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30m箱梁预制与后张技术探讨 摘要:后张法预应力混凝土箱梁结构具有跨度大、施工方法灵活、结构刚度大、抗震能力强、行车舒适、外形美观等系列优点，在高速公路和城市立交桥梁都得到广泛的应用。本文结合内蒙古博牙高速公路17合同扎敦河大桥的预制箱梁施工实践，介绍了设计方案、施工工艺、技术措施，以及现场质量管理等问题，可作为同类桥梁施工参考。 下载 关键词:混凝土预制箱梁 后张 设计与施工 技术探讨 一、概述 绥满国道主干线博牙高速公路位于内蒙古牙克石市境内，工程起点位于博克图腰梁子山隧道口，工程的终点位于牙克石市西侧301国道上。路基宽26m，双向4车道，设计速度100km/h。17合同段全长5.1km,包括扎敦河大桥1座，通道2道，涵洞6道及路基土石方工程。扎敦河大桥全长487m,分别为430m的先简支后连续的预应力混凝土预制箱梁。共计四联16跨，全桥箱梁总计128片。30m箱梁底板宽为1.0m，厚为1825cm，腹板厚1825cm，梁高1.6m,顶板设2%的横坡,通过两侧腹板的高度变化来调节。预制主梁混凝土采用C50，钢绞线采用抗拉强度标准值fpk=1860MPa,公称直径d=15.2mm的低松弛高强度钢绞线。中跨梁预应力孔道8个, 全部为4束15.20mm钢绞线;边跨梁预应力孔道8个, 其中4个为5束15.20mm钢绞线,4个为4束15.20mm钢绞线。 二、钢筋工程施工工艺及需注意的问题 （一）钢筋的工艺要求 钢筋施工时，按照图纸设计要求控制钢筋的间距、位置，并绑扎牢固。要求焊接的钢筋，能事先施焊的应提前焊接，以节约时间，提高工效。焊缝长度为5d、宽度为0.7d、厚度为0.3d，外观应满足规范要求，焊渣要敲干净。所有钢材必须有出厂合格证，并且要经过现场取样复试合格后才能使用。外观质量及力学性能、标准应符合规范要求。 （1）除锈：钢筋表面有油渍、污染或用锤击能剥落浮皮、铁锈时，使用前要清除干净，焊接点更要清除干净，可用电动除锈机进行除锈。 （2）切断：使用钢筋切断机进行切断加工，加工时要先断长料，后断短料，以减少损失。钢筋长度要准确，不得超过规范允许偏差。 （3）钢筋弯制：使用弯曲机进行钢筋弯曲加工，顶、底板横向钢筋端部带直角弯钩，根据弯曲角度扣除弯曲调整值。 （4）钢筋的连接及绑扎。为了避免钢筋的过量损失，对于直径小于15mm的级钢筋采用机械连接，对直径大于15mm的级钢筋则采用电弧焊。 （5）钢筋保护层的控制：采用塑料垫块或者加附属筋支撑塑料垫块，垫块在施工中不发生倾斜，保证保护层的厚度。 （6）箱梁钢筋的骨架绑扎拼装应在箱梁台座上进行，操作时应符合下列要求：a、拼装时应按设计图纸放大样，放样时应考虑焊接变形和预留拱度。b、钢筋拼装前，对有焊接接头的钢筋应检查每根接头是否符合焊接要求。c、拼装时，在需要焊接的位置用楔形卡卡住，防止电焊时局部变形。待所有焊接点卡好后，先在焊缝两端点焊定位，然后进行焊缝施焊。d、主筋焊接时，首先加工钢筋的倒角，使钢筋焊接后同心受力。e、施焊顺序：在焊接过程中，由于焊缝填金属及被焊金属的温度变化，将使骨架产生翘曲变形，同时在焊缝内将引起导致焊缝开裂的收缩应力。