預制箱梁支座預埋鋼板空響分析及控制對策研究

艾 巖 上海鐵路局建設管理處

預制箱梁支座預埋鋼板空響分析及控制對策研究

艾 巖 上海鐵路局建設管理處

預制箱梁的支座預埋鋼板空響是預制箱梁的一種質量通病，詳細介紹了對支座預埋鋼板空響的調查情況，分析了鋼板空響的原因，提出了對已澆筑箱梁鋼板空響的治理方案，從施工工序分析的角度出發，給出了預防支座鋼板空響的針對性措施。

預制梁；箱梁；支座；鋼板空響

1 問題的提出

在鐵路、公路橋梁建設中，預應力混凝土預制箱梁的應用越來越廣泛。與現澆箱梁比較，預制箱梁的優點主要包括：工廠化生產，質量可控性好；梁體施工和橋墩、基礎施工可同步進行，縮短了工期；可以避免支架現澆施工中，支架搭設、預壓過程中的事故。

近年來，為了滿足我國鐵路建設，尤其是客運專線建設，修建了大量的箱梁預制場，批量生產了跨度32 m、24 m標準預制箱梁。總體來看，預制箱梁的質量是優良的，但也有一些預制箱梁存在質量通病，如梁體兩端支座位置處的預埋鋼板在敲擊下發生空響。預埋鋼板空響說明預埋鋼板與梁體混凝土之間存在縫隙，這個問題在我國幾條客運專線的預制箱梁中都發生并整治過。雖然鋼板空響對箱梁的承載能力幾乎沒有影響，但這種病害對橋梁的長期使用性能有不利的影響。同時，在往復循環的運營列車荷載作用下，支座鋼板與混凝土之間的縫隙對線路平順性也有不利影響。因此，為了保證橋梁長期使用性能良好以及橋上線路的高平順性，需要對支座預埋鋼板空響進行深入分析，并研究控制對策。本文在廣泛調研的基礎上，分析支座鋼板空響的原因，提出了針對鋼板空響的整治方案，給出了降低支座鋼板空響的針對性施工防范措施。

圖1 支座預埋鋼板

圖2 支座鋼板和防落梁鋼板

2 支座預埋鋼板構造

盆式橡膠支座是我國鐵路簡支梁橋受力體系中承上啟下的關鍵環節，列車荷載、箱梁自重、橋面系荷載全部通過支座傳遞到橋墩中，進而傳遞到基礎及地基中去。在支座傳遞來自上部結構豎向力和水平力的局部路線中，上部結構荷載首先通過預埋在梁體底部的支座鋼板，再經由鋼板傳給支座鋼盆中的橡膠，再進一步傳至與橋墩接觸的支座下鋼板。顯然，預埋在梁體里面的支座鋼板承受非常大的局部壓力。鋼板在敲擊下發生空響，說明鋼板與附近的混凝土未能密貼。如果鋼板空響嚴重，梁體在運營期間就存在極大的安全隱患。

梁體底部的預埋支座鋼板上一般附帶有4根鋼質粗套筒（帶螺紋）和9根細鋼筋，鋼筋在支座鋼板上的布置稍顯稀疏。在支座預埋鋼板附近，梁體內還預埋了防落梁鋼板，其上錨固構造鋼筋較密。圖1為梁底支座預埋鋼板，圖2為支座鋼板和防落梁預埋鋼板。

3 支座預埋鋼板空響率調查

為了解支座預埋鋼板空響問題，應加強工序的管理，在某梁場進行了30片預制箱梁支座預埋鋼板空響的調查，將每塊支座鋼板劃分為50個小格，逐格敲擊鋼板，檢查空響程度。對每塊鋼板的空響率（每塊鋼板下空響面積/每塊鋼板平面積×100%）進行了計算。支座預埋鋼板空響調查結果見表1。由表1知，預埋支座鋼板存在一定的空響率，最大空響率為48%。120個支座板中，空響率在20%以上的有16個，占13.3%，雖然大部分支座鋼板空響率比較低，但支座鋼板空響仍是個共性問題，需要引起高度重視。

表1 支座鋼板空響率調查結果

4 支座預埋鋼板空響原因分析

根據箱梁設計圖紙及施工工藝情況，經研究分析，認為產生支座板空響的原因有以下幾種。

4.1 鋼板附近鋼筋密集造成混凝土流動困難

因支座板是梁體的重要部位，所以在其上方布置了相當密集的鋼筋網片。按照設計圖紙，梁端底板部位梁體鋼筋共有8層（包括所有橫向和縱向鋼筋），間距為10～15（cm）；為了保證支座板的穩定性，設計圖又在此處設置了3層Φ10螺紋鋼作為支座板加強筋，間距為10 cm。同時，鋼筋籠在吊裝后梁端橫向主筋全部緊貼支座板（支座板厚度為20 mm）。此外，上下兩層鋼筋網片之間有聯系筋。在沒有采取適當措施的情況下，混凝土流動性在支座板位置處受到限制，故支座板在澆筑完成后出現空響。

4.2 振搗困難造成空響

梁體支座板正好處于兩側腹板底下，澆筑時支座板位置只能通過頂板位置下料振搗，振搗相當困難。如出現混凝土流動性差及坍落度小，在鋼筋網片密集的支座板處混凝土很可能被架空。

