钢箱梁体外预应力施工技术探讨

钢箱梁体外预应力施工技术探讨
摘要：钢箱梁预应力体外索工艺是目前钢箱梁施加预应力的一种主要形式。

该工艺能够增大钢箱梁单跨跨度,减少钢构件的自重,所以能够节省钢材用量,而且预应力体外索能够更换,这样能够提高钢结构整体使用寿命,同时该工艺施工简单、操作方便,所以能够有效地缩短施工工期。

本文结合工作实例，阐述了钢箱梁体外预应力施工技术，并对钢箱梁体外预应力施工质量控制及施工安全管理进行分析。

关键词：钢箱梁；体外预应力；施工技术；质量控制；安全管理
Abstract: the process of the steel box girder of in vitro prestressed steel box girder is the prestress a main form. This process can increase the single span span steel box girder, reduce weight of steel components, so can save steel dosage, and in vitro prestressed cable can change, such can improve the overall service life of steel structure, and the construction is simple, the operation is convenient, so can be effectively shorten the construction period. Combined with examples, this paper expounds the construction technology of externally prestressed steel box girder, and the steel box girder of externally prestressed construction quality control and construction safety management are analyzed.
Keywords: steel box girder; The external prestressing; Construction technology; Quality control; Safety management
体外预应力是后张预应力体系的重要分支之一,体外预应力砼结构有很多优点，预应力筋套管布置简单，调整容易，简化了后张法的操作程序，大大缩短了施工时间；同时由于预应力筋布置于腹板外面，使得浇注砼方便；由于预应力筋的位置，减少了施工过程中的摩擦损失且更换预应力筋方便易行。

1 工程概况
某公路工程项目上跨下面路桥梁均设置钢梁包括主线桥、3个匝道桥，钢箱梁都为单箱双室连续钢箱梁，钢梁全长117米，钢梁均高1.25米，横坡5％，内部都设置4根体外束。

体外预应力锚具均为VLMTS15-19型，索体采用江阴法尔胜住电公司的环氧涂层填充型钢绞线成品索。

2 钢箱梁体外索预应力施工技术
2.1 施工流程
施工机具准备→外套钢管、转向管和锚头预埋管安装→外套管内压浆→体外
索穿索→安装橡胶减振器→张拉体外索→锚杯内环氧砂浆灌注→防松装置保护罩的安装→保护罩内油脂灌注。

2.2 施工机具的准备
进场前，对千斤顶和压力表进行配套标定，确定压力表和张拉力之间的关系曲线。

标定在经主管部门授权的法定计量技术机构定期进行。

张拉机具设备与锚具配套使用，根据体外索的类型和张拉工艺选用合理的设备进场后，试运行确保正常后，方可调至工作台面。

2.3 外套钢管、转向管安装及压浆
本标段外套钢管、转向器有墩顶、跨中和直线段三种形式，其中墩顶和跨中外套管和转向器均为双向弯曲钢管，两者之间之间压注40＃水泥浆，三种结构的安装形式。

外套管和转向管的安装在钢梁厂进行，为防止焊接高温破坏水泥浆体结构，浆体在焊接后进行灌注。

按以下程序进行：转向器和外套管的定位焊接→外套管＋转向器组件与钢梁的焊接→压注水泥浆；安装、压浆注意事项：所有转向器组件运到施工现场后，安装前要清理转向器孔；将转向器组件安装到设计的转向块，注意转向器类型和方向，以免装错；按设计给出的参数调整转向器的安装位置，测量转向器的标高，符合设计要求后焊接固定；按上述步骤逐一安装完所有的转向器；水泥浆的灌注采用专用的工装密封，一段压注一段排气，工装同时具有内外套管定位作用。

