高速鐵路40m跨度簡支箱梁預應力工序施工關鍵技術

王建紅

（中國鐵路上海局集團有限公司上海鐵路樞紐工程建設指揮部，上海 200000）

0.引言

后張法預應力混凝土簡支箱梁具有受力明確、耐久性好、結構簡單、施工速度快等諸多優點，因此被廣泛應用在高速鐵路橋梁結構中，其施工質量也直接影響高速鐵路的舒適性和安全性。近年來，由于具有其跨越能力強、節約占地、節省投資等優點，高速鐵路40m跨度簡支箱梁在鄭濟、福夏、南沿江城際、滬蘇湖等多條高速鐵路得到了廣泛應用，已逐步成為高鐵橋梁的主要結構形式之一。因此對40m箱梁的施工技術，特別是最重要的預應力工序施工技術進行研究很有必要[1]。

1.40m箱梁預應力體系的設計特點及施工難點

1.1 設計特點

與目前廣泛使用的32m箱梁相比，40m箱梁預應力體系在設計上有著顯著的不同，例如錨具型號大、張拉力大、腹板預應力鋼絞線束單列布置等，具體見表1。

表1 32m與40m箱梁預應力體系對比表

1.2 施工難點

正由于其特點，40m箱梁預應力工序的施工質量控制難度大、技術要求高、效率低，主要表現在：

（1）管道定位精度要求高。箱梁預應力損失與預應力孔道長度、管道摩擦系數和管道偏差系數成正比，40m箱梁的預應力孔道長度大，為了減少預應力損失，必須嚴格控制管道定位精度。

（2）千斤頂及錨具重量大，鋼絞線根數多，導致安裝難度大，作業人員勞動強度高，施工效率低。

（3）張拉控制精度要求高。梁體跨度越大，梁體線形控制的要求越嚴格，對梁體張拉力值、鋼絞線伸長值及不同步率的控制誤差要求越高。

2.40m箱梁預應力工序施工技術要點

2.1 定位網片制作及安裝

（1）采用專用胎具進行定位網片的焊接，胎具制作精度要滿足要求，保證定位網鋼筋位置誤差不超過±2mm，網眼尺寸誤差不超過±3mm。

（2）網片鋼筋需雙面焊接牢固，避免在混凝土振搗過程中網片開焊導致預應力管道偏移。

（3）腹板和底板定位網片建議整體焊接、整體安裝，避免分開焊接和組裝可能導致的定位精度不合格。

（4）在鋼筋綁扎胎具上對每種型號網片位置進行精確定位，網片在對應位置與底腹板鋼筋焊接牢固，保證上下垂直，定位網片在沿梁長方向的定位誤差±10mm。

（5）必要時可考慮加大定位網片鋼筋直徑（可采用φ12mm），并采用定位網片自動焊接設備進行網片制作，以提高定位網片精度和焊接質量。

2.2 預應力孔道成型

40m箱梁底板和腹板預應力孔道分別采用φ90與φ120的橡膠抽拔管成型，因此在定位網鋼筋直徑較小、橡膠抽拔管較重的情況下，為確保管道定位精確，須采取以下措施：

（1）穿管采用專用穿管機進行，穿管速度應靈敏可控，穿管時前方專人引導，避免橡膠抽拔管穿錯或撞歪定位網片。

（2）每個定位網片處橡膠抽拔管必須與定位鋼筋綁扎牢固，防止混凝土振搗過程中橡膠抽拔管上浮或偏移。

（3）相鄰管道的橡膠抽拔管在跨中接頭的位置應錯開，并采用塑料布和薄鐵皮包裹嚴密，防止錯臺和漏漿。

（4）橡膠抽拔管內應滿穿一根鋼絞線并保證鋼絞線順直。

（5）拔管采用專業廠家生產的拔管機進行，不建議使用卷揚機、裝載機等設備拔管。同時控制好拔管時間，一般在混凝土澆筑完成后6h～8h，避免拔管過早造成塌孔或過晚橡膠管斷裂。

2.3 鋼絞線制束穿束

（1）為保證鋼絞線在管道內不產生交叉纏繞和扭曲，造成同一束中各根鋼絞線應力不均勻，避免預應力損失過大或造成斷絲現象，應采用整束穿束工藝。

（2）鋼絞線束中各根鋼絞線應梳理平順，長度一致，并分別編號。目前常用的制束方法有人工制束、機械制束和購買成品束，其優缺點見表2。

表2 鋼絞線制束方法對比表

（3）穿束可采用3T卷揚機牽引或穿束機整束穿束。

2.4 預應力張拉

箱梁預應力張拉分為3個階段：當混凝土強度達到設計值的60%，進行預張拉；當混凝土強度達到設計值的80%，進行初張拉；當混凝土強度和彈性模量達到設計值的100%，且齡期不小于10d，進行終張拉。

（1）張拉設備選型：根據40m箱梁預應力體系的設計特點并結合施工要求，預應力張拉采用鐵路橋梁自動張拉系統，該系統包括力傳感器系統、位移傳感器系統、智能張拉控制系統、數據管理系統。由1臺主機和3臺輔機通過總線型數據線串聯實現信號的同步通訊，再配以500T液壓千斤頂4臺，可實現箱梁預應力張拉施工全過程自動化[2]。

