预应力钢筋混凝土箱梁施工技术要点研究

  陈明喜
          

摘  要：在路桥工程中用预应力钢筋混凝土可有效减小构件截面面积，广泛应用于大跨度桥梁中，其复杂的施工工艺需要精心组织施工方案，对施工要点重点关注，以保证工程的质量。
关键字：预应力；箱梁施工技术
1 概述
桥梁工程在高速铁路和高速公路等路桥工程建设中扮演着极其重要的角色。随着近期国家对基础设施建设投入加大，我国路桥工程建设再次获得迅速发展的好契机。现浇箱梁广泛应用于桥梁工程之中，是一项较为成熟的技术。本文试图结合笔者亲身工作经历和相关工程实例对预应力钢筋混凝土箱梁进行总结并提出自己的一些小观点。
在路桥工程中用预应力钢筋混凝土来代替钢筋混凝土可以有效利用高强钢筋等高强材料，减小构件截面面积，降低结构自重占设计荷载的比重，增大桥梁的跨度，进一步扩大了混凝土结构的适用范围。
预应力钢筋混凝土箱梁按照制作类别分有预制预应力钢筋混凝土箱梁和现浇预应力钢筋混凝土箱梁。其中预制预应力钢筋混凝土箱梁用在桥梁跨度较小、路面荷载不大、易于进行现场吊装的桥梁工程中。预制预应力钢筋混凝土箱梁需要额外设置预制场，且预应力混凝土梁单件的重量大、吊装数量较多，当桥梁工程地处山区丘陵地带时候，施工过程会更加复杂，安全隐患较大。现浇预应力钢筋混凝土箱梁直接浇筑到位，相比预制预应力钢筋混凝土箱梁不必吊装，但是其现场制作过程较为复杂，对模板等施工器械要求较高，预应力施加较为困难，施工要求高。结合某桥梁工程本文结合现浇预应力钢筋混凝土箱梁制作安装过程进行分析总结并结合具体施工现场提出合理化的建议。
2 钢管支架搭设
支架的搭设要保证钢管支架能够满足各个方向的受力要求，做到安全可靠、受力合理。在支架搭设之前，应根据工程现场地形地貌情况、水文地质情况和自身工程特点对支架总体布置做综合的考虑。
我工地采用的是碗扣式钢管支架。综合考虑各种情况，钢管支架的顺桥向间距为0.9米，箱梁实腹段的钢管支架设为0.6米，钢管支架竖向步距为1.2米，顺桥向剪刀撑每四排设置一道，横桥向剪刀撑也是每四排设置一道。
钢管搭设之前应验算其受力性能是否合理可靠。钢管支架计算过程大致为：由箱梁体积计算箱梁单跨总重，计算每个钢管支撑点的容许承载力（每个竖杆高度折减0.1），由支架总体布置计算支点总数，计算单个支点的实际受力情况，最后进行整体稳定性验算。本工程支架的高宽比为14/22.1=0.633小于3，可以不进行整体稳定性验算复核。
钢管的搭设施工流程在不再赘述，请参阅相关文献。这里结合本工程实际和自身工作经验给出施工注意事项：支架立杆必须无腐蚀或破损，保证立杆竖直度复核要求；结点处不能松动；为保持稳定顶底托可调螺纹长度最好不超过35厘米；方木紧贴地面和底托。
3 箱梁模板
模板的选择、制作安装和脱模剂的选择是影响桥梁工程的重要因素。在选择模板时要考虑的因素有模板刚度以及模板平整度等，尽量采用钢模板、大而平整的模板。本工程中现浇预应力钢筋混凝土箱梁由直线型梁底模板、曲线型钢侧模板和内模板等三部分组成，即拼装组合模板。其中直线型梁底模板采用的材料是高级防水竹胶合板，由现场制作；两曲线段采用钢模内模用防水胶合板和木衬板，内模板支架用方木框架支撑。
箱梁模板先施工梁底模板，再施工侧模板和内模板。箱梁底模板支撑于钢管支架的纵横梁上，底板下的横梁方木铺设在钢管顶托上并比底板及翼板宽半米，用以支撑外模板支架，纵梁铺设在横梁上，间距半米。在横梁方木铺设完工后，要进行三级预压（梯度分别为30%、70%和100%），以给出预先拱度。纵向预应力穿索完成后安装箱梁内模板，先安装内模支架、腹板内模和上、下倒角模，待腹板混凝土浇筑24小时后安装箱梁顶板的底模。最后进行箱梁顶板的混凝土浇筑。
现浇预应力钢筋混凝土箱梁在模板工程施工的过程中应该注意以下事项。在混凝土浇筑的时候底模板的沉降较外腹板的沉降小，这容易在底模板和侧模板之间出现缝隙，形成箱梁的底板阳角的色斑或者漏砂甚至是涨模跑模，针对此种情况，本工地采用的是外侧顶撑的办法；不能忽视内模板支架的强度验算以防止坍塌；预压时，当选择土或者砂等相关材料时，应注意预压物防水防潮工作以防压力过大损坏支架；检查箱梁外漏面的模板，填补空洞和模板间的拼缝；模板安装时有一个很容易忽视的细节就是设置临时滴水线，临时滴水线能够有效地防止防撞墙施工前养护水及压浆废水污染箱体；支座安装相对工程量较小，但不可忽视支座安装时易犯错误，注意支座的安装方向，支座上下支撑面平顺，外漏铁件的防腐等。
4 箱梁钢筋工程
桥梁工程中预应力箱梁所用钢筋一般包括普通钢筋、具有防腐要求的钢筋和预应力钢筋。普通钢筋和具有防腐要求的钢筋材料进场之后质检严格检验，合格后下料加工并依照设计施工图纸和相关国家行业规范认真仔细施工。预应力钢筋的施工过程较为复杂。预应力钢筋的施工时应先行检查波纹管是否有渗漏现象，按照设计图纸用定位钢筋把波纹管及预应力管线安全可靠地固定到图纸所示位置上，严格按技术规范有关规定进行钢绞线安装。在钢筋施工过程中，腹板箍筋接头尽量布设置梁顶错开布置，如果横梁钢筋和波纹管的位置有冲突，可挪动普通钢筋确保波纹管位置正确无误。
现浇预应力钢筋混凝土箱梁在钢筋工程施工过程中应该注意保证钢筋保护层厚度合适；穿入钢绞线施工不可图一时之便过度加注润滑剂，导致钢绞线和水泥砂浆间的粘结力不足；钢筋骨架是桥梁预埋件的主要固定点，在进行混凝土工程前应仔细检查有无按设计要求设置预埋件；桥梁钢筋一般比较密集，我工地统一要求必须把绑扎用品（如扎丝）弯折伏帖于钢筋表面，以免阻挡砼的流动性，影响混凝土工程施工质量。
5 箱梁混凝土工程
现浇预应力钢筋混凝土箱梁具有中空的腹部，其混凝土工程有浇筑顺序的先后之分。本工程混凝土标号为C50，施工方案为砼运输车运砼，砼泵泵送到位。先浇筑箱梁底板，浇筑时应从桥轴线向桥两侧对称施工以免支架偏心受压，振捣密实后再浇筑腹板；腹板的浇筑时应由一端向另一端逐步推进及时振捣；浇注顶板时要求腹板混凝土充分凿毛，顶板在腹板浇筑一定长度后自翼板两端对称向中心施工，并与腹板流水施工交叉进行。箱梁顶表面处理时应拉线、找坡、抹平、压实并进行二次抹面以防龟裂。箱梁顶面平整度误差不超过±1cm，高程误差不超过±2cm。混凝土浇筑完毕后，及时对混凝土进行养护，保证混凝土表面润湿至少7D时间，需要时应覆盖砼表面。箱梁内膜要等箱梁混凝土整体强度达到15MPa后方可拆除。
在混凝土工程中应该注意现场旁站混凝土质量。箱梁通常采用的是掺入缓凝剂、早强剂来改善混凝土性能，在注视商品混凝土强度指标的时候，容易忽视混凝土自身的施工操作性能，如本工程施工中曾遇到夏季炎热天气浇筑混凝土面层失水过快出现干缩裂纹的情况。鉴于箱梁混凝土工程的特殊情况我们广大施工人员还应该注意混凝土的振捣质量，重点关注箱梁底板和箱梁腹板的下倒角位置处和预应力锚的下面位置处。
6 预应力施加
预应力施加是现浇预应力钢筋混凝土箱梁施工中的重要施工程序之一。本工程采用预应力后张法施工，当混凝土强度达到混凝土设计强度的80%以上时进行预应力张拉施工。施工方案采用两端双向张拉，延伸量和张拉力的双参数控制，其中控制参量为张拉力，参考参量为伸长量。
预应力钢筋的制作与安装在前文已有介绍，不在赘述。YCW-G型千斤顶是在YDC，YCWA系列的基础上，通过计算机分析和优化组合设计特别是千斤顶主要零部件采用了预应力处理的先进工艺，它体积小、重量轻、密封性能好、强度和可靠性高，通用性强，广泛用于后张法的预应力施工中。本工程采用YCW-250G千斤顶配套锚具使用。在进行张拉操作前施工现场施工技术人员应根据现场钢绞线特性指标和张拉设备参数进行张拉力计算。公式如下：


