后张预应力连续箱梁整体一次浇筑施工工艺

王红彦

（河北省邢台