預應力高性能混凝土預制蓋梁制作與鋼束張拉優(yōu)化

石 玉

上海公路投資建設(shè)發(fā)展有限公司 上海 201108

裝配法施工的施工速度快、施工質(zhì)量好、安全文明施工效果好，在工程建設(shè)中的應用越來越廣泛。預應力蓋梁是橋梁工程中的重要構(gòu)件，承載上部結(jié)構(gòu)荷載，其預制質(zhì)量直接影響橋梁質(zhì)量，鋼束張拉工序?qū)κ┕に俣群徒煌ㄟ\行也有重大影響[1-5]。

目前，預應力高性能混凝土蓋梁預制工藝尚不成熟，通過研究，在上海某采用裝配法施工的橋梁建設(shè)中，對蓋梁預制過程中的工藝、工序、精度、模板等進行嚴格把控，確保了預制蓋梁的成品質(zhì)量，通過對鋼束張拉次數(shù)進行優(yōu)化，減小對社會交通的影響，縮短了工期。

1 結(jié)構(gòu)概況

上海某橋梁項目采用3 0 m 跨簡支小箱梁，橋?qū)?7.5 m，獨柱墩，預應力混凝土大挑臂平頭蓋梁，為了降低自重，采用高性能混凝土。蓋梁在道路中心線高度為2.3 m，在端部高度為1.5 m，橫橋向?qū)挾葹?6.55 m，順橋向?qū)挾葹?.2 m，總質(zhì)量約180 t，其構(gòu)造示意見圖1。

圖1 蓋梁構(gòu)造示意

立柱尺寸為2.6 m×2.0 m，蓋梁與立柱固接，蓋梁中預留波紋管，蓋梁吊裝架設(shè)后灌漿固結(jié)。

原設(shè)計蓋梁的混凝土強度等級為C60，預應力配束情況如圖2所示。

圖2 蓋梁配束示意

上下各配5束15φ15.2 mm的預應力鋼絞線，分2批次張拉，在工廠完成蓋梁澆筑后，張拉第1批N1和N2鋼絞線束（各3根），完成梁體架設(shè)和橫向濕接縫連接后，張拉第2批N1和N2鋼絞線束（各2根）。

2 鋼束張拉次數(shù)優(yōu)化

由于施工所在地交通流量大，為減少施工對現(xiàn)場交通的影響，同時規(guī)避現(xiàn)場預應力張拉搭設(shè)吊籃存在的施工風險隱患，將鋼束張拉由2次張拉調(diào)整為工廠內(nèi)1次張拉，蓋梁材料及吊點位置作相應調(diào)整。具體如下：

1）結(jié)合吊具，吊點距離由4 m調(diào)整為4.4 m。

2）蓋梁底緣增加1排鋼筋，提高底緣配筋率。

3）混凝土強度等級由C60調(diào)整為C70。

上述調(diào)整皆有利于提高蓋梁在施工期間的抗拉能力。

3 蓋梁預制

3.1 施工流程

原材料檢驗→鋼筋下料→胎架安裝→波紋管安裝→鋼筋綁扎→鋼筋籠檢查→鋼筋籠入?！０灏惭b→模板穩(wěn)定加固→混凝土泵送→拆模養(yǎng)護→存儲吊運→蓋梁運輸→出廠安裝

3.2 蓋梁鋼筋籠

1）蓋梁鋼筋下料。預制蓋梁的鋼筋加工包括φ32 mm主筋、φ20 mm構(gòu)造鋼筋、φ12 mm/φ16 mm箍筋。鋼筋應具備出廠質(zhì)量證明書，待外觀驗收合格后，按檢驗批進行試驗，合格后方可使用。鋼筋加工車間內(nèi)儲存的棒材鋼筋安放于專門設(shè)計的鋼筋堆放架中，有利于不同規(guī)格直徑、不同規(guī)格長度的鋼筋分開放置。調(diào)整后的鋼筋堆放架減少了分隔間距，有效解決了底層鋼筋長期堆放不使用的情況，減少了棒材鋼筋的浪費。預制蓋梁鋼筋規(guī)格為φ12 mm至φ16 mm，主要為箍筋及分布筋，鋼筋直徑為小規(guī)格型號。廠內(nèi)統(tǒng)一采用進口的高精度鋼筋彎曲設(shè)備，同時為減少鋼筋的損耗及彎配的速度，采用盤螺鋼筋進行加工，鋼筋不間斷下料，幾乎沒有余料，可有效控制鋼筋損耗成本，節(jié)省上料及切斷時間。構(gòu)件主筋采用直螺紋機械連接接頭的形式連接，接頭按照行業(yè)標準JGJ 107—2016《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》，嚴格控制每個接頭的質(zhì)量，滿足一級接頭標準。蓋梁其余鋼筋皆是直條鋼筋，根據(jù)需要的母材長度進行挑選、剪切及彎曲，和盤螺鋼筋一樣同樣采用進口高精度彎曲設(shè)備進行加工，以保證鋼筋尺寸符合要求，且精度控制在±2 mm以內(nèi)。

