子牙河特大桥十三孔道岔连续梁位于天津市西外环西侧, 是连通津保客运专线与京沪高铁2条高速铁路的重要枢纽。道岔连续梁共13孔, 中心里程为DK144+509.89, 全长405m, 最宽横截面长度为31.83m, 为四线并行单箱多室等高变截面结构 (见图1) 。其中405m通长预应力管道共有50束, 每束张拉管道内含13根405m通长75钢绞线。

1) 对超过400m长的钢绞线进行张拉, 在国内尚属首次, 无施工经验可循。

2) 对钢绞线进行张拉应力与伸长值双控, 从而保证工程质量。

3) 为方便张拉, 辅助孔洞的留设位置需要进行计算。

针对405m超长预应力钢绞线采用引线辅助、整体穿束的方法。即在穿束前, 先采用人工机械进行动力牵引, 期间通过辅助孔洞进行调整, 从而完成整体穿束。

张拉前, 对13根预应力钢绞线逐一预紧, 保证同一锚具内的各个单根在张拉前松紧一致。张拉中, 对管道摩阻损失、锚圈摩阻损失进行测量, 适当调整张拉控制应力, 随后对超长预应力筋进行双端双侧4台千斤顶同时同步对称张拉。通过合理控制张拉力和伸长量, 使各项数据满足设计及规范要求, 保证整体结构处于合理的应力状态。

施工工艺流程:施工准备→管道制作及分段定位安装→张拉辅助孔洞留设→道岔梁混凝土分段浇筑→通长引线及预应力钢绞线穿束→通长张拉。

准备充足的施工人员、技术人员、管理人员、质检人员, 并对各类人员进行施工质量安全教育培训。

施工前对施工方案、工艺进行研究, 合理选择穿束施工中连接器型号、数量和卷扬机规格、型号、位置、数量、用途, 另外对张拉施工中的油压千斤顶和辅助工具钢丝绳做富余准备, 以应对施工时的突发情况。

金属波纹管壁厚较原设计增加1.5mm, 并增大金属波纹管的损耗。提高锚垫板材质等级, 保证材料充足、质量过关、张拉管道后期通畅。

单根钢绞线施工下料长度达410m。另外为防止浇筑混凝土时波纹管破裂发生漏浆堵塞张拉管道, 并结合现浇结构尺寸选择不同长度的塑料内衬管;为防止金属波纹管接头处密封不严产生漏浆, 选择直径稍大的金属波纹管和高强胶带进行密封连接等。

根据设计锚下张拉应力结合张拉油压千斤顶报告计算伸长量, 并且制作张拉施工及安全技术交底。

子牙河特大桥十三孔道岔连续梁由跨中开始向两侧分为5个现浇段延伸施工, 各现浇段混凝土浇筑后, 混凝土强度达到设计值的95%, 弹性模量达到设计值的100%, 混凝土龄期≥7d后方可进行各节段张拉, 5个现浇段全部施工完毕后方可进行通长预应力钢绞线张拉施工。在此过程中, 需对顶底板预应力管道位置进行预埋施工。

依据设计图纸定出管道位置, 测量放线精确定出管道位置。金属波纹管选择9m/根, 接头处采用金属波纹管 (直径95mm, 长度300mm) 外套, 高强胶带包裹, 胶带设置在接头处的两端, 每端长度为200mm (见图2) 。

金属波纹管定位施工时, 每4人一组将金属波纹管推入顶底板钢筋网中, 1人沿金属波纹管前进方向摆正位置。待金属波纹管穿束完成后, 再穿入相应的塑料内衬管, 塑料内衬管保证连续并外露金属波纹管1m。现浇段节段处待塑料内衬管穿透后进行金属波纹管接头处理。用HPB30010钢筋制作U形定位卡, 将U形定位卡扣住金属波纹管进行焊接定位, 间隔2m设置1个, U形定位卡焊接牢固, 避免混凝土浇筑振捣施工中发生位移。

道岔连续梁单根预应力钢绞线施工下料长度为410m, 经计算遇到阻力时, 钢丝绳与引线连接处最先断裂。13根钢绞线与引线用连接器连接成整体, 受到拉力时不会被拉断。钢丝绳与引线连接处承受的牵引力极限值小于其他位置, 遇到牵引不利情况时, 是最先断裂的部位。

为解决钢丝绳与引线连接处牵引受阻的最不利情况, 采取留设张拉辅助孔洞的工艺。发生断裂时, 可根据引线拽出长度确定牵引受阻的位置, 就近启用张拉辅助孔洞, 在张拉辅助孔洞处增施牵引力, 进行辅助穿束。

根据多支点连续简支梁的弯矩剪力图, 同时结合现场实际情况, 将张拉辅助孔洞留设在跨中剪力最小处, 间距62m布置 (见图3) 。张拉辅助孔洞长1m, 宽度以最外侧金属波纹管向外返20cm设计 (见图4) 。

梁体混凝土浇筑前, 测量放线来确定张拉辅助孔洞位置, 将顶底板上层钢筋网片按照张拉辅助孔洞尺寸截断, 采用竹胶板作为模板。通长预应力钢绞线穿束时, 如钢丝绳断裂则启用张拉辅助孔洞, 将露在上面的金属波纹管凿破, 对钢绞线增施牵引力, 辅助钢绞线继续穿过。通长预应力钢绞线穿束施工完成后, 将张拉辅助孔洞处破裂的金属波纹管进行接头处理。通长预应力钢绞线张拉前将张拉辅助孔洞截断钢筋进行焊接, 采用C55微膨胀混凝土进行填充。

