預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁關(guān)鍵施工技術(shù)探析

馬 雨

（中鐵十八局集團(tuán) 第一工程有限公司，河北 涿州 071200）

0 引言

預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁是當(dāng)前橋梁工程施工中常用的結(jié)構(gòu)形式。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆箱梁相比，預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁施工對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地理環(huán)境的要求較低，如在施工中輔以架橋機(jī)，對(duì)地基的壓實(shí)度幾乎無(wú)要求，但需更多人力、機(jī)械投入，施工工藝更復(fù)雜。這就要求施工單位應(yīng)采用更加先進(jìn)的技術(shù)和工藝手段，來(lái)保證預(yù)制箱梁施工的安全性和質(zhì)量，延長(zhǎng)橋梁工程的安全運(yùn)行壽命，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?；诖耍院煎\旗箱梁制梁場(chǎng)工程為例，對(duì)預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制施工及質(zhì)量控制技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行探析，以期為類似預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制施工工程提供有益參考。

1 工程概述

杭錦旗箱梁制梁場(chǎng)工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市杭錦旗巴拉貢鎮(zhèn)南，緊臨路基紅線，占地168 畝，標(biāo)段共承擔(dān)301 孔箱梁預(yù)制架設(shè)任務(wù)，其中24 m 箱梁14 孔，32 m 箱梁286 孔，29 m 箱梁1 孔。設(shè)鋼筋綁扎臺(tái)座3 個(gè)、制梁臺(tái)座8 個(gè)、雙層存梁臺(tái)座64 個(gè)（其中1 個(gè)兼做靜載試驗(yàn)臺(tái)座），最大存梁量127 孔。根據(jù)工程及圖紙要求預(yù)制有砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁（雙線、單箱單室）。地震動(dòng)峰值加速度為0.2 g（g 為重力加速度，取9.81 m/s2）。設(shè)計(jì)速度250 km/h，ZK 活載，雙線、正線線間距為4.6 m。梁長(zhǎng)32.6 m、24.6 m、29.2 m，計(jì)算跨度31.5 m、23.5 m、28.1 m。截面類型單箱單室簡(jiǎn)支箱梁（不同跨度等高），截面中心梁高2.686 m，橋橫向支座中心間距4.4 m；梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。

工址區(qū)歷年平均風(fēng)速1.6～3.1 m/s，最大風(fēng)力8～9 級(jí)，以4、5、11 月風(fēng)速最大。主要災(zāi)害性天氣有霜凍、冰雹、大風(fēng)等。歷年平均氣溫7.4 ℃～14.9 ℃，極端高溫天氣多發(fā)生在7 月，最高氣溫35.9 ℃～41 ℃，氣候干旱缺雨，降水量多集中在7～9 月，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量，夏季炎熱，氣候干燥，多風(fēng)，預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)難度大。

2 預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制施工的重難點(diǎn)分析

第一，在案例工程預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制施工中，整跨鋼筋骨架由底腹板鋼筋骨架和橋面鋼筋骨架組成。鋼筋骨架結(jié)構(gòu)、作用不同，對(duì)鋼筋綁扎的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求也不相同。如何保證鋼筋骨架、鋼筋綁扎和預(yù)應(yīng)力筋預(yù)留管道的協(xié)調(diào)性，不發(fā)生沖突和碰撞，是本工程箱梁預(yù)制施工難點(diǎn)。

第二，本工程預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁的規(guī)模比較大，對(duì)模板預(yù)拱度的設(shè)置要求很高。如果模板預(yù)拱度設(shè)置不合理，不僅影響預(yù)制箱梁外觀質(zhì)量，還會(huì)出現(xiàn)一系列難以解決的質(zhì)量病害，影響橋梁工程的總體質(zhì)量。因此，如何設(shè)置模板預(yù)拱度是本工程預(yù)制箱梁施工的重點(diǎn)。

第三，混凝土施工長(zhǎng)期以來(lái)都是預(yù)制箱梁施工的難點(diǎn)。雖然混凝土施工工序較簡(jiǎn)單，但影響施工質(zhì)量的因素多，如工藝、材料、澆筑方式、振搗、養(yǎng)護(hù)等均對(duì)混凝土施工質(zhì)量影響較大[1]。本工程箱梁預(yù)制規(guī)模大，如何有效控制水化熱的影響，抑制裂縫的出現(xiàn)，是本工程預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制施工的又一重難點(diǎn)。

