淺談U型梁的預(yù)制施工與質(zhì)量控制

■孫 靜 ■中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250014

1 引言

U型梁是由法國(guó)SYSTRA(賽事達(dá))公司首創(chuàng)，國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用于上海軌道交通，因其防噪音、防脫軌、造價(jià)低廉、外形美觀等特點(diǎn)，在經(jīng)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院改良后逐漸推廣應(yīng)用到南京、重慶、青島、鄭州等城市軌道交通領(lǐng)域。后張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型梁(以下簡(jiǎn)稱U型梁)是開口薄壁構(gòu)件，作為一種下承式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，主要有噪音效果好，斷面空間利用率高，行車安全有保證，外形美觀視覺效果好，綜合造價(jià)低，整體結(jié)構(gòu)易于維修養(yǎng)護(hù)等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，對(duì)環(huán)境噪聲控制嚴(yán)格的地區(qū)是一種理想的結(jié)構(gòu)形式，特別是城市橋梁或鐵路橋梁具有明顯的優(yōu)越性。

在梁體預(yù)制方面，U型梁主要有如下特點(diǎn)，U型梁采用后張拉生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，U型梁鋼筋綁扎定位的精度要求高，混凝土澆筑屬于薄壁精細(xì)構(gòu)件，U型梁較弱，預(yù)制過程中必須保證受力均勻，且除防迷流筋外，其余鋼筋均不要的焊接，因此對(duì)鋼筋綁扎的位置、間距、保護(hù)層厚度控制極為嚴(yán)格，U型梁為薄壁開口結(jié)構(gòu)，梁體抗扭剛度差，同時(shí)由于梁體荷載大部分由預(yù)應(yīng)力承擔(dān)，因此對(duì)后張拉預(yù)應(yīng)力質(zhì)量要求較高，從以上可以看見，U型梁預(yù)制工藝中的過程控制是保證質(zhì)量合格的首要工作。防止裂紋、裂縫、氣泡、蜂窩及麻面等病害的產(chǎn)生。

2 工程介紹

寧高城際軌道交通二期TA02標(biāo)項(xiàng)目部負(fù)責(zé)的U梁預(yù)制及架設(shè)任務(wù)包括TA01標(biāo)段橫溪河特大橋、TA02標(biāo)段跨溧馬高速特大橋及夏家村中橋、TA03標(biāo)段石湫北特大橋，共計(jì)590片梁。本工程U型梁共分19.9m、25m、26m、26.4m、28m、30m 六種跨度，，三種寬度的等寬及八種變寬梁，共16種梁型，結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜，制梁技術(shù)組織難度大，轉(zhuǎn)換多，施工中需要根據(jù)制梁需要及時(shí)調(diào)整制梁、存梁臺(tái)座和模板長(zhǎng)度，才能保證制梁質(zhì)量和進(jìn)度。為了便于U型梁預(yù)制任務(wù)的開展，在施工現(xiàn)場(chǎng)布置3條線每條線10個(gè)生產(chǎn)臺(tái)座，2條鋼筋綁扎胎膜。因?yàn)榱盒图白兘孛孑^多，預(yù)制前根據(jù)“盡量通用、適當(dāng)改用”的原則，臺(tái)座設(shè)計(jì)充分考慮能調(diào)整寬度及長(zhǎng)度。

3 質(zhì)量要求

3.1 鋼筋施工

在綁扎前檢查胎膜是否變形，綁扎鋼筋時(shí)注意支座預(yù)埋件、防落梁、吊裝孔及排水孔位置是否準(zhǔn)確，防止在進(jìn)入模板后對(duì)應(yīng)不起來放置好的支座墊板與防落梁吊裝孔位置，使鋼筋翹起不能平穩(wěn)落下。鋼筋采用在胎膜上綁扎，然后整體吊裝，在綁扎梁體鋼筋的同時(shí)安裝預(yù)應(yīng)力孔道，孔道安裝要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求設(shè)置，并采取孔道定位措施，保證孔道位置準(zhǔn)確，線型平順;同時(shí)注意綁扎或焊接好其它預(yù)埋件。定位好結(jié)構(gòu)中心線，然后根據(jù)軌道預(yù)埋筋偏移固定預(yù)埋筋。若波紋管位置與鋼筋位置有沖突，可以適當(dāng)調(diào)整骨架鋼筋間距確保波紋管位置，波紋管定位鋼筋檢查無誤后方可穿波紋管，波紋管接頭要處理好，防止灰漿進(jìn)入孔道影響后期鋼絞線傳入，波紋管穿好后復(fù)查管道順勢(shì)情況，檢查波紋管有無漏洞情況，如有及時(shí)用澆帶貼補(bǔ)。

