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摘要：目前体外预应力体系在桥梁加固、维修等领域得到了广泛的应用，但用于作为临时设施在系杆拱桥建设中很少运用，渠县渠江二桥为飞燕式系杆拱桥，其横跨渠江上空，为保证通航及城市建设节约用地的要求，搭设大型临时支架不现实而且费用极高。通过体外预应力锚索施工系杆拱桥可以有效的保证工期、节约大量资金，施工耗时较少且可靠。渠江二桥通过体外预应力锚索施工取得了良好的社会效益和经济效益，为以后类似桥梁施工积累了经验。
关键词： 体外预应力锚索 系杆拱桥
Abstract: at present external prestressing system in bridge reinforcement, repair and other fields has been widely used, but used as a rarely used in the construction of temporary facilities in arc bridge, qu county river bridge is swallow type arc bridge, two its across over the river, in order to ensure navigation and economical use of land in the urban construction, erection of large temporary stent unrealistic and the cost is too high. Arc bridge by external prestressing anchor cable construction can effectively ensure the construction period, save a lot of money, less time-consuming and reliable construction. River second bridge by external prestressing anchor cable construction has achieved good social benefits and economic benefits, accumulated experience for later similar bridge construction.
Key words: in vitro pre-stressed anchor cable arc bridge
中图分类号：U448.22+5文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
0引言：
体外预应力体系由体外预应力孔道管 (高密度聚乙烯管HDPE或钢管等 )、浆体 (防腐油脂或水泥浆体 )、锚固体系和转向块等部件组成。体外预应力结构具有如下优点 :( 1 )因截面中只有体外力筋 ,很少或没有体内力筋 ,截面尺寸相应减小 ,尤其是腹板 ,故减轻了恒载。( 2 )主要的施工工序较为简单 ,使浇注混凝土较方便 ,质量容易得到保证。( 3)体外预应力筋容易设置 ,使用期内容易检查和更换。( 4 )体外力筋仅在锚固区和转向块与结构相连 ,摩阻损失明显减小。体外预应力有施工方便、节约费用、节省工期等优点，从而在现在桥梁加固、维修领域应用较广。
1工程实例
1.1工程概况：
渠县渠江二桥为四川达州市重点工程，主桥长356m，孔跨组合为（75+206+75）m钢管混凝土复合式拱桥；引桥分东西两侧，东引桥连接城东开发区，采用（31+37+2×30）m连续梁，西引桥连接渠县老城区，采用2×18m连续梁+（60+26）m T形刚构。
渠县渠江二桥主桥边中跨比为0.364.主跨为由主拱和副拱组合构成的弯月形式复合拱桥，预应力钢绞线柔性系杆来平衡拱的不平衡推力。主桥横桥向平行布置两榀拱肋，其横向轴线距为19.1m，中间通过吊杆吊预制横梁和立柱连接横梁，横梁上纵铺桥面板形成行车道系，拱肋外侧设在横梁挑梁上人行道板形成人行道系。
主桥边拱拱肋采用钢筋混凝土结构（梁端直线段采用A类预应力结构），拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.65，拱肋为悬臂半拱。边拱计算跨径L=55.1355m（梁端留13.92m的直线段），计算矢高f=18.4613m，矢跨比f/L=1/5.973。边拱采用钢筋混凝土箱形截面，截面高3.8m，宽2.8m，顶底板厚40cm，腹板厚30cm，混凝土强度等级为C60。
