氣囊內模制作空心板梁的質量控制

黃耀儉 張建東

空心板簡支梁橋以其成本低、施工方便、吊裝運輸安全、自重輕、穩定性好、工期短等優點被廣泛應用在高速公路橋、城市立交橋及路網工程中的大、中、小橋中的上部結構。特別在氣囊內模的使用得到推廣后，促進了空心板梁的工廠化施工，進一步降低了造價。氣囊內模制作空心板梁，就是在預制板的預留空心部分用充氣的氣囊堵塞，經 3h～8h，待混凝土初凝后放氣抽空。這種施工方法方便快捷且氣囊內模這種材料周轉使用次數較高、成本較低。但氣囊內模容易偏移、上浮，使得氣囊內模制作空心板梁難度增加，甚至造成空心板梁不合格。從寧臺溫高速公路和商丘—營廊集高速公路建設情況來看，該問題一直沒有得到很好的解決。

1 控制氣囊上浮與偏位的施工措施

1)混凝土配合比設計的要求。a.首先要保證其組成材料的質量;b.混凝土配合比設計的要求:為了使混凝土密實并達到設計強度，要求精心確定混凝土配合比，使粗細集料組成的礦物質混合料具有良好的級配，混凝土拌和物達到配合比要求的水灰比、坍落度，28 d強度符合設計要求。控制好混凝土的坍落度。2)氣囊的體積大小對浮力大小起著重要作用，控制起來難度不大，首先要使氣囊的幾何尺寸嚴格符合設計要求，且長度適宜。其次是保證氣囊位置準確，氣囊應采取加密定位鋼筋的措施。3)混凝土下料的速度宜緩，下料盡可能均勻，下料口的高度盡可能低，減小沖擊反力。采用低頻振動棒，振動時間不宜過長，一般混凝土開始泛漿，有少量氣泡或沒有氣泡冒出即可。下料左右要均勻，振搗左右要同步。4)空心板采用長線法先張預應力臺座制作時，在每個臺座端頭預埋鋼鉸線的定位鋼板。定位鋼板起精確定位及在克服氣囊上浮時借力的作用。5)加作用力克服氣囊上浮與偏移。例如:使用定位鋼筋，頂部加壓等。6)混凝土的澆筑的控制方法。先下底板混凝土，振搗;再穿氣囊，兩邊同時分兩層澆筑、振搗;縱向斜向分層澆筑。該方法相對先穿氣囊澆筑法有以下優點:坍落度可放小，混凝土強度提高快，不會出現水泥漿帶、混凝土死角，氣囊不易偏位、上浮。

2 氣囊內模上浮的空心板梁算例分析

本算例采用巴馬—田陽(百色段)二級公路改建工程某標段氣囊內模上浮的空心板的測量數據為依據。

2.1 截面最大彎矩及正截面抗彎承載能力計算

為計算簡便，將實際的圓形開洞截面根據洞口面積、慣性矩及形心位置不變的原則換算成矩形開洞截面并最終轉化成工字形截面進行截面承載能力計算。正截面抗彎承載能力根據頂板測量數據按以下四種情形分別計算:情形 1:空心板設計截面;情形2:僅空心板作為結構層，頂板厚度1.8 cm;情形3:僅空心板作為結構層，頂板厚度3.0 cm;情形4:結構層為頂板厚度1.8 cm的空心板+5 cm厚橋面鋪裝鋼筋混凝土。

單片空心板梁截面抗彎承載能力驗算結果如表 1所示。

表1 正截面抗彎承載能力結果比較

2.2 斜截面抗剪承載能力分析

由于斜截面的抗剪承載能力在混凝土強度、受力鋼筋配置以及施加的預應力確定后，只取決于空心板的截面高度和腹板寬度。而現行規范并未考慮截面翼緣的影響，截面頂板厚度的改變對結構斜截面的抗剪承載能力的影響可予以忽略。因此，結構斜截面抗剪承載能力即使在頂板厚度減小時亦能滿足原設計要求。當采取可靠措施使橋面鋼筋混凝土鋪裝能參與結構作用而承載時，由于截面高度增大，會使結構的斜截面抗剪承載能力得到進一步的提高。

2.3 正常使用極限狀態應力分析

1)該橋若只考慮空心板作為結構層，頂板厚度按原設計取為8.75 cm時。正常使用極限狀態下結構不出現拉應力?？缰薪孛嫔暇壸畲髩簯?.3MPa，下緣最大壓應力為0.4MPa?？梢娫摌蚴前凑杖A應力混凝土構件設計的。

