后張法預應力現澆鋼筋混凝土箱梁施工技術

陶 勝 劉家銘

五冶集團上海有限公司 上海 201900

1 工程概況

春風路一橋位于河南省汝州市春風路，全橋為4×25 m預應力現澆鋼筋混凝土連續箱梁橋，共一聯，全長113.16 m，橋寬25 m，箱梁單幅寬12.5 m，高1 600mm，翼緣板寬2 250mm，腹腔最大凈高1 100mm，側壁及腹板厚700mm，底板及頂板厚250mm。鋼筋強度等級均為HRB400，基礎、墩身、蓋梁混凝土強度為C40，箱梁混凝土強度為C50，預應力鋼絞線直徑為15.2mm，強度標準值為1 860 MPa，彈性模量為1.95×105MPa。

2 主要工藝流程

施工準備→支架基礎施工→支架搭設→安裝箱梁底?！A壓→安裝箱梁側模→底板、腹板、隔板、橫梁鋼筋安裝→預應力鋼絲束管道安裝及鋼絞線穿束→腹板、隔板、橫梁側模安裝→箱梁底板、腹板、隔板、橫梁混凝土澆筑→混凝土養護→箱梁頂板及翼緣板鋼筋綁扎→箱梁頂板預應力鋼絲束管道安裝及鋼絞線穿束→箱梁頂板、翼緣板混凝土澆筑→混凝土養護→拆側模和內模→預應力張拉、注漿、封錨→拆除底模及支架[1]

3 關鍵工序施工方法

3.1 地基處理

支架基礎施工是現澆混凝土箱梁施工控制的關鍵環節之一。支架基礎的地基承載力需滿足設計要求，能夠承受橋梁上部結構所傳遞的所有荷載，以確保地基不出現沉陷。根據計算，支架基礎均采用C30鋼筋混凝土的條形基礎，1#、2#、3#支架基礎尺寸均為13.6 m×4.0 m×1.0 m，0#橋臺上、4#橋臺上、1#墩臺上、2#墩臺上、3#墩臺上的支架基礎尺寸均為8.5 m×1.0 m×1.0 m（圖1）。

圖1 墩臺及支架基礎立面布置示意

1#、2#、3#支架基礎采用自然地基承重，土方開挖至風化巖（承載力≥300 kPa），若不能挖至風化巖則地基承載力要求達到200 kPa以上，采用換填級配砂石處理，處理寬度為8 m、長度為14 m、深度為2 m。換填時，當換填深度大于2 m時，則采用C15素混凝土進行換填。橋墩及支架基礎的回填土要回填密實，密實度不小于93%，挖填深度大于2 m時采用級配砂石進行換填處理，擴散角不大于45°。換填后夯填碾壓密實，最后在其表面鋪筑厚10 cm的C25素混凝土進行場地硬化。在硬化的地基兩側做雙向1%橫坡，并沿橋向兩側設300mm×300mm矩形排水溝，表面抹砂漿，排水溝縱坡為2%，防止雨水浸泡條形基礎底部。為防止雨水浸泡，方便施工，在橋的上游距離橋墩20 m處筑頂面寬5 m的攔水壩，攔水壩內的雨水可以回收利用，多余雨水采用暗埋直徑不小于150mm的硬塑料管，使多余雨水有組織地排到下游（圖2）。

3.2 支架施工

3.2.1 支架底模搭設

采用φ609mm×16mm焊接鋼管、20#槽鋼剪刀撐、雙拼40#工字鋼及貝雷梁式支架形成整個箱梁的主要承力支撐體系。以2#支架基礎支架搭設為例來說明（圖3），其余搭設步驟及方法與之類似。

圖2 排水溝示意

圖3 箱梁支架及底模搭設示意

在支架基礎混凝土澆筑時，預埋709mm×709mm×20mm鋼板預埋件。在預埋鋼板的每邊將2根φ20mm的鋼筋埋入混凝土內（作為安裝鋼管支撐臨時固定焊接用），鋼管支撐的底板盤與鋼管之間焊接加勁肋，安裝時底板盤與預埋鋼板之間采用中粗砂找平（圖4）。