U型梁鋼筋的成型質(zhì)量和鋼筋籠綁扎質(zhì)量要求都很高，鋼筋切斷下料必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸和規(guī)定的誤差要求進(jìn)行，骨架鋼筋下料控制，受力鋼筋順直長(zhǎng)度方向全長(zhǎng)的尺寸±10mm，彎起鋼筋的位置±20mm，箍筋內(nèi)邊距離偏差±3mm，鋼筋成品加工質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為:兩側(cè)腹板鋼筋位置及間距偏差≤10mm，底板鋼筋間距及位置偏差≤8mm，箍筋間距及位置偏差≤15mm，混凝土保護(hù)層厚度與設(shè)計(jì)偏差+5。

為保證鋼筋綁扎形狀及鋼筋保護(hù)層厚度，沿預(yù)制梁縱向按U梁斷面外框鋼筋形狀放置35的無縫鋼管。調(diào)運(yùn)鋼筋骨架時(shí)，通過合理選擇吊點(diǎn)和方法以避免吊運(yùn)對(duì)鋼筋骨架的影響。鋼筋骨架嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求就位、調(diào)正，為了確保入模后鋼筋骨架的剛度和穩(wěn)定性，在鋼筋骨架間加設(shè)撐筋。吊裝前先試調(diào)，看是否每根吊繩都受力，防止局部不受力，鋼筋籠變形。

3.2 模板安裝

(1)U型梁模板采用全鋼結(jié)構(gòu)，為了提高每一臺(tái)座的周轉(zhuǎn)效率，加快施工進(jìn)度，本工程采用由內(nèi)膜、外膜、端頭模和底模板共同組成的整體模具方案，其外膜可以橫向移動(dòng)脫模，內(nèi)模通過絲桿支撐收縮進(jìn)行脫模，內(nèi)?？烧w橫向移動(dòng)至下一生產(chǎn)臺(tái)座。

(2)底模:底板采用固定底模，固定底板調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用并能提高施工進(jìn)度。底板考慮生產(chǎn)梁型梁寬不同更改頻繁，U型梁底模設(shè)計(jì)為兩端為支座段，中間為梁身段。在原有路面上澆筑40cm厚鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬為寬度為3.6m，在澆筑前兩邊預(yù)埋角鋼。底模骨架在預(yù)制場(chǎng)加工，每2.5m為一段，兩側(cè)采用20mm法蘭盤。根據(jù)中線調(diào)整底板中心位置，然后調(diào)整底模水平標(biāo)高，最后與條形基礎(chǔ)預(yù)埋角鋼進(jìn)行焊接固定底模。固定牢靠后，根據(jù)底模中心線畫出兩側(cè)邊線，并采用半自動(dòng)化進(jìn)行切割、打磨。更改梁型寬度只需幫焊鋼板然后在鋼板與原有骨架加肋滿焊，肋板每20cm一道。長(zhǎng)度更改時(shí)，只需更改底板骨架長(zhǎng)短即可。

(3)內(nèi)模與外模。U型梁內(nèi)外模板采用液壓控制鉸接連接在支架橫梁上，支架橫梁與移模支架橫梁間通過螺桿連接，使側(cè)模、內(nèi)模支架橫梁及移模支架連成整體。側(cè)模與底板間采用螺栓連接，中間均設(shè)置密封膠條，防止漏漿。側(cè)模依靠?jī)蓚?cè)螺旋千斤頂支撐。內(nèi)模通過絲桿支撐收縮，通過內(nèi)模板水平撐桿來調(diào)節(jié)尺寸。為防止模板上浮，在內(nèi)模板上每間隔5m設(shè)置橫桿，橫桿與外模板用螺栓連接到一起，保持底板、外膜、內(nèi)模是一個(gè)整體，見外側(cè)模板圖3.2.1及內(nèi)側(cè)模板圖3.2.2。

圖3.2－1 外側(cè)模板構(gòu)造圖

圖3.2－2 內(nèi)側(cè)模板構(gòu)造圖

(4)端模。端模采用嵌入式結(jié)構(gòu)，即相嵌于內(nèi)外模之間，梁長(zhǎng)由端模位置控制。由于U梁規(guī)格較多，梁端長(zhǎng)短不一，且端模的形狀與分段相對(duì)復(fù)雜，因此，端模的安裝需嚴(yán)格控制。U梁兩側(cè)端模的形狀及大小與U梁腹板相同，即大半徑弧形，須與內(nèi)外模配合良好，在安裝端頭模板前采用密封條包裹腹板端頭模，才能有效防止?jié)矒v時(shí)的漏漿現(xiàn)象。另外，在端模處，根據(jù)梁型的不同需要開不同間距的孔道，波紋管穿過端模外漏在外面，故在端模下部需精確開設(shè)所有預(yù)應(yīng)力孔洞位置。

