后張預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁整體一次澆筑施工工藝

王紅彥

（河北省邢臺市水務(wù)局，河北 邢臺 054000）

1 工程概況

南水北調(diào)中線干線一期工程總干渠邢臺段邢臺市區(qū)外跨渠橋梁工程中宅陽北橋，總干渠樁號K134+733.643，與總干渠水流方向夾角103.66°，跨徑為16m+26m+16m，橋梁為全長64m的雙幅雙柱式現(xiàn)澆箱梁橋。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；上部結(jié)構(gòu)為后張預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，三孔一聯(lián)，單箱三室結(jié)構(gòu)形式，頂面寬13m，底寬9.5m，高1.4m，單幅橋面凈寬12m，防撞護(hù)欄寬0.5m，中央分隔帶寬2m?，F(xiàn)澆箱梁是該工程的特殊工序，是施工網(wǎng)絡(luò)圖的關(guān)鍵線路，采用快捷的施工方法是保證工期的重要措施。

2 方案確定

2.1 連續(xù)箱梁施工方案

箱梁澆筑有兩種方案：①傳統(tǒng)的分次澆筑，即在頂板與腹板頂部設(shè)施工縫，分二次澆筑，先澆筑底板、腹板，后澆筑頂板；②精加工內(nèi)模，一次性澆筑完畢。方案比較如表1。

表1 方案比較

2.2 支架方案

該橋?yàn)槿缫宦?lián)連續(xù)箱梁，橫跨南水北調(diào)總干渠，為328省道原址上跨橋，橋址地勢平坦，梁底距地面2.85m，地基承載力良好穩(wěn)定，無通車要求，箱梁施工時(shí)，渠道渠堤已施工完成，支架方案設(shè)計(jì)不得破壞渠堤。

方案1：滿堂碗扣式支架。優(yōu)點(diǎn)：功能多、通用性強(qiáng)，安裝、拆卸方便；缺點(diǎn)：需進(jìn)行專門的支架設(shè)計(jì)，材料用量大，占用時(shí)間長，施工成本高，需破壞一定范圍的渠坡。

方案2：土牛胎模。優(yōu)點(diǎn)：材料就地取材，施工方便，工期短，穩(wěn)定性高，成本低，能有效地保護(hù)干渠渠堤；缺點(diǎn)：材料不能周轉(zhuǎn)，橋長及橋下凈空均有限制，否則涉及土方量過大，造成施工成本的增加，土牛挖除困難。

通過比較，為保證連續(xù)箱梁施工質(zhì)量達(dá)到內(nèi)實(shí)外美，縮短施工工期，連續(xù)箱梁確定采用第2種施工方案。該橋總長64m，橋下凈空2.85m，兩橋頭為干渠渠堤，經(jīng)計(jì)算土牛填筑方量為4590m3，方量不大，故支架采用土牛胎模。

3 預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁施工

3.1 土牛胎模填筑

橋下為原328省道路面，基礎(chǔ)良好，橋墩處系梁坑人工分層夯實(shí)，每層厚度不大于20cm，夯實(shí)度大于90%，與原路面填平；路面上填筑土牛，土牛填筑采用18t振動壓路機(jī)分層壓實(shí)，分層厚度30cm，壓實(shí)度達(dá)到95%，邊坡為1∶1.5，土牛頂寬超過箱梁翼板5m，高程低于箱梁底20cm，以備箱梁底?；炷翝仓?。

3.2 承載力檢測土牛預(yù)壓

3.2.1 承載力檢測

檢測方法采用在現(xiàn)場設(shè)置承壓板，按設(shè)計(jì)分級施加豎直荷載，測定承壓板壓力與地基變形，將成果繪成壓力-沉降關(guān)系曲線（P-S關(guān)系線）。P-S關(guān)系線如果接近于直線，則此階段地基中各點(diǎn)的剪應(yīng)力，小于地基土的抗剪強(qiáng)度，地基處于穩(wěn)定狀態(tài)；P-S關(guān)系線如果是下彎的曲線，說明在地基的局部區(qū)域內(nèi)，發(fā)生了剪切破壞，隨著荷載的增加，地基中塑性變形區(qū)的范圍逐漸向整體剪切破壞擴(kuò)展；當(dāng)荷載增加到某一極限值時(shí)，地基變形突然增大，說明進(jìn)入塑性變形區(qū)，發(fā)展、形成與地面貫通的連續(xù)滑動面。地基土向承壓板的一側(cè)或兩側(cè)擠出，地面隆起，地基整體失穩(wěn)，承壓板也隨之突然下陷。因此必須按計(jì)算所需承載力進(jìn)行加載，各測點(diǎn)必需在P-S關(guān)系線的直線段方能滿足施工要求，否則需另行處理。

