30m箱梁預制與后張技術探討

摘要:后張法預應力混凝土箱梁結構具有跨度大、施工方法靈活、結構剛度大、抗震能力強、行車舒適、外形美觀等—系列優點，在高速公路和城市立交橋梁都得到廣泛的應用。本文結合內蒙古博牙高速公路17合同扎敦河大橋的預制箱梁施工實踐，介紹了設計方案、施工工藝、技術措施，以及現場質量管理等問題，可作為同類橋梁施工參考。

關鍵詞:混凝土預制箱梁 后張 設計與施工 技術探討

一、概述

綏滿國道主干線博牙高速公路位于內蒙古牙克石市境內，工程起點位于博克圖腰梁子山隧道口，工程的終點位于牙克石市西側301國道上。路基寬26m，雙向4車道，設計速度100km/h。17合同段全長5.1km，包括扎敦河大橋1座，通道2道，涵洞6道及路基土石方工程。扎敦河大橋全長487m，分別為4×30m的先簡支后連續的預應力混凝土預制箱梁。共計四聯16跨，全橋箱梁總計128片。30m箱梁底板寬為1.0m，厚為18～25cm，腹板厚18～25cm，梁高1.6m，頂板設2%的橫坡，通過兩側腹板的高度變化來調節。預制主梁混凝土采用C50，鋼絞線采用抗拉強度標準值fpk=1860MPa，公稱直徑d=15.2mm的低松弛高強度鋼絞線。中跨梁預應力孔道8個， 全部為4束φ15.20mm鋼絞線;邊跨梁預應力孔道8個， 其中4個為5束φ15.20mm鋼絞線，4個為4束φ15.20mm鋼絞線。

二、鋼筋工程施工工藝及需注意的問題

（一）鋼筋的工藝要求

鋼筋施工時，按照圖紙設計要求控制鋼筋的間距、位置，并綁扎牢固。要求焊接的鋼筋，能事先施焊的應提前焊接，以節約時間，提高工效。焊縫長度為5d、寬度為0.7d、厚度為0.3d，外觀應滿足規范要求，焊渣要敲干凈。所有鋼材必須有出廠合格證，并且要經過現場取樣復試合格后才能使用。外觀質量及力學性能、標準應符合規范要求。

（1）除銹：鋼筋表面有油漬、污染或用錘擊能剝落浮皮、鐵銹時，使用前要清除干凈，焊接點更要清除干凈，可用電動除銹機進行除銹。

（2）切斷：使用鋼筋切斷機進行切斷加工，加工時要先斷長料，后斷短料，以減少損失。鋼筋長度要準確，不得超過規范允許偏差。

（3）鋼筋彎制：使用彎曲機進行鋼筋彎曲加工，頂、底板橫向鋼筋端部帶直角彎鉤，根據彎曲角度扣除彎曲調整值。

（4）鋼筋的連接及綁扎。為了避免鋼筋的過量損失，對于直徑小于15mm的Ⅱ級鋼筋采用機械連接，對直徑大于15mm的Ⅱ級鋼筋則采用電弧焊。

（5）鋼筋保護層的控制：采用塑料墊塊或者加附屬筋支撐塑料墊塊，墊塊在施工中不發生傾斜，保證保護層的厚度。

（6）箱梁鋼筋的骨架綁扎拼裝應在箱梁臺座上進行，操作時應符合下列要求：a、拼裝時應按設計圖紙放大樣，放樣時應考慮焊接變形和預留拱度。b、鋼筋拼裝前，對有焊接接頭的鋼筋應檢查每根接頭是否符合焊接要求。c、拼裝時，在需要焊接的位置用楔形卡卡住，防止電焊時局部變形。待所有焊接點卡好后，先在焊縫兩端點焊定位，然后進行焊縫施焊。d、主筋焊接時，首先加工鋼筋的倒角，使鋼筋焊接后同心受力。e、施焊順序：在焊接過程中，由于焊縫填金屬及被焊金屬的溫度變化，將使骨架產生翹曲變形，同時在焊縫內將引起導致焊縫開裂的收縮應力。為了防止或減少這種變形和應力，一般以采用雙面焊縫為好。即先焊好一面的焊縫，爾后把骨架翻身，再焊另一面的焊縫。當大跨徑鋼筋翻身因難而不得不采用單面焊縫時，則須在垂直骨架平面的方向做成預拱度。同時，在焊接操作上應采用分層跳焊法。即從鋼筋中心向兩端對稱地、錯開地焊接，先焊骨架下部，后焊鋼筋上部。在同一斷面處，如鋼筋層次多，各道焊縫也應互相交錯跳焊。同時，每道焊縫可分兩層，即先按跳焊順序焊好縫的下層，經冷卻后，再按跳焊順序焊完上層。當多層鋼筋直徑不同時，則可先焊直徑相同的鋼筋，再焊直徑不同的鋼筋。焊縫在焊成后，應全部敲掉焊渣。

