武汉长江二桥维修工程体外预应力施工

方艳红

中铁大桥局武汉分公司，湖北武汉 430050

0 引言

体外预应力施工是武汉长江二桥维修的关键，维修成功与失败的一个关键指标就在预应力施工完成后，扰梁体是否能够产生上拱，上拱参数是否达到设计要求的范围。

1 武汉长江二桥病害概况

2000年～2005年，监测单位对武汉长江二桥正引桥箱梁进行了线型监测和全面检测试验。经过10年的超负荷运营，长江二桥累积损伤使得桥梁的刚度有了一定程度的下降，部分区段梁体因截面开裂发生应力重分布，部分区段梁体可能进入塑性工作状态，不满足结构平截面弹性体设计假定，并且部分已有裂缝尚在继续扩展。

病害具体表现形式：梁体内外存在大量裂缝，分布于箱梁顶板、底板和腹板；梁体存在不同程度的下扰，使得梁体无法满足设计假定，危害梁体使用寿命。

2 武汉长江二桥维修工程体外预应力施工概况

体外预应力体系主要由填充型环氧涂层钢绞线、配套钢垫板及锚具、与梁体相连的锚固块、转向装置、减震装置及防腐材料等组成。

根据设计图纸，体外预应力钢束布置于箱梁内，依靠固定于梁体顶板、底板和横隔梁的钢锚固块。线型为空间线型，通过转向器控制空间转向点坐标以及钢束转向趋势。钢束区间段设置了减震器以减少钢束的震动。转向器、减震器固定于钢转向、减震支架上，与钢锚固块均通过植筋技术锚固于梁体使连为整体。

3 体外预应力施工步骤

体外预应力施工流程为：施工准备工作→横隔梁钻孔，锚固块、支架基座植筋锚固→锚固块及支架安装→转向器安装→穿预应力钢束、安装锚具→张拉预应力并锚固→减震器安装→锚固防护。

3.1 横隔梁钻孔及锚固、支架基座植筋锚固

3.1.1 横隔梁钻孔

根据设计图纸测出横隔梁需钻孔的具体位置，弹出十字线进行中心标记，并按照图纸标出钻孔的直径。根据测量的准确位置，用专业钻具从一端向另一端钻进。

2#墩、5#墩、9#墩进行横隔板钻孔时遇到原梁体内预应力钢绞线，且分布密集，现行施工状况无法避让，最后经设计慎重考虑，决定释放原梁体内预应力钢绞线，于2#墩、5#墩顶补增横向体外预应力索以恢复原结构受力状况。进行8#～9#中横隔板以及10#墩横隔板钻孔时也遇到原梁体内预应力索，则考虑尽量不改变原结构受力的状况下，适当改变体外索线形，更改钻孔位置进行施工。

钻孔本身是对梁体的破坏，一个孔的形成对孔周围的应力产生重新分布，所以要尽量缩短钻孔时间，并尽快进行补救。

3.1.2 锚固、支架基座植筋锚固

基座的锚固效果直接关系到张拉的成败，所以基座板植筋与灌胶工序非常关键。基座板植筋采用美国进口喜利得植筋胶，基座板灌胶采用爱牢达灌注胶，并严格控制植筋饱满度和灌胶厚度。为防止基座板在张拉过程中产生滑移，将锚栓螺帽与基座钢板焊接。经实验证明，焊接过程未对植筋质量产生较大影响。

3.2 转向支架及减振支架的安装

支架均采用螺栓连接，支架和钢基座采用焊接方式连接。转向支架承受体外预应力产生的垂直力，其支点或单独设置，或与箱梁劲性骨架连为一体。

转向器是根据预应力钢束的空间线形以及转换点的空间坐标定做而成，主要起到钢束的空间线形调节和保持空间线形流畅的作用。制作是根据设计提供的X、Y、Z轴，制作相应弧度的胶管，然后将胶管组装在一起。制作出厂时，标明转向器的型号，前后方向，竖直向上方向，保证在安装时的准确。

1）转向器采用钢结构形式，固定安装在钢桁架或支架上，施工时应确保施工质量及埋设精度；

2）转向器与穿越钢管预先进行定位，之间采用环氧砂浆填实，定位时确保转向器与穿越钢管相对位置准确；

3）外套管与穿越钢管接触面为不锈钢钢板，须保证接触面光滑，并能相互滑动。

3.3 张拉施工

3.3.1 张拉顺序的确定

连续梁体外预应力张拉时，先两端张拉2#～5#墩箱内长索，再一端张拉5#～7#墩箱内短索，然后一端张拉0#～2#墩箱内短索。各箱室内索的张拉顺序为：先对称张拉靠近腹板的两根外侧索，再对称张拉箱室内中间剩余的两根索。

连续刚构体外预应力张拉时，先两端张拉（130+125）m两跨箱内长索，再两端张拉125m跨箱内短索，然后一端张拉83m跨箱内短索。各箱室内的张拉顺序为：先对称张拉靠近腹板的两根外侧索，再对称张拉箱室内中间剩余的两根索。

3.3.2 锚固块，转向支架的检查及梁体线形的监测

张拉施工前，应对所有锚固块、转向支架、减振支架进行一次全方位的检查，确保在张拉施工过程中，体外预应力体系结构的稳定性。

张拉过程中，通过施加预应力，使应力通过转向支架传递给混凝土箱梁使箱梁产生弹性形变，同时引起箱梁纵向缩短和向上的挠曲，张拉时要对梁体的线形进行全过程的监测，充分掌握其弹性变形的方向和变形量.

同时，随着张拉力的不断增大，张拉及锚固端的横隔墙处混凝土及转向支架基座处局部受压应力也不断增大，因此在张拉过程中，要随时对锚固块、转向支架的稳定情况及基座处混凝土进行检查。

3.3.3 锚固点张拉力测定

单根钢绞线穿挂张拉应力采用等张拉力法控制。每根钢绞线的张拉力，以当时测力传感器现实值确定张拉力，首先对穿挂张拉的第一根钢绞线进行临时锚固。在锚固点处设置测力传感器，该索余下的其余钢绞线穿挂张拉是按当时测力传感器显示值进行控制。在第一根穿挂钢绞线的初张拉力测初始伸长值，补拉以测力传感器最终读数为准，并记录伸长值。

4 锚具防护措施

对暴露于结构外部的锚具应及时实施永久防护措施，防止水分、氯离子及其它有腐蚀性的介质侵入。在张拉后的锚具夹片和无粘结筋端部，应涂满防腐油脂，并罩上塑料封端罩，达到完全密封的效果。也可以采用涂刷环氧树脂达到全封闭效果。

5 张拉施工监控成果

从对5#墩锚固块相对滑移的监测数据可以看出，锚固块在80%～100%张拉过程中，变形量较小，表明此锚固块受力处于稳定状态。

6 结论

经过体外预应力施工，武汉长江二桥梁体产生上拱，且上拱幅度符合设计要求，说明体外预应力施工达到设计预想的效果，对武汉二桥的维修加固作用非常成功。