后張法預應力混凝土箱梁預制施工工藝改進

韓志強，劉敬彬，高平原

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概述

廣西浦北至北流高速公路線路全長125 km，采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度為120 km/h，路基寬度為26.5 m，其中八標施工段承擔五標墨菜水大橋至九標清灣河大橋范圍內共40座橋梁上的箱梁預制和安裝施工工作。預制箱梁采用后張預應力混凝土箱梁，結構體系為先簡支后結構連續，預制箱梁共計3 108榀，其中30 m箱梁2 836榀，40 m箱梁272榀。

本工程共布置5號和6號2個預制場，負責沿線預制梁的預制供應。30 m預制箱梁高度為1.6 m，中梁頂寬為2.4 m，邊梁頂寬為2.85 m，底寬為1.0 m；40 m預制箱梁高度為2.0 m，中梁頂寬為2.4 m，邊梁頂寬為2.85 m，底寬為1.0 m。其中40 m箱梁中梁斷面結構見圖1。

圖1 40 m箱梁中梁斷面圖（mm）Fig.1 Cross-section diagram of the middle beam of 40 m box grider(mm)

本工程預制箱梁數量多、質量標準要求高，為提升箱梁施工質量和提高預制場的施工效率，從工程策劃開始到施工過程中，對部分傳統施工工藝進行改進，采用了一系列加強質量通病治理措施，主要有預制箱梁臺座端頭底座改進、采用液壓系統支拆外側模板新工藝、局部模板優化、預應力筋張拉及智能噴淋養護系統應用等，取得明顯效果。

2 施工工藝改進

2.1 臺座端頭底座改進

箱梁臺座端頭底座基礎采用混凝土加可調節鋼底模工藝，即在澆筑臺座基礎混凝土時，使臺座端頭區域混凝土頂面標高降低15～20 cm；然后在端頭底座上安裝帶有可調節螺栓的鋼底模。在預制簡支梁時通過調節鋼底模來保證支座預埋板的縱度，與傳統沙箱施工工藝相比，用調節鋼底模工藝預埋支座板平整度能控制在1 mm以內（規范要求不大于2 mm）[1]，且坡度易控制，施工方便快捷、效率高。

2.2 液壓系統支模

在前期梁場策劃時，外模板采用制造及施工工藝理念先進、施工質量易保證、使用上快速便捷的液壓系統模板，由外側模板、液壓系統和行走系統等組成。其中液壓及行走系統包括：液壓泵站、開模液壓油缸、頂升液壓油缸、縱移驅動馬達、控制系統等。每套外模共設2個液壓泵站，每側模板配1個，給各種油缸與馬達提供動力來源。單側配置的執行元件分別為開模液壓油缸4件，頂升液壓油缸4個，馬達4個。其中開模液壓油缸極限行程950 mm，以滿足模板與箱梁端橫梁外伸筋不干涉的要求，頂升液壓油缸極限行程170 mm，用于實現模板的高低調整。單側外模拼裝成整體后，通過開模、頂升液壓油缸的前后、上下移動來調整模板，油缸既能單獨操作也能同時控制。當側?？v移到位精確對位后，啟動開模液壓油缸將模板推向底模并靠攏，再開啟頂升液壓油缸調整側模板的高度，使側模板底面與底模齊平，側模板高度到位后繼續使用開模液壓油缸使側模與底模貼緊。緊固側模上下對拉桿，使側模與底模緊密貼合，防止底部漏漿，使模板頂口尺寸符合設計要求。待箱梁混凝土強度不小于5 MPa，方可進行外模拆除，外模拆除時首先使用頂升液壓油缸將模板下降50 mm，使模板脫離梁體，再利用開模液壓油缸將模板向外橫移500 mm，然后再將模板下降120 mm，使整個拆模工作全部完成。最后將模板橫移到最大脫模位置，檢查無誤后用行走系統縱向移動模板至下一個臺座。為滿足液壓系統模板操作要求，相鄰臺座中心線間距為7.0 m，臺車行走軌道軌距為1.8 m，見圖2，制梁臺座高度為600 mm、寬度為900 mm。

