悬索桥锚碇预应力锚固系统单根可换索蜂窝管施工工法

1、PAGE PAGE 15悬索桥锚碇预应力锚固系统单根可换索蜂窝管施工工法一、前言现代悬索桥主要由桥塔、锚碇、主缆、吊杆及加劲梁等部分组成，其中锚碇是悬索桥的主要承重结构，主缆通过锚碇将拉力传递给地基基础。目前悬索桥工程上常用的锚固系统为预应力锚固系统，具有锚固容易、保养方便的优点，其预应力锚固筋通过压注水泥浆和管道握裹，永久锚固在锚塞体内，但是预应力筋一旦出现锈蚀后，在高应力作用下，预应力锚固筋先是一根锈断，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，将危害到大桥的正常使用，缩短悬索桥的使用寿命。为了提高悬索桥的使用寿命，使其符合设计使用寿命，近年来国外悬索

2、桥设计中，提出悬索桥运营过程中可以更换锚固预应力筋的理念，悬索桥运营过程中锚固系统钢绞线出现锈蚀以后，就对这些出现锈蚀的钢绞线进行更换，从而大大提高悬索桥的使用寿命。一般情况下，由于每一束预应力管道采用一整根大口径直线钢管，其锚固系统钢绞线的更换采取整束进行更换。如果大口径钢管预应力管道改为若干根小钢管，就可以解决仅仅更换已经锈蚀的各根钢绞线、不需要更换整束钢绞线问题。这种满足悬索桥在运营过程中更换单根钢绞线的预应力管道，排列成一束，其断面为蜂窝状，故称之为悬索桥锚碇预应力锚固系统单根可换索蜂窝管。锚固系统单根可换索是一种新型悬索桥锚碇预应力锚固方式，由于其结构型式的变化，使这种锚固系统的施工

3、过程更加复杂化，出现了许多新的施工工艺、技术和方法。湖北沪蓉西高速公路四渡河特大桥是国内第一座采用单根可换索预应力锚固系统的悬索桥，其恩施岸锚碇预应力锚固系统单根可换索蜂窝管长为20米，宜昌岸锚碇预应力锚固系统单根可换索蜂窝管长为40米。为了减小锚碇规模，沪蓉西四渡河特大桥的锚碇预应力预应力管道在靠近前锚面5m范围内设计成弯管，从前锚面至后锚面为直线段弧线段直线段，整体外观上成“瓶状”。路桥华南工程有限公司针对四渡河特大桥锚碇预应力锚固系统单根可换索蜂窝管的特点，对施工中的关键技术进行认真的研究和总结，使悬索桥锚碇预应力锚固系统单根可换索蜂窝管的施工技术系统化、科学化。二、工法特点1、工法使用

4、功能简介为了克服锚碇预应力管道压注水泥浆后当预应力钢绞线出现锈蚀而无法换索的难题，国内外桥梁界提出悬索桥运营过程中可以更换锚固预应力筋的理念。一般情况下，采用一整根大口径钢管作为每一束预应力管道，钢绞线张拉后预应力管道采取压注油脂保护，这种锚固系统钢绞线即使钢绞线锈蚀了一根，只能采取一整束进行更换，这就造成不必要的浪费。将大口径钢管预应力管道改为若干根小钢管排列成一束蜂窝管，就可以做到仅更换已经锈蚀的单根钢绞线，而不需要更换其他没有锈蚀的钢绞线。另外，采取若干根小钢管集束成蜂窝管，可以满足预应力管道在锚碇设计成“弯管和直管”组合，预应力管道不需按主缆发散方向设计，从而有效减小锚碇的规模。由于在

5、一整根大口径弯曲钢管内穿若干根钢绞线，当钢绞线受力时，在弧线段处钢绞线均压向同一侧而绞在一起，存在钢绞线受力不均匀和压注油脂不密实等质量隐患，而采用蜂窝管将每根钢绞线单独分开，确保各根钢绞线的相互平行，受力均匀。2、施工方法上的特点.为了满足后期钢绞线可更换的需要，预应力管道采取压注油脂对钢绞线进行防腐。.预应力管道采取无缝小钢管，集束成蜂窝状断面。.蜂窝管设计成“直线+弧线”组合，从前锚面至后锚面为直线段弧线段直线段，整体外观上成“瓶状”。.预应力管道先在弯管机上初成型，再在加工模具上精确成型。.由于无缝钢管一般长69m，蜂窝管只能分段进行加工，采用接头钢管接长。.无缝钢管管之间采用塞焊固定