渠县渠江二桥全桥示意图
1.2设计简介
主墩西边拱拱肋采用钢筋混凝土结构（梁端直线段采用A类预应力结构），拱轴线为悬链线，拱肋为悬臂半拱。西边拱与T构采用牛腿连接。2011年7月7日西边拱支架受洪灾损毁，导致西边拱成为裸拱，拱下无任何支撑结构。为了保证西边拱上部结构顺利施工，设计单位初步考虑在西边拱与T构之间设置临时装置给边拱施加水平推力。2011年12月11日召开专家评审会议对顶推方案进行了专项评审，但因监控单位缺少监控过程资料，导致专家组不能正确判断边拱与T构相互间关系以及各自受力状况，方案未能通过。会中，专家组提出用临时系杆代替顶推施工方案，得到参会各方肯定，经各方多番探讨，决定采纳专家意见，以临时系杆代替边拱张拉方案。
临时系杆主要形式为在东西边拱端头设置临时系杆钢锚梁，临时系杆穿过钢锚梁对称布置于东西边拱上。全桥共设置4束临时系杆（每束系杆理论长356m，下料长363m），上下游边拱上各设置2束，对称布置于边拱肋两侧腹板外缘。每束系杆设计采用32根φ15.2mm钢绞线，按标准强度1860MPa的50%的控制张拉力。
2、施工步骤
2.1 施工工艺流程
工艺流程，如图2.1所示：
图2.1体外预应力锚索施工流程
2.2施工准备
1 结构检测
对全桥结构应力及线型进行全方位检测。
2 体外预应力锚索、钢锚箱及张拉设备检测
对体外预应力锚索、钢锚箱及张拉设备进行二次复检。
3 地锚螺栓安装
钻设地锚螺栓孔并安装螺栓。
2.3钢锚箱及锚索设计
1 锚索设计
体外预应力锚索总体布设，见图2.2。
图2.2预应力锚索布置图
2 钢锚箱设计
钢锚箱采用空心箱型结构，其长宽高尺寸为600x80x65cm，钢锚箱设置10道加劲隔板。
2.4钢锚箱制安及锚索下料
1 钢锚箱制作及安装
鋼锚箱采用工厂下料、镗孔，现场焊接制作，其安装顺序为底板-腹板-隔板-顶板。
2 锚索下料
锚索下料按照设计图纸尺寸，采用砂轮机现场切割。
2.5锚索安装及初张拉
1 牵引卷扬机及循环牵引钢丝绳布置
在上、下游每个穿索端钢锚箱前布置牵引卷扬机，并布置贯穿主桥的循环牵引钢丝绳。
牵引系统布置完成后，应开机试车，检查牵引系统能否正常运行，及时解决试车过程中出现的问题。
2 锚索安装
锚索安装前先将所有锚索钢绞线编号，并在其端头做好编号标识。首先，人工将钢绞线穿过锚垫板和锚箱，然后用绳卡将钢绞线牵引端头锁紧。
由牵引钢丝绳带动钢绞线由主桥一端向另一端穿行，当接近另一端锚箱时，解除牵引绳卡，用葫芦配合将钢绞线牵出另一端锚箱和锚垫板。
在锚索牵引过程中，为防止锚索下垂过大，需在主拱范围内设置临时索体支撑架，采用在永久系杆支撑架上焊接直径Φ25mm的钢筋作为临时托索结构。
3 锚索初张拉
用单索张拉千斤顶按单端张拉方式初张拉钢绞线，张力2吨，使钢绞线能保持自身锚固，防止因风震或者其它因素导致工作夹片弹出致使钢绞线滑脱。
2.6锚索整体分级张拉
1 锚索整体张拉前准备
1）、监控单位采用仿真模型复核设计单位提供的张拉后边拱、主拱变形情况，并提出张拉过程中各阶段应力与应变关系理论值，作为后期张拉判断依据。
2）、测量人员按照测量方案，将所有绝对观测点、相对观测点进行复核，如实记录观测前测量数据。
3）、检查钢锚梁、锚索、锚索临时托架、千斤顶、油泵等结构及设备，确保其安全可靠。
4）、监控单位做好监控准备，调试监控设备，对张拉过程中边拱结构，张拉力进行监测前准备。
5）、安装调试千斤顶、悬浮张拉支撑钢构及工具锚板等。
2 总体张拉顺序及分级
采用单端张拉方式，上下游拱肋同时进行，先对所有锚索再次预紧至100吨/束，再分6级张拉，每级每束锚索增加25噸，张拉吨位及分级见表2-1。
表2-1 锚索张拉分级及拉力数据
3 锚索整体张拉
预紧锚索，使每束锚索张拉力达到100吨。
因锚索安装有一定的垂度及锚索张拉端工作长度，所以张拉工况下长度达到363米，钢绞线伸长值较大导致千斤顶行程不够时，需要回油倒顶，多次张拉。在千斤顶回油倒顶过程中，将其工具锚板上夹片连续不断打紧，使工作锚板上夹片始终处于悬浮状态。
2.7监控数据采集与分析
完成钢绞线预紧至100吨后，按照表2-1所示分级程序逐级张拉钢绞线。张拉期间，采集相关结构变形数据并进行分析。如张拉实际值与理论值符合，则继续张拉，如不符合，则集中分析查明原因后补张拉。
2.8锚索锁定