單位面積所需承載力為：

模板荷載P1=0.5kN/m2，混凝土鋼筋荷載（荷載最大的腹板處）P2=36.4kN/m2，施工荷載 P3=3.0kN/m2，混凝土沖擊荷載P4=2.0kN/m2，振搗荷載P5=2.0kN/m2，冬季施工保暖荷載P6=1.0kN/m2（以上荷載及組合依據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》取值）。

3.2.2 土牛預(yù)壓

3.2.2.1 預(yù)壓目的

確保施工安全，消除地基非彈性變形，有利于橋面線形控制。計(jì)算出預(yù)拱度設(shè)置值，箱梁底?；炷潦┕r(shí)調(diào)整。

3.2.2.2 沉降觀測

預(yù)壓重量為箱梁自重加模板重及施工荷載。為了解沉降情況，預(yù)先布設(shè)測量控制點(diǎn)，位置設(shè)在2個支點(diǎn)、2個1/4跨、跨中，每個斷面3個點(diǎn)。在預(yù)壓之前測出各測量控制點(diǎn)標(biāo)高。在加載50%和100%后均要復(fù)測各控制點(diǎn)標(biāo)高，加載100%預(yù)壓荷載后每24h復(fù)測1次各控制點(diǎn)標(biāo)高，如果所測數(shù)據(jù)不再變化時(shí)，表明地基及支架已基本沉降到位，否則還須持荷進(jìn)行預(yù)壓，直到地基及支架沉降到位方可卸壓（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般要 3～5d）。

3.2.3 鋼筋加工安裝

鋼筋的加工與安裝按照有關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)進(jìn)行操作，腹板內(nèi)有大量的預(yù)埋波紋管，為了不使波紋管損壞，一切焊接在波紋管埋置前進(jìn)行，管道安裝后盡量不焊接，當(dāng)普通鋼筋與波紋管位置發(fā)生矛盾時(shí)，適當(dāng)移動鋼筋位置，準(zhǔn)確安裝定位鋼筋網(wǎng)，確保管道位置準(zhǔn)確。

3.2.4 模板工程

3.2.4.1 箱梁底模

箱梁底模采用混凝土胎模，胎模厚20cm，施工前對箱梁位置、尺寸精確放樣，按照設(shè)計(jì)預(yù)拱度加預(yù)壓時(shí)測定的土牛的彈性變量支模板澆筑混凝土，胎模表面要精施工，保證其平整度；為保證箱梁底面光潔漂亮，便于脫模，胎模上鋪設(shè)高分子聚酯寶麗板；胎模內(nèi)每隔70cm橫橋向通長埋設(shè)準(zhǔn)20PVC管，以備側(cè)模板支護(hù)時(shí)穿對拉螺栓。

3.2.4.2 側(cè)模板和翼緣模板

側(cè)模及翼板采用廠制定型鋼模板一次支立成型，側(cè)模底緣用梁底模內(nèi)預(yù)埋的PVC管穿準(zhǔn)16對拉螺栓加固，翼板用鋼管腳手架加固，刷模板漆以保證混凝土表面光潔、便于脫模。

3.2.4.3 內(nèi)模設(shè)計(jì)安裝

箱梁設(shè)計(jì)單箱三室，三孔一聯(lián)，每孔橫向3個箱室，在每孔的橋墩處設(shè)隱形橫梁將梁身縱向又分為3個獨(dú)立箱室，兩邊孔箱身長13.44m，中孔箱身長24m，箱室標(biāo)準(zhǔn)斷面為2.7m×1.0m，整個橋梁單幅共9個箱室。

箱梁整體一次澆筑成型，因此箱體采用開放式內(nèi)模，即底板不設(shè)內(nèi)模，便于底板混凝土澆筑，箱梁內(nèi)模采用δ=15mm的多層板，橫向骨架采用80mm×50mm及100mm×80mm的方木制作（如圖1），骨架縱距40cm，內(nèi)模在專用場地內(nèi)分節(jié)加工成型，運(yùn)到施工現(xiàn)場，用吊車吊裝就位，單箱三室內(nèi)模之間采用準(zhǔn)12mm拉桿及混凝土預(yù)制塊進(jìn)行支撐，混凝土預(yù)制塊強(qiáng)度要與箱梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度相同。內(nèi)模與底模之間設(shè)置板凳鋼筋并與底板鋼筋焊接牢固，板凳鋼筋高度為鋼筋保護(hù)層厚度，呈梅花型布置，間距為1.0m，為防止內(nèi)模上浮，將底板鋼筋與內(nèi)模連接。內(nèi)模底板留設(shè)寬60cm通長槽口，以方便施工底板混凝土不足進(jìn)行添補(bǔ)和人工進(jìn)行底板混凝土振搗，施工完成的底板部位，采用寬60cm的建筑鋼模將槽口進(jìn)行封堵，防止施工腹板、頂板時(shí)混凝土上翻。內(nèi)模頂板每孔預(yù)留2個50cm×80cm的天窗洞口，以方便操作人員進(jìn)入箱內(nèi)振搗混凝土和拆除內(nèi)模。留設(shè)位置一般在每單元箱室靠近端頭1/3處，同時(shí)要通過設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理工程師認(rèn)可。