第四，預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量要求很高，案例工程梁全長(zhǎng)32.6 m、24.6 m、29.2 m，計(jì)算跨度31.5 m、23.5 m、28.1 m，現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，致使很多預(yù)應(yīng)力張拉的方法和措施無(wú)法順利開(kāi)展。如何結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，制定科學(xué)有效的張拉方案，并加強(qiáng)對(duì)張拉施工質(zhì)量的把控，也是本工程施工的重難點(diǎn)。

3 預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制施工要點(diǎn)和質(zhì)量控制

3.1 鋼筋綁扎和預(yù)應(yīng)力管道預(yù)留

本工程所有的鋼筋綁扎工作均在胎具上完成，以保證箱梁整跨鋼筋骨架的質(zhì)量，避免出現(xiàn)鋼筋和預(yù)應(yīng)力管道交叉碰撞問(wèn)題。為防止極端惡劣天氣影響現(xiàn)場(chǎng)施工，特制作可移動(dòng)式鋼筋綁扎胎具，通過(guò)動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)其整體沿導(dǎo)軌移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)鋼筋籠的綁扎及轉(zhuǎn)運(yùn)。箱梁鋼筋綁扎胎具經(jīng)導(dǎo)軌可移動(dòng)至鋼筋棚內(nèi)，鋼筋半成品至鋼筋籠成品綁扎后，利用鋼筋棚內(nèi)門(mén)吊吊裝，以提高效率，節(jié)約成本。

鋼筋與模板間均勻散布強(qiáng)度為C60 的混凝土保護(hù)墊塊，底面和側(cè)面墊塊至少設(shè)4 個(gè)/m2，綁扎墊塊的鋼筋鐵線頭禁止伸入保護(hù)層[2]。預(yù)應(yīng)力筋預(yù)留管道須按照預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)圖紙合理布設(shè)，為避免與鋼筋綁扎位置沖突，發(fā)生交叉碰撞問(wèn)題，應(yīng)按照表1 要求進(jìn)行嚴(yán)格控制。

表1 預(yù)應(yīng)力筋預(yù)留管道及鋼筋綁扎要求

為確保預(yù)應(yīng)力管道位置精確，采用自動(dòng)鋼筋網(wǎng)片焊機(jī)進(jìn)行網(wǎng)片焊接。利用電阻焊的方式，將電流通過(guò)焊頭及鋼筋處產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，對(duì)鋼筋局部進(jìn)行加熱，同時(shí)加壓進(jìn)行焊接。根據(jù)圖紙制作胎具，通過(guò)程序控制焊頭進(jìn)行焊接，誤差極小、精準(zhǔn)率高、鋼筋變形小、生產(chǎn)效率高，操作簡(jiǎn)單，焊接成本低。

3.2 模板預(yù)拱度設(shè)置

預(yù)應(yīng)力箱梁底模安裝時(shí)，需要嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求和實(shí)際情況，合理設(shè)置預(yù)留壓縮量和反拱度。具體反拱度數(shù)值可根據(jù)設(shè)在底模和制梁臺(tái)座預(yù)埋件間的鋼墊板進(jìn)行精確調(diào)節(jié)[3]。案例工程臺(tái)座底板預(yù)留壓縮量為：32 m 梁上翼緣板留8 mm，下翼緣板14 mm；24 m 梁上翼板留5 mm，下翼緣板8 mm。臺(tái)座按二次拋物線設(shè)置反拱度：32 m 梁設(shè)為24.54 mm；24 m 梁設(shè)為9.14 mm。具體見(jiàn)表2、圖1。

圖1 反拱值與跨中距離關(guān)系

表2 模板預(yù)留反拱度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

32 m 梁的反拱度按式（1）計(jì)算，

24 m 梁的反拱度按式（2）計(jì)算，

每座模板預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制施工前，需對(duì)模板的反拱度進(jìn)行精確測(cè)量和調(diào)整，以保證滿足設(shè)計(jì)要求。每預(yù)制完成一孔梁，均需對(duì)底模標(biāo)高進(jìn)行全方位測(cè)量監(jiān)控并及時(shí)調(diào)整，待沉降全部穩(wěn)定后，可酌情減少檢查頻次。同時(shí)，需檢查底模的反拱度和平整度，尤其是支座板需要保持良好的平整性。安裝完成后，四個(gè)支座板的相對(duì)高差不能超過(guò)2 mm[4]；底板頂面和設(shè)計(jì)標(biāo)高的允許偏差為±3 mm；底板全長(zhǎng)范圍內(nèi)橫向偏移量不能超過(guò)2 mm；底板全長(zhǎng)允許偏差為±10 mm；兩端支座螺栓孔中心距允許偏差為±10 mm；兩節(jié)臺(tái)座鋼底板接口位置的高差不應(yīng)超過(guò)2 mm。