打紧工作夹片完成钢绞线锁定。在有混凝土结构支撑条件的地方设置锚索整合支架，以保持锚索安装布置合理，线型整齐，防止索体相互缠绕。
2.9系杆转向结构施工
完成体外预应力锚索施工后，进行拱上结构施工。
2.10系杆安装
完成拱上结构施工后，安装系杆。
2.11锚索与系杆索力转换
1 系杆张拉与体外预应力锚索施工流程
系杆分4次逐级张拉，张拉示意图如图2-5,2-6所示。
图2.3 系杆张拉顺序图
图2.4退索分级流程图
每束预应力锚索退索分四次进行，第一次退索索体编号32-25，第二次24-17，第三次16-9，第四次8-1，每次退索从大号到小号依次进行。
2 索力转换操作步骤
体外预应力锚索退索与系杆安装是个受力逐级转换的过程，施工按照分级退索多级张拉及平衡对称的原则进行，操作步骤如下表2-2。
表2-2索力转换操作步骤表
3 退索施工
1）、先将支撑架安装到工作锚板上，然后将加工的单孔锚垫板和千斤顶逐一装入钢绞线，并装上相应工具夹片。
2）、启动油泵，缓慢送油，让千斤顶活塞伸出一段长度，打紧千斤顶活塞端工具锚板上夹片；
再次缓慢启动油泵，使钢绞线有轻微伸长，直至钢绞线工作锚板上工作夹片松动后，停止送油，人工配合掏出工作锚板上夹片，并确保退索过程中夹片始终不与工作锚板接触；
缓慢回油，开始退索，期间人工配合确保千斤顶非活塞端工具夹片始终处于非受力的松弛状态。当千斤顶活塞快退到行程时，打紧千斤顶非活塞端工具夹片，锁紧钢绞线后再缓慢回油，使活塞端工具夹片松弛并由人工将锚板及夹片向活塞伸长方向移动；
再次送油，让活塞伸长接近最大行程并顶紧活塞端工具锚板及夹片，使钢绞线有轻微伸长，直至非活塞端工具夹片松弛。缓慢回油,继续退索，期间保持非活塞端夹片松弛；
如此循环，直至锚索钢绞线完全卸载。
2.12锚索拆除
完成索力转换后，分批拆除已经卸载的锚索，同时根据实际退索情况东西岸上下游双端对称补张拉内侧永久XG2（例如拆除的索损失50T，就补拉50T），直至拆除所有锚索，并将内侧系杆XG2补拉至200T。
锚索拆除与锚索安装为互逆过程。
3结语：
体外预应力锚索在渠江二桥忠得以成功应用，为中承式系杆拱桥施工及梁式桥梁的加固、维修或类似结构施工提供了实践依据。其特点：
1 体外预应力锚索索力可据实调整且调节范围大，安全储备高；
2不需搭设边拱临时支架或对已有临时支架进行加固,且体外预应力锚索可回收使用，工效高；
3体外预应力锚索张拉期间设置两道防滑装置，张拉完成设置防震压板，从而减小风震等对夹片的不利影响，保证锚索有效拉力；
4采用悬浮张拉和逐根连续退索工艺，保证工作夹片的完整性和锚固力，降低了退索安全风险。
关键词： 体外预应力锚索 系杆拱桥
Abstract: at present external prestressing system in bridge reinforcement, repair and other fields has been widely used, but used as a rarely used in the construction of temporary facilities in arc bridge, qu county river bridge is swallow type arc bridge, two its across over the river, in order to ensure navigation and economical use of land in the urban construction, erection of large temporary stent unrealistic and the cost is too high. Arc bridge by external prestressing anchor cable construction can effectively ensure the construction period, save a lot of money, less time-consuming and reliable construction. River second bridge by external prestressing anchor cable construction has achieved good social benefits and economic benefits, accumulated experience for later similar bridge construction.