圖4 底板盤與預埋鋼板側面

各鋼管柱之間采用20#槽鋼作為剪刀撐或水平撐（圖5），使鋼管支撐連成一個相對獨立的整體，在鋼管柱與槽鋼焊接部位焊接加強短鋼筋，共同承受豎向和水平荷載。鋼管柱頂部設置活絡端（圖6），以便調整標高及拆卸橋梁底模?；罱j端上面沿垂直于橋長向鋪設長度為14.5 m的40#雙拼工字鋼，工字鋼兩側與活絡端之間焊接側向定位短鋼筋（φ25mm鋼筋），防止工字鋼產生滑移。在雙拼工字鋼上沿順橋向鋪設10道貝雷架（由2片貝雷片拼裝組成），在工字鋼與貝雷架之間，采用U形卡扣進行固定連接。沿貝雷梁上橫橋向鋪設間距為600mm的40#工字鋼。在工字鋼上順橋向鋪設規格為5 cm×10 cm木方，間距20 cm（腹板及橫梁區）/30 cm（腹腔區），木方上鋪設厚15mm竹膠板作為箱梁底模。

圖5 鋼管支架大樣

圖6 活絡端示意

3.2.2 支架垂直度和水平度的調整

在搭設箱梁支架前應先測設出跨中線位置并引出控制樁，同時還應在箱梁兩側的端部及跨中部位布設標高控制樁，以此來監控支架的搭設高度。為保證橋梁外觀質量和防止支架傾斜，使支架充分發揮其承載能力，在施工中需保證支架的垂直度和水平度滿足規范要求。這就需要在搭設過程中對支架的垂直度和水平度進行嚴格的控制，需要對鋼管柱安裝的垂直度進行逐根調整，同時在施工中要防止雙拼40#工字鋼梁與鋼管柱支撐活絡端頂板之間縫隙過大，以免導致荷載受力不均勻，造成鋼管柱承受線或點荷載，從而使工字鋼梁產生較大的彈性位移，如果有縫隙要采用薄鋼板墊實并點焊防滑落；在貝雷梁安裝時，貝雷梁的連接插銷要與貝雷梁片配套，防止因貝雷梁的連接插銷不配套而使貝雷架產生較大變形。

3.3 預壓施工

在箱梁施工前，為減少支架體系的非彈性變形，消除地基沉降，并測量出支撐體系彈性變形的豎向數值，在箱梁底板鋪設后需對支架體系進行預壓。預壓荷載大小可按箱梁自重的1.2倍取值。

在加載前須分別在箱梁橋每跨的端部、1/4跨、跨中、3/4跨部位設置沉降觀測點。考慮橋梁翼板危險性較大，以及有些部位貝雷梁為懸挑，故在翼緣板和貝雷梁懸挑部位也同時進行預壓，并在模板上設置相應的觀測點，并測量出觀測點標高H1。

在施工中采用裝砂袋法進行預壓。箱梁預壓加載分別按荷載值的60%、80%、100%、110%、120%逐級加壓，施加下一級荷載時須待前一級荷載穩定后方可進行。在預壓加載到最后一級荷載時，采用多繩吊砂袋法，禁止用單鉤吊砂袋，防止單鉤下鉤過快對支架產生沖擊荷載而導致支架坍塌，加載完成后測量觀測點標高H2。

在預壓過程中需安排測量人員對所布設的監測控制點進行地基沉降量及支架沉降量監測，須每天觀測1次，持續觀測7 d，當觀測結果在2mm以內，則表明支架沉降基本穩定，測量出此時觀測點標高H2。

支架沉降基本穩定后方可進行卸載。預壓卸載后，測量出支架體系標高H3，從而計算出彈變形值Δh，從而調整箱梁底模安裝時起拱高度f。卸載后每跨箱梁中間應調整底模標高H'。即：

式中：H'——預壓卸載后箱梁底模標高；

H——橋梁設計標高；

f——設計預拱；

Δh——彈性變形值；

H2——預壓穩定后箱梁底模標高；

H3——預壓卸載后箱梁底模標高。

箱梁其他部位預拱度沿跨度方向可按二次拋物線進行分配，從而確定支架底模高程。

3.4 箱梁側模、翼緣板底模及內模板施工

箱梁翼緣板底模、外側模及內模板均采用厚15mm的竹膠板，翼緣板模板支架采用16#槽鋼及φ48mm×2.7mm鋼管組合滿堂架搭設支撐體系，槽鋼垂直于工字鋼順橋向布置，布置間距為1 m。

為防止滿堂架水平側移偏大，在最外邊緣16#槽鋼的外側處，于雙拼工字鋼上焊接鋼擋板。

箱梁側模板加固時，在豎向設置規格為10 cm×10 cm、間距為30 cm的木方作為加勁楞。水平向則設置通長鋼管2排固定木方，鋼管上下排間距為40 cm。并在通長鋼管上同時設置側向水平支撐，水平支撐利用翼緣板滿堂支架作為固定點，在立桿上用扣件連接水平鋼管及頂托頂緊上下排通長鋼管。水平支撐順橋向間距同滿堂腳手架立桿縱向間距（圖7）。