6、成形，其中接头端必须全断面进行塞焊，直线段每隔0.5m左右进行点焊，要防止焊接变形尤其是莲藕状变形和扭转。.无缝小钢管接头精度控制为施工关键。.每一束预应力蜂窝管道均与大缆合力线成不同的角度，需要加工专用的定位节点板。三、工法适用范围本工法适用于采取可换索预应力锚固系统的桥梁，尤其是采取可换索预应力锚固系统的悬索桥锚碇的施工。四、工法工艺原理1、预应力锚固体系的传力途径主缆索股调节拉杆锚固连接器钢绞线锚体。2、预应力锚固系统形成包括定位钢支架、可换索锚固体系。、可换索锚固体系施工.可换索锚固体系概念可换索锚固体系，是一种悬索桥运营过程中把已经出现锈蚀的锚固预应力钢绞线从预应力管道中退出，重新把

7、完好的钢绞线穿进预应力管道中，再进行张拉预应力钢绞线的工艺。避免出现悬索桥因为锚碇的锚固预应力钢绞线严重锈蚀后无法换索，当钢绞线锈蚀到一定程度后桥梁无法再继续运营的情况，从而提高悬索桥的使用寿命。目前，可换索锚固体系技术已经逐渐应用于国外悬索桥施工中，一般都是一整束进行更换，但是对悬索桥锚碇中锈蚀的钢绞线进行单根更换却是一种创新。.悬索桥锚碇锚固体系的分类悬索桥锚碇锚固体系的锚固方式按钢绞线是否可换索可分为：不可换索、整束换索、单根换索。.可换索锚固体系的受力特性锚固体系的型式不同，其受力特性也不同。锚固体系中由锚具、预应力筋、预应力管道、预应力筋防腐材料四大部分组成。防腐材料在各种锚固体系中

8、发生的作用也不同。a、不可换索锚固体系：钢绞线张拉之后，对管道压注水泥浆，除了钢绞线两端的锚具锚固作用外，还存在钢绞线和水泥浆之间的粘结作用，二者同时发生作用把主缆拉力传递到锚体中。b、可换索锚固体系：钢绞线张拉之后，对管道压注油脂防腐，仅靠钢绞线两端的锚具锚固作用把主缆拉力到传递锚体中，因此，在该种体系中，锚具较不可换索体系中的锚具要求更高，并需要设置防松装置和锚头防护帽。见图1。图1可换索锚固体系构造示意.预应力管道的加工在工厂或者现场对蜂窝管进行加工成型，先采用弯管机进行初成型，再在加工机具上精确成型，对各管的精度必须严格控制。预应力管道的安装和接长 蜂窝管安装放样采用三维坐标法，蜂窝管

9、的安装主要要求就是要与相对应索股的发散方向相同，以免钢绞线受到不必要的剪力，同时钢管的安装必须达到不漏油。预应力钢绞线的制作及安放 预应力钢绞线的制作应严格按照设计要求进行，钢绞线采取单根穿束法进行穿束，穿束时，对每一根钢绞线进行编号，前后锚头位置对应。预应力钢绞线张拉与压注油脂预应力钢绞线就位后应及时进行张拉，采取单端整体张拉至设计吨位；油脂压注由后锚面往前锚面（由低处往高处）进行压注，前锚面位置安排专人对注油观测孔进行观测。单根可换索预应力管道构造示意，见图2。 图2 单根可换索预应力管道构造示意、锚塞体定位钢支架安装锚塞体定位钢支架主要用于准确定位各根预应力管道的空间位置，同时又作为劲性

10、骨架加固锚体。为保证预应力管道空间位置的精确性，利用全站仪采用三维坐标法测控每束预应力管道的空间坐标。五、悬索桥锚碇预应力锚固系统单根可换索蜂窝管施工工艺1、施工工序无缝小钢管下料 单根蜂窝管加工蜂窝管塞焊成型各段蜂窝管接长蜂窝管安装锚塞体预应力体筋施工管道压注油脂锚固体系成型。2、无缝小钢管下料小钢管按从后锚面往前锚面由直线段弧线段直线段三部分分段下料。下料前，计算出各束单根小钢管的弦长、矢高、内外弧长，并根据此数据确定小钢管的下料长度。根据计算长度逐排、逐根下料，并要保证切割面必须齐平，端头平面与轴线垂直。3、单根蜂窝管加工弧线段在弯管机上初成型，再在加工模具上精确成型。初成型：在弯管机弯