道岔连续梁各现浇段混凝土浇筑采用连续分层分段对称浇筑方案, 混凝土浇筑时错台阶分层斜向浇筑向前推进, 浇筑过程中采用2台泵车对称进行泵送入模。浇筑自底板开始, 从腹板处振捣泵送入模。

浇筑混凝土前必须对排气管进行标识, 浇筑现场必须安排专人重点看护。浇筑时泵管禁止直冲金属波纹管, 振捣棒避开金属波纹管及U形定位卡, 以免使金属波纹管移位和损坏。

混凝土浇筑后强度达到75%, 进行通长预应力钢绞线穿束施工。制作长度为412m的钢绞线作为引线, 引线采用人工穿入, 穿完引线后将13根预应力钢绞线通过连接器连接在引线上, 然后用8t的卷扬机牵引引线拽动13根预应力钢绞线穿过预应力管道完成通长钢绞线穿束施工。

1) 穿束施工流程施工前将整盘钢绞线放在梁体最西侧, 12人一组把钢绞线拽出拉向东侧, 拉出的长度满足要求后, 将钢绞线用砂轮机切断。12人一组将引线穿进预应力管道中, 使西侧引线露出梁端1m, 东侧外露在梁顶 (见图5a) 。

2) 为避免预应力管道过长而导致无法正常穿束, 采用一种新型连接装置———连接器, 将引线与13根预应力钢绞线有效连接。通过连接器使卷扬机与引线、引线与13根预应力钢绞线之间连接到一起, 安全简便地提高施工速度 (见图6) 。

3) 选用1台8t卷扬机设置在预应力钢绞线穿入端 (东侧) , 作梁顶面预应力钢绞线喂送用, 选用1台8t卷扬机设置在预应力钢绞线穿出端 (西侧) 牵引引线, 12个人在预应力钢绞线穿入端配合进行钢绞线的推入, 两端各有1人持对讲机同步进行牵引施工。牵引施工设置2组, 从中间向翼缘板侧对称施工 (见图5b) 。

十三孔道岔连续梁通长预应力钢绞线共50束, 其中顶板通长预应力钢绞线20束, 底板通长预应力钢绞线共30束。张拉顺序为先底板后顶板, 从两侧向中间对称张拉。张拉作业分成2组进行, 每组配备6个人、2台对讲机、2台油压千斤顶, 保证张拉的对称同时同步进行。

通长预应力钢绞线穿束完成后, 将张拉辅助孔洞进行封堵, 依据现场同条件养护混凝土试块的试验报告, 在梁体混凝土强度达到设计强度的95%且弹性模量达100%时进行张拉。张拉施工前, 需安装锚具、夹片, 清理锚垫板, 检查注浆孔, 清除钢绞线上的锈蚀和泥浆, 排除预应力钢绞线黏结现象。然后进行油压千斤顶定位安装, 在锚具上套上相应的限位板, 装上张拉千斤顶, 使之与高压油泵相连接。最后安装可重复使用的工具锚板和工具夹片, 工具锚板要对正, 工具夹片要齐平。

张拉施工时进行张拉过程控制, 选择底板一束预应力钢绞线进行试拉 (试拉过程中发现达到张拉应力时, 伸长量过大, 经分析研究, 由于钢绞线原材成盘包装, 并且管道内单根长达406m, 在管道中处于不紧绷状态, 需对钢绞线进行预紧) , 对管道摩阻损失、锚圈摩阻损失进行测量。经实际测量的预应力钢绞线与管道壁间摩擦系数μ和管道对设计位置偏差系数k与设计给出的设计值十分接近, 取设计给出的μ和k的值。锚垫板摩阻是影响张拉控制应力的主要原因, 两端2块锚垫板减去6%的应力损失系数, 故调整实际张拉控制应力为2 440.4k N。

张拉施工时先对钢绞线进行预紧处理, 然后分级加载, 按照10%σ_con→20%σ_con→100%σ_con (σ_con为张拉时的控制应力, 其值根据设计图纸要求而定) 对应的张拉力分别测量伸长值。过程控制以张拉应力控制为主, 以伸长值进行校核, 实际伸长值的测量采用测量千斤顶油缸行程数值的方法, 在10%σ_con, 20%σ_con, 100%σ_con应力下, 分别测量油缸外露长度。

实际伸长值△L计算公式如下:

式中:A为0~10%σ_con应力下千斤顶的实际引伸量;B为0~20%σ_con应力下千斤顶的实际引伸量;C为0~100%σ_con应力下千斤顶的实际引伸量。

当实际伸长值与理论伸长值偏差超过±6%时, 停止张拉, 查明原因并采取措施后再进行施工。张拉应力达到100%σ_con后持荷2min进行锚固。

张拉应力和伸长值全部满足要求后, 停止持荷。拆除工具锚板和工具夹片, 拆除油压千斤顶, 切断多余的钢绞线进行封锚, 并在48h内完成注浆, 清理现场机具。

现场计算实际伸长值, 经与设计伸长值对比后算出偏差率。实际偏差率均在规范要求±6%范围内。

1) 针对超长预应力钢绞线, 采用引线辅助、整体穿束的方法。即在穿束前, 先人工预穿1根通长钢绞线作为引线, 随后将13根预应力筋通过连接器与引线连接成一体, 再借助机械进行动力牵引, 期间通过辅助孔洞进行调整, 从而完成整体穿束。

2) 张拉前, 对13根预应力钢绞线逐一预紧, 保证同一锚具内的各个单根在张拉前松紧一致。张拉中, 对管道摩阻损失、锚圈摩阻损失进行测量, 适当调整张拉控制应力, 随后对超长预应力筋进行两端双侧4台千斤顶同时同步对称张拉。通过合理控制张拉力和伸长量, 使各项数据满足设计及规范要求, 保证整体结构处于合理的应力状态。