（2）張拉操作要點。

1）上錨具前將錨墊板及錨口積灰清理干凈，避免鋼絞線入錨折角過大，從而導致預應力損失。

2）將千斤頂與張拉臺車連接好，并用數據信號線聯通主機與輔機，然后通電調試，保證設備正常運轉。

3）千斤頂安裝調整：①首先套上限位板，檢查工作錨“入槽”（入錨墊板上面的槽）。②使鋼絞線束穿過千斤頂，然后安裝工具錨及工具夾片，最后打緊工具夾片。③調整張拉前的“三同心”，即預留管道、錨具和千斤頂位于同一軸線上；如何保證三同心：工作錨具一端入錨墊板上的槽，另一端入限位板的槽，限位板入千斤頂對頂套的槽，即可保證張拉三同心。

4）調整對中后，啟動自動張拉設備，打開操作界面，選擇對應梁型，按照設計張拉順序點擊自動張拉，系統將會根據張拉工藝對鋼絞線施加應力，當張拉到控制應力后，在控制應力作用下持荷5min，然后回油、錨固、退頂，完成張拉作業，如圖1所示。

圖1 自動張拉作業

（3）終張拉完成后，在工作錨外鋼絞線上做記號，24h后檢查確認無滑絲、斷絲現象，方可進行鋼絞線束切割，切割時采用砂輪角磨機作業，確保剩余鋼絞線長度為30mm～40mm[3]。

2.5 孔道壓漿

（1）在終張拉完成24h之后，48h之內完成孔道壓漿施工。為保證孔道壓漿施工質量，應采用全自動智能壓漿設備。

（2）應使用壓漿帽，壓漿帽設計要合理，與錨墊板及工作錨密貼嚴密，確保在壓漿過程中不漏漿。

（3）壓漿采用真空輔助壓漿工藝，真空泵抽真空使預應力孔道內真空度達到-0.06MPa～-0.08MPa，并保持穩定后，開始進行壓漿作業，當孔道另一端流出的漿體流動度滿足（18±4）s要求時，關閉出漿口閥門，在0.5MPa～0.6MPa的壓力下保壓3min，如圖2所示。

圖2 自動壓漿作業

（4）壓漿過程中應時刻關注管道有無漏漿、串漿現象，如有要及時進行處理，待處理完成后重新進行壓漿。

（5）每個孔道壓漿結束后，檢查壓漿孔漿液是否飽滿，否則，應人工進行補漿，確保管道壓漿飽滿密實。

2.6 封錨

（1）封錨前對錨穴進行鑿毛處理，鑿毛深度5mm～10mm，鑿毛面積不低于總面積的75%，并用水將錨穴清理干凈。

（2）為加強封錨混凝土與梁端的連接，利用錨具安裝孔連接一端帶螺紋一端帶鉤的短鋼筋，使之與封錨鋼筋連為一體。

（3）對外露鋼絞線及錨具要涂抹水泥漿進行防銹處理。

（4）為保證封錨混凝土密實無空鼓，建議采用模板澆筑工藝，采用30型插入式振搗棒，并用橡膠錘輔助振搗的方法進行振搗，封錨混凝土面與梁端面應平齊，無明顯錯臺，然后用塑料薄膜覆蓋養護14h。

2.7 梁端防水

（1）防水涂料要嚴格按照生產廠家的規定進行拌制，采用精密電子秤精確計量，電動手持攪拌機充分攪拌均勻。

（2）防水涂料涂刷前，必須對梁端混凝土基面進行處理，對氣泡、蜂窩進行修補，鏟除表面雜物。

（3）為保證防水層厚度不小于1.5mm，防水層涂刷遍數一般不得少于4遍，每遍應涂刷均勻，防止出現掛流現象。

2.8 特別注意事項

（1）40m箱梁預應力張拉作業，工作錨和工具錨的安裝是影響作業時間的最關鍵因素。為了避免工作錨與工具錨之間鋼絞線擰絞，施工時可采取自制鋼絞線 “梳子”等方式，來提高工具錨安裝效率，減輕勞動強度。安裝工具錨時，先將鋼絞線“梳子”按照錨具孔的位置分開，形成錨具孔對應形狀，待工具錨與鋼絞線對應后，將“梳子”取下，使用方便快捷，如圖3所示。

圖3 鋼絞線“梳子”

（2）40m箱梁終張拉結束后，有部分箱梁的梁端箱內下倒角位置出現細微裂紋，經分析判斷為受張拉應力影響產生的應力裂紋。經實踐，通過在梁端下倒角處增加倒角鋼筋，提高梁端下倒角處混凝土的抗拉能力，可解決此問題。

（3）冬期施工時，應按要求做好壓漿、封錨工序的保溫養護工作。壓漿前1d及壓漿后3d，梁體及環境溫度不得低于5℃，封錨混凝土應保溫保濕養護不少于14d。

3.結語

與32m箱梁相比，40m箱梁的預應力工序質量控制難度更大，技術要求更高，在施工過程中要認真做好技術和質量管控。一是要積極應用智能張拉、全自動壓漿等自動化智能化工藝和設備；二是也要做好細節管理；三是要積極開拓創新，提高作業效率和質量水平。

本文基于工程實例，借鑒32m箱梁預應力工序施工的成熟經驗并結合40m箱梁預應力體系的特點，對40m箱梁預應力工序施工關鍵技術進行了研究，解決了施工中存在的一些問題，提高了箱梁質量，并總結了一定的經驗，對類似工程具有一定的借鑒指導作用。