11、管前弯的反方向与弯管机两固定旋转的下轮同一水平面上设置一限位支架，以保证在进行圆弧弯曲时不会将圆弧弯曲过多或过少，弧线段必须严格按照设计图纸进行加工成形。以保证其弧长、弧度设计要求。蜂窝管初成型图3。 精确成型：弧线段加工之前，先在加工平台上根据各束单根小钢管的弦长、矢高、弧长放样出加工模具。把已经在弯管机上初成型的弯管在加工模具上微调其矢高，使得弯管段的弦长、矢高、内外弧长、弧度符合设计要求。3、蜂窝管塞焊成型根据设计，预应力管道由37根和19根规格为343的无缝钢管集束成正六边形蜂窝管。343的无缝钢管管之间采用塞焊固定成形，其中接头端必须全断面进行塞焊，其余部位每隔0.5m左右进行点焊，

12、要防止焊接变形尤其是莲藕状变形和扭转。蜂窝管塞焊成型之前，需要分别制作37索、19索蜂窝管成形定位专用模具，其加工误差在0.5mm以内，从而保证蜂窝管成形后的尺寸的精度。蜂窝管定位模具如图3。图3 蜂窝管定位模具如图4、蜂窝管接长由于无缝钢管一般长69m，蜂窝管只能分段进行加工，采用接头钢管接长。、分别制作37索和19索接头用钢板模型，用仿形切割机切割该工件。接头用钢板模型见图4。图4 接头用钢板模型、再采取卷板机加工接头钢管，在接头端三条边上中间一根小钢管作出中线标志点，钢管接头端进行对中，点焊临时固定，在两钢管接头端安装接头板以及焊接半幅接头管，复检钢管接头端对中线，焊接另外半幅接头管，接

13、长完成。、蜂窝管分别由37根和19根的343无缝小钢管塞焊而成为正六边形状，由于无缝小钢管本身的公差以及塞焊时产生的加工误差，接头处不可避免会产生错台，为了避免蜂窝管安装接头出现大于2mm的错台，对钢绞线产生弯折作用。工件成品焊接完成后，蜂窝管接长之前必须对工件两连接端内壁进行打磨，用锥形电磨对管内壁打磨清理，并将管口打磨成倒锥状；将塞焊后的连接面打磨平整，便于接长。5、蜂窝管安装锚碇预应力体系蜂窝管安装主要控制为测量控制，其主要取决于定位钢支架前期的加工精度以及定位节点板的精确定位。、蜂窝管安装顺序蜂窝管安装按由后向前的顺序进行，其顺序为：后锚面锚垫板与螺旋筋钢管A接头AL1段接头BL2、L

14、3段接头A钢管A前锚面螺旋筋、锚垫板。、蜂窝管的安装准备工作 安装前对蜂窝管外表面进行除锈小钢管从出厂至工件加工后进行安装有一个时间过程，蜂窝管出现表面水锈是难免的，对于外表面直接采用砂纸、钢丝刷或钢丝轮（角磨机配合使用）除锈。关键是内壁的除锈，采用比小钢管内径稍大5mm的钢丝球除锈，钢丝球带有一根长约10m的导引铁丝，以便牵拉钢丝球从钢管一端穿到另一端，每一根小钢管穿插3至5遍。除完锈后，整束蜂窝管端头采用塑料袋或者塑料胶布封闭起来。用油漆将蜂窝管进行编号统一，包括各个接头、直线段、弧线段；在蜂窝管安装前应做压水试验，如果发现漏水，应立即进行必要的处理压水试验：采用木楔把要压水蜂窝管的单根小

15、管道一端塞紧，另外一端采用外径为25mm镀锌小钢管加工一个活接，25mm镀锌小钢管与343的蜂窝管小管道之间采用防水胶布缠紧。压水泵为活塞式压浆泵，注水压力为0.30.5MPa，蜂窝管斜向以38（和锚体中管道方向一致）放置，进水端在下方。安装前对蜂窝管抽样进行预拼，以检验蜂窝管的加工精度；测量组采用三维坐标法对需安装的蜂窝管各定位节点板进行定点放样，注意控制后锚面的倾角以及预应力体系空间坐标放样准确。、蜂窝管的安装工艺蜂窝管预应力管道与索股发散方向一致，每一束预应力管道均与大缆合力线成不同的角度，因蜂窝管为正六边形状，安装时无法象大口径钢管一样可以在定位钢支架上直接定位，需要加工专用的定位节点