2）蓋梁胎架安裝驗收。預制蓋梁鋼筋籠的加工采用現(xiàn)今較為成熟的鋼筋模塊化精加工工藝，蓋梁鋼筋籠于專用胎架上制作加工成形，鋼筋胎架須有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性以及適當?shù)淖兓裕鶕?jù)蓋梁的尺寸大小隨意地變換寬度、長度的間距，且鋼筋籠制作的控制偏差小于2 mm。蓋梁鋼筋籠胎架由底座、支架、掛片及定位平臺四部分組成。底座主要起到調(diào)平支撐的作用，支架用來固定，掛片根據(jù)梁形調(diào)整相對間距，同時起到固定鋼筋間距的作用，材質(zhì)皆由槽鋼及H型鋼組合而成。嚴格控制鉆孔精度，孔的精度直接影響鋼筋的精度，需保證相對誤差小于1 mm。鋼筋籠胎架拼裝前，對各個部件進行驗收復測，調(diào)整立桿間距和垂直度，實測掛板規(guī)格及鋼筋孔位，嚴格把控每一道安裝步驟。

3）蓋梁鋼筋籠綁扎。

① 首先進行波紋管模塊的設(shè)計制作與安放，軸線位置及進出漿口的避讓位置極其關(guān)鍵。

② 根據(jù)設(shè)計圖紙安放頂部主筋，間距位置關(guān)系著保護層的大小。長梁制作時需提前安裝機械套筒。

③ 安裝頂部蓋梁內(nèi)箍筋。

④ 安裝橫向箍筋，嚴格控制間距及邊線位置。

⑤ 根據(jù)細化預應力曲線圖，安放波紋管定位鋼筋，穿入波紋管，焊接波紋管固定鋼筋。

⑥ 安裝側(cè)面分布鋼筋。

⑦ 安裝橫豎向拉鉤及墊塊。

⑧ 預埋件埋設(shè)，如伸縮縫鋼筋、接地、球鋼支座鋼板以及其他措施預留埋件。

每個蓋梁都需按照步驟一一實施，每道工序都體現(xiàn)在工序卡中，由驗收人員及班組長共同驗收，滿足設(shè)計及規(guī)范要求后進入下一道工序。

4）蓋梁鋼筋籠輔助安裝措施。蓋梁吊點為鋼絞線吊點，吊點布置于蓋梁頂部，吊點間距根據(jù)蓋梁質(zhì)量、長度及彎矩計算。采用6φ15.2 mm的鋼絞線，伸出長度為220 mm，端面增加50 mm深倒角，實際埋深930 mm，預埋的最底部采用錨板及P錨擠壓套的形式加強。吊點處的外露鋼絞線由直徑2 cm的白皮鐵管包裹，對折彎曲半徑約10 cm。鋼絞線吊點安裝控制要點：精確計算構(gòu)件質(zhì)量，加工合適股數(shù)的鋼絞線，計算吊點的橫向及豎向間距，橫向位置根據(jù)蓋梁負彎矩位置以及現(xiàn)場工況確認，錨固深度需在核心混凝土內(nèi)且大于1 m，吊點外露處以下逐層加裝鋼絲網(wǎng)片，至少3層。

5）蓋梁鋼筋籠吊裝。蓋梁鋼筋籠最大質(zhì)量為20 t，吊裝采用吊裝扁擔，扁擔與蓋梁鋼筋籠用多道同樣長度的鐵鏈連接，保證鋼筋籠均衡受力，控制不發(fā)生非彈性形變。