圖7 翼緣板底模及箱梁側模搭設示意

模板間的縫隙需用膩子或雙面膠帶堵塞，保證嚴密不漏槳。從模板底部仔細檢查底模與木方間的縫隙，使二者之間嚴密接觸，保證木方處于全部受力狀態。側模及內模與底模之間須相連緊密，并做好二者之間的接縫處理，防止漏漿。側模板及內模的位置及線形必須符合圖紙設計要求，平順美觀。在澆筑混凝土前清除模板內雜物，并涂刷隔離劑。

3.5 鋼筋、波紋管、鋼絞線安裝

3.5.1 鋼筋安裝

箱梁鋼筋的加工，須嚴格按照設計圖紙要求在鋼筋加工棚集中配料，制作成半成品，運送至現場后進行綁扎安裝。綁扎過程中采用自下而上的工藝流程，按照先底板鋼筋，后腹板鋼筋，最后翼緣板及面板鋼筋的原則安裝。鋼筋數量、位置及直徑等需滿足設計圖紙要求，鋼筋交叉點必須綁扎結實，必要時可進行點焊。綁扎中嚴格控制鋼筋保護層厚度，在鋼筋與模板間加設塑料墊塊，墊塊與鋼筋綁扎牢固，相互呈梅花狀錯開。

3.5.2 波紋管的安裝及鋼束等制作

預應力鋼絞線管道安裝必須嚴格按設計坐標進行布置。管道彎起點要平滑，無較明顯彎折，連接處用膠布纏繞緊密，避免漏漿。在安裝過程中要確保管道完好無破損，管道內不存在雜物、嚴重銹蝕、脫口、折皺以及空洞等現象。在安裝預應力波紋管時，要確保管道軸線垂直于錨具端頭鋼板，所用端頭鋼板要保證有足夠強度和剛度，能有效抵抗外荷的作用，防止端頭鋼板在后期張拉過程中出現結構變形。

為防止波紋管在澆筑混凝土過程中產生移位，選用U形鋼筋托架進行固定，間距為600mm，并將鋼筋托架和結構筋進行焊接牢固。在波紋管上需設置排氣孔兼泌水管，排氣管伸出橋面高度不宜小于300mm，通常將排氣管設置在管道波峰位置。

待波紋管安裝完畢后，進行鋼絞線的穿束。鋼絞線施工前需對鋼絞線進行相關力學性能的測試及質量檢測，滿足要求后方可使用。施工中將每束鋼絞線端頭焊成一個錐形整體，用塑料膠帶包裹圓滑穿束，以利于減少穿束過程中的摩阻力。待鋼絞線穿束完畢，需認真復核管道的位置，若發生偏移或破損須及時校正和修補。當綁扎鋼筋與預應力束二者位置相沖突時，在優先滿足鋼絞線圖紙中位置的情況下，適當移動普通鋼筋位置。

3.6 混凝土澆筑

在上道工序驗收合格后，方可進行箱梁混凝土澆筑?？紤]箱梁所在位置特殊，澆筑過程中需配備2臺泵車，分設在靠近橋的兩端。箱梁混凝土分2次澆筑成型，在橫斷面上分2次澆筑：第1次先澆筑箱梁的底板和腹板，待混凝土強度達到要求后，第2次完成腹板、頂板、翼板混凝土的澆筑。前后2次澆筑的分界線設在頂板下50 cm處。箱梁整體澆筑順序由低跨向高跨方向進行，從而有效地避免水泥漿出現流失。箱梁底板、腹板及頂板澆筑均由兩側向中間依次澆筑，當澆筑至泵車最大澆筑范圍時，開始由另一臺泵車接續澆筑，直至完成整個澆筑施工。在澆筑混凝土時，其入模溫度應控制在5～30 ℃之間，同時要避免箱梁混凝土產生較大溫差而產生裂縫。澆筑需分層進行，且每層澆筑厚度需要控制在30 cm，要對上層和下層前后澆筑的距離進行有效控制，避免出現過大或是過小的情況。且要控制好上下層混凝土澆筑的時間間隔，應在下層混凝土尚未初凝前完成上層混凝土的澆筑。澆筑振搗過程中要特別注意振搗棒的振搗位置，以免破壞波紋管而導致混凝土堵塞孔道，影響后期的注漿工序，同時防止波紋管上浮。振搗時以混凝土不再出現沉降、表面溢出泛漿為度。混凝土施工完成后，應及時進行鑿毛，避免產生溫度應力裂縫，同時及時覆蓋土工織物，并派專人24 h灑水養護，確?；炷琉B生質量。