箱梁內(nèi)模安裝過程中確保骨架牢固，各節(jié)點(diǎn)用木螺釘連接，嚴(yán)格控制箱梁內(nèi)模位置及上下口標(biāo)高，軸線偏位≤10mm，標(biāo)高誤差≤±10mm。

圖1 內(nèi)模模板及支撐

3.2.5 箱梁混凝土澆筑

箱梁混凝土整體一次性澆筑完成，總體控制原則為水平分層、斜向推進(jìn)、連續(xù)澆筑，一次成型，

底板及腹板混凝土澆筑時(shí)由低處向較高處分層、分段澆筑，考慮到混凝土用量很大，為避免混凝土澆筑時(shí)間過長形成分層，澆筑過程中先澆筑箱梁底板混凝土10m，再返回澆筑腹板和橫隔梁，長度為10m，頂板澆筑同步進(jìn)行。如此循環(huán)，混凝土澆筑過程中確保新舊混凝土間隔時(shí)間不得超過2h，混凝土澆筑能力不得低于50m3/h。

由于腹板預(yù)應(yīng)力管道很多，混凝土在此處不易密實(shí)，該處混凝土澆筑備加小心，加強(qiáng)觀察，可用小錘輕敲腹板倒角模板，通過聲音判斷混凝土是否密實(shí)。箱梁波紋管容易被搗破，因此在波紋管附近搗固時(shí)要求搗固棒與波紋管之間保持10cm的安全距離。箱梁鋼筋不密集的部位采用準(zhǔn)50插入式搗固棒，鋼筋密集的部位采2臺準(zhǔn)30搗固棒同時(shí)搗固。振搗操作人員要選用有施工經(jīng)驗(yàn)的人員，振搗過程中要思想集中，認(rèn)真仔細(xì)，遵循“快插慢抽”的原則，隨時(shí)注意觀察，當(dāng)混凝土表面停止下沉，表面泛漿均勻，不再冒氣泡時(shí)即可停止振搗，避免有過振、漏振的現(xiàn)象發(fā)生，保證混凝土的外觀質(zhì)量能達(dá)到優(yōu)良等級。

箱梁混凝土施工時(shí)，要派有施工經(jīng)驗(yàn)的人員對模板進(jìn)行觀察值班，發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象，要立即停止箱梁的施工，施工現(xiàn)場負(fù)責(zé)人要立即組織施工人員，排除異常現(xiàn)象，確保施工安全和工程質(zhì)量。

混凝土試件應(yīng)做5組，其中兩組留在箱梁上，同等條件下養(yǎng)護(hù)，為預(yù)應(yīng)力筋張拉前確定混凝土強(qiáng)度提供依據(jù)。

3.2.6 預(yù)應(yīng)力筋張拉

箱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)張拉要求時(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉，張拉采用YCW-500型千斤頂，使用前到有資質(zhì)的單位進(jìn)行配套標(biāo)定，計(jì)算其線形回歸方程確定油表的讀數(shù)，錨具、夾片進(jìn)場后按照規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn)，合格后方可使用。

連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力彎起較多，張拉前進(jìn)行摩阻力測試，其步驟為：兩端同時(shí)張拉到預(yù)應(yīng)力，測量千斤頂伸長值；一端張拉到1.03σk并持載2min，測量千斤頂伸長值，同時(shí)觀測另一端油表值，求出拉力值，兩端同時(shí)回放油表放松張拉力，計(jì)算兩端拉力值。重復(fù)以上步驟，求出拉力值的平均值，再用被動端作為張拉端，重復(fù)試驗(yàn)，得出張拉端及被動端的平均值，可計(jì)算出孔道平均摩阻力的損失P。利用式（2）、式（3）確定 K、μ 參數(shù)

式中 μ為摩阻系數(shù)，即預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)；K為摩阻因數(shù)，即孔道每米局部偏差對摩擦的影響因素；P主為張拉端的控制力（kN）；P被為被動端的側(cè)力（kN）；θ為累計(jì)轉(zhuǎn)角（rad）；L 為束長（m）。