3.3 蓋梁入模

1）模板安裝驗收。

① 底模：采用整體式組合鋼底模，由兩側(cè)翼板底模及中間底模組成，底模采用方鋼及槽鋼組合而成，面板鋼板厚度需大于8 mm，中間底模需設(shè)置定位螺栓，方便蓋梁內(nèi)波紋管模塊及套筒組的定位（圖3）。

圖3 蓋梁底模

② 側(cè)模：采用鋼木結(jié)合模板，由外側(cè)鋼板作為內(nèi)側(cè)木模的支撐。

③ 上、下拉桿：上拉桿采用整體式φ25 mm的精軋螺紋鋼，兩端設(shè)置限位裝置；下拉桿拉住底模，同樣采用φ25 mm的精軋螺紋鋼（圖4）。

圖4 拉桿

④ 端模：采用預制蓋梁兩側(cè)擋塊作為端模，內(nèi)側(cè)預留主筋與蓋梁鋼筋籠焊接固定。

⑤ 支座墊石：支座墊石一般在預制廠隨蓋梁一并澆筑完成。

2）蓋梁模板拼裝。整個蓋梁模板安裝過程共分成5個步驟，都需要根據(jù)施工步驟按順序施工，每道工序都要有驗收人員在場檢查并記錄。

① 在已調(diào)平的底模上安放鋼筋籠。

② 調(diào)整鋼筋籠軸線位置，保護層及結(jié)構(gòu)邊線符合設(shè)計要求后安裝側(cè)模。

③ 安放錨墊板，適當加長波紋管外露長度，然后安裝蓋梁端模。

④ 檢查各類埋件及混凝土澆筑頂部控制線后，澆筑高性能混凝土。

⑤ 拆除模板后進行養(yǎng)護。

3.4 混凝土澆筑及養(yǎng)護

預制蓋梁混凝土等級為C70，高性能混凝土一次性澆筑完成。采用預制廠自建拌和站或者就近聯(lián)合拌和站拌制，通過3輛12 m3的混凝土攪拌車進行運輸和1輛管道長46 m的混凝土泵車進行澆筑。

混凝土澆筑擬采用橡膠導管澆筑的方式，有效控制跌落高度在1.0～1.5 m范圍，不允許超過2 m的跌落高度。蓋梁拆模后，采用噴淋養(yǎng)護裝置進行養(yǎng)護作業(yè)，混凝土養(yǎng)護時間為7 d。

3.5 預應力張拉

蓋梁混凝土齡期達到5～7 d，強度和彈性模量達到100%后，方可張拉鋼束。

張拉設(shè)備需采用高精度的智能張拉機，在張拉前設(shè)置張拉孔數(shù)即可自行進行張拉，控制張拉力，最后導出張拉數(shù)據(jù)，不可人為修改數(shù)據(jù)。

標準蓋梁在場內(nèi)張拉鋼束，根據(jù)設(shè)計要求，蓋梁的鋼束均采用兩端張拉，個別門墩及匝道梁為一端張拉，張拉控制應力為1 302 MPa。張拉時采用張拉力和引伸量雙控，以張拉力為主，以引伸量進行校核。鋼絲（錨具、滑絲等）回縮值不大于5 mm。

如實測引伸量與設(shè)計引伸量的差值在±6%以內(nèi)，說明張拉合格，否則，應查明原因并采取措施進行處理后方可繼續(xù)張拉。張拉后在離錨頭50 mm處用切割機切割，嚴禁電弧切割。

每一個截面的斷滑絲率不得大于相關(guān)規(guī)范中的規(guī)定，否則應查明原因并采取解決措施后方可繼續(xù)張拉。

3.6 蓋梁存儲

蓋梁澆筑好以后，拆模存放于臺座之上進行養(yǎng)護，養(yǎng)護完畢的混凝土強度達100%后，張拉首批預應力束，之后由280 t移梁機將其駁運至堆場區(qū)，下部墊鋼底板，保證蓋梁底部受力均勻。