16、板，安装时需要测量人员对定位节点板的三维坐标测量出来，利用定位板临时固定蜂窝管，再复测蜂窝管的三维坐标，满足要求后永久固定。测量人员首先把定位钢支架横向型钢上的定位节点板三维坐标放样出来，安装定位节点板，复测定位节点板空间位置，如果误差在1mm以内，就正式固定定位节点板，再把定位节点板内蜂窝管的空间坐标放样出来，安装蜂窝管，临时固定后进行复测，如果误差在1mm以内，就进行正式固定。为了保证两根钢管的接头的顺畅，以免出现弯折，安装前先对端头蜂窝管内壁打磨成倒锥体，安装时两段钢管对中后，再采用3根25钢筋成等边三角形内撑。在蜂窝管安装完毕，经过测量复测符合设计要求后，就着手检查钢管与定位钢支架横向

17、型钢之间的支撑情况，对空隙比较大的加垫板进行加固，保证定位钢支架中横向型钢与蜂窝管的连接的稳定性，同时也将20的钢筋弯成“U”形卡住钢管与横向型钢进行焊接。、管道检查：当蜂窝管安装好后，在浇注混凝土之前，采取单根环氧树脂全喷涂钢绞线对各孔进行试穿钢绞线。钢绞线如果能顺畅穿过，判断孔为合格；钢绞线不是很顺畅通过的话，说明接头存在大于2mm的错台，需要把接头管打开，重新对中。蜂窝管检查合格后，采取塑料薄膜或者土工布把每一束蜂窝管端头缠包起来，以免锚体混凝土浇注过程中水泥浆掉入孔内，造成堵孔。6、锚塞体预应力筋施工、锚下垫板的安装锚下垫板的安装质量主要体现在安装精度上，因为锚下垫板是根据索股发散方向

18、相一致，是一个空间体系，这对测量的要求很高。在锚下垫板安装之前，将螺旋钢筋放入钢管，用麻绳临时固定，然后再安装锚下垫板。锚下垫板采用4根756的等边角钢进行固定，临时固定根据与预应力钢管空间的垂直度及锚下垫板的座标点进行，并用木楔子在锚下垫板四个角处将锚垫板临时固定。临时固定的锚垫板经过用全站仪对里程、高程等复测合格后才能正式固定，用型钢与锚下垫板卡紧固定。 、钢绞线施工 、钢绞线采取单根穿束，由每一孔道最下方往上顺序进行穿束，上夹片，安装防松装置； 锚具上注意设置压油孔道； 单端整体张拉每一钢绞线至设计吨位。7、油脂压注钢束张拉完毕后，严禁撞击锚头，用砂轮切割机切割除锚头外多余的钢束，余下的

19、长度大于3cm小于3.5cm；、安装防护帽与锚垫板之间O型橡胶圈，安装锚头防护帽，后锚头防护帽注油孔位于防护帽最下方，前锚头防护帽的出油孔位于立面的最上方。、对预应力管道进行注油防护，在出油孔有油脂流出后，对出油孔进行密封处理。、油脂注满并检查合格之后，对注油孔进行封闭。8、钢绞线更换施工排出预应力管道和防护帽内的油脂；拆除前后锚面防护帽；在后锚面进行单根钢绞线退锚；新旧钢绞线相连接；从前锚面把旧钢绞线抽出，引出新的钢绞线；上夹片，完成该根钢绞线张拉，该束整体张拉至设计吨位。更换O型橡胶圈，重新安装前后锚头防护帽；注油，直至油脂压注至观测孔刻度线；密封注油孔。六、新材料1、无粘结预应力筋专用防

20、腐润滑油脂产品性能：具有优良的防锈性能、润滑性能、极压抗磨性能和与塑料套管的兼容性能。经过高温挤出机时不乳化、不流淌、无气泡产生；低温使用涂覆性能好，与预应力筋长期配合不产生酸性，可满足无粘结预应力筋长寿命使用要求。主要用途：无粘结预应力筋的润滑、防锈和防蚀无粘结预应力筋专用防腐润滑油脂各主要指标项目质量指标试验方法1号2号工作锥入度，0.1mm310340265295GB/T 269滴点， 不低于160160GB/T 4929水分，% 不大于痕迹痕迹GB/T 512钢网分油量（100，24h），% 不大于8.08.0SH/T 0324腐蚀试验 （45号钢片，100，24h）合格合格SH/T