为了防止或减少这种变形和应力，一般以采用双面焊缝为好。即先焊好一面的焊缝，尔后把骨架翻身，再焊另一面的焊缝。当大跨径钢筋翻身因难而不得不采用单面焊缝时，则须在垂直骨架平面的方向做成预拱度。同时，在焊接操作上应采用分层跳焊法。即从钢筋中心向两端对称地、错开地焊接，先焊骨架下部，后焊钢筋上部。在同一断面处，如钢筋层次多，各道焊缝也应互相交错跳焊。同时，每道焊缝可分两层，即先按跳焊顺序焊好缝的下层，经冷却后，再按跳焊顺序焊完上层。当多层钢筋直径不同时，则可先焊直径相同的钢筋，再焊直径不同的钢筋。焊缝在焊成后，应全部敲掉焊渣。 (7)定位网片施工：a、定位网片在胎模上点焊成形，网片各尺寸、距离要准确，网片布置允许误差为-2mm。b、定位网片安装位置要准确，直线段间距为1m，曲线段间距为50cm。其上下左右安装偏差不大于5mm，顺管道方向偏差不大于10mm。定位网片与四周钢筋绑扎，以加强定位的准确性。 （二）需注意的问题 钢筋绑扎与预应力孔道布置是预应力箱梁结构施工的重要组成部分，直接关系到箱梁结构的质量。在后张预应力箱梁结构中，结构钢筋必须保证梁体能够承受预应力施加时所产生的荷载及预应力孔道、锚垫板的架立功能，而预应力孔道的成型质量则是能否按照设计施加预应力的基本保证。 （1）钢筋在场内必须按不同钢种、等级、规格、牌号及生产厂家挂牌堆放。（2）钢筋在加工场内制作，现场安装成型。（3）当预应力钢束与普通钢筋位置发生干扰时，可适当调整钢筋位置，并取得监理工程师的认可。（4）预留孔道及预埋件：对施工所需的预留孔道及预埋件进行设置，设置位置要正确、曲线要圆滑、固定要牢固。（5）预应力孔道成型的主要要求是：位置准确、线型圆顺、密闭性能好。需要解决好下面两个问题：施工前必须校验孔道坐标位置与曲线长度是否相符，否则常会发生孔道及锚固区位置与断面不符的情况，造成孔道、模板的返工修改。钢筋密集区域经常发生位置矛盾的现象。施工中必须加以整理，排好位置，避免发生钢筋过密以至无法绑扎或混凝土无法浇筑的情况发生，否则，锚固区混凝土极易出现蜂窝，空洞现象。绑扎钢筋时也应特别注意绑扎顺序，避免钢筋绑扎成型后孔道无法就位或锚座预埋件无法放入。 三、预制箱梁砼施工工艺及需注意的问题 （一）根据总体施工组织设计要求,预制梁场设在路基范围内 梁场设置箱梁台座10个，台座的长度为31m，厚度30cm，中跨6个，宽度1.0m，边跨4个，宽度1.0m，台座顶面铺设4mm厚钢板。梁场设置2台跨度为28m的龙门桁吊,以供砼浇注和模板的吊装使用。 外模为钢结构模板，采用4mm钢板及10cm槽钢而成。外模根据不同部位的梁作相应调整，总体分中跨中梁、边跨中梁、中跨边梁、边跨边梁四大类。对于中跨及边跨的梁段，仅对边跨两端1.5m范围内的模板加以调整。在靠立模板时,要注意模板的方向和高度,保证预制的梁与相应待架设部位的梁相对应。 外模之间的连接通过螺栓连接,为保证模板接缝紧密,相邻模板接缝平顺、光滑，整个模板的平整度控制在3mm以内，相邻差控制在2mm以内。 为保证砼浇筑顺利及振捣密实，在外侧模板的中下部设10个附着式振捣器。为方便脱模，模板与砼接触面均涂以清洁机油脱模剂。 内模为组合钢模板和支架构成，内模板面采用4mm钢板，加强肋由L63636mm角钢及666mm的扁钢焊接而成。