孔道灌浆采用40＃素水泥浆压注，本工程采用R42.5水泥，添加适当的外加剂，并经配合比试验确定配比。

水泥浆应进行泌水、膨胀和流动度试验，水泥浆试件28天强度不得低于设计要求的强度等级。

灌浆压力取0.5～0.7MPa，水泥浆经搅拌机充分搅拌后，进行低点灌注，高点排气，工装拆除后，外套管口不平整或不饱满的地方，进行人工修补。

2.4 锚头预埋件安装
锚头预埋件包括锚垫板和预埋钢管，按照设计图纸，体外索的张拉端部位1.5米的范围内须浇注混凝土，则须预埋一内径大于准220mm的钢管（设计图未给出）用于孔道成型，钢管须在钢梁厂内焊接好和钢梁一起出厂；为施工方便，锚垫板在钢梁出厂前定位点焊在锚下垫板上。

安装步骤如下：将锚垫板和预埋管等运到钢梁厂内，清理锚垫板孔和预埋管孔内壁的杂质和油渍；将锚垫板和预埋管吊到设计指定位置，经测量确定后，把锚垫板点焊在钢梁的锚下垫板上，把预埋管两端焊接在钢梁的横隔板上。

2.5 体外索穿束
在钢箱梁两端合理的位置各布置1台5吨卷扬机。

将制好的成品索索盘整体
运输至钢箱梁一段的桥下前方约20米的位置。

吊车平吊索体到放线索盘上。

卷扬机牵引端从钢梁对应的索孔一端依次穿过转向滑轮、锚头预埋管、各转向器后从钢梁另一端穿出，然后与成品索索端通过专用的牵引头相连接。

2.6 安装橡胶减震器
索体与转向器之间，两端需安装橡胶减震器，安装位置如图1所示。

图1 橡胶减震器安装位置图
2.7 张拉体外索
张拉准备：施工现场机具要配套完整，千斤顶与油表须经过国家有关质检部门一一对应进行标定，使用时千斤顶要与其对应标定好的油表配套使用，不能混淆乱用；将施工机具和工作锚板运到工作现场，用棉纱头清理工作锚板内孔的灰尘和油渍；确定锚下40＃环氧水泥浆强度达到设计张拉要求后，安装VLMTS15-19工作锚具及夹片，要求各根钢绞线孔位要对齐，锚具紧贴锚垫板，并注意保护各组装件不受污渍；按照设计要求顺序，对称交替张拉体外索,张拉机具的安装顺序：专用顶压器→千斤顶→工具锚板→工具夹片，注意工具锚板安装前要清理锚板内孔，工具锚板内孔和工具夹片表面都涂上退锚灵；张拉机具按顺序安装好以后，尽量使千斤顶的张拉作用线与索的轴线重合一致，以使受力合理；把千斤顶、顶压器和油泵用油管连接好，安装与千斤顶对应配套标定的油表，油泵电源接好，试好油泵的开机和关机，确保机具能正常使用，并注意油泵液压油是否够用；按上述步骤安装好两根体外索4个锚端的张拉机具设备。

整体张拉：利用YCQ400千斤顶进行整体两端对称同时张拉。

如果体外索伸长量较长，一个行程不能张拉到位，需多次张拉、倒顶，直到张拉到设计吨位，每次张拉均须进行顶压临时锚固。

将钢铰线略微予以张拉，以消除钢铰线松弛状态，并检查孔道轴线、锚具和千斤顶是否在一条直线上，注意使钢铰线受力均匀。

本工程全部体外索均为一种规格，张拉控制应力根据设计图纸要求。

体外索采用应力控制方法张拉时，以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值必须符合设计要求，设计无规定时，实际伸长值与理论伸长值的差值控制在±6%以内，否则暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉到位。

体外索的理论伸长值△L（mm）可按下式计算：
APEP
式中：PP为体外索的平均张拉力（N）；L为体外索的长度（mm）；AP为体外索的截面面积（mm2）；EP为体外索的弹性模量（N/mm2）。

体外索张拉时，初应力设为10%σcon，伸长值从初应力时开始量测。

索的实际伸长值除了量测的伸长值外，必须加上初应力以下的推算伸长值。

对后张法构件，在张拉过程中产生的弹性压缩值一般可省略。

体外索张拉的实际伸长值△L （mm）可按下式计算：
△L=△L1+△L2
式中：△L1为从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值（mm）；△L2为初应力以下的推算伸长值，可采用相邻级的伸长值。

