预应力体外索技术在公路桥梁工程建设中应用

摘要：体外预应力技术已经在国内外桥梁工程建设中得到广泛运用。为了保证预应力体外索的施工质量，国内外学者通过不断实践研究，总结出一套较为实用的体外预应力施工技术。本文笔者主要介绍了国内外桥梁工程中预应力体外索的施工关键技术，主要包括预应力体外索的施工技术，预应力体外索的二次更换技术以及国内外常用的预应力体外索的防护技术。
　　关键词：公路桥梁工程建设；预应力体外索；施工技术；换索技术；防护技术
　　一、预应力体外索施工技术
　　1．施工工艺流程
　　预应力体外索采用的防护系统不同，其具体施工流程略有差异，下面以最常见的采用套管注环氧树脂浆防护法的预应力体外索施工为例，其具体工艺流程如下：
　　施工机具准备---转向器安装---橡胶封堵固定转向器---转向其余外套管间灌浆---预应力体外索穿索---张拉预应力体外索---索体与转向器问填充橡胶---锚头区预埋管内注环氧树脂浆---防松装置安装---防腐装置安装。
　　2．转向装置施工
　　体外预应力索的转向装置是一种特殊构造，除锚固构造外，转向块是体外预应力索在跨内唯一与梁体有联系的构件，承担着体外索的转向任务，是体外预应力混凝土结构中最重要、最关键的结构构造之一。转向装置设在箱梁里面，有横隔板式、肋板式、转向块式3种形式，以最常采用的转向块式转向装置为例，转向块布置在箱梁腹板和底板相交的位置，通过特别设计的钢筋与箱梁顶板、底板连成整体。张拉体外索时，转向块与腹板和底板相连的部分会产生较大的剪力和应力集中，局部应力比较大，因此转向块的施工质量须引起高度重视。
　　3．预应力体外索穿束
　　将在工厂内制作完成的成品索卷运抵工地指定位置就位，将成品索束盘吊至桥下施工孔附近的简易放束支架上，成品索的端头均设有便于与钢丝绳连接的连接装置——牵引头，再将成品索束的牵引头和卷扬机通过穿束器相连，用慢速卷扬机进行机械穿束。为了防止成品索束扭转、缠绞，穿束器和卷扬机相接处应能自由转动。对于箱型梁布置预应力体外索是，可以利用箱内安放的慢速卷扬机进行拽拉就位。为防止成品索束外包装纤维带磨损，刮伤钢绞线环氧涂层，同时减少摩擦力，在成品索束转弯、通过转向器和横隔板等处加设尼纶轮进行导向。要求导向尼纶轮的间距不大于20m，同时在地面铺垫一定厚度的软垫层，上面铺彩条布，每个一定距离设置支撑架，打磨转向关口以防体外索的PE层被刮伤。穿越支架、转向器和钢管等铁件时，应在铁件处垫设橡胶板防护。
　　4．预应力体外索张拉及锚固
　　预应力体外索张拉之前应做好准备工作，主要包括：千斤顶校验和确定油表读数、测定体外索与转向装置以及锚固段的摩阻力系数、计算体外索理论伸长值。千斤顶校验和确定油表读数时可采用内差法计算出对应施工图纸所给张拉总吨数的相应油表读数。内差法是在检测试验表曲线上取得相应张拉吨位相邻两点作为依据，也可以用比例法，即选择张拉吨位最近的一点用比例关系直接计算得出。若预应力转向装置和锚固器均采用的是预制构件，则体外索与之的摩阻力系数可以直接利用预制厂家提供的摩阻力系数；对于现场浇注的预应力转向装置，由于摩阻力测定的代表性不强，因此，应进行现场测定试验来准确确定摩阻力系数。
　　二、预应力体外索的更换技术
　　预应力体外索的更换可通过以下步骤完成：
　　(1)为了保证结构在更换索时的安全，通常在进行修复操作以前，在梁或板处设置支撑柱或者采取其他可靠的临时转换措施卸除结构承受的部分荷载。
　　(2)去除体外预应力筋的保护层。如果体外预应力筋有混凝土保护层覆盖，则先用射水将体外预应力筋的混凝土保护层除去。
　　(3)放松预应力筋。如果锚具为可放松锚具，则可以通过调整锚具来放松预应力筋；如果锚具是不可放松类型，可以通过对钢绞线进行加热使其延伸从而释放出存储能量；单根钢丝可用钢丝切割机每次一根逐次截断；通过缩短两端锚具问的距离来放松预应力筋，如凿除梁端一小段混凝土，使两锚具间距离缩短，从而使预应力筋应力得以释放。