3.7 施工過程中的質(zhì)量控制

1）鋼筋骨架：鋼筋骨架需嚴格控制箍筋尺寸、主筋直螺紋接頭質(zhì)量、骨架鋼筋焊接質(zhì)量。箍筋尺寸需根據(jù)圖紙詳細翻樣，彎配后仔細放樣，準確控制理論值、實際值，使每根箍筋符合細化后的設(shè)計圖中的關(guān)于尺寸范圍的要求，盡可能縮小誤差。主筋直螺紋的接頭為主要受力鋼筋，而此部分受機械及人為的影響因素較多，每道直螺紋工藝都需有專人負責，使每個接頭都達到國家一級接頭標準。骨架的焊接質(zhì)量主要受鋼筋的安裝步驟及焊接工人的技術(shù)水平影響。骨架鋼筋一般較大，焊接為側(cè)面焊接，比平焊要難，因此需使鋼筋的安裝盡可能地在平地進行，待焊接成骨架后，再整體吊裝至胎架內(nèi)。大型蓋梁的骨架相對比較難施工。

2）模板體系：側(cè)模模板應具有足夠的剛度、強度以保證其受力要求，為增加張拉端頭的整體密實度及角度尺寸，保證外擋塊的整體美觀，蓋梁端模采用整體混凝土預制擋塊，之后焊接安裝到蓋梁鋼筋籠側(cè)面。

3）混凝土性能：混凝土采用高性能混凝土，施工所需配合比已按有關(guān)規(guī)定做好配合比驗證工作，原材料符合高性能混凝土技術(shù)性能要求，擴展度600 mm±50 mm。配備足夠的攪拌車及泵車，合理調(diào)度攪拌車運輸送料時間和路線，避開高溫及低溫時段，需不間斷供料，運至現(xiàn)場后須逐車進行混凝土坍落度的檢測。嚴格控制每次下料的高度，有效控制跌落高度在1.0～1.5 m，不允許超過2 m的跌落高度。混凝土澆筑完成后，夏天進行覆蓋灑水養(yǎng)護，需不間斷供水保持混凝土表面濕潤，冬天需進行覆蓋保溫，防止因混凝土表面溫差過大產(chǎn)生裂紋。本蓋梁工程混凝土評定為水泥混凝土的抗壓強度，以標準養(yǎng)護28 d齡期的試件為準。試件為邊長150 mm的立方體，試件以3件為1組，按JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中的要求，制作混凝土試件不少于2組。因采用鋼絞線一次張拉工藝，需增加2組試塊，為5～7 d的同條件張拉試塊，試塊滿足100%的設(shè)計強度和彈性模量后進行張拉。

4）智能張拉：蓋梁預應力在廠內(nèi)一次性張拉后全部采用智能張拉設(shè)備進行張拉，傳統(tǒng)的多階段張拉在高空及跨河區(qū)域施工較為困難，同樣存在多種安全隱患，而預制蓋梁的制作狀態(tài)全部在預制臺座上進行，沒有外場作業(yè)的限制因素和風險，可避免外場傳統(tǒng)設(shè)備帶來的質(zhì)量問題，也可避免高空操作的安全風險，節(jié)約了現(xiàn)場的吊裝時間。

3.8 工程質(zhì)量評價

蓋梁預制工程完成順利，各項質(zhì)量控制指標均符合國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定或設(shè)計要求。

4 結(jié)語

1）本次蓋梁預制施工，對蓋梁鋼筋下料、鋼筋籠綁扎、鋼筋籠的胎架加工、蓋梁模板的拼裝、高性能混凝土的澆筑及養(yǎng)護、存儲等全過程進行嚴格把控，確保了預應力高性能混凝土預制蓋梁的質(zhì)量，對類似工程施工有一定的指導作用。

2）蓋梁的端模采用了預制蓋梁擋塊的技術(shù)，彌補了因二次現(xiàn)澆蓋梁側(cè)向擋塊導致的外觀質(zhì)量差及新老混凝土連接部位強度不足的問題。

3）原設(shè)計蓋梁預應力為二次張拉（一次廠內(nèi)、一次現(xiàn)場），通過設(shè)計優(yōu)化調(diào)整為廠內(nèi)一次張拉，降低了蓋梁預應力張拉施工對現(xiàn)場交通的影響，并減少了現(xiàn)場預應力張拉搭設(shè)吊籃存在的施工風險隱患，加快了施工速度。

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