2.8 锚杯内环氧砂浆（或油脂）灌注
体外索张拉完成后，锚头锚杯及延长筒内，按设计要求需灌注防腐材料（环氧砂浆或防腐油脂），灌注环氧砂浆采用专用的环氧砂浆灌注泵进行灌注。

在工作锚板上开有2个M24×2的灌注螺孔,安装锚板时注意尽量使该两个螺孔的连线垂直水平面，灌注时从下面一个压入至上面一个孔内排浆即证明已经灌注满了。

然后用螺钉堵住排浆螺孔，继续加压到0.5～1MPa左右的浆体压力，然后关闭进浆阀门，待环氧砂浆没有流动性后取下进浆管，用螺钉堵上。

为防止灌注环氧砂浆时夹片的缝隙内流出，可在安装工作夹片前在锚板直身孔内用专用工具塞满棉纱或者在张拉后灌注前先用环氧砂浆把夹片的缝隙封住。

检查进浆口与出浆口有没有堵塞，确保灌浆线路通畅，检查灌浆设备，确保性能良好。

把灌浆设备、灌浆管连接好并与进浆口连接，然后开动灌浆设备，通过灌浆管把环氧砂浆灌注进锚头延长筒内。

调配应可灌性强，稠度不宜过大，环氧树脂需加热后搅拌，固化剂应在搅拌基本完成准备灌注前加入，固化（没有流动性）时间设置在20分钟为宜，每次调配1～2个锚头的用量（本工程每个锚头的用量为22kg左右），尽快的灌注，灌注过程注意做好防护措施，保护好现场环境不受污染。

灌注完成后应立即用丙酮清洗设备和管路，以备下次使用。

2.9 保护罩内油脂灌注
用手提砂轮机平整地切除锚头两端的多余钢绞线，钢绞线长出锚板端面的长度为150～190mm（以不影响保护罩安装为准），禁止采用气割和电弧切割；清理锚垫板端面，利用专门工具将防松装置拧紧，保证工作夹片不松动。

安装保护罩：每个保护罩配套一个O型密封圈用于罩体与锚垫板之间的密封，安装前应先用黄油脂或环氧树脂把密封圈粘结在保护罩对应的沟槽内再进行罩体安装，每个保护罩通过8个M12的螺钉＋弹簧垫与锚垫板连接。

按图示检查检查进油口与排气口有没有堵塞，连接注油设备，确保灌浆线路通畅。

对保护罩进行注油至排气口有油排出。

M27×2堵头螺钉＋准26.5×3.55O型密封圈封堵
排气口，继续加压至0.2MPa后停机，关闭进油阀门1。

关闭阀门2，从活接处取下压油管，进行下一个注油。

3 钢箱梁体外预应力施工质量控制
①成品索必须有材质证明书、出厂合格证以及进场前的性能检测报告，并附出厂日期和技术参数；②转向器承受并传递体外预应力钢索，对结构作用力。

要焊接牢固，保证使用寿命；③张拉机具间配套标定不能混淆，辅助机具也必须调试；④张拉过程中。

应认真如实记录张拉力和体外索伸长值。

且实测值与理论值的比较应在设计或规范允许范围内；⑤张拉给油应缓慢匀速。

适当地先快后慢。

接近设计值时，应小心谨慎，以避免超张拉或突然加油钢绞线断裂；⑥灌浆泵压力达到设计值时。

停止灌浆封堵灌口。

4 施工安全管理
工地施工必须遵照国家颁布的现行《建筑安装工程技术规范》施工，以确保安全。

5 结束语
采用体外预应力技术与现代的桥梁施工方法相结合，为钢箱梁设计和施工提供了创造性条件。

采用体外预应力可以减小截面尺寸，减轻结构恒载，提高构件的施工质量；力筋的线型更适合设计要求，其更换维修也较方便，已成为一种有效和可行的工艺。

参考文献
[1] 赵祥国，钢箱梁预应力体外索施工工艺[J]工业建筑，2006.S1。