了克服悬索桥锚碇钢绞线锈蚀过快，锚碇锚固系统使用寿命缩短的问题，近年来，国内外桥梁界提出在悬索桥运营过程中对出现锈蚀的钢绞线进行更换的理念，并且钢绞线进行特殊防腐处理。

该种可换索预应力体系，其钢绞线采用环氧树脂充填无粘结(外带PE套)，预应力管道内的充填防腐油脂作为密封防腐材料。

当锚碇锚体中的预应力钢绞线出现锈蚀以后，把出现锈蚀的钢绞线从预应力管道中退出，重新穿进新的钢绞线，从而保证了锚碇预应力锚固系统的耐久性，确保悬索桥的使用寿命。

可换式预应力锚固体系，钢绞线单靠两端和夹片咬合锚固，中间部位钢绞线与预应力管道是无粘结材料，故锚固夹片与钢绞线的咬合作用尤为关键，对故钢绞线的施工工艺提出了极为严格的要求。

悬索桥锚碇结构预应力管道一般较长，对已经穿束张拉的预应力管道进行压注防腐材料，因此选用的防腐材料的锥入度不能过小，否则无法克服粘滞阻力保证压注的成功，这要求材料必须具有较高的锥入度。

但是，国内预应力锚垫板材质通常为铸铁，而预应力管道为普通钢材，锚垫板与预应力管道接头处无法进行理想焊接密封，一般做法是采用环氧树脂之类可塑性材料进行密封。

在混凝土浇筑过程中，振捣棒不可避免会碰到预应力管道或者锚垫板，必然会扰动到锚垫板与预应力管道接头处的密封层，引起密封层松散脱离而出现缝隙。

当注入的防腐材料的锥入度过大，极易引起渗漏，长效作用下，渗漏的防腐材料在渗透力作用下破坏了混凝土结构，从而降低锚碇的使用寿命。

针对国内悬索桥锚碇可换索预应力体系采用00＃及000＃专用润滑防腐油脂极易出现渗漏的情况，结合四渡河特大桥锚碇预应力锚固系统设计为“环氧喷涂无粘结钢绞线+PE层+防腐材料+分丝钢管”的可换式锚固体系。

路桥华南工程有限公司对此开展专题研究，进行了大量的现场模型试验，对可换索专用防腐材料进行选型，并确定工艺方案。

本工法着重对悬索桥锚碇可换式预应力钢绞线施工及防腐石蜡工艺等方面阐述，说明可换索预应力钢绞线张拉顶压工艺、防腐石蜡选型、工艺特点、适用范围、施工工艺等。

2 工法特点锚碇可换式预应力锚固体系，所采用钢绞线为环氧喷涂无粘结钢绞线（外带PE层），钢绞线张拉后预应力管道内压注无粘结防腐石蜡，改善了锚碇预应力系统耐久性和可维护性。

采用环氧树脂填充型无粘结钢绞线，张拉时，千斤顶必须加带顶压器，每张拉完一次必须顶压夹片后放张自动锚固，对每根环氧钢绞线锚固夹片施加的顶压力控制在20～30KN范围内。

钢绞线张拉后管道压注防腐材料，所选用的防腐材料既要具有可压注性，又要具有防渗漏性能。

即防腐材料具有可逆性：经冷热转换，能保持原来的性能。

压注时需要加热至80℃可以熔化成液态迅速压注，锚室环境温度下能迅速恢复为粘稠状、基本不流淌。

3 工法适用范围本工法适用于悬索桥锚碇预应力锚固系统，改善锚碇预应力系统耐久性和可维护性。

4 工艺原理可换索预应力体系采用环氧树脂填充型无粘结钢绞线，因钢绞线表面环氧层较厚，张拉施工时，单靠限位板使夹片自动跟进锚固的方式无法达到良好的锚固效果，故在钢绞线张拉后需要进行顶压。

通常的做法是张拉到设计应力后采用顶压器顶压夹片，然后放张自动锚固后，再次进行一次外力顶压。

通过特制的专用千斤顶和反力架进行再一次不以被张拉钢绞线为反力的夹片顶压，对每根钢绞线锚固夹片加载顶压力为0.45～0.6σb进行二次顶压。

但是试验证明，二次顶压只适合低应力状态，即张拉应力小于0.45σb工况下要进行二次顶压，二次顶压后，夹片需要继续跟进，钢绞线的回缩损失会增大 1.5～2mm，导致钢绞线的应力损失增加。