2)在空心板頂板厚度取 1/4跨截面的實測最小厚度 1.8 cm時。a.若只考慮空心板作為結構層，正常使用極限狀態下跨中截面下緣出現拉應力，其值為0.6MPa≤0.8Rbl=2.4MPa，上緣最大壓應力為13.1MPa≤0.6Rba=21.0 MPa。因截面有拉應力出現，因此不滿足原設計的全預應力混凝土構件要求，但使用階段的應力滿足預應力混凝土A類構件的要求。b.若考慮空心板上 5 cm厚的水泥混凝土作為結構層，則結構內不出現拉應力?？缰薪孛嫔暇壸畲髩簯?0.3 MPa，下緣壓應力為0.1MPa，使用階段的應力滿足原設計的全預應力混凝土構件要求。c.若考慮空心板及10 cm厚的水泥混凝土作為結構層，則結構內不出現拉應力，跨中截面上緣最大壓應力8.5MPa，下緣壓應力為0.5MPa，使用階段的應力滿足原設計的全預應力混凝土構件要求。

3)在空心板頂板厚度取 1/2跨截面的實測最小厚度 3.0 cm時。a.若只考慮空心板作為結構層，正常使用極限狀態下跨中截面下緣出現拉應力，其值為0.6MPa≤0.8=2.4MPa，上緣最大壓應力為12.3 MPa≤0.6=21.0MPa。因截面有拉應力出現，因此不滿足原設計的全預應力混凝土構件要求，但使用階段的應力滿足預應力混凝土A類構件的要求。b.若考慮空心板上5 cm厚的水泥混凝土作為結構層，正常使用極限狀態下跨中截面下緣出現拉應力，其值為0.1MPa≤0.8=2.4MPa，上緣最大壓應力為10.0MPa≤0.6=21.0MPa。因截面有拉應力出現，因此不滿足原設計的全預應力混凝土構件要求，但使用階段的應力滿足預應力混凝土A類構件的要求。c.若考慮空心板上 10 cm厚的水泥混凝土作為結構層，則結構內不出現拉應力。跨中截面上緣最大壓應力8.3MPa，下緣壓應力為0.3MPa，使用階段的應力滿足原設計的全預應力混凝土構件要求。

2.4 正常使用極限狀態撓度分析

預應力混凝土空心板橋在短期荷載下出現撓度最大值為在頂板厚度取1.8 cm情況下的7.7mm，小于規定的限值L/600= 33mm，符合要求。

2.5 建議的維修加固方案

1)將橋面 10 cm鋼筋混凝土橋面鋪裝的混凝土標號由原設計的C 40提高至C50。2)澆筑橋面10 cm鋼筋混凝土橋面鋪裝之前，必須將預應力空心板板頂面鑿毛并予以清洗干凈。3)將預應力空心板頂面原本為加強相鄰板塊之間橫向整體性的 25 cm高的耳筋(N 13)改作為結合面的抗剪鋼筋使用。為此將其在空心板頂面以上 8 cm處與鄰板耳筋相對彎折并搭接，彎折處順橋向設置貫穿全橋的 2φ12架立筋。4)為增強層間抗剪，每塊板頂面沿橫向在兩耳筋之間的 1/3及 2/3分點處鉆孔用環氧樹脂膠植φ14的剪力鋼筋，該鋼筋錨于空心板頂板深度不小于 7 cm，凸出板頂面高度為8 cm，順橋向間距為20 cm，并盡可能與原耳筋縱向交錯布置。5)在每一空心板頂面企口縫處布置附加的鋼筋網片充當原耳筋的作用即增強上部結構的橫向聯系。

3 結語

通過巴馬—田陽(百色段)二級公路改建工程 2座大橋、4座中橋、2座小橋的工程實踐證明，文中所提氣囊上浮與偏位控制措施是正確、有效的。該工程共使用氣囊內模板制作空心板梁534片，合格率達 100%，優良率達 95%。實際施工比原計劃施工時間縮短 50 d，平均每片板梁降低造價 350元。

對氣囊上浮的不合格空心板梁計算分析發現，氣囊上浮對截面承載能力的影響較小。當采取可靠措施能使空心板頂面上鋼筋混凝土橋面鋪裝作為結構層參與受力，則氣囊內模上浮的空心板梁的安全性和使用性可以得到保證。

[1] 黃大能.新拌混凝土的結構和流變特征[M].北京:中國建筑工業出版社，1983.

[2] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范[S].

[3] JTJ 058-2000，公路工程集料試驗規程[S].

[4] JTJ 023-85，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].