高樁碼頭長線法預應力預制板施工技術應用

張利軍 王亞鋒

中交一航局第二工程有限公司 山東青島 266071

根據應力施加時間、預應力筋的種類，預應力預制板施工可分為先張法和后張法；根據張放工藝又分為預應力筋整體張放和單根張放。對于構件質量輕、數量多的預制板等混凝土構件，常為長線法先張法施工。本文將介紹長線先張法預應力的整套施工工藝，重點介紹分析單根預應力張拉與整體放張結合的施工方案。并對施工過程中出現的問題，進行了原因分析及方案的優化調整。

1 工程概況

智利圣安東尼奧國際碼頭擴建工程，碼頭結構形式為高樁梁板式碼頭，現將3號泊位南側向陸側擴建130.6m，寬31.8m；上部結構疊合板為單向預制板，板高 200mm，現澆面層厚300mm 。面板預制共計278塊面板，預應力筋為直徑12.7mm鋼絞線預應力混凝土預制板，板內鋼絞線最多14根，長5.6m、寬1.7m、板厚為200mm。碼頭面層斷面圖如下：

2 施工準備

2.1 場地布置

智利圣安東尼奧STI港1-3#泊位仍在停船運營，港內場地狹小，預制場選擇在離港區18km外的空曠地。預制場附近有一條公路，具備大宗材料進場條件。預制場附近有三家混凝土站，最長10分鐘的運輸時間，滿足混凝土的供應需求。

預制場設置了模板加工區、鐵件加工區、鋼筋加工及存放區、危險品及廢料存放區、預制板臺座施工區、預制板存放區和辦公生活區。預制場占地面積約9000m2，滿足上述區域布置要求。預制場平面布置圖（見圖2）。

預制臺座設置為3道平行臺座，臺座長度68.7m，兩側留有寬度4m的硬化道路，用于混凝土罐車及汽車吊運輸和操作停放。預制場南北單條預制線可生產14塊預制板，三條生產線可以形成流水作業。

生產用水及排水，預制場主要為養護用水，由于預制場地處偏僻，自來水分時段供應，在現場配備兩個儲水箱。生產臺座間留有排水明溝和集水坑。

供電：各個加工區集中在預制場東側便于電路的鋪設，預制場有吊機起重作業，選擇電路地下敷設。

大型機械配備：

序列 名稱 數量 用途1汽車吊 1 材料倒運2 30叉車 1 小型構建倒運3平板車 1 預制板運輸

預制場面布置圖（圖2）：

2.2 工藝流程及施工方法

工藝流程：

施工方法：

（1）混凝土臺座施工。混凝土臺座要求澆筑完成后需對臺座進行打磨，保證臺座表面平整，存在裂縫的部分需進行修補打磨。每批次施工前應進行檢查，使用鼓風機進行清理后，涂刷隔離劑。在施工過程中，應注意，為避免隔離劑污染鋼筋與鋼絞線，需在臺座上鋪設一層塑料薄膜。污染部分應使用清洗劑或吸油布進行處理。

在墩臺牛腿處安裝承載梁與放張梁（結構詳見2.4）

（2）鋼筋施工。在智利，使用的是智利標準A630-420H鋼材，其性能與國內HRB500類似，屬于高強度鋼筋，韌性差，在鋼筋加工時，彎曲半徑較大，不得小于鋼筋直徑的4倍。不能進行熱切割與焊接。鋼筋主要為U型鋼筋，安裝過程中使用定位架，可加快施工速度和保證鋼筋間距。綁扎過程中使用同強度性能要求的混凝土墊塊，保護層厚度滿足設計及混凝土施工規范的要求。混凝土澆筑前對鋼筋、預埋件進行檢查。

（3）模板。預制板橫向側模為凹槽結構，使用定型鋼模板；縱向模板使用木模板。結構圖如下。模板與臺座間使用止漿帶貼合，防止漏漿。側模板支立前使用脫模劑進行涂刷，避免污染鋼絞線和鋼筋。