鉴于悬索桥锚碇预应力锚固系统张拉应力一般大于0.45σb，只需进行一次顶压即可。

张拉到设计应力后采用顶压器顶压夹片，然后放张自动锚固。

因为夹片已经咬透环氧层进入到钢基体，锚具的自锚条件已经成立，不需额外对夹片再进行一次高应力的顶压。

张拉时，千斤顶必须加带顶压器，每张拉完一次必须顶压夹片后放张自动锚固，对每根环氧钢绞线锚固夹片施加的顶压力控制在20～30KN范围内，顶压的目的主要是为了减少回缩损失和保证夹片跟进平整齐全。

国内预应力锚垫板材质通常为铸铁，而预应力管道为普通钢材，锚垫板与预应力管道接头处无法进行理想焊接密封，一般做法是采用环氧树脂之类可塑性材料进行密封。

在混凝土浇筑过程中，振捣棒不可避免会碰到预应力管道或者锚垫板，必然会扰动到锚垫板与预应力管道接头处的密封层，引起密封层松散脱离而出现缝隙。

另外，由于锚碇前后锚面锚下垫板范围内除螺旋筋外，还会设置了多层分布钢筋网，且为了精确定位安装锚垫板，锚垫板周围均设置了纵横竖向角钢加以定位。

在狭小的空间内，密集了分布钢筋、定位钢支架、锚垫板、锚垫板螺旋钢筋等，势必导致混凝土振捣密实程度很难达到非常理想的效果，该处混凝土存在较多微观收缩裂纹。

预应力体系本身的局限决定了选用的防腐材料的锥入度（流动度）不能过大，否则极易引起渗漏，长效作用下，渗漏的防腐材料在渗透力作用下破坏了混凝土结构，从而降低锚碇的使用寿命。

根据现场模型注油试验过程和数据统计，目前国内使用于可换索预应力体系的000＃和00＃两种专用防腐油脂，锥入度较大，具有较好的可压注性，但是不同程度的从锚垫板与蜂窝管接头之间发生渗漏现象。

从试验结果判断，无粘结预应力筋防腐油脂不能使用于可换索预应力体系，否则渗漏的油脂在渗透力作用下破坏了混凝土结构，从而降低锚碇的使用寿命。

经过大量的试验，选择滴熔点为24℃，且必须加热至80℃熔化成液态后迅速压注，在管道中由液态静止、冷却后凝固成粘稠状、基本不流淌的预应力专用防腐蜡作为可换索预应力体系的防腐专用材料，既满足可压注性，又具有良好防渗漏性。

5施工工艺及操作流程5.1单根可换索预应力钢绞线张拉施工工艺及操作流程5.1.1钢绞线下料环氧树脂填充型（外带PE）钢绞线较普通钢绞线多了环氧喷涂层和PE层，具有良好的防腐效果，但是环氧喷涂层和PE层易被损坏，一旦损坏就和普通钢绞线没有两样，故必须从运输和下料方面控制避免损坏PE层和环氧层。

转运时候，钢绞线只能软质尼龙吊带，四点吊，不能使用钢丝绳。

钢绞线下料时候，为防止外护套损伤应有土工布或地毯等作为衬垫，不能直接放在地上上；钢绞线的下料采用砂轮切割，全长度段上不得有任何机械损伤,下料区域应远离有电焊的地方。

5.1.2 PE层的剥除由于锚碇预应力锚固系统采用“环氧喷涂无粘结钢绞线（外带PE层）＋防腐石蜡”，单靠夹片和钢绞线咬合锚固，对夹片与钢绞线之间的咬合作用要求非常高，故必须把外带PE层剥掉，让夹片咬透环氧涂层进入钢基体，PE层剥除长度从张拉端至锚下钢绞线的理论伸长量再加5cm余量的长度为宜，剥除PE后还要清除钢绞线表面的油脂，以保证夹片的理想锚固效果。

