預應力預制箱梁關鍵施工技術探析

馬 雨

（中鐵十八局集團 第一工程有限公司，河北 涿州 071200）

0 引言

預應力預制箱梁是當前橋梁工程施工中常用的結構形式。與傳統現澆箱梁相比，預應力預制箱梁施工對現場地理環境的要求較低，如在施工中輔以架橋機，對地基的壓實度幾乎無要求，但需更多人力、機械投入，施工工藝更復雜。這就要求施工單位應采用更加先進的技術和工藝手段，來保證預制箱梁施工的安全性和質量，延長橋梁工程的安全運行壽命，獲得更大的經濟效益和社會效益。基于此，以杭錦旗箱梁制梁場工程為例，對預應力箱梁預制施工及質量控制技術要點進行探析，以期為類似預應力箱梁預制施工工程提供有益參考。

1 工程概述

杭錦旗箱梁制梁場工程位于內蒙古自治區鄂爾多斯市杭錦旗巴拉貢鎮南，緊臨路基紅線，占地168 畝，標段共承擔301 孔箱梁預制架設任務，其中24 m 箱梁14 孔，32 m 箱梁286 孔，29 m 箱梁1 孔。設鋼筋綁扎臺座3 個、制梁臺座8 個、雙層存梁臺座64 個（其中1 個兼做靜載試驗臺座），最大存梁量127 孔。根據工程及圖紙要求預制有砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁（雙線、單箱單室）。地震動峰值加速度為0.2 g（g 為重力加速度，取9.81 m/s2）。設計速度250 km/h，ZK 活載，雙線、正線線間距為4.6 m。梁長32.6 m、24.6 m、29.2 m，計算跨度31.5 m、23.5 m、28.1 m。截面類型單箱單室簡支箱梁（不同跨度等高），截面中心梁高2.686 m，橋橫向支座中心間距4.4 m；梁端頂板、底板及腹板局部向內側加厚。

工址區歷年平均風速1.6～3.1 m/s，最大風力8～9 級，以4、5、11 月風速最大。主要災害性天氣有霜凍、冰雹、大風等。歷年平均氣溫7.4 ℃～14.9 ℃，極端高溫天氣多發生在7 月，最高氣溫35.9 ℃～41 ℃，氣候干旱缺雨，降水量多集中在7～9 月，蒸發量遠遠大于降水量，夏季炎熱，氣候干燥，多風，預制梁養護難度大。

2 預應力箱梁預制施工的重難點分析

第一，在案例工程預應力箱梁預制施工中，整跨鋼筋骨架由底腹板鋼筋骨架和橋面鋼筋骨架組成。鋼筋骨架結構、作用不同，對鋼筋綁扎的標準和質量要求也不相同。如何保證鋼筋骨架、鋼筋綁扎和預應力筋預留管道的協調性，不發生沖突和碰撞，是本工程箱梁預制施工難點。

第二，本工程預應力預制箱梁的規模比較大，對模板預拱度的設置要求很高。如果模板預拱度設置不合理，不僅影響預制箱梁外觀質量，還會出現一系列難以解決的質量病害，影響橋梁工程的總體質量。因此，如何設置模板預拱度是本工程預制箱梁施工的重點。

第三，混凝土施工長期以來都是預制箱梁施工的難點。雖然混凝土施工工序較簡單，但影響施工質量的因素多，如工藝、材料、澆筑方式、振搗、養護等均對混凝土施工質量影響較大[1]。本工程箱梁預制規模大，如何有效控制水化熱的影響，抑制裂縫的出現，是本工程預應力箱梁預制施工的又一重難點。

第四，預應力施工質量要求很高，案例工程梁全長32.6 m、24.6 m、29.2 m，計算跨度31.5 m、23.5 m、28.1 m，現場條件復雜，致使很多預應力張拉的方法和措施無法順利開展。如何結合現場條件，制定科學有效的張拉方案，并加強對張拉施工質量的把控，也是本工程施工的重難點。

3 預應力箱梁預制施工要點和質量控制

3.1 鋼筋綁扎和預應力管道預留

本工程所有的鋼筋綁扎工作均在胎具上完成，以保證箱梁整跨鋼筋骨架的質量，避免出現鋼筋和預應力管道交叉碰撞問題。為防止極端惡劣天氣影響現場施工，特制作可移動式鋼筋綁扎胎具，通過動力電機驅動主動輪轉動，帶動其整體沿導軌移動，以實現鋼筋籠的綁扎及轉運。箱梁鋼筋綁扎胎具經導軌可移動至鋼筋棚內，鋼筋半成品至鋼筋籠成品綁扎后，利用鋼筋棚內門吊吊裝，以提高效率，節約成本。

