預(yù)應(yīng)力混凝土0#塊預(yù)壓方案及經(jīng)濟(jì)比選

趙金秀ZHAO Jin-xiu

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，石家莊050081）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋普遍應(yīng)用于我國(guó)高速鐵路建設(shè)，施工過(guò)程中，為了保證連續(xù)梁在澆注砼后滿足設(shè)計(jì)的外形尺寸及撓度要求，檢驗(yàn)支架的整體穩(wěn)定性及支架的實(shí)際承載能力，克服砼澆筑過(guò)程中支架的不均勻沉降，避免連續(xù)梁砼因支架不均勻沉降而出現(xiàn)裂縫，在澆筑連續(xù)梁砼前必須對(duì)0#塊支架進(jìn)行壓載試驗(yàn)。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁0#塊支架的預(yù)壓是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁必不可少的一道關(guān)鍵工序，是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁安全施工的第一步檢驗(yàn)。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁0#塊預(yù)壓方法

1.1 實(shí)例選擇

以常見(jiàn)40+64+40m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為例。

圖1 40+64+40m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁構(gòu)造圖

高速鐵路客運(yùn)專線40+64+40m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁0#塊長(zhǎng)度9m，混凝土體積170.434m3，鋼筋混凝土容重取24×103N/m3，附加荷載取0#塊重量的5%，按120%預(yù)壓，那么總重G：

高速鐵路客運(yùn)專線40+64+40m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁底寬6.4m，梁面寬度12.2m。（圖2）

圖2 0# 段構(gòu)造圖

1.2 采用沙袋預(yù)壓

1.2.1 計(jì)算過(guò)程

沙袋按立方體簡(jiǎn)化，棱長(zhǎng)為1m，每個(gè)沙袋取1m3的重量12.8kN（沙的堆積密度1280kg/m3）。簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮沙袋間隙，每個(gè)沙袋的重量：

需要的沙袋重量N1：

采用沙袋預(yù)壓0# 塊，共需要沙袋403 個(gè)。梁底寬6.4m，頂寬12.2m，長(zhǎng)度9m，每個(gè)沙袋按1m 立方體考慮，則每層（1m）可以放12×9=108 個(gè)，堆積高度403÷108 個(gè)/m=3.73m。考慮到沙袋堆積間隙與實(shí)際堆放狀態(tài)，堆放形狀為方棱臺(tái)形，實(shí)際堆放高度為H=5m。（圖3）

圖3 沙袋預(yù)壓

1.2.2 成本與工期

噸袋：N=5153.9kN÷12.8kN/個(gè)=402.6 個(gè)，取整數(shù)403個(gè)，每個(gè)噸袋20 元，費(fèi)用F1=403×20=8060 元；

臺(tái)班：采用25t 汽車吊，用時(shí)7 個(gè)臺(tái)班，每個(gè)臺(tái)班1000元，費(fèi)用F2=1000×7=7000 元；

沙子運(yùn)輸費(fèi)：沙子共需403m3，每方運(yùn)輸費(fèi)用最低2元（1km 以內(nèi)），費(fèi)用F3=403×2×2=1612 元；

沙子損耗（如噸袋破損等）：損耗取5%，403m3×5%=20m3，沙采購(gòu)價(jià)70 元/m3，費(fèi)用F4=20m3×70 元/m3=1400 元；

人工費(fèi)：3 人，7 天，每人工費(fèi)75 元/人·天，費(fèi)用F5=75×7×3=1575 元；

總費(fèi)用F沙=F1+F2+F3+F4+F5=19647 元。

采用沙袋預(yù)壓0#塊，加載荷載需要3 天，卸載荷載時(shí)需要1.5 天，兩天（48 小時(shí)）沉降觀測(cè)，6.5 天完成0# 塊預(yù)壓。

1.2.3 采用沙袋預(yù)壓的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：取材方便，吊裝輕便、快捷。

缺點(diǎn)：預(yù)壓位置不準(zhǔn)確，存在“大水漫灌”現(xiàn)象突出；堆載高度過(guò)高，危險(xiǎn)性高；受天氣影響大（一旦下雨，沙子含水率上升，超出設(shè)計(jì)計(jì)算值，容易出現(xiàn)垮塌事故；若取沙子最大含水率來(lái)預(yù)算，沙含水會(huì)自動(dòng)下落，預(yù)壓重量減少，達(dá)不到預(yù)壓效果）；沙袋吊裝數(shù)量大，工期延長(zhǎng)；費(fèi)用較高（噸袋一次性）。

1.3 采用混凝土預(yù)制塊預(yù)壓

1.3.1 計(jì)算過(guò)程

混凝土預(yù)制塊，棱長(zhǎng)為1m，每塊混凝土預(yù)制塊取1m3的重量24kN（混凝土密度2400kg/m3）。簡(jiǎn)化計(jì)算，不考混凝土預(yù)制塊之間間隙，每個(gè)混凝土預(yù)制塊重量為：