（4）鋼絞線。鋼絞線進場應檢查其合格證是否齊全、規格是否錯誤。鋼絞線為整捆包裝輸送至預制場，直接解開可能出現散盤情況，加工鋼框架固定鋼絞線線盤，鋼絞線從內側進行抽取，切斷使用砂輪切割機，禁止使用氣割。鋼絞線表面應除去油污，避免影響鋼絞線與混凝土握裹力。

（5）鋼絞線張拉。本工程使用的是前卡式鋼絞線千斤頂，設備交由智利實驗室進行標定校驗，根據實驗室遞交的數據，確定油壓表與張拉力對照表。在鋼絞線穿安完成，進行張拉前，檢查錨具、夾片。

（6）鋼絞線張拉施工。為了非預應力筋的施工安全，本工程在穿完鋼絞線后，張拉至30%后進行縱向模板固定；對稱進行逐級張拉至103%，完成錨固后，最后進行板端模板的固定。端部模板最后安裝，目的為了避免鋼絞線張拉過程中，對模板造成偏移。

（7）混凝土施工。由于本工程預制板的厚度僅200mm，混凝土的澆注過程中，保證混凝土密實情況下，應避免出現過振導致混凝土離析。振搗過程中均勻布點振搗，避免出現漏振。振搗設備不能振搗到鋼絞線和鋼筋上，會因此影響到已澆注預制板中混凝土與鋼筋、鋼絞線的握裹力。混凝土澆筑完成2小時內噴灑緩凝劑，18小時后使用10MPa高壓沖洗水槍進行上表面沖毛處理。端部拆模后使用沖擊錘進行鑿毛處理。

（8）鋼絞線放張。設計規格書中要求混凝土強度達設計強度的75%以上時方可放張。為了避免放張過程中出現鋼絞線斷裂、預制板損壞情況等安全質量隱患，本工程采用砂箱放張梁整體放張施工工藝。操作時對左右兩個沙箱同步進行泄沙，保持沙箱行程一致。

預應力鋼絞線張拉伸長計算：

（1）計算公式

鋼絞線的公稱直徑DK=12.7mm，因此

計算結果：由于張拉臺座長，初始時的鋼絞線處于松弛狀態，不能作為伸長值的參考，所以張拉前初應力一般為張拉控制應力的30%，使鋼絞線繃直，以此為張拉伸長量的初始值。

張拉臺座施工設計：

該項預應力面板施工，張拉系統采用重力式臺座，鋼絞線錨固在臺座橫梁上，臺座承擔全部鋼絞線的拉力，故臺座應有足夠的強度、剛度和穩定性，以免臺座變形，傾覆和滑移。重力式臺座由端部重力墩,牛腿（承力架）,臺面加厚部分和臺面組成。重力式臺座結構尺寸見圖：

臺座承擔全部鋼絞線的拉力，故臺座應有足夠的強度和穩定性，以免臺座變形、傾覆和滑移。重力式臺座由端部重力墩、牛腿、臺面加厚部分和臺面組成。

臺座需滿足以下公式的要求：

（1）抗傾覆計算：

M-傾覆力矩，由鋼絞線的張力力產生

計算結果：

G1·L1 2×3×2.5×24×(3/2+4.5) kN·m N·e 2000×0.25=500 kN·m G2·L2 0.3×4.5×2.5×24×4.5/2 kN·m M1 2160 kN·m M 500kN·m K0 4.86

（2）抗滑移計算：

N-鋼絞線張拉力

N1-抗滑力，由臺座及重力墩與地面摩擦力、墩臺后方土壓力產生

（3）計算結果：

臺座受力計算寬度 B=6.55m 臺座前土體的容重： γ=18kN/m3；臺座前土體的內摩擦角： φ=35 臺座與土體間的摩擦系數： f=0.30臺面抵抗力： 300kN/m 臺面反力：N0=Bμ 1965kN臺座與土體之間的摩擦力： F=F1+F2=（G1+G2）*f 346.63kN臺座后的土壓力Ep：Ep=p·B= pγH [ tg2（45■＋φ/2）－tg2（45■－φ/2）]806.3 kN抗滑動力： N1 = N0＋F＋Ep 3118kN抗滑動安全系數： KC = N1 / N 1.60