鋼筋與模板間均勻散布強度為C60 的混凝土保護墊塊，底面和側面墊塊至少設4 個/m2，綁扎墊塊的鋼筋鐵線頭禁止伸入保護層[2]。預應力筋預留管道須按照預應力設計圖紙合理布設，為避免與鋼筋綁扎位置沖突，發生交叉碰撞問題，應按照表1 要求進行嚴格控制。

表1 預應力筋預留管道及鋼筋綁扎要求

為確保預應力管道位置精確，采用自動鋼筋網片焊機進行網片焊接。利用電阻焊的方式，將電流通過焊頭及鋼筋處產生的電阻熱作為熱源，對鋼筋局部進行加熱，同時加壓進行焊接。根據圖紙制作胎具，通過程序控制焊頭進行焊接，誤差極小、精準率高、鋼筋變形小、生產效率高，操作簡單，焊接成本低。

3.2 模板預拱度設置

預應力箱梁底模安裝時，需要嚴格依據設計圖紙要求和實際情況，合理設置預留壓縮量和反拱度。具體反拱度數值可根據設在底模和制梁臺座預埋件間的鋼墊板進行精確調節[3]。案例工程臺座底板預留壓縮量為：32 m 梁上翼緣板留8 mm，下翼緣板14 mm；24 m 梁上翼板留5 mm，下翼緣板8 mm。臺座按二次拋物線設置反拱度：32 m 梁設為24.54 mm；24 m 梁設為9.14 mm。具體見表2、圖1。

圖1 反拱值與跨中距離關系

表2 模板預留反拱度驗收標準

32 m 梁的反拱度按式（1）計算，

24 m 梁的反拱度按式（2）計算，

每座模板預應力箱梁預制施工前，需對模板的反拱度進行精確測量和調整，以保證滿足設計要求。每預制完成一孔梁，均需對底模標高進行全方位測量監控并及時調整，待沉降全部穩定后，可酌情減少檢查頻次。同時，需檢查底模的反拱度和平整度，尤其是支座板需要保持良好的平整性。安裝完成后，四個支座板的相對高差不能超過2 mm[4]；底板頂面和設計標高的允許偏差為±3 mm；底板全長范圍內橫向偏移量不能超過2 mm；底板全長允許偏差為±10 mm；兩端支座螺栓孔中心距允許偏差為±10 mm；兩節臺座鋼底板接口位置的高差不應超過2 mm。

3.3 混凝土施工水化熱控制

為控制預應力箱梁預制施工中水化熱對混凝土施工質量造成的不良影響，應盡量選擇水化熱較低的普通硅酸鹽水泥，且水膠比不應超過0.35。混凝土開盤前，要嚴格測量粗骨料、細骨料、拌和料等的含水率；精確測定因為天氣變化引起的含水率變化，含水量每班次至少抽測2 次，雨天則需隨時抽測；及時調整混凝土配合比，嚴格按照最終測定結果調整混凝土施工配合比，調整后的施工配料單要及時上報給現場監理工程師進行確認[5]。在炎熱夏季拌和混凝土，宜將骨料存于棚內，采用深井水，并結合氣溫情況選擇在傍晚或夜間進行混凝土拌和，以控制混凝土入模溫度不超過30 ℃。混凝土澆筑按“先底板，再腹板，最后頂板”的順序進行，即從預制箱梁的中間開始逐步向兩端進行澆筑，兩側腹板混凝土澆筑的高度須保持一致。混凝土澆筑示意如圖2。

圖2 混凝土澆筑示意

為有效控制水化熱對混凝土施工造成的不良影響，除采取科學合理的混凝土配置澆筑方法外，還要加強養護。預應力箱梁預制混凝土拆模之前采用蓄水養護頂板，自動噴淋灑水養護內腔，通過土工布覆蓋灑水養護端面，以有效避免高溫炎熱天氣對預制梁養護的影響。混凝土澆筑結束后，及時用泡沫膠條封閉頂板頂面四周，并用塑料袋裝砂子，封堵各種預留孔洞，以免發生養護水滲漏，影響養護效果[6]。頂板混凝土澆筑完成3～5 h 后，及時開展蓄水養護，蓄水深度以能覆蓋整個混凝土面為宜。預制箱梁的人字坡頂部覆蓋土工布，定期灑水保濕。在梁體內腔標準段底板表面用塑料袋裝砂法封閉泄水孔。混凝土澆筑完成8 h 后，及時蓄水養護，蓄水深度不小于3 cm。為防止大風帶走梁體水分，端頭加厚段鋪設一層土工布灑水養護，梁兩端需分別安設一套霧炮機并采用篷布包裹，射程為30 m，混凝土澆筑完成后7 h 開始噴霧直至養護結束，以保證混凝土表面保持濕潤狀態，避免形成裂縫。