21、0331蒸发量（99，22h）， % 不大于2.02.0GB/T 7325低温性能（-40，30min）合格合格SH/T 0387湿热试验（45号钢片，30d），级 不大于22GB/T 2361盐雾试验（45号钢片，30d），级 不大于22SH/T 0081氧化安定性（99，100h，0.785MPa）A 氧化后压力降，Pa 不大于B 氧化后酸值，mgKOH/g 不大于0.1471.00.1471.0SH/T 0325GB/T 264对套管的兼容性（65，40d）A 吸油率，% 不大于B拉伸强度变化率，% 不大于10301030HG 2-146GB 10402、环氧树脂全喷涂钢绞线序号环氧涂装

22、层建筑油脂层PE包装层强度级1外观：被膜均匀，无明显下垂、突起、异物附着等。耐冲击性：用杜邦式冲击试验（500g50cm）,冲击点外无破损、开裂等。外观：饱满，不漏涂，厚度均匀。用量：不低于0.050Kg/m外观：光滑壁厚均匀0.81.2mm1860Mpa低松弛七、主要机具设备序号名称型号数量（台）用途1弯管机DWQJ-762蜂窝管初成型2卷板机2接头管加工3仿型切割机CJR-1502接头板加工4钻床25电焊机BX1-40012蜂窝管加工6砂轮切割机2蜂窝管下料7角磨机125型10蜂窝管端头、内壁打磨8气割工具10蜂窝管下料9活塞式压浆机4压水试验10注油机4管道注油11行走小龙门吊3吨2材料

23、、工件转运12塔式吊机蜂窝管安装13油泵8预应力张拉14穿心式千斤顶800吨8预应力张拉八、劳动力组织序 号工 种人 数备 注1土木技术员4人技术交底、现场管理2安全员2人 安全管理3机加工人员20人蜂窝管加工、安装4电焊工12人蜂窝管加工、安装5张拉工10人预应力张拉6电 工2人管线维护7机修工2人设备维护8普工24人九、质量标准及质量控制由于无缝小钢管本身的公差以及塞焊时产生的加工误差，接头处不可避免会产生错台，为了避免蜂窝管安装接头出现过大的错台，对钢绞线产生弯折作用，以下列标准进行施工控制：、蜂窝管接头之间的错台2mm。、蜂窝管端头空隙3mm。、蜂窝管的端头垂直度0.5。、断面平整度1

24、mm。、弯管段加工质量标准：弦长偏差范围-20mm；矢高偏差范围1mm；内外弧长误差范围1mm；、蜂窝管管道中心偏差10mm。、前锚面孔道角度偏差0.2。十、安全措施蜂窝管管道加工及安装应注意以下几点：1、氧气、乙炔的使用严格按照其操作规程办理；2、工件加工成型后进行吊装时必须注意吊点位置；3、蜂窝管吊装时候工件底下严禁站人；4、蜂窝管安装为高空作业，必须搭设工作平台，平台上做好防护，平台上操作人员必须穿上安全带，系好安全绳，穿上防滑鞋。5、预应力张拉时要特别注意断丝或滑丝突发事故的发生，在张拉端正后方严禁站人，以保证其他施工人员的安全。6、压注油脂时，操作工人必须佩戴口罩以及眼罩等防护用品。

25、十一、环保措施悬索桥锚碇预应力锚固系统单根可换索蜂窝管，为做好环境保护从以下几方面控制：1、蜂窝管加工应选择在工厂或者在场地建设加工棚进行加工，统一规划布置，加工棚内应设置油污沉碇池，废料堆放场，边角料进行回收处理。2、加工棚内管线按规定进行布设。3、管道内压注防腐润滑油脂时，注油端地面、结构物表面必须铺设土工布或者塑料薄膜隔离物，出油端采取采用塑料布遮挡。4、油脂压注完成后，遮挡用的塑料布必须收集起来，运送到指定的地点进行处理。5、钢绞线张拉时，张拉设备底下铺设土工布或者塑料薄膜隔离物，防止油渍污染。十二、效益分析单根换索锚固系统整束换索锚固系统不可换索锚固系统质量方面相当相当相当工艺相对较复杂相对较简单相对较简单工 期较长，主要体现在管