需要混凝土預(yù)制塊的塊數(shù)N2：

采用混凝土預(yù)制塊預(yù)壓0#塊，共需要混凝土預(yù)制塊215 個(gè)。梁底寬6.4m，頂寬12.2m，長(zhǎng)度9m，每個(gè)混凝土預(yù)制塊按1m 立方體考慮，則每層（1m）可以放12×9=108 個(gè)，堆積高度215÷108 個(gè)/m=1.99m。考慮到混凝土預(yù)制塊堆積間隙與實(shí)際堆放狀態(tài)，堆放形狀為方棱臺(tái)形，實(shí)際堆放高度為H=3m。（圖4）

圖4 混凝土塊預(yù)壓

1.3.2 成本與工期

預(yù)制塊：N=5153.9kN÷24kN/個(gè)=214.7 個(gè)，取整數(shù)215個(gè)，每個(gè)混凝土預(yù)制塊305 元（綜合單價(jià)），費(fèi)用F1=215×305=65575 元；

臺(tái)班：采用25t 汽車吊，用時(shí)7 個(gè)臺(tái)班，每個(gè)臺(tái)班1000元，費(fèi)用F2=1000×7=7000 元；

運(yùn)輸費(fèi)：混凝土預(yù)制塊需要混凝土215m3，每方運(yùn)輸費(fèi)用最低2 元（1km 以內(nèi)），費(fèi)用F3=215×2×2=860 元；

人工費(fèi)：3 人，7 天，每人工費(fèi)75 元/人·天，費(fèi)用F4=75×7×3=1575 元；

總費(fèi)用F砼=F1+F2+F3+F4=75010 元。

采用混凝土預(yù)制塊預(yù)壓0#塊，加載荷載需要2.5 天，卸載荷載時(shí)需要2 天，兩天（48 小時(shí)）沉降觀測(cè)，5.5 天完成0#塊預(yù)壓。

1.3.3 采用混凝土預(yù)制塊預(yù)壓的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：混凝土預(yù)制塊可以循環(huán)使用。

缺點(diǎn)：預(yù)壓位置不準(zhǔn)確，存在“大水漫灌”現(xiàn)象突出；費(fèi)用高，尤其是預(yù)制塊的制作。

1.4 采用整件鋼材預(yù)壓

1.4.1 計(jì)算過(guò)程

整件鋼材的原材，長(zhǎng)為12m，每件鋼材的重量30kN（鋼材密度7800kg/m3）。

每件鋼材的直徑D：

D=2×（3000÷7800÷12÷3.14）1/2=0.202m

根據(jù)整件鋼材包裝情況，每件鋼材實(shí)體直徑為0.3m。

簡(jiǎn)化計(jì)算，不考每根鋼筋之間間隙，每件鋼材的重量為：G3=30kN/件×1 件=30kN

需要鋼材的件數(shù)N3：

N3=G÷G3=5153.9kN÷30kN/件=171.9 件，取N3=172 件

采用整件鋼材預(yù)壓0#塊，共需要鋼材件數(shù)172 件。梁底寬6.4m，頂寬12.2m，長(zhǎng)度9m，每件鋼材按直徑0.3m，長(zhǎng)度12m 考慮，則每層（0.3m）可以放9m÷0.3m/件=30 件，堆積層數(shù)172 件÷30 件/層=5.73 層。考慮到整件鋼材的整體性，層數(shù)取6 層，實(shí)際堆放高度為H=6×0.3=1.8m。

1.4.2 成本與工期

臺(tái)班：采用50t 汽車吊，用時(shí)7 個(gè)臺(tái)班，每個(gè)臺(tái)班4000元，費(fèi)用F1=4000×7=28000 元；

運(yùn)輸費(fèi)：鋼材常用定尺為12m，需采用大型板車運(yùn)輸，每輛掛車可以運(yùn)輸60t，需要運(yùn)輸9 個(gè)車次，每個(gè)車次最低費(fèi)用800 元，費(fèi)用F2=800×9×2=14400 元；運(yùn)輸費(fèi)用不含二次倒運(yùn)；

人工費(fèi)：6 人，7 天，每人工費(fèi)75 元/人·天，費(fèi)用F3=75×7×6=3150 元；

總費(fèi)用F鋼=F1+F2+F3=45550 元。

采用整件鋼材預(yù)壓0#塊，加載荷載需要2 天，卸載荷載時(shí)需要2 天，兩天（48 小時(shí)）沉降觀測(cè)，6 天完成0# 塊預(yù)壓。

1.4.3 采用整件鋼材預(yù)壓的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低。

缺點(diǎn)：預(yù)壓位置不準(zhǔn)確，存在“大水漫灌”現(xiàn)象突出；對(duì)施工便道要求高，便道需滿足大型重車的荷載與轉(zhuǎn)彎要求。

1.5 采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓

1.5.1 計(jì)算過(guò)程

在承臺(tái)或墩頂預(yù)埋錨筋，通過(guò)豎向鋼絞線或精軋螺紋鋼反拉方式對(duì)支架加載。

采用PSB980Φ32 精軋螺紋鋼，有效截面面積804.2mm2，單根精軋螺紋鋼承受75%的極限荷載，單根精軋螺紋鋼可承受的重量G4：

需要PSB980Φ32 精軋螺紋鋼的根數(shù)N4：

采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓0# 塊，需要精軋螺紋鋼的根數(shù)為8.72 根?？紤]到結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，精軋螺紋鋼N4取12 根。