3.4 張拉施工

為保證預應力張拉的有效性和合理性，需要制定科學有效的張拉方案，主要包括以下內容。

1）張拉設備的選擇。為提升張拉效果，選用型號為TYZ/60-Ⅶ/TK 的智能張拉系統及350 T穿心式千斤頂。

2）做好張拉前的準備工作。在預應力張拉前，檢查梁體混凝土強度、彈性模量、齡期等是否達到設計要求，并校正千斤頂和油壓表，驗收錨具質量[7]。采用預埋橡膠抽拔棒形成預應力孔，混凝土灌注完成后抽出橡膠棒成孔。橡膠棒分為兩段，接頭位置在跨中。橡膠板接頭處理示意如圖3所示，采用鍍鋅鐵皮套管套連接，再用塑料膠帶封裹，避免接頭位置出現漿液滲漏。

圖3 橡膠棒接頭處理

3）鋼絞線制作和穿束。鋼絞線需要按照設計要求進行下料，下料的長度應為工作長度+1 640 mm。由專用的砂輪機切割鋼絞線，端頭先用扎絲綁扎。在自由放置狀態下，預應力鋼絞線要梳整、編束，每隔1～1.5 m 扎一道鐵絲，鐵絲扣彎向內[8]。綁束完成后，按照梁體規格掛牌，以免發生錯用和混用問題，保證每根預應力鋼絞線穿入兩端工作錨板的同一位置。鋼絞線制作穿束質量要求見表3。

表3 鋼絞線制作穿束質量要求

4）預應力張拉。σk為錨下控制應力。預張拉、初張拉工藝流程為0→0.2σk（靜停持荷30 s）→初張拉控制應力（靜停持荷2 min）→補拉至σk→回油至0 錨固。終張拉時，已進行預、初張拉的直接拉到預、初張拉力值的100 %（靜停持荷30 s），再張拉至終張拉力值（持荷2 min）；未進行預、初張拉的工藝流程為0→0.2σk（靜停持荷30 s）→σk（靜停持荷2 min）→補拉至σk→回油到0 錨固。

鋼絞線伸長量（兩端之和），不得超過計算值的±6 %。兩端伸長量相差不超過5 %，否則證明兩端張拉不同步[9]。每片梁的24 h 后滑、斷絲不得超過鋼絞線總數的0.5 %，不在同側且一束內斷絲不得超過1 根。

鋼絞線實際伸長量按式（3）計算，

式中：ΔL 為鋼絞線實際伸長量（mm）；L100%、L20%分別為張拉控制應力達100 %、20 %時的油缸伸長量（mm）；J20%、J100%分別為張拉控制應力達20 %、100 %時工具夾電外漏量（mm）。

4 施工測試及效果分析

為驗證施工質量，工程預應力施工完成后，采用反力架配合千斤頂方式，32 m 箱梁采用五點加載形式，實施靜載試驗法施工測試。跨中設一集中荷載，其余按其左右對稱布置，各荷載縱向間距均為4 m。靜載試驗加載方式見圖4 示意。

圖4 靜載試驗加載示意

試驗梁的加載分兩個循環進行。加載試驗中梁體跨中承受的彎矩與設計彎矩之比稱加載系數K，表示加載等級。試驗準備工作結束后，梁體承受的荷載狀態為初始狀態；基數級下梁體跨中承受的彎矩是梁體質量與二期恒載質量對跨中彎矩之和。施工測試結果顯示，外加荷載在跨中最下層預應力鋼絞線中所產生的最大應力未超過彈性模量極限，表明本次箱梁預制施工質量較好，施工質量控制方法有效。

5 結語

預應力箱梁施工涉及面較廣、影響施工質量的因素多、施工難度大。本文結合工程案例，分析預應力預制箱梁關鍵施工技術及質量控制要點。施工測試結果表明，通過規范鋼筋綁扎、合理預留預應力管道、科學設置模板預拱度、嚴格控制混凝土施工水化熱以及科學有效地張拉施工等關鍵措施，可避免現場復雜的施工條件及極端天氣對預應力預制箱梁施工產生不良影響，確保箱梁預制施工質量，可為同類工程提供參考。