中跨梁内模板一套共分22小段，全套模板共分成150块，边跨梁内模板一套共分23小段。内模板在台座边拼装成形，全套模板共分六节，分节吊装入模。内模底脚处留10cm左右的平直段，以增加浇筑腹板砼的稳定。内模顶板根据砼浇筑和底板振捣需要，开设若干窗口，待相应部位底板砼浇筑完成后再予以封闭。 （二）混凝土加工生产及浇筑施工的各项工艺 混凝土设计为C50混凝土，对于这种高标号的混凝土，如果原材料选择不当或混凝土配合比不合理，都会对混凝土浇筑质量造成不良的影响，所以对混凝土的整个加工生产和浇筑过程都进行严格的要求和控制。 1、原材料的检查 (1)水泥的检查与保管。水泥进场之前抽取样品进行检验，并报请监理工程师同意后才能进场。水泥的检查和存储、堆放都要符合规定要求。(2)集料选择。细集料选择级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂。粗集料选用坚硬、具有耐久性的碎石。粗、细集料必须满足公路桥涵施工技术规范中的各项指标要求，并且现场取样做筛分、杂质含量、强度、针片状含量等试验，检验合格并签证后方可进场使用。(3)矿物掺和料、化学外加剂：外加剂类型有早强减水剂等。各类外加剂的掺量要经过试验论证。 2、配合比设计 本箱梁砼配合比为水泥：水：中砂；碎石:外加剂为464：181：632：1173：3.71。水泥为哈尔滨525，外加剂为高效减水剂（UNF-2A）,塌落度100mm。 混凝土配合比在浇筑前完成，并将配合比详细资料，包括混凝土强度，各种集料的材质和级配、配合比参数、水灰比及坍落度、施工工艺要求等报监理工程师批准。 3、混凝土的拌制 混凝土在搅拌站统一拌制。搅拌站设电子计量装置，并定期检查，确保计量误差控制如下：粗细集料2%，其它原材料为1%。 4、混凝土浇筑 浇筑砼前严格检查伸缩缝、护栏、泄水孔、支座等附属设施的预埋件是否齐全；应保证预应力管道及钢筋位置的准确性；由于预制梁顶、底板及腹板较薄，C50砼配合比粗集料采用5-20mm碎石；砼坍落度控制在9-11cm。 （三）浇筑混凝土施工中需注意的问题 箱梁混凝土浇筑是环节较多、最不易控制的一道工序。在施工中必须解决好施工组织、浇筑顺序、强度、坍落度控制、振捣及孔道保护等一系列问题。 由于混凝土一旦开始浇筑则必须连续完成，因此施工前必须考虑到以下几个方面问题：（1）混凝土开盘前必须检查是否有足够的原材料（即：水泥、石子、砂及水源）。同时必须有备用搅拌机械和电源。（2）必须有满足浇筑速度的运输工具。当运距过远时，要有专项措施保证运输路线的畅通。当运输路线情况复杂时，应考虑备用运输路线。（3）在混凝士浇筑施工中，对混凝土质量必须设两层质量控制，即混凝土出盘质量控制和现场入模前质量控制。（4）搅拌站与浇筑现场之间要有可靠便利的通信手段或交通工具，以便能及时调整混凝土质量或浇筑速度。（5）混凝土现场要有合理的照明布置，并有备用电源、备用振捣器械及熟练的模板工和钢筋工。（6）混凝土浇筑前必须进行浇筑方案交底，特别是施工人员要对振捣质量及孔道保护、预埋件、排气孔等方面负责。（7）预应力箱梁腹板较窄，钢筋及孔道密集，这就要求石子粒径要小，混凝土的坍落度和易性要好。因此对强度、坍落度、和易性的控制尤为重要。选择高标号水泥、高强度破碎石、石英砂并精心试配，选择适当的外加剂就可以有效的控制强度、坍落度及和易性。 