(7)定位網片施工：a、定位網片在胎模上點焊成形，網片各尺寸、距離要準確，網片布置允許誤差為-2mm。b、定位網片安裝位置要準確，直線段間距為1m，曲線段間距為50cm。其上下左右安裝偏差不大于5mm，順管道方向偏差不大于10mm。定位網片與四周鋼筋綁扎，以加強定位的準確性。

（二）需注意的問題

鋼筋綁扎與預應力孔道布置是預應力箱梁結構施工的重要組成部分，直接關系到箱梁結構的質量。在后張預應力箱梁結構中，結構鋼筋必須保證梁體能夠承受預應力施加時所產生的荷載及預應力孔道、錨墊板的架立功能，而預應力孔道的成型質量則是能否按照設計施加預應力的基本保證。

（1）鋼筋在場內必須按不同鋼種、等級、規格、牌號及生產廠家掛牌堆放。（2）鋼筋在加工場內制作，現場安裝成型。（3）當預應力鋼束與普通鋼筋位置發生干擾時，可適當調整鋼筋位置，并取得監理工程師的認可。（4）預留孔道及預埋件：對施工所需的預留孔道及預埋件進行設置，設置位置要正確、曲線要圓滑、固定要牢固。（5）預應力孔道成型的主要要求是：位置準確、線型圓順、密閉性能好。需要解決好下面兩個問題：①施工前必須校驗孔道坐標位置與曲線長度是否相符，否則常會發生孔道及錨固區位置與斷面不符的情況，造成孔道、模板的返工修改。②鋼筋密集區域經常發生位置矛盾的現象。施工中必須加以整理，排好位置，避免發生鋼筋過密以至無法綁扎或混凝土無法澆筑的情況發生，否則，錨固區混凝土極易出現蜂窩，空洞現象。綁扎鋼筋時也應特別注意綁扎順序，避免鋼筋綁扎成型后孔道無法就位或錨座預埋件無法放入。

三、預制箱梁砼施工工藝及需注意的問題

（一）根據總體施工組織設計要求，預制梁場設在路基范圍內

梁場設置箱梁臺座10個，臺座的長度為31m，厚度30cm，中跨6個，寬度1.0m，邊跨4個，寬度1.0m，臺座頂面鋪設4mm厚鋼板。梁場設置2臺跨度為28m的龍門桁吊，以供砼澆注和模板的吊裝使用。

外模為鋼結構模板，采用4mm鋼板及10cm槽鋼而成。外模根據不同部位的梁作相應調整，總體分中跨中梁、邊跨中梁、中跨邊梁、邊跨邊梁四大類。對于中跨及邊跨的梁段，僅對邊跨兩端1.5m范圍內的模板加以調整。在靠立模板時，要注意模板的方向和高度，保證預制的梁與相應待架設部位的梁相對應。

外模之間的連接通過螺栓連接，為保證模板接縫緊密，相鄰模板接縫平順、光滑，整個模板的平整度控制在3mm以內，相鄰差控制在2mm以內。

為保證砼澆筑順利及振搗密實，在外側模板的中下部設10個附著式振搗器。為方便脫模，模板與砼接觸面均涂以清潔機油脫模劑。

內模為組合鋼模板和支架構成，內模板面采用4mm鋼板，加強肋由L63×63×6mm角鋼及66×6mm的扁鋼焊接而成。中跨梁內模板一套共分22小段，全套模板共分成150塊，邊跨梁內模板一套共分23小段。內模板在臺座邊拼裝成形，全套模板共分六節，分節吊裝入模。內模底腳處留10cm左右的平直段，以增加澆筑腹板砼的穩定。內模頂板根據砼澆筑和底板振搗需要，開設若干窗口，待相應部位底板砼澆筑完成后再予以封閉。

（二）混凝土加工生產及澆筑施工的各項工藝

混凝土設計為C50混凝土，對于這種高標號的混凝土，如果原材料選擇不當或混凝土配合比不合理，都會對混凝土澆筑質量造成不良的影響，所以對混凝土的整個加工生產和澆筑過程都進行嚴格的要求和控制。