3.3 模板安裝與拆除。

(1)模板安裝。模板安裝施工工藝流程為:將外側(cè)模板拼裝到底板上→調(diào)整外模千斤頂至設(shè)計(jì)位置→吊入鋼筋籠→將端模吊置底板上拼裝→調(diào)整端模垂直度并固定螺栓→吊入內(nèi)模板→將內(nèi)模調(diào)至固定位置→安裝水平撐桿調(diào)整內(nèi)模到位→安裝斜撐加固→將內(nèi)外模板用螺栓連接→合模完畢。

澆筑混凝土之前，模板應(yīng)涂刷良好的脫模劑，外露面混凝土模板的脫模劑應(yīng)采用同一品種，不得用有色或污染混凝土表面的脫模劑。模板應(yīng)定期檢查和維護(hù)。

(2)模板拆除。模板拆除操作流程為模板安裝的逆過程，其施工工藝流程為:拆除內(nèi)模水平桿→收縮水平絲桿將內(nèi)模面板脫離砼面→放松外模底部螺栓→收緊外模斜撐使外模與砼脫離→拆除端模。U型梁模板應(yīng)分批次進(jìn)行拆除，只有在同條件養(yǎng)護(hù)試塊抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)方可拆除內(nèi)外模。在起吊內(nèi)外模時(shí)，還應(yīng)事先拆除各緊固件并確認(rèn)模板與混凝土結(jié)構(gòu)之間無任何連接。同時(shí)，起吊鋼模時(shí)可用木桿將鋼模與U梁隔離，以防止鋼模在起吊時(shí)造成混凝土面的損壞。

3.4 混凝土控制

U型梁的混凝土，要求低收縮，低徐變，高強(qiáng)度(c55)，并有明確的耐久性抗裂，抗碳化指標(biāo)，除此之外尚需滿足早強(qiáng)24h小時(shí)達(dá)到拆模板的強(qiáng)度要求(底模除外)、5天達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，10天達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，大流動(dòng)度、易迷性等要求，為滿足設(shè)計(jì)要求，在配置混凝土?xí)r，選擇高質(zhì)量的砂、石、水泥等礦物摻和料以保證混凝土的致密性和施工的和易性，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦粉等礦物活性摻合料以滿足收縮、徐變的要求，同時(shí)起到抑制混凝土的抗堿－骨料反應(yīng)的作用，選用低含氣量減水劑聚羚酸系以保證混凝土澆灌成型質(zhì)量，早期強(qiáng)度的發(fā)展，降低水膠比、減少混凝土收縮。

本工程結(jié)構(gòu)特殊，如在斷面上同時(shí)澆筑混凝土，由于底板頂部沒有模板，腹板混凝土勢(shì)必在底板方向流動(dòng)，導(dǎo)致底板混凝土流淌變形，因此必須對(duì)混凝土進(jìn)行分批澆筑，且需嚴(yán)格控制混凝土澆筑的時(shí)間間隔，時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)在交界處形成施工冷縫，過短又會(huì)造成底板混凝土的流淌變形，最終采用的澆筑順序?yàn)?首先澆筑底板，在底板混凝土澆筑完成1h后再分層澆筑腹板混凝土，腹板混凝土每層的灌注厚度不大于500mm(見圖3.3－1混凝土澆筑分層圖)。為了保證混凝土的澆筑質(zhì)量從而確保成品混凝土的性能，澆筑時(shí)采用插入式振動(dòng)器，并在外側(cè)模上合理布置附著式振動(dòng)器，混凝土澆筑完成后，用土工布材料覆蓋翼緣板，底板采用蓄水養(yǎng)護(hù)，兩頭采用沙擋水。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到拆除側(cè)模的要求后拆除側(cè)模，采用塑料薄膜除包裹，除底板外進(jìn)行全身進(jìn)行包裹。

圖3.3－1 混凝土澆筑分層圖

3.5 預(yù)應(yīng)力控制

本工程U型梁底板和側(cè)板頂部均布置了預(yù)應(yīng)力束，預(yù)應(yīng)力束基本為平直段，僅在端部彎起。為了便于預(yù)應(yīng)力束的穿設(shè).在塑料波紋管安裝過程中嚴(yán)格控制彎起點(diǎn)位置和彎起角度，同時(shí)避免波紋管因反復(fù)彎曲和混凝主澆筑而產(chǎn)生變形或管道被堵。