3.7 預應力施工

3.7.1 預應力張拉

當混凝土強度達到90%后，且齡期不少于7 d，方可進行張拉。本工程采用千斤頂進行張拉。在張拉前，需對千斤頂進行檢測。依據設計圖紙張拉力要求，分別計算出設計張拉力為15%、30%、100%、103%時對應的油表讀數，貼在油泵上以方便作業人員張拉時控制張拉力。在張拉施工前，應對壓力表和油泵實施對應，認真調試壓力表并確定靈敏度是否正常，防止隨意拆卸的情況發生。在啟動油泵張拉時需檢查油泵儲油量是否充足，以及進油和出油管是否存在漏油現象，避免張拉過程中出現故障而影響張拉效果[2-3]。

張拉方式采用兩端同時對稱張拉，在專業工作人員的指揮下進行，張拉前需認真做好技術安全交底工作。張拉時先將鋼絞線進行預張拉，這樣可有效避免鋼絞線處于松弛狀態，張拉前，需對孔道中軸線進行仔細復核，以確保管道軸線、千斤頂以及錨具三者均處于水平線上，并保證預應力束中所有鋼絞線達到均勻受力狀態。當張拉到103%時，張拉控制力宜持荷2～5 min，主要是由于鋼絞線受拉不均勻，并且存在管道摩擦，導致部分鋼絞線尚未達到張拉要求。持荷能使各鋼絞線受力均勻，達到張拉的目的。張拉過程中采用張拉應力及伸長量雙控，以前者為主，后者為輔。在張拉過程中需詳細記錄每個張拉階段的伸長量，并將計算的伸長量與理論值相比較，用以確定誤差是否在允許范圍內。當伸長量存在較大偏差時，找出張拉過程中存在偏差的影響因素，以待采取改進措施，提高張拉效果。張拉過程中，當壓力表指針出現來回抖動等現象時，操作人員應立即完成油封作業。油封操作前先應對壓力表進行調試和維修，并認真檢查限位板的頂頭，以確保此部位完好而無坑槽等現象，這樣能有效避免張拉時錨固夾片被損壞。張拉結束后，用砂輪切斷過長的鋼絞線。

3.7.2 注漿

在完成張拉工序后，需在24 h內完成注漿。孔道壓漿能夠有效地提高預應力筋和橋梁結構二者共同的承載能力，同時還能避免鋼絞線產生銹蝕。注漿前需通過實驗室計算漿體相關配合比，采用砂漿對張拉兩端的夾片進行封堵，封堵需嚴密，以防漏漿。注漿前，檢查封錨砂漿是否達到強度要求，并清理壓漿孔周邊及孔道里的雜物。為了防止在注漿過程中堵塞，保證注漿通道的暢通，注漿前先用空壓機注清水，通過排氣管的溢水情況，排查波紋管是否堵塞。注完清水后，采用壓縮空氣清孔。拌和注漿料時應在旁邊設置小水桶，方便控制加水量。漿液稠度宜控制在12～20 s，在拌制過程中通過設置稠度儀進行控制。波紋管注漿時要連續進行，注漿前要大致估算所用量，以預應力孔道能被注滿為準。注漿時由低到高，一端注漿，若排氣孔和另一端溢出水泥漿則表示注滿。注漿完后，待漿體達到一定強度后，最終封錨[4-5]。

4 結語

本文結合具體工程實例分析了預應力箱梁施工過程中的主要施工技術和質量控制要點。在當今預應力施工技術和新型材料持續創新的情況下，預應力技術作為一項新技術已被廣泛應用于工程建設中，但預應力施工技術在混凝土橋梁應用過程中依然存在一些問題和不足之處。為此，施工單位在施工中必須嚴格控制每道工序中的關鍵控制點和主要材料性能，規范施工操作，不斷提高和改進該施工技術的適用性，避免橋梁施工過程中產生的安全和質量隱患。對施工單位而言，不僅需嚴格依據設計及規范要求，還應使理論與實際相結合，積極將新技術推廣、應用到橋梁施工中，使其最大程度地實現預期目標，從而加快我國橋梁建設的步伐。