1、原材料的檢查

(1)水泥的檢查與保管。水泥進場之前抽取樣品進行檢驗，并報請監理工程師同意后才能進場。水泥的檢查和存儲、堆放都要符合規定要求。(2)集料選擇。細集料選擇級配良好、質地堅硬、顆粒潔凈的河砂。粗集料選用堅硬、具有耐久性的碎石。粗、細集料必須滿足《公路橋涵施工技術規范》中的各項指標要求，并且現場取樣做篩分、雜質含量、強度、針片狀含量等試驗，檢驗合格并簽證后方可進場使用。(3)礦物摻和料、化學外加劑：外加劑類型有早強減水劑等。各類外加劑的摻量要經過試驗論證。

2、配合比設計

本箱梁砼配合比為水泥：水：中砂；碎石:外加劑為464：181：632：1173：3.71。水泥為哈爾濱525，外加劑為高效減水劑（UNF-2A），塌落度100mm。

混凝土配合比在澆筑前完成，并將配合比詳細資料，包括混凝土強度，各種集料的材質和級配、配合比參數、水灰比及坍落度、施工工藝要求等報監理工程師批準。

3、混凝土的拌制

混凝土在攪拌站統一拌制。攪拌站設電子計量裝置，并定期檢查，確保計量誤差控制如下：粗細集料±2%，其它原材料為±1%。

4、混凝土澆筑

澆筑砼前嚴格檢查伸縮縫、護欄、泄水孔、支座等附屬設施的預埋件是否齊全；應保證預應力管道及鋼筋位置的準確性；由于預制梁頂、底板及腹板較薄，C50砼配合比粗集料采用5-20mm碎石；砼坍落度控制在9-11cm。

（三）澆筑混凝土施工中需注意的問題

箱梁混凝土澆筑是環節較多、最不易控制的一道工序。在施工中必須解決好施工組織、澆筑順序、強度、坍落度控制、振搗及孔道保護等一系列問題。

由于混凝土一旦開始澆筑則必須連續完成，因此施工前必須考慮到以下幾個方面問題：（1）混凝土開盤前必須檢查是否有足夠的原材料（即：水泥、石子、砂及水源）。同時必須有備用攪拌機械和電源。（2）必須有滿足澆筑速度的運輸工具。當運距過遠時，要有專項措施保證運輸路線的暢通。當運輸路線情況復雜時，應考慮備用運輸路線。（3）在混凝士澆筑施工中，對混凝土質量必須設兩層質量控制，即混凝土出盤質量控制和現場入模前質量控制。（4）攪拌站與澆筑現場之間要有可靠便利的通信手段或交通工具，以便能及時調整混凝土質量或澆筑速度。（5）混凝土現場要有合理的照明布置，并有備用電源、備用振搗器械及熟練的模板工和鋼筋工。（6）混凝土澆筑前必須進行澆筑方案交底，特別是施工人員要對振搗質量及孔道保護、預埋件、排氣孔等方面負責。（7）預應力箱梁腹板較窄，鋼筋及孔道密集，這就要求石子粒徑要小，混凝土的坍落度和易性要好。因此對強度、坍落度、和易性的控制尤為重要。選擇高標號水泥、高強度破碎石、石英砂并精心試配，選擇適當的外加劑就可以有效的控制強度、坍落度及和易性。

四、預應力工程施工工藝及需注意的問題

（一）預應力工程施工工藝

1、波紋管敷設

波紋管敷設時采用#字架加固，并將#字架與網筋焊接，支墊距離80cm，在彎曲處適當加密至30～50cm。當預應力管道與普通鋼筋相碰時，應將普通鋼筋適當挪動，但不得切斷鋼筋。在頂、底板波紋管敷設時，為使砼施工時人員不至踩彎波紋管，把#字架的一角豎直鋼筋加長，直至露出砼頂面10cm以作為醒目的標志。

彎起波紋管的彎制，用控制弧線弦高的辦法控制彎曲半徑，經過若干次的彎曲，達到所需要的彎曲波紋管的長度。波紋管接頭采用套接法，套接波紋管長度15-20cm左右。套接管規格應比制孔規格大一些，套接件兩端均密封。波紋管直接套入錨墊板喇叭管，為防止滲漿，應在喇叭管內波紋管處塞實，并封固。