由于本工程鋼束較長(zhǎng)。特別是局部束為空間曲線，張拉時(shí)按照設(shè)計(jì)院提供的摩擦系數(shù)理論計(jì)算的摩阻損失及應(yīng)力損失與實(shí)際的摩阻損失及應(yīng)力損失差別可能會(huì)較大，因此必須驗(yàn)證管道磨阻系數(shù)，管道偏差系數(shù)、錨墊板的應(yīng)力損失及錨墊板夾片的應(yīng)力損失。因此正式張拉前在選擇了兩束預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行摩阻測(cè)試，做一個(gè)5m長(zhǎng)1m寬的梁體配筋按照U型梁正常段配筋驗(yàn)算錨墊板的應(yīng)力損失及錨墊板夾片的應(yīng)力損失。最后實(shí)測(cè)摩阻系數(shù)k＇=O 0024，μ=0.2736，應(yīng)力損失按照3%考慮。

預(yù)應(yīng)力施加采取強(qiáng)度和齡期雙控，梁體混凝土抗壓強(qiáng)度和齡期必須符合設(shè)計(jì)要求，抗壓強(qiáng)度以現(xiàn)場(chǎng)同條件養(yǎng)護(hù)的試塊為準(zhǔn)。預(yù)應(yīng)力張拉分為預(yù)張拉、初張拉和終張拉三個(gè)階段進(jìn)行。預(yù)張拉應(yīng)在梁體砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的60%后進(jìn)行。初張拉應(yīng)在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)80%后且齡期不小于5天時(shí)進(jìn)行，初張拉完成后，梁體方可吊出制梁臺(tái)。終張拉在梁體砼強(qiáng)度達(dá)到100%及彈性模量達(dá)到100%后，且砼齡期不少于10天時(shí)進(jìn)行。預(yù)張拉時(shí)，內(nèi)側(cè)模和外側(cè)模應(yīng)松開，不得對(duì)梁體收縮造成阻礙。

預(yù)施應(yīng)力采用兩端同步張拉并左右對(duì)稱進(jìn)行，張拉順序按照設(shè)計(jì)圖中的要求進(jìn)行，預(yù)施應(yīng)力采用雙控措施，張拉過程應(yīng)保持兩端伸長(zhǎng)量基本一致。張拉時(shí)以油壓表的讀數(shù)控制為主，張拉伸長(zhǎng)量進(jìn)行校核。實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值差應(yīng)控制在±6%以內(nèi)。預(yù)應(yīng)力終張拉完畢后鋼絞線切割應(yīng)離錨頭3cm左右，采用砂輪機(jī)切割。

3.6 壓漿及封錨

(1)為了確保U型粱的壓漿質(zhì)量.本工程采用真空輔助壓漿工藝.管道壓漿水泥漿強(qiáng)度等級(jí)采用52.5級(jí)的硅酸鹽水泥。為了確保壓漿時(shí)孔道內(nèi)真空狀態(tài)，在壓漿前對(duì)孔道進(jìn)行試抽真空，張拉完成后，應(yīng)及時(shí)安排壓漿，以免預(yù)應(yīng)力筋銹蝕或松弛，一般控制在48h內(nèi)進(jìn)行。壓漿前用高強(qiáng)度水泥對(duì)錨具頭進(jìn)行封堵，當(dāng)封錨混凝土強(qiáng)度達(dá)到10Mpa時(shí)方可進(jìn)行壓漿。壓漿所用水泥漿采取現(xiàn)場(chǎng)拌制，采用52.5硅酸鹽水泥，摻加壓漿劑，水灰比為0.30～0.40之間，泌水率不得超過3%，稠度控制在14～18s之間。同一管道壓漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一次完成，管道壓漿時(shí)應(yīng)裝有三通管，必須確認(rèn)出漿濃度與進(jìn)漿濃度一致時(shí)，方可封閉保壓。壓漿前管道真空度應(yīng)穩(wěn)定在－0.06～0.08Mpa之間，漿體注滿管道后，應(yīng)在0.5～0.6Mpa下持壓3min，壓漿最大壓力不宜超過0.6Mpa。壓漿完成后應(yīng)制作一組水泥漿試塊，作為后期評(píng)定水泥漿標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。

(2)封錨。封錨砼強(qiáng)度等級(jí)為C55，并采取補(bǔ)償收縮砼，保證封錨端混凝土與梁體連為一體，對(duì)錨頭、錨墊板等錨具進(jìn)行防銹處理。進(jìn)行利用一端帶鉤一端帶有螺紋的短鋼筋安排在錨墊板螺栓孔，與錨穴內(nèi)鋼筋網(wǎng)綁扎在一起，以保證封端砼與梁體連接為一體，封錨前應(yīng)對(duì)錨槽進(jìn)行鑿毛處理，封錨后進(jìn)行防水處理，錨槽外側(cè)涂防水材料。

［1］先張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型梁預(yù)制場(chǎng)工藝設(shè)計(jì).鐵道建筑，2013－11－07.

［2］J12057－2012.南京預(yù)應(yīng)力U型梁施工與驗(yàn)收規(guī)程，2012(04)05.

［3］高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南，2010(12)08.