Key words: in vitro pre-stressed anchor cable arc bridge
中图分类号：U448.22+5文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
0引言：
体外预应力体系由体外预应力孔道管 (高密度聚乙烯管HDPE或钢管等 )、浆体 (防腐油脂或水泥浆体 )、锚固体系和转向块等部件组成。体外预应力结构具有如下优点 :( 1 )因截面中只有体外力筋 ,很少或没有体内力筋 ,截面尺寸相应减小 ,尤其是腹板 ,故减轻了恒载。( 2 )主要的施工工序较为简单 ,使浇注混凝土较方便 ,质量容易得到保证。( 3)体外预应力筋容易设置 ,使用期内容易检查和更换。( 4 )体外力筋仅在锚固区和转向块与结构相连 ,摩阻损失明显减小。体外预应力有施工方便、节约费用、节省工期等优点，从而在现在桥梁加固、维修领域应用较广。
1工程实例
1.1工程概况：
渠县渠江二桥为四川达州市重点工程，主桥长356m，孔跨组合为（75+206+75）m钢管混凝土复合式拱桥；引桥分东西两侧，东引桥连接城东开发区，采用（31+37+2×30）m连续梁，西引桥连接渠县老城区，采用2×18m连续梁+（60+26）m T形刚构。
渠县渠江二桥主桥边中跨比为0.364.主跨为由主拱和副拱组合构成的弯月形式复合拱桥，预应力钢绞线柔性系杆来平衡拱的不平衡推力。主桥横桥向平行布置两榀拱肋，其横向轴线距为19.1m，中间通过吊杆吊预制横梁和立柱连接横梁，横梁上纵铺桥面板形成行车道系，拱肋外侧设在横梁挑梁上人行道板形成人行道系。
主桥边拱拱肋采用钢筋混凝土结构（梁端直线段采用A类预应力结构），拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.65，拱肋为悬臂半拱。边拱计算跨径L=55.1355m（梁端留13.92m的直线段），计算矢高f=18.4613m，矢跨比f/L=1/5.973。边拱采用钢筋混凝土箱形截面，截面高3.8m，宽2.8m，顶底板厚40cm，腹板厚30cm，混凝土强度等级为C60。
渠县渠江二桥全桥示意图
1.2设计简介
主墩西边拱拱肋采用钢筋混凝土结构（梁端直线段采用A类预应力结构），拱轴线为悬链线，拱肋为悬臂半拱。西边拱与T构采用牛腿连接。2011年7月7日西边拱支架受洪灾损毁，导致西边拱成为裸拱，拱下无任何支撑结构。为了保证西边拱上部结构顺利施工，设计单位初步考虑在西边拱与T构之间设置临时装置给边拱施加水平推力。2011年12月11日召开专家评审会议对顶推方案进行了专项评审，但因监控单位缺少监控过程资料，导致专家组不能正确判断边拱与T构相互间关系以及各自受力状况，方案未能通过。会中，专家组提出用临时系杆代替顶推施工方案，得到参会各方肯定，经各方多番探讨，决定采纳专家意见，以临时系杆代替边拱张拉方案。