2、鋼絞線下料與穿束

在底、腹板波紋管定位并纏裹完畢后，用人工從一端向孔道內穿入鋼絞線。

（1)穿束前應檢查錨墊板和孔道，錨墊板應位置準確，孔道內應暢通，無水和其他雜物。鋼絞線穿入后應盡早盡快張拉及壓漿，否則必須采取特殊措施以防止鋼絞線銹蝕或腐蝕。(2)在穿有預應力鋼筋構件附近嚴禁實施焊接，否則應對預應力筋采取保護措施，放置沾上焊渣或造成其他損失。(3)鋼絞線下料可用輕型變速砂輪機截斷，嚴禁用電弧切割。鋼絞線在切斷前，應在切割線兩側3-5cm處用鐵絲綁扎，以免散頭。下料時根據設計圖紙進行曲線計算，確定每根鋼絞線的長度，并對每根鋼絞線的兩端都進行編號。(4)預制箱梁混凝土完畢后，用人工從一端向孔道內穿入鋼絞線。在穿束時，鋼絞線前端設置子彈頭。以保證穿束時波紋管不受損傷。

3、預應力筋張拉

(1)千斤頂在使用前應與配套使用的油壓表（1.5級精度）油泵共同進行標驗，并有標驗數據記錄，在使用過程中按一般規定進行定期標定，確保張拉計量的準確性.油頂摩擦系數不得大于1.05，預應力施工應以控制應力為主，伸長量作為校核。預應力鋼束的下料長度、張拉控制噸位、控制伸長量等均按設計圖紙辦理。

(2)張拉。鋼絞線在正式張拉前應進行初張拉，兩端同時進行采用RDC-1100型千斤頂、ZB4-500油泵。安裝千斤頂，將張拉端露出鋼絞線穿入千斤頂的壓頭頂緊錨具。鋼絞線尾部通過千斤頂內的夾具夾緊，調整初應力開始張拉，分級每次記錄鋼絞線的伸長量。

鋼絞線應兩端同時對稱張拉，其張拉程序為：

0 10%δK20%δK100%δk持荷2分鐘，測實際伸長值預壓夾片測回縮量0

按設計要求不采用超張拉。張拉前，錨環的錐形應用棉紗將油污和臟物清除干凈，并均勻地涂上層石蠟粉，以增加夾片的自錨性能。夾片為三片組成一組，安裝前必須清除干凈。

(3)每組鋼束在張拉時，嚴格按設計給定的程序，對稱、均衡進行。當實際伸長值與理論伸長值之差大于6％時，立即停止張拉，查明原因并采取措施調整后，再繼續張拉。當滑絲或斷絲超過規范要求時，進行更換后重新張拉。

4、管道壓漿及封堵頭

(1)水泥漿配合比。水泥漿強度等級為50Mpa，水灰比為0.32。水泥選用PⅡ52.5普通硅酸鹽水泥，進入灰漿攪拌機的水泥應通過2.5×2.5mm的細篩過濾。水泥漿中摻入UNF-1型高效減水劑和HT-U型高效膨脹劑，以提高其流動度和減少泌水率。其摻量分別為2%和8%。水泥漿流動度在14～18S之間。

(2)壓漿前的準備工作：a、切割錨具外的超長鋼絞線，切割時不得損傷錨具及夾片，可用濕石棉繩纏著鋼束根部，用砂輪機割。切割后伸出錨塞外5～8cm。切割鋼絞線工作應在檢查人員檢查張拉記錄和批準后方可進行。b、壓漿前應對孔道進行清潔處理，徹底清除有害物質。特別是油污，可采用無腐蝕的中性洗滌液或皂液，用水稀釋后進行沖洗，然后用不含油的壓縮空氣，將孔內所有積水吹除干凈。

(3)壓漿：a、壓漿采用一次壓漿成型的方法施工，壓漿泵采用活塞式壓漿泵。壓漿的最大壓力值宜為0.5～0.7Mpa，壓漿應達到孔道另一端飽滿出漿，排氣孔排出與規定稠度相同的水泥漿為止，為保證管道中充滿灰漿，關閉出漿口后，應保持不少于0.5Mpa的一個穩定期，穩定時間不少于2Min。壓漿時應從最低點的壓漿孔壓入，由最高點的排氣孔排氣和泌水。壓漿順序宜先壓注下層孔道。壓漿應緩慢、均勻地進行，不得中斷，并應將所有最高點的排氣孔依次一一放開和關閉，使孔道內排氣通暢。較集中和鄰近的孔道，宜盡量先連續壓漿完成。b、水泥漿的拌制至壓入孔道的延續時間，視氣溫情況而定，一般在30～40Min范圍內，水泥漿在使用前和壓漿中應連續攪拌，對于因延遲使用所致的流動度降低的水泥漿，不得通過加水來增加其流動度。c、在壓漿后48h內，結構砼溫度不得低于50C，否則應取保溫措施。當氣溫高于350C時，壓漿宜在夜間進行。d、壓漿時，每一工作班應取不少于3組的7.07×7.07×7.07cm的立方體試件，標準養護28d，檢查其抗壓強度，作為評定水泥漿質量的依據。e、孔道壓漿前要認真填寫施工記錄。