剥除PE应采用合适的刀具进行，用力适中，尽量不损伤钢绞线环氧层，不得损伤钢绞线基体。

图5.1-1环氧涂层无粘结钢绞线外套PE套剥除5.1.3预应力钢绞线、锚具及设备的安装5.1.3.1前锚面各部件安装工艺：图5.1-2前锚面部件安装图安装步骤：①．清理锚垫板端面及密封圈槽，密封圈槽内均匀涂上环氧树脂后马上安装O型密封圈在槽内并压紧；②．安装连接筒，并应对正锚垫板的止口；③．在连接板上（与连接筒配合）的止口内均匀涂环氧树脂后把铜垫片粘结上，压紧；④．安装连接板，与连接筒配合，通过拉水平线定好连接板的位置；⑤．工作锚板底面密封圈槽内均匀涂上环氧树脂后马上安装O型密封圈在槽内并压紧；⑥．工作锚板锥孔内均匀涂上润滑黄油脂；⑦．安装工作锚板,对正连接板止口，注意密封圈不得移位；⑧．严格测量控制钢绞线外露出锚板的长度尺寸，安装、打紧工作夹片；⑨．同步配合固定端的张拉，跟着敲紧、敲平前锚面工作夹片。

⑩．张拉完成后安装防松装置。

5.1.3.2后锚面各部件安装工艺图5.1-3后锚面部件安装图安装步骤：①．清理锚垫板端面及工作锚板底面密封圈槽；②．工作锚板底面密封圈槽内均匀涂上环氧树脂后马上安装O型密封圈在槽内并压紧；③．工作锚板锥孔内均匀涂上润滑黄油脂；④．安装工作锚板,对中锚垫板止口，注意密封圈不得移位；⑤．检查钢绞线外露出锚板的长度；⑥．按设计的顺序张拉、顶压和锚固；⑦．安装防松装置，专用扳手扭紧；⑧．清理保护罩密封圈槽，槽内涂环氧树脂后立即安装O型密封圈在槽内并压紧；⑨．安装保护罩，M12×25螺钉上紧在锚垫板上，注意密封圈不得移位。

5.1.3.3张拉程序图5.1-4 后锚面单端张拉设备安装图①.安装支撑架和顶压钢管；②.连接顶压器油管，安装顶压器；③.连接千斤顶进出油管，安装专用单孔千斤顶；④.将钢绞线略微予以张拉，以消除钢绞线松弛状态，并检查孔道轴线、锚具和千斤顶是否在一条直线上，注意使钢绞线受力均匀。

⑤.根据标定的千斤顶力值换算表，由锚板中间束开始，按照对称的原则开始张拉，A路送油，B路松开，C路松开，按0→0.1σk→记录→0.2σk→记录→0.7σk→记录→顶压→锚固的程序加载，然后进入第二根张拉，一直循环到本块锚板每根均加载到0.7σk锚固为止。

⑥.重新回到第一根钢绞线，按0→0.7σk→记录→1.05σk→记录→持荷→顶压→锚固的程序加载,直至本块锚板每根钢绞线均加载到 1.05σk,则本束钢绞线张拉完毕。

⑦.在张拉过程中，边张拉边测量伸长值，钢绞线的伸长值与理论伸长值相差不应超出±5%。

如果计算伸长值与实际伸长值有明显的出入，及时通知监理工程师确定处理方案后才继续张拉施工。

5.1.4 环氧树脂填充型（外带PE）钢绞线顶压工艺采用环氧树脂填充型无粘结钢绞线，因钢绞线表面环氧层较厚，张拉施工时，单靠限位板使夹片自动跟进锚固的方式无法达到良好的锚固效果，故在钢绞线张拉后需要进行顶压。

在张拉应力小于0.45σb的低应力工况状态，张拉到设计应力后采用顶压器顶压夹片，然后放张自动锚固后，再次进行一次外力顶压。

通过特制的专用千斤顶和反力架进行再一次不以被张拉钢绞线为反力的夹片顶压，对每根钢绞线锚固夹片加载顶压力为0.45～0.6σb，但是顶压力不应大于0.6σb，当顶压力大于0.6σb时，容易造成夹片开裂，并且增大了回缩损失。