圖5 支架預(yù)壓原理示意圖

圖6 支架預(yù)壓現(xiàn)場(chǎng)布置圖

1.5.2 成本與工期

千斤頂：采用65t 穿心式千斤頂，對(duì)稱預(yù)壓需要4 臺(tái)千斤頂，每臺(tái)千斤頂2200 元，費(fèi)用F1=2200×4=8800 元；

精軋螺紋鋼：墩身高度取10m，承臺(tái)頂部預(yù)埋精軋螺紋鋼2m，精軋螺紋鋼長(zhǎng)度為12m，需要運(yùn)輸精軋螺紋鋼總長(zhǎng)度144m，PSB980Φ32 精軋螺紋鋼每米重6.31kg，144m×6.31kg/m=908.64kg，取0.91t，PSB980Φ32 精軋螺紋鋼價(jià)格每噸6000 元，費(fèi)用F2=0.91×6000=5460 元；

人工費(fèi)：4 人，2 天，每人工費(fèi)75 元/人·天，費(fèi)用F3=75×4×2=600 元；

其他費(fèi)用：小型材料構(gòu)件（螺母、連接器、墊板、接長(zhǎng)油管等），取F4=1500 元。

總費(fèi)用F預(yù)=F1+F2+F3+F4=16360 元。

采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓，加載時(shí)需要0.5 天，卸載時(shí)需要0.5天，兩天（48 小時(shí)）沉降觀測(cè)，3 天完成0#塊預(yù)壓。

1.5.3 采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低、安全系數(shù)高（司泵員接長(zhǎng)油管，遠(yuǎn)離預(yù)壓現(xiàn)場(chǎng)）、可按照梁體結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確預(yù)壓。

缺點(diǎn)：對(duì)技術(shù)人員的技術(shù)能力和施工人員的操作能力要求高，精軋鋼預(yù)埋位置要精確。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁0#塊預(yù)壓方法比較

2.1 成本比較

采用沙袋預(yù)壓0#塊，費(fèi)用F沙=19647 元；采用混凝土預(yù)制塊預(yù)壓0#塊，費(fèi)用F砼=75010 元；采用整件鋼材預(yù)壓0#塊，費(fèi)用F鋼=45550 元；采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓0#塊，費(fèi)用F預(yù)=16360 元。以上混凝土連續(xù)梁0#塊預(yù)壓成本最高的是混凝土預(yù)制塊預(yù)壓方法，為75010 元；成本最低的是采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓方法，為16360 元。

2.2 工期比較

采用沙袋預(yù)壓0#塊，工期Q沙=6.5 天；采用混凝土預(yù)制塊預(yù)壓0#塊，工期Q砼=5.5 天；采用整件鋼材預(yù)壓0#塊，工期Q鋼=6 天；采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓0#塊，工期Q預(yù)=3 天。以上混凝土連續(xù)梁0#塊預(yù)壓工序工期最長(zhǎng)的是沙袋預(yù)壓方法，為6.5；工期最短的是采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓方法，為3 天。

2.3 安全性比較

采用沙袋預(yù)壓、混凝土預(yù)制塊預(yù)壓、鋼材預(yù)壓0#塊的方法，不可避免均用到起重機(jī)械，起重機(jī)械及起重機(jī)械操作是安全監(jiān)控的重點(diǎn)；以上三種預(yù)壓方法，均是堆載試驗(yàn)，屬于高空作業(yè)范疇；機(jī)械及機(jī)械操作、施工人員的安全系數(shù)是比較的。采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓0#塊方法，不需要大型機(jī)械；預(yù)應(yīng)力操作時(shí)，可以接長(zhǎng)張拉油泵油管，大大降低施工人員的安全性，提高施工人員的安全系數(shù)。

3 結(jié)論與建議

①沙袋預(yù)壓、混凝土預(yù)制塊預(yù)壓、鋼材預(yù)壓、預(yù)應(yīng)力預(yù)壓0#塊，這四種方法，預(yù)應(yīng)力預(yù)壓法在施工成本、施工工期與安全性上都明顯優(yōu)于其他三種方法。②預(yù)應(yīng)力預(yù)壓法關(guān)鍵控制要點(diǎn)：1）控制預(yù)埋在承臺(tái)頂部或墩身頂部精軋螺紋鋼的位置；2）加載時(shí)注意觀測(cè)支架的變化，按照程序逐級(jí)加載；3）精軋螺紋鋼的連接器要對(duì)稱連接；4）采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓連續(xù)梁0#塊，承臺(tái)是按剛性來(lái)考慮的；對(duì)于承臺(tái)縱向長(zhǎng)度小于對(duì)應(yīng)連續(xù)梁0#塊長(zhǎng)度的，不建議采用預(yù)應(yīng)力預(yù)壓0#塊；若采用，需對(duì)承臺(tái)縱向?qū)挾扔枰匝a(bǔ)長(zhǎng)，由此產(chǎn)生的成本應(yīng)予以考慮并綜合比較后才能予以定奪。