（4）封堵頭。在箱梁預制、張拉、壓漿完成后，在墩頂還需進行負彎矩二次張拉，梁端不需要封端，梁體兩端內腔用先預制好的堵頭板堵頭，以保證墩頂橫梁現澆砼的形狀。

（二）施加預應力施工中需注意的問題

預應力施加是后張預應力箱粱結構質量的最終體現。預應力的施加效果是由孔道位置線型、預應力筋的力學性能、張拉控制程序、錨具質量精度等多方面因素構成。但其將歸結為預應力施加量與預應力損失兩部分。這兩者之差也就是預應力的施加效果。預應力施加過程中經常遇到的只有3個問題：斷絲、滑絲、預應力損失，解決好這3個問題也就保證了預應力的施加效果。

1、斷絲

（1）造成斷絲的原因主要有：預應力筋力學性能不合格；錨板喇叭筒、錨墊板、錨環及千斤頂不同心，造成偏拉，受力不均；錨墊板選用不合理。鋼制墊板喇叭筒較細、端部比較鋒利，稍有連接不順，張拉時會造成預應力筋的傷害。（2）防止斷絲的措施有：強度相同但延伸率差異較大的兩批材料不能同束使用；安裝千斤頂應做到與墊板方向垂直。選用鑄鋼制墊板，避免造成預應力筋損傷。（3）斷絲處理：雙張鋼束時可先用卸錨器松錨，然后移動鋼束，用單孔小頂進行張拉，這樣就縮短了千斤頂占用長度。當預應力束較短時，可以用單張代替雙張的辦法加以解決。當本身就是單張的鋼束發生斷絲時，一般采用超張拉的辦法加以解決，超張時可采用全斷面超張或同束號超張的辦法。

2、滑絲

（1）造成滑絲的原因主要有：錨環、夾片硬度不夠或夾片齒過淺；鋼束、夾片清理不徹底；.當鋪環孔坡度過小、過大時都可能發生滑絲；安裝夾片頂面不齊也能造成滑絲；千斤頂張拉時回油過快也可能發生滑絲現象。（2）防止滑絲的措施：張拉前對鋼束錨錨固部分、錨環、夾片進行徹底清理，安裝夾片時要保證外露部分相同，頂面平齊；根據所采用的鋼束種類選擇錨具，當用高強鋼絲時宜采用XM型錨具，當采用鋼紋線時則OVM型錨具較為適宜。(3)滑絲的處理：滑絲處理一般采用單孔補張，補張不成功時可用疊加錨環法處理。

3、預應力損失

在預應力6種損失因素中，混凝土干縮損失、徐變損失兩種不易控制。但其損失值與其它4種相比也較小。因此，要想減小預應力損失應在其它4種損失因素上考慮：（1）孔道摩阻損失。孔道摩阻的損失值較大，實踐證明，孔道加密架立筋，在張拉錨固前先不上夾片，反復單張拉幾次都可以有效的降低孔道摩阻系數。（2）錨具回縮損失。減小錨具回縮損失可以兩方面入手。一是選用機械頂錨的錨具及張拉機具。二是當采用自錨體系時，適當減小錨環與限位板之間的間距，但調整時必須注意不能調整過大，否則錨具回縮損失雖然減小，但錨口損失增加，得不償失。（3）混凝土壓縮損失。減小混凝土壓縮損失可在不影響結構受力狀態的前提下，通過調整張拉順序減少損失，一般原則是先長后短、對稱施壓，一次完成。（4）松馳損失。減小松馳損失的辦法，除采用高強低松馳鋼紋線外，還有一個辦法是使灌漿飽滿，并且水泥漿迅速達到設計強度。

五、結束語

箱梁是橋梁的主要承重構件，是橋梁施工的重中之重。本橋在施工過程中嚴格遵循《公路橋涵施工技術規范》，在鋼筋工程、砼澆筑工程和預應力工程施工等關鍵工序中，采取了有效的預防處理措施，有效地杜絕箱梁結構的一般質量通病，高質量的完成本橋預應力混凝土預制箱梁結構的施工。

參考文獻:

[1]公路橋涵施工技術規范（JTJ041--2000）

[2]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土設計規范（JTJ023--85）

[3]鋼筋焊接及驗收規程（JGJ18--2003）

[4]公路橋涵設計通用規范（JTJ021--89）

（責任編輯：陳通）