圖2 液壓系統模板斷面圖（mm）Fig.2 Cross-section diagram of hydraulic system formwork(mm)

外模采用全液壓操作系統，與傳統分塊式拆裝施工工藝相比，可提高生產效率，降低勞動強度，每個班可節省3～4工日。模板整體安裝無拼縫，無電焊加固模板現象，解決拼縫處混凝土缺陷，提升混凝土觀感質量[2]。模板變形小，周轉率高，可重復使用，吊裝作業和交叉作業少，安全風險小。

2.3 局部模板設計優化

2.3.1 簡支端模優化

預制邊跨梁簡支端傳統方法是采用二次澆筑封端混凝土工藝，即先按中跨連續梁方法預制，內模可從兩端脫模；待預應力張拉施工后，再進行二次封端混凝土澆筑施工[3]。為控制簡支端施工質量和減少澆筑次數，把簡支梁端模優化成整體式模板，模板優化后簡支端混凝土可一次澆筑成形，內模由原來的兩端脫模改為單端脫模。通過對端模的優化，避免簡支端二次進行鋼筋綁扎、模板支立和混凝土澆筑，可使混凝土易振搗密實、提升混凝土觀感質量，見圖3，同時減少施工工序，與傳統施工方法相比可節省10工日/榀。

圖3 簡支端混凝土成品Fig.3 Finished concrete of simply supported end

2.3.2 箱梁懸臂端模板優化

箱梁懸臂端模板邊角由直角優化成圓弧角，并焊接通長圓鋼作為滴水槽，模板拆卸方便，且箱梁懸臂端邊線線形圓順、滴水槽順直，減少破邊掉角現象、提高外觀質量。吊裝孔模板用鋼板制作成方形盒，用絲桿貫穿方形盒和箱梁模板，通過對拉絲桿使兩模板接觸緊密，澆筑混凝土時無漏漿現象，吊裝孔棱角分明。吊裝孔成品見圖4。

圖4 吊裝孔混凝土成品Fig.4 Finished concrete of lifting hole

2.3.3 負彎矩槽口模板優化

對箱梁頂負彎矩張拉槽口模板進行優化，采用組合式鋼板制成，為安拆方便，接縫處使用小鋼板在內側螺栓連接固定；模板四角布置肋板支撐，使模板穩固無變形。與傳統用梳齒板制作槽口模板相比，優化后模板牢固，槽口四周混凝土易振搗密實，槽口棱角順直無崩邊。

2.4 預應力張拉施工控制

預應力張拉采用自動智能張拉設備，自動控制預應力筋張拉，一臺終端操作平臺可同時精準控制4臺油泵，實現兩端張拉的“同步性”。系統操作簡單，可避免傳統人工操作的誤差，保證施加預應力的準確性，控制精度較高。通過遠程監控系統和手機APP軟件，可遠程監控張拉過程，觀察張拉曲線和數據，及時掌握預應力張拉施工質量。

2.4.1 錨墊板孔止漿措施優化

梁端頭錨墊板與金屬波紋管之間縫隙用輕質材料發泡劑封堵時，經常存在混凝土漿進入錨墊板孔道內，造成孔道狹窄，若清理不到位會出現鋼絞線受拉時與千斤頂不同心，易使預應力損失或滑絲等危害。訂制專用錨墊板橡膠止漿塞，見圖5，使用時只需對止漿塞進行刷油，安裝波紋管時將止漿塞嵌塞進錨墊板孔道內，可使縫隙封堵密實，達到很好的止漿效果。