（4)牛腿混凝土抗壓強度驗算：

牛腿部分為C30混凝土，牛腿承載面預埋0.5m×0.4m×0.014m鋼板，軸心抗壓強度標準值取20.1Mpa,

牛腿開裂驗算

計算依據砼結構設計規范GB50010-2011 牛腿驗算公式：

式中：Fvk—作用于牛腿頂部的水平力，即鋼絞線拉力的合力的一半取

Fhk—作用于牛腿頂部的豎向力,此為零

β—裂縫控制系數,靜載取β=0.8

ftk—混凝土軸心抗拉強度標準值,C30取20.1N/ mm2

a—合力作用點距臺面距離,

b—牛腿寬度取0.5m

h0—牛腿長度的有效值,既牛腿高度減去鋼筋保護層厚度

計算結果：

Fhk 1000kN b 0.5m a 0.3h0=0.3(0.9-0.05)=0.255m β 0.8 h0 0.85m Fvk 3086kN

（5）牛腿受拉配筋驗算

牛腿受拉配筋：牛腿結構配筋圖如下：

依據砼結構設計規范GB50010-2011

計算結果：

FV 1000kN fy 310N/mm2 a 0.3h0=0.3(0.9-0.05)=0.255m h0 0.85m As 1004.6mm2 配筋 4根HRB400 22mm

牛腿箍筋設置：四肢箍筋的直徑選擇12mm螺紋鋼 ， 間距為100mm；且在上部 2h0 / 3范圍內的水平箍筋總截面面積小于承受豎向力的受拉鋼筋截面面積的二分之一。

支撐橫梁與放張梁設計：

張拉臺座兩端墩臺，分別為張拉端與放張端；在4處牛腿支撐面安放張拉梁（3跨連續梁），張拉端用于前卡式張拉千斤頂張拉施工（結構形式見左圖）；放張端墩臺處，在支撐橫梁的基礎上安裝砂箱與放張梁（見下右圖）。

支撐橫梁與放張梁的強度、剛度應滿足要求，應對其進行設計計算。

根據臺座布置圖以及預應力鋼絞線的布置，橫梁擬選用25mm厚鋼板焊接而成，橫梁長 3 米，兩端與牛腿端頭鋼板焊接成固定，其結構受力如圖所示：

承載梁應滿足：

放張梁計算結果：

I45a慣性矩 I45a=32241cm4工字鋼兩側加焊25mm鋼板組合梁中彎矩最大值最大應力值最大撓度值

張拉橫梁計算結果：

腹板鋼慣性矩 I1=b×h3 /12=2.5×453 /12=18984.37cm4翼板慣性矩I2=b×h3 /12=40×2.53 /12=52.08cm4 I2總=Ⅰ2+b×h×y2 =52.08+40×2.5×23.752=56458.33cm4組合 26822.86cm4梁中彎矩最大值Mmax =1000kN?m最大應力值σ=Mmax y=110≤210N/mm2 I IZ= I1總+I2總+I3總=113906.2+56458.33+56458.33=2最大撓度值

張拉梁與放張梁的設計滿足施工強度剛度要求。

3 施工遇到的問題及優化措施

3.1 臺座隔離劑污染鋼絞線、鋼筋

臺座使用隔離劑，鋼絞線、鋼筋與臺座間沒有采取隔離措施，導致鋼絞線和鋼筋被污染。防治的措施：應在臺座上鋪設塑料布，鋼絞線、鋼筋支撐可靠，與臺座分離時，將塑料布撤走。鋼筋與底模之間使用構件相同混凝土制作的混凝土墊塊。對于已經被污染的鋼筋、鋼絞線應使用吸油布進行處理。