四、预应力工程施工工艺及需注意的问题 （一）预应力工程施工工艺 1、波纹管敷设 波纹管敷设时采用#字架加固，并将#字架与网筋焊接，支垫距离80cm，在弯曲处适当加密至3050cm。当预应力管道与普通钢筋相碰时，应将普通钢筋适当挪动，但不得切断钢筋。在顶、底板波纹管敷设时，为使砼施工时人员不至踩弯波纹管，把#字架的一角竖直钢筋加长，直至露出砼顶面10cm以作为醒目的标志。 弯起波纹管的弯制，用控制弧线弦高的办法控制弯曲半径，经过若干次的弯曲，达到所需要的弯曲波纹管的长度。波纹管接头采用套接法，套接波纹管长度15-20cm左右。套接管规格应比制孔规格大一些，套接件两端均密封。波纹管直接套入锚垫板喇叭管，为防止渗浆，应在喇叭管内波纹管处塞实，并封固。 2、钢绞线下料与穿束 在底、腹板波纹管定位并缠裹完毕后，用人工从一端向孔道内穿入钢绞线。 （1)穿束前应检查锚垫板和孔道，锚垫板应位置准确，孔道内应畅通，无水和其他杂物。钢绞线穿入后应尽早尽快张拉及压浆，否则必须采取特殊措施以防止钢绞线锈蚀或腐蚀。(2)在穿有预应力钢筋构件附近严禁实施焊接，否则应对预应力筋采取保护措施，放置沾上焊渣或造成其他损失。(3)钢绞线下料可用轻型变速砂轮机截断，严禁用电弧切割。钢绞线在切断前，应在切割线两侧3-5cm处用铁丝绑扎，以免散头。下料时根据设计图纸进行曲线计算，确定每根钢绞线的长度，并对每根钢绞线的两端都进行编号。(4)预制箱梁混凝土完毕后，用人工从一端向孔道内穿入钢绞线。在穿束时，钢绞线前端设置子弹头。以保证穿束时波纹管不受损伤。 3、预应力筋张拉 (1)千斤顶在使用前应与配套使用的油压表（1.5级精度）油泵共同进行标验,并有标验数据记录，在使用过程中按一般规定进行定期标定，确保张拉计量的准确性.油顶摩擦系数不得大于1.05，预应力施工应以控制应力为主,伸长量作为校核。预应力钢束的下料长度、张拉控制吨位、控制伸长量等均按设计图纸办理。 (2)张拉。钢绞线在正式张拉前应进行初张拉，两端同时进行采用RDC-1100型千斤顶、ZB4-500油泵。安装千斤顶，将张拉端露出钢绞线穿入千斤顶的压头顶紧锚具。钢绞线尾部通过千斤顶内的夹具夹紧，调整初应力开始张拉，分级每次记录钢绞线的伸长量。 钢绞线应两端同时对称张拉，其张拉程序为： 0 10%K20%K100%k持荷2分钟，测实际伸长值预压夹片测回缩量0 按设计要求不采用超张拉。张拉前，锚环的锥形应用棉纱将油污和脏物清除干净，并均匀地涂上层石蜡粉，以增加夹片的自锚性能。夹片为三片组成一组，安装前必须清除干净。 (3)每组钢束在张拉时，严格按设计给定的程序，对称、均衡进行。当实际伸长值与理论伸长值之差大于6时，立即停止张拉，查明原因并采取措施调整后，再继续张拉。当滑丝或断丝超过规范要求时，进行更换后重新张拉。 4、管道压浆及封堵头 (1)水泥浆配合比。水泥浆强度等级为50Mpa，水灰比为0.32。水泥选用P52.5普通硅酸盐水泥，进入灰浆搅拌机的水泥应通过2.52.5mm的细筛过滤。水泥浆中掺入UNF-1型高效减水剂和HT-U型高效膨胀剂,以提高其流动度和减少泌水率。其掺量分别为2%和8%。水泥浆流动度在1418S之间。 (2)压浆前的准备工作：a、切割锚具外的超长钢绞线，切割时不得损伤锚具及夹片，可用湿石棉绳缠着钢束根部，用砂轮机割。切割后伸出锚塞外58cm。切割钢绞线工作应在检查人员检查张拉记录和批准后方可进行。b、压浆前应对孔道进行清洁处理，彻底清除有害物质。特别是油污，可采用无腐蚀的中性洗涤液或皂液，用水稀释后进行冲洗，然后用不含油的压缩空气，将孔内所有积水吹除干净。 (3)压浆：a、压浆采用一次压浆成型的方法施工，压浆泵采用活塞式压浆泵。压浆的最大压力值宜为0.50.7Mpa,压浆应达到孔道另一端饱满出浆，排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止，为保证管道中充满灰浆，关闭出浆口后，应保持不少于0.5Mpa的一个稳定期，稳定时间不少于2Min。压浆时应从最低点的压浆孔压入，由最高点的排气孔排气和泌水。压浆顺序宜先压注下层孔道。压浆应缓慢、均匀地进行，不得中断，并应将所有最高点的排气孔依次一一放开和关闭，使孔道内排气通畅。较集中和邻近的孔道，宜尽量先连续压浆完成。b、水泥浆的拌制至压入孔道的延续时间，视气温情况而定，一般在3040Min范围内，水泥浆在使用前和压浆中应连续搅拌，对于因延迟使用所致的流动度降低的水泥浆，不得通过加水来增加其流动度。c、在压浆后48h内，结构砼温度不得低于50C，否则应取保温措施。当气温高于350C时，压浆宜在夜间进行。d、压浆时，每一工作班应取不少于3组的7.077.077.07cm的立方体试件，标准养护28d，检查其抗压强度，作为评定水泥浆质量的依据。e、孔道压浆前要认真填写施工记录。 （4）封堵头。在箱梁预制、张拉、压浆完成后，在墩顶还需进行负弯矩二次张拉，梁端不需要封端，梁体两端内腔用先预制好的堵头板堵头，以保证墩顶横梁现浇砼的形状。 （二）施加预应力施工中需注意的问题 预应力施加是后张预应力箱粱结构质量的最终体现。预应力的施加效果是由孔道位置线型、预应力筋的力学性能、张拉控制程序、锚具质量精度等多方面因素构成。但其将归结为预应力施加量与预应力损失两部分。这两者之差也就是预应力的施加效果。预应力施加过程中经常遇到的只有3个问题：断丝、滑丝、预应力损失，解决好这3个问题也就保证了预应力的施加效果。 1、断丝 （1）造成断丝的原因主要有：预应力筋力学性能不合格；锚板喇叭筒、锚垫板、锚环及千斤顶不同心，造成偏拉，受力不均；锚垫板选用不合理。钢制垫板喇叭筒较细、端部比较锋利，稍有连接不顺，张拉时会造成预应力筋的伤害。（2）防止断丝的措施有：强度相同但延伸率差异较大的两批材料不能同束使用；安装千斤顶应做到与垫板方向垂直。选用铸钢制垫板，避免造成预应力筋损伤。（3）断丝处理：双张钢束时可先用卸锚器松锚，然后移动钢束，用单孔小顶进行张拉，这样就缩短了千斤顶占用长度。当预应力束较短时，可以用单张代替双张的办法加以解决。当本身就是单张的钢束发生断丝时，一般采用超张拉的办法加以解决，超张时可采用全断面超张或同束号超张的办法。 2、滑丝 （1）造成滑丝的原因主要有：锚环、夹片硬度不够或夹片齿过浅；钢束、夹片清理不彻底；.当铺环孔坡度过小、过大时都可能发生滑丝；安装夹片顶面不齐也能造成滑丝；千斤顶张拉时回油过快也可能发生滑丝现象。（2）防止滑丝的措施：张拉前对钢束锚锚固部分、锚环