4.3 梁體在預、初張拉過程中混凝土和支座鋼板壓縮變形不同引起空響

調查發現，預張拉完成后檢測支座板，部分支座板存在空響，但空響率相對較小。終張拉完成后，相應部位的空響率均有不同程度的增加。針對一處空響最嚴重的支座板，進行了鉆孔檢查，結果發現支座鋼板上方并無空洞，在支座板和混凝土之間有一條微小的縫隙，縫隙的存在是產生空響的主要原因。說明梁體在終張拉時兩種材料的壓縮率不同對造成支座板空響有一定的影響。

4.4 其它原因

當預埋鋼板與底模點焊定位，且采用提梁機將梁吊離臺座時，支座處混凝土與鋼板會有由于撕扯作用產生的輕微間隙。支座鋼板設計為多元合金滲鋅，與混凝土結合比較好，但不排除有廠家提供的是電鍍鋅、熱浸鋅（現場區別不出來），這兩種工藝下，容易在鋼板和混凝土間產生微小氣體通道，導致空響。

5 預埋支座鋼板空響控制措施

根據對產生空響的原因分析，可以采用以下幾種預防支座鋼板空響的措施。

5.1 改變支座板鋼筋結構

為避免支座板處橫向主筋緊貼支座板，造成混凝土漿液流動困難。采取在橫向主筋底部增加兩根Φ12縱向鋼筋墊底,鋼筋長度跟支座板同長，增大混凝土的流動空間。支座鋼板旁邊的防落梁預埋鋼板空響很少，二者區別是后者錨固鋼筋較多。因此，可以在支座預埋鋼板上補焊構造筋。

5.2 改進澆筑及振搗工藝

嚴格按照工藝細則及作業指導書進行澆筑，鋪料厚度不大于30 cm，不直接對支座板處進行下料，采取側面下料往支座板引流混凝土。四個支座板采取專人負責對混凝土進行振搗，并且采用更小的φ30軟軸棒，便于通過支座板處密集的鋼筋網，加強此部位的振搗時間。增加附著式振搗器數量，端部充分振搗。在緊靠支座板的側模以及端模處增加附著式振搗器，并加強支座板附近的振搗次數及強度，確保支座板周圍振搗密實。

5.3 保證脫模劑及其涂抹質量

提高支座板處底模板上的脫模劑涂刷質量，支座板四周用玻璃膠封閉完整，確保在澆注混凝土中漿體不流入支座板下。

6 已澆筑箱梁支座鋼板空響整治處理

對已澆筑完成的箱梁，若存在支座鋼板空響問題，需進行壓漿處理。可采用以下兩種方案。

6.1 方案一

針對空響較大的支座板，進行支座預埋鋼板空響壓漿處理，可采用帶彈簧的注漿針筒（圖3）。具體鉆孔壓漿方案如下：由現場技術人員對所有存在空響的支座預埋鋼板進行位置確定，并在空響位置作出明確標記；在支座板空響處兩邊用小型磁力鉆進行鉆孔，孔徑10 mm，確保鉆孔位置準確，以鉆入空響處為止；采用針筒將孔道壓漿劑和微膨脹劑混合而成的漿液壓入空響處，直至漿液基本無法壓入裂隙中；對鉆孔處采用φ10圓鋼將支座預埋鋼板上鉆漿孔堵塞密實，并使用電焊條將鋼筋與鉆孔處焊接密實，使用砂輪機將焊接處打磨平整，并涂刷銀粉以起防腐作用。針筒注射器的壓力不大，該方案在處理空響輕微的鋼板時效果不明顯。

圖3 空響支座鋼板壓漿

圖4 高壓注漿機

6.2 方案二

處理方案二是采用高壓注漿機（圖4）。高壓灌注法所用高壓注漿機壓力可達80 MPa，漿液可進入0.01 mm以上的龜裂空鼓處，漿料在高壓灌注機的推力下進入結構內部縫隙。漿料采用高分子環氧樹脂，具有低黏度、高強度、常溫硬化快的特點。對空響支座鋼板進行壓漿施工的具體工序為：

（1）用鐵錘敲擊鋼板支座底板，找出空響處并用筆勾畫標出具體位置。

（2）清理基面。用丙酮清洗鋼材與混凝土接縫處使基面干凈。

（3）鑒于支座鋼板厚度厚（2 cm）,硬度高，用臺鉆床在空鼓處鉆孔，孔徑為14 mm,每一空鼓處鉆孔數為2個。

（4）待接縫處丙酮揮發干燥后，用高強度速凝封膠封閉接縫。

（5）將灌注釘及釘頭緊固于空響處鉆孔內，并將排氣管用速凝封膠埋于排氣孔內。

（6）穿戴防護器具（護目鏡、防毒面具）將漿料按所需比例配制后加入高壓注漿機內進行灌注，待漿料從排氣孔流出后停止灌注，在30 min內進行第2-3次適壓灌注后將排氣管封堵。

（7）灌注漿料完成后，用錘子敲擊鋼板支座底板，確認無空響、密實，待漿料初凝后（70%強度）拔出注漿釘頭和排氣管，用高強度速凝封縫膠封堵找平。

7 結束語

支座鋼板空響在新建梁場的制梁初期非常容易發生，應該加強工序管理，強化監督檢查，發現問題及時分析原因，并采取有效的針對性措施。預制梁場經過調研和工藝研究，探討了支座預埋鋼板空響的具體原因，并針對工程實際，提出了切實有效的預防措施，在生產實踐中取得了良好的效果。

[1]劉維亞《型鋼混凝土組合結構構造與計算手冊》.

[2]郭萬中.何志軍《箱梁支座空響處理及預防措施》.

[3]《高速鐵路橋涵工程施工技術指南》.

[4]《高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》.

責任編輯：萬寶安 張建強

來稿日期：2015-11-30