3.2 預制板側面出現氣泡、麻面

氣泡：攪拌時間過長，會使混凝土中引入更多的氣泡。由于運距過長，混凝土運輸車對混凝土的攪拌過程中也會進入過多的空氣。脫模劑對氣泡具有極強的吸附性，混凝土構件側面氣泡會吸附在模板上而成型于混凝土結構的表面，混凝土內的氣泡無法隨機械振搗而隨著模板的接觸面逐步上升，因此側面出現了較多氣泡。但超振或欠振以及漏振，對混凝土的表面都會出現氣泡缺陷。超振會使混凝土內部的微小氣泡在機械作用下出現破滅重組，形成密集氣泡。

麻面：模板表面粗糙或粘附水泥漿渣等雜物未清理干凈，拆模時混凝土表面被粘壞；模板未澆水濕潤或濕潤不夠，構件表面混凝土的水分被吸去，使混凝土失水過多出現麻面；模板與臺座密封不嚴，局部漏漿；模扳隔離劑涂刷不勻、漏刷?；炷帘砻媾c模板粘結造成麻面；混凝土振搗不實，氣泡未排出，停在模板表面形成麻點。

防治的措施：模板表面清理干凈，不得粘有干硬水泥砂漿等雜物，澆灌混凝土前，模板應澆水充分濕潤，模板縫隙，應用止漿帶，模扳隔離劑應涂刷均勻，不得漏刷；混凝土均勻振搗密實，至排除氣泡為止；應在麻面部位澆水充分濕潤后，用專業修補砂漿，將麻面抹平壓光。其中新老混凝土交接處，還需要進行界面處理，預防后期空鼓以及表面脫落等危害發生。

3.3 面層裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質，智利圣安東尼奧為臨海地區，晝夜溫差較大，白天陽光照射強，夜間驟然降溫，結構表面溫度急變，而混泥土內部溫度則變化緩慢，進而形成了混凝土內外溫差，前期混凝土強度較低，容易產生溫度裂縫。

預應力板設計厚度僅為200mm，且上部無縱向鋼筋，預應力鋼筋放張后，面層上部應力為拉應力，面板頂面容易發生裂縫。

防治的措施：混凝土澆筑完畢及時覆蓋養護，降低晝夜溫差和日照的影響；與設計、監理進行溝通，增加預制板上部縱橫鋼筋網。

3.4 鋼絞線張拉伸長量與理論計算偏差較大

原因分析：千斤頂的拉力不準確，實際張拉時鋼絞線與孔道之間有摩阻，摩阻力在千斤頂實際加荷使用過程中發生變化，千斤頂的實際張拉力發生偏差。預應力鋼筋的實際彈性模量與計算時的取值不一致；從鋼絞線實驗報告中看出，鋼絞線的彈性模量比規格值大，對伸長值的計算影響較大。改進措施：對每一批次鋼絞線進行抽驗實驗；每兩個月進行千斤頂校核。

3.5 單根鋼絞線放張鋼絞線斷

鋼絞線的斷裂斷裂原因：因錨具質量問題或施工技術問題導致錨具的工作效率不足；斷裂發生在熱損傷或機械損傷處 。單根鋼絞線放張應力減小后，其應力傳遞給剩余鋼絞線上，當剩余鋼絞線的應力增加到其抗拉強度極限時發生鋼絞線斷裂。

改進措施：采用砂箱整體放張施工工藝，整體放張控制左右砂箱行程，可使鋼絞線的應力迅速降低，安全可靠。

4 總結

通過工程實際情況可知，對長線預應力施工工藝中設計計算合理，滿足大批量預制板施工需求。對施工各個環節提供了可靠的公式計算，本文施工方法可為同類工程施工提供參考。

在施工安全與工作效率上可以看出，在長線法預應力施工，采用整體放張施工更為經濟安全。

在成本控制上，臺座設計施工仍可進一步深化研究和改進。