3.3 混凝土施工水化熱控制

為控制預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制施工中水化熱對(duì)混凝土施工質(zhì)量造成的不良影響，應(yīng)盡量選擇水化熱較低的普通硅酸鹽水泥，且水膠比不應(yīng)超過(guò)0.35?；炷灵_(kāi)盤(pán)前，要嚴(yán)格測(cè)量粗骨料、細(xì)骨料、拌和料等的含水率；精確測(cè)定因?yàn)樘鞖庾兓鸬暮首兓棵堪啻沃辽俪闇y(cè)2 次，雨天則需隨時(shí)抽測(cè)；及時(shí)調(diào)整混凝土配合比，嚴(yán)格按照最終測(cè)定結(jié)果調(diào)整混凝土施工配合比，調(diào)整后的施工配料單要及時(shí)上報(bào)給現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師進(jìn)行確認(rèn)[5]。在炎熱夏季拌和混凝土，宜將骨料存于棚內(nèi)，采用深井水，并結(jié)合氣溫情況選擇在傍晚或夜間進(jìn)行混凝土拌和，以控制混凝土入模溫度不超過(guò)30 ℃?；炷翝仓础跋鹊装澹俑拱?，最后頂板”的順序進(jìn)行，即從預(yù)制箱梁的中間開(kāi)始逐步向兩端進(jìn)行澆筑，兩側(cè)腹板混凝土澆筑的高度須保持一致?；炷翝仓疽馊鐖D2。

圖2 混凝土澆筑示意

為有效控制水化熱對(duì)混凝土施工造成的不良影響，除采取科學(xué)合理的混凝土配置澆筑方法外，還要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。預(yù)應(yīng)力箱梁預(yù)制混凝土拆模之前采用蓄水養(yǎng)護(hù)頂板，自動(dòng)噴淋灑水養(yǎng)護(hù)內(nèi)腔，通過(guò)土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)端面，以有效避免高溫炎熱天氣對(duì)預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)的影響?；炷翝仓Y(jié)束后，及時(shí)用泡沫膠條封閉頂板頂面四周，并用塑料袋裝砂子，封堵各種預(yù)留孔洞，以免發(fā)生養(yǎng)護(hù)水滲漏，影響?zhàn)B護(hù)效果[6]。頂板混凝土澆筑完成3～5 h 后，及時(shí)開(kāi)展蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度以能覆蓋整個(gè)混凝土面為宜。預(yù)制箱梁的人字坡頂部覆蓋土工布，定期灑水保濕。在梁體內(nèi)腔標(biāo)準(zhǔn)段底板表面用塑料袋裝砂法封閉泄水孔?；炷翝仓瓿? h 后，及時(shí)蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度不小于3 cm。為防止大風(fēng)帶走梁體水分，端頭加厚段鋪設(shè)一層土工布灑水養(yǎng)護(hù)，梁兩端需分別安設(shè)一套霧炮機(jī)并采用篷布包裹，射程為30 m，混凝土澆筑完成后7 h 開(kāi)始噴霧直至養(yǎng)護(hù)結(jié)束，以保證混凝土表面保持濕潤(rùn)狀態(tài)，避免形成裂縫。

3.4 張拉施工

為保證預(yù)應(yīng)力張拉的有效性和合理性，需要制定科學(xué)有效的張拉方案，主要包括以下內(nèi)容。

1）張拉設(shè)備的選擇。為提升張拉效果，選用型號(hào)為T(mén)YZ/60-Ⅶ/TK 的智能張拉系統(tǒng)及350 T穿心式千斤頂。

2）做好張拉前的準(zhǔn)備工作。在預(yù)應(yīng)力張拉前，檢查梁體混凝土強(qiáng)度、彈性模量、齡期等是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并校正千斤頂和油壓表，驗(yàn)收錨具質(zhì)量[7]。采用預(yù)埋橡膠抽拔棒形成預(yù)應(yīng)力孔，混凝土灌注完成后抽出橡膠棒成孔。橡膠棒分為兩段，接頭位置在跨中。橡膠板接頭處理示意如圖3所示，采用鍍鋅鐵皮套管套連接，再用塑料膠帶封裹，避免接頭位置出現(xiàn)漿液滲漏。