其中， 为张拉力，单位kN；为预应力钢筋的控制应力，单位MPa；为钢绞线截积，单位mm；每束钢钢铰线的根数；为钢束伸长值，单位mm；为预应力钢筋的原长，单位m；为预应力钢绞线截面面积，单位mm2。为弹性模量，取为1.95×105MPa；为孔道偏差磨擦影响系数；为预应力钢筋和波纹管的磨擦系数；为孔道曲线部分达的切线夹角，单位rad。
张拉应力的施加是分级施加的，从零开始施加，首次为10%控制参数（控制应力或者参考控制变形），直至达到控制参数应力，持续荷载3分钟后进行灌浆锚固。孔道压浆封锚要在预应力张拉后1d内进行。灌浆的饱满度和密实性直接影响到桥梁结构的耐久性，本工程采用的是真空灌浆工艺。
在预应力施加工序中，容易忽视对工程所用机械的检查，如千斤顶的密封、老化等。当真空泵的功率不足或者锚头的密封性不好时会直接导致真空压浆不足等问题。
7 结语
预应力桥梁具有结构节省材料、安全系数高等优点，在桥梁工程中被普遍使用。本文结合具体工程实践总结了现浇预应力钢筋混凝土箱梁的施工工艺和施工注意事项，对公司后继工程具有指导意义，随着我国经济技术的不断发展，未来桥梁工程定会在此基础上发展更新的技术、工艺、材料和相关施工设备。

参考文献：
[ 1 ] 厦门演武大桥现浇预应力箱梁施工技术 林耀洪 水运工程 2008.3
[ 2 ] JTJ041-2000 . 公路桥涵施工技术规范
[ 3 ] 现浇预应力箱梁施工中容易忽视的问题 周朝阳 桥梁工程
[ 4 ] 商界高速公路曹家湾大桥连续梁施工技术 王宝军 建筑科技2008.2
[ 5 ] 对现浇预应力箱梁预应力施加工艺的探讨 徐莹  倪静 建筑与工程 2010