圖5 橡膠止漿塞安裝圖Fig.5 Installation diagram of rubber stopper

2.4.2 鋼絞線穿束施工優化

為滿足鋼絞線的穿束質量，特加工鋼絞線梳編臺。梳編臺是由1個臺座和1對錨具組成，臺座的高度要滿足鋼絞線穿束施工要求；錨具利用現場工作錨，分別布設在臺座頂前后端，并保證前后錨中心線基本一致。在使用時只需將梳編臺移至箱梁端頭處，把下好料的鋼絞線按順序依次通過前后錨具，然后對鋼絞線編號、整束綁扎和穿束，穿束時只做平動，禁止轉動或扭動。采用梳編臺編束、穿束，可有效避免鋼絞線在孔道中發生纏繞，保障鋼絞線張拉時受力均勻[4]。

2.4.3 超張拉值確定

為減小預應力的損失，預應力筋在張拉時要考慮超張拉。超張拉值的確定是根據施工前期管道摩阻試驗和檢測鋼絞線錨下預應力，并結合實際施工工藝水平綜合確定的。前期通過對合山中橋右幅3-2號30 m箱梁左N3和左N4預應力孔道摩阻試驗，可知預應力管道摩阻系數實測值μ=0.269 3、k=0.001 5，設計取值為μ=0.25、k=0.001 5，實測值略大于設計取值，存在預應力損失現象[5-6]。

為選擇更合適的超張拉值，分別按超張3%、2%、1.5%進行預應力筋張拉，對應超張拉值分別檢測其鋼絞線錨下預應力。按3%超張拉時，經錨下預應力檢測，實測張拉力合格率才40%，合格率偏低，超張拉值過大；按2%超張拉時，經錨下預應力檢測，實測張拉力合格率80%，不合格點偏大；按1.5%超張拉時，經錨下預應力檢測，實測張拉力合格率96%，僅有個別張拉力比設計值稍偏大一點，其中同束和同斷面的不均勻度均符合要求，見表1。經綜合分析對比，在確保預應力張拉施工質量的前提下，超張拉值按1.5%考慮。

表1 按1.5%超張拉錨下預應力檢測值表Table 1 Test value of prestress under 1.5%over-tensioned anchor

2.5 智能噴淋養護系統

混凝土養護采用全自動智能噴淋養護系統，噴淋養護系統一般由供水系統、噴淋系統和控制系統等組成[7]，打開控制系統總電源開關，設定好噴淋養護臺座編號和噴淋循環的總持續時間以及間隔時間，壓力水泵和噴淋系統開始工作。梁體表面養護由預埋在臺座中可伸縮噴頭噴淋養護，噴頭間距為5 m，見圖6。箱梁頂面采用塑料管扎眼噴水養護，與梁體表面養護同步；箱梁內部采用蓄水養護。該系統可通過手機APP軟件，隨時查看養護情況和設定養護時間，無需人工現場操作，達到全天候、全方位、全濕潤養護質量標準，提升混凝土養護質量。養護水可回收循環利用，經濟、環保。

圖6 自動噴淋養護系統Fig.6 Automatic spray maintenance system

3 實施效果

通過在箱梁預制施工中不斷對施工工藝的優化和改進，質量通病治理效果顯著。特別是使用液壓系統模板和對簡支梁端頭、懸臂端及負彎矩槽口等位置模板的優化，使箱梁表面無錯臺、掉角現象、箱梁懸臂端邊線線形順直、負彎矩槽口混凝土密實，箱梁整體觀感質量提升明顯。使用智能張拉、壓漿設備[8]和智能噴淋養護系統，可減少人為因素、系統操作簡單、控制精度高，提高了工程實體質量。

4 結語

隨著對箱梁預制場的精細化、標準化、自動化和智能化要求程度越來越高，在施工中不斷進行施工工藝的優化和創新，形成一系列質量通病治理措施，特別是觀感質量達到了較好的效果，使本工程箱梁預制在2021年度獲得了中交集團優質混凝土獎，為今后類似工程施工提供借鑒。