　　(4)安装新的预应力体外索并张拉。对于体外无粘结预应力结构，可进行单索或整索更换。体外预应力筋的更换应每次一根逐一进行，即撤走一根力筋，而在移走第二根之前就安装并张拉新的一根。如果预应力体外索在套管里且套管无需更换，则放松一根既有的预应力筋，并接上一根新的预应力筋，随着旧的一根抽出，新的一根预应力筋就被全部拉入就位，然后张拉预应力筋至设计预应力值。如果外套管需更换，则拆除外套管及旧体外预应筋，然后安装新的预应力体外索并张拉。对于无套管体外预应力筋，其更换即是拆除旧预应力体外索、安装新的预应力体外索并张拉。
　　三、预应力体外索的防护技术
　　预应力系统是体外预应力结构的主要受力构件，需要对其预应力体外索、锚具和转向装置进行防护。这里主要介绍国外对于预应力体外索通常采用的下面几种防护措施：
　　(1)无套管成品索束表面防护法，即在裸露的预应力体外索上镀锌和涂环氧树脂。镀锌技术实际上是一种牺牲阳极的阴极保护法，在腐蚀介质中，锌原子失去电子变为阳离子而发生腐蚀，从而使作为阴极的钢索受到保护。这种方法造价较低，结构简单，运营时索的更换及内力调整都比较简便。但是这种方法会降低预应力体外索的材料强度，产生的氢气会引起氢脆现象，镀锌本身没有防护容易被刮落，同时对环境也造成一定的污染，因此该技术运用受到了很大的限制。涂环氧树脂技术实际上是在预应力钢绞线或钢丝表层或里层喷涂环氧层，这种方法对预应力钢绞线或钢丝的本身强度没有影响，环氧树脂层可以防止阳极和阴极反应，比镀锌技术防护能量更强，同时使用期间的索力调整或更换索都比较方便，因此该技术在干燥、周围无腐蚀气体地区应用广泛。
　　(2)套管加填充材料防护法，此法是在索的外面加套管，待张拉完预应力筋后，在套管内压注灌浆材料。套管常用钢管和高密度聚乙烯管，灌浆材料常用水泥浆或黄油、石蜡等软材料。但该方法在确认灌浆是否密实，检查预应力筋是否受损方面相当困难。近几年，日本研发了一种由乙烯类共聚物材料制成的透明套管代替钢管或聚乙烯管，方便了填充材料是否密实的检查，当发现灌浆不密实时可在空洞附近打孔补充灌浆。
　　(3)后粘结技术防护法，涂环氧树脂技术具有很好的防腐能力，但是环氧树脂本身保护不够使其无法在恶劣环境使用。上世界90年代初期，日本采用的为后粘结技术的防护方法，该方法采用聚乙烯护管，内注环氧树脂，具有更好的防护能力。预先设定环氧树脂的硬化时间，使预应力张拉能在环氧树脂硬化之前完成，环氧树脂在硬化前具有很好的粘性，得到预应力张拉后能很好的跟预应力筋结为整体。
　　(4)采用单股无粘结钢绞线或钢丝束防护法，这种方法是直接用工厂生产的单股无粘结预应力筋作预应力体外索，将钢绞线挤入PE套管内并充入油脂从而形成整体。它自身具有防护系统，可以不用管道而单独使用，也可以外面加套管，并充人灌浆材料构成具有多重防护功能的防护系统。无粘结钢绞线直接在工厂生产，不仅提高质量，而且提高钢绞线在运输、存储、安装过程的耐腐蚀性。
　　四、结束语
　　总之，体外预应力技术作为预应力混凝土结构和预应力新型组合结构的重要技术之一，已经在国内外桥梁工程建设中得到广泛的运用。但是现有的施工技术以及体外索的防护技术仍然有待完善，建议国内学者应不仅仅对体外预应力结构的受力特性、新型结构等方面进行研究，同时，对预应力体外索的施工技术进行更为详细的研究，为推广体外预应力结构打下坚实的基础。
　　参考文献：
　　[1]杜傅宗黎维升彭爱红，后张预应力梁锚垫板处砼裂缝成因分析及防治措施[J]预应力技术，2008，06
　　[2]曾军，浅论公路桥梁施工中预应力技术施工质量控制[J]广西质量监督导报，2008，07