測試完畢后確定K、μ參數(shù)，然后進(jìn)入正常張拉。張拉程序如下：

0→初應(yīng)力 0.1σk→1.03σk（持荷 2min 后錨固）

為確保張拉按設(shè)計(jì)要求施工，張拉控制采取雙控，一方面對張拉力控制，另一方面對伸長值進(jìn)行控制，在張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，伸長值與理論伸長值對比，當(dāng)超出規(guī)范要求時(shí)（規(guī)范要求為±6%），報(bào)設(shè)計(jì)、監(jiān)理查明原因。

兩端張拉的曲線預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力計(jì)算公式：

預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值：

式中 PP為預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力（N），當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋為直線時(shí)PP=P；P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力（N）；x為從張拉端至計(jì)算截面的孔道長度（m）；θ為從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）；AP為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）；EP為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量（N/mm2）。

預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，應(yīng)先調(diào)整到初應(yīng)力σ0，該初應(yīng)力為張拉控制應(yīng)力σcom的10%～15%，伸長值應(yīng)從初應(yīng)力時(shí)開始量測。預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長值除量測的伸長值外，必須加上初應(yīng)力以下的推算伸長值。對后張法構(gòu)件，在張拉過程中產(chǎn)生的彈性壓縮值一般可忽略。

鋼絞線張拉時(shí)千斤頂端頭嚴(yán)禁人員來往，油泵加、回油應(yīng)平穩(wěn)均勻，注意壓力表讀數(shù)變化。每次使用工具夾片時(shí)，都要認(rèn)真檢查夾片的齒牙是否完好，齒牙內(nèi)應(yīng)清潔無雜物。

施加預(yù)應(yīng)力所用的機(jī)具設(shè)備及儀表由專人使用和管理，并定期維護(hù)和校驗(yàn)。當(dāng)千斤頂使用超過6個月或200次、在使用過程中出現(xiàn)不正常現(xiàn)象、檢修以后均應(yīng)重新校驗(yàn)。千斤頂與壓力表應(yīng)配套校驗(yàn)，以確定張拉力與壓力之間的關(guān)系曲線，使用時(shí)不得隨意調(diào)換。

預(yù)應(yīng)力筋的錨固應(yīng)在張拉控制應(yīng)力處于穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力張拉及放松時(shí)，均應(yīng)填寫施工記錄。

3.2.7 壓漿與封錨

壓漿應(yīng)在張拉24h內(nèi)進(jìn)行，并且每一個工作班應(yīng)留取不少于3組的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，檢查其抗壓強(qiáng)度，作為評定水泥漿質(zhì)量的依據(jù)。水泥漿的泌水率最大不得超過3%，拌和后3h泌水率宜控制在2%，泌水應(yīng)在24h內(nèi)重新全部被漿吸收。水泥漿中可摻入適量膨脹劑，但其自由膨脹率應(yīng)小于10%，稠度控制在14～18s之間。

壓漿從標(biāo)高較低的一端向標(biāo)高較高的一端壓漿，由最高點(diǎn)的排氣孔排氣和泌水。壓漿應(yīng)緩慢、均勻地進(jìn)行，不得中斷，并應(yīng)將所有最高點(diǎn)排氣孔依次一一放開和關(guān)閉，使孔道內(nèi)排氣暢通。較集中和鄰近的孔道，盡量先連續(xù)壓漿完成，不能連續(xù)壓漿時(shí)，后壓漿的孔道應(yīng)在壓漿前用壓力水沖洗通暢。壓漿應(yīng)使用活塞式壓漿泵，不得使用壓縮空氣。壓漿端壓力達(dá)到0.7MPa，出口端飽和出漿濃度與注入水泥漿一致時(shí)，維持10s以上后關(guān)閉出漿口，并保持不小于0.5MPa大于2min的穩(wěn)壓期，即可停止壓漿。填寫孔道壓漿施工記錄。

封端前先將梁端鑿毛并沖洗干凈后立模，按圖紙要求的強(qiáng)度澆筑混凝土。必須嚴(yán)格控制封錨后的梁體長度。

4 結(jié)語

通過南水北調(diào)中線干線中宅陽北橋采用連續(xù)箱梁整體一次澆筑成型的實(shí)踐，經(jīng)過與其他標(biāo)段采用分層法澆筑施工的同類型箱梁比較，整體一次澆筑有如下優(yōu)點(diǎn)：①消除了傳統(tǒng)施工工藝的施工縫，提高了梁體的美觀性；②增強(qiáng)了梁體的整體剛度，延長了梁體的耐久性和使用壽命；③施工周期短。

實(shí)踐證明，只要內(nèi)模設(shè)計(jì)合理，控制好混凝土澆筑質(zhì)量、解決澆筑時(shí)內(nèi)模上浮施工技術(shù)、把好混凝土澆筑施工這一關(guān)，采用整體一次澆筑成型箱梁施工方法是切實(shí)可行的。

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