圖3 橡膠棒接頭處理

3）鋼絞線制作和穿束。鋼絞線需要按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行下料，下料的長(zhǎng)度應(yīng)為工作長(zhǎng)度+1 640 mm。由專用的砂輪機(jī)切割鋼絞線，端頭先用扎絲綁扎。在自由放置狀態(tài)下，預(yù)應(yīng)力鋼絞線要梳整、編束，每隔1～1.5 m 扎一道鐵絲，鐵絲扣彎向內(nèi)[8]。綁束完成后，按照梁體規(guī)格掛牌，以免發(fā)生錯(cuò)用和混用問(wèn)題，保證每根預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿入兩端工作錨板的同一位置。鋼絞線制作穿束質(zhì)量要求見(jiàn)表3。

表3 鋼絞線制作穿束質(zhì)量要求

4）預(yù)應(yīng)力張拉。σk為錨下控制應(yīng)力。預(yù)張拉、初張拉工藝流程為0→0.2σk（靜停持荷30 s）→初張拉控制應(yīng)力（靜停持荷2 min）→補(bǔ)拉至σk→回油至0 錨固。終張拉時(shí)，已進(jìn)行預(yù)、初張拉的直接拉到預(yù)、初張拉力值的100 %（靜停持荷30 s），再?gòu)埨两K張拉力值（持荷2 min）；未進(jìn)行預(yù)、初張拉的工藝流程為0→0.2σk（靜停持荷30 s）→σk（靜停持荷2 min）→補(bǔ)拉至σk→回油到0 錨固。

鋼絞線伸長(zhǎng)量（兩端之和），不得超過(guò)計(jì)算值的±6 %。兩端伸長(zhǎng)量相差不超過(guò)5 %，否則證明兩端張拉不同步[9]。每片梁的24 h 后滑、斷絲不得超過(guò)鋼絞線總數(shù)的0.5 %，不在同側(cè)且一束內(nèi)斷絲不得超過(guò)1 根。

鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量按式（3）計(jì)算，

式中：ΔL 為鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量（mm）；L100%、L20%分別為張拉控制應(yīng)力達(dá)100 %、20 %時(shí)的油缸伸長(zhǎng)量（mm）；J20%、J100%分別為張拉控制應(yīng)力達(dá)20 %、100 %時(shí)工具夾電外漏量（mm）。

4 施工測(cè)試及效果分析

為驗(yàn)證施工質(zhì)量，工程預(yù)應(yīng)力施工完成后，采用反力架配合千斤頂方式，32 m 箱梁采用五點(diǎn)加載形式，實(shí)施靜載試驗(yàn)法施工測(cè)試?？缰性O(shè)一集中荷載，其余按其左右對(duì)稱布置，各荷載縱向間距均為4 m。靜載試驗(yàn)加載方式見(jiàn)圖4 示意。

圖4 靜載試驗(yàn)加載示意

試驗(yàn)梁的加載分兩個(gè)循環(huán)進(jìn)行。加載試驗(yàn)中梁體跨中承受的彎矩與設(shè)計(jì)彎矩之比稱加載系數(shù)K，表示加載等級(jí)。試驗(yàn)準(zhǔn)備工作結(jié)束后，梁體承受的荷載狀態(tài)為初始狀態(tài)；基數(shù)級(jí)下梁體跨中承受的彎矩是梁體質(zhì)量與二期恒載質(zhì)量對(duì)跨中彎矩之和。施工測(cè)試結(jié)果顯示，外加荷載在跨中最下層預(yù)應(yīng)力鋼絞線中所產(chǎn)生的最大應(yīng)力未超過(guò)彈性模量極限，表明本次箱梁預(yù)制施工質(zhì)量較好，施工質(zhì)量控制方法有效。

5 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力箱梁施工涉及面較廣、影響施工質(zhì)量的因素多、施工難度大。本文結(jié)合工程案例，分析預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁關(guān)鍵施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)。施工測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)規(guī)范鋼筋綁扎、合理預(yù)留預(yù)應(yīng)力管道、科學(xué)設(shè)置模板預(yù)拱度、嚴(yán)格控制混凝土施工水化熱以及科學(xué)有效地張拉施工等關(guān)鍵措施，可避免現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的施工條件及極端天氣對(duì)預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁施工產(chǎn)生不良影響，確保箱梁預(yù)制施工質(zhì)量，可為同類工程提供參考。