临时系杆主要形式为在东西边拱端头设置临时系杆钢锚梁，临时系杆穿过钢锚梁对称布置于东西边拱上。全桥共设置4束临时系杆（每束系杆理论长356m，下料长363m），上下游边拱上各设置2束，对称布置于边拱肋两侧腹板外缘。每束系杆设计采用32根φ15.2mm钢绞线，按标准强度1860MPa的50%的控制张拉力。
2、施工步骤
2.1 施工工艺流程
工艺流程，如图2.1所示：
图2.1体外预应力锚索施工流程
2.2施工准备
1 结构检测
对全桥结构应力及线型进行全方位检测。
2 体外预应力锚索、钢锚箱及张拉设备检测
对体外预应力锚索、钢锚箱及张拉设备进行二次复检。
3 地锚螺栓安装
钻设地锚螺栓孔并安装螺栓。
2.3钢锚箱及锚索设计
1 锚索设计
体外预应力锚索总体布设，见图2.2。
图2.2预应力锚索布置图
2 钢锚箱设计
钢锚箱采用空心箱型结构，其长宽高尺寸为600x80x65cm，钢锚箱设置10道加劲隔板。
2.4钢锚箱制安及锚索下料
1 钢锚箱制作及安装
鋼锚箱采用工厂下料、镗孔，现场焊接制作，其安装顺序为底板-腹板-隔板-顶板。
2 锚索下料
锚索下料按照设计图纸尺寸，采用砂轮机现场切割。
2.5锚索安装及初张拉
1 牵引卷扬机及循环牵引钢丝绳布置
在上、下游每个穿索端钢锚箱前布置牵引卷扬机，并布置贯穿主桥的循环牵引钢丝绳。
牵引系统布置完成后，应开机试车，检查牵引系统能否正常运行，及时解决试车过程中出现的问题。
2 锚索安装
锚索安装前先将所有锚索钢绞线编号，并在其端头做好编号标识。首先，人工将钢绞线穿过锚垫板和锚箱，然后用绳卡将钢绞线牵引端头锁紧。
由牵引钢丝绳带动钢绞线由主桥一端向另一端穿行，当接近另一端锚箱时，解除牵引绳卡，用葫芦配合将钢绞线牵出另一端锚箱和锚垫板。
在锚索牵引过程中，为防止锚索下垂过大，需在主拱范围内设置临时索体支撑架，采用在永久系杆支撑架上焊接直径Φ25mm的钢筋作为临时托索结构。
3 锚索初张拉
用单索张拉千斤顶按单端张拉方式初张拉钢绞线，张力2吨，使钢绞线能保持自身锚固，防止因风震或者其它因素导致工作夹片弹出致使钢绞线滑脱。
2.6锚索整体分级张拉
1 锚索整体张拉前准备
1）、监控单位采用仿真模型复核设计单位提供的张拉后边拱、主拱变形情况，并提出张拉过程中各阶段应力与应变关系理论值，作为后期张拉判断依据。
2）、测量人员按照测量方案，将所有绝对观测点、相对观测点进行复核，如实记录观测前测量数据。
3）、检查钢锚梁、锚索、锚索临时托架、千斤顶、油泵等结构及设备，确保其安全可靠。
4）、监控单位做好监控准备，调试监控设备，对张拉过程中边拱结构，张拉力进行监测前准备。
5）、安装调试千斤顶、悬浮张拉支撑钢构及工具锚板等。
2 总体张拉顺序及分级
采用单端张拉方式，上下游拱肋同时进行，先对所有锚索再次预紧至100吨/束，再分6级张拉，每级每束锚索增加25噸，张拉吨位及分级见表2-1。
表2-1 锚索张拉分级及拉力数据
3 锚索整体张拉
预紧锚索，使每束锚索张拉力达到100吨。
因锚索安装有一定的垂度及锚索张拉端工作长度，所以张拉工况下长度达到363米，钢绞线伸长值较大导致千斤顶行程不够时，需要回油倒顶，多次张拉。在千斤顶回油倒顶过程中，将其工具锚板上夹片连续不断打紧，使工作锚板上夹片始终处于悬浮状态。
2.7监控数据采集与分析
完成钢绞线预紧至100吨后，按照表2-1所示分级程序逐级张拉钢绞线。张拉期间，采集相关结构变形数据并进行分析。如张拉实际值与理论值符合，则继续张拉，如不符合，则集中分析查明原因后补张拉。
2.8锚索锁定
打紧工作夹片完成钢绞线锁定。在有混凝土结构支撑条件的地方设置锚索整合支架，以保持锚索安装布置合理，线型整齐，防止索体相互缠绕。
2.9系杆转向结构施工
完成体外预应力锚索施工后，进行拱上结构施工。
2.10系杆安装
完成拱上结构施工后，安装系杆。
2.11锚索与系杆索力转换
1 系杆张拉与体外预应力锚索施工流程
系杆分4次逐级张拉，张拉示意图如图2-5,2-6所示。
图2.3 系杆张拉顺序图
图2.4退索分级流程图
每束预应力锚索退索分四次进行，第一次退索索体编号32-25，第二次24-17，第三次16-9，第四次8-1，每次退索从大号到小号依次进行。
2 索力转换操作步骤
体外预应力锚索退索与系杆安装是个受力逐级转换的过程，施工按照分级退索多级张拉及平衡对称的原则进行，操作步骤如下表2-2。
表2-2索力转换操作步骤表
3 退索施工
1）、先将支撑架安装到工作锚板上，然后将加工的单孔锚垫板和千斤顶逐一装入钢绞线，并装上相应工具夹片。
2）、启动油泵，缓慢送油，让千斤顶活塞伸出一段长度，打紧千斤顶活塞端工具锚板上夹片；
再次缓慢启动油泵，使钢绞线有轻微伸长，直至钢绞线工作锚板上工作夹片松动后，停止送油，人工配合掏出工作锚板上夹片，并确保退索过程中夹片始终不与工作锚板接触；
缓慢回油，开始退索，期间人工配合确保千斤顶非活塞端工具夹片始终处于非受力的松弛状态。当千斤顶活塞快退到行程时，打紧千斤顶非活塞端工具夹片，锁紧钢绞线后再缓慢回油，使活塞端工具夹片松弛并由人工将锚板及夹片向活塞伸长方向移动；
再次送油，让活塞伸长接近最大行程并顶紧活塞端工具锚板及夹片，使钢绞线有轻微伸长，直至非活塞端工具夹片松弛。缓慢回油,继续退索，期间保持非活塞端夹片松弛；
如此循环，直至锚索钢绞线完全卸载。
2.12锚索拆除
完成索力转换后，分批拆除已经卸载的锚索，同时根据实际退索情况东西岸上下游双端对称补张拉内侧永久XG2（例如拆除的索损失50T，就补拉50T），直至拆除所有锚索，并将内侧系杆XG2补拉至200T。
锚索拆除与锚索安装为互逆过程。
3结语：
体外预应力锚索在渠江二桥忠得以成功应用，为中承式系杆拱桥施工及梁式桥梁的加固、维修或类似结构施工提供了实践依据。其特点：
1 体外预应力锚索索力可据实调整且调节范围大，安全储备高；
2不需搭设边拱临时支架或对已有临时支架进行加固,且体外预应力锚索可回收使用，工效高；
3体外预应力锚索张拉期间设置两道防滑装置，张拉完成设置防震压板，从而减小风震等对夹片的不利影响，保证锚索有效拉力；
4采用悬浮张拉和逐根连续退索工艺，保证工作夹片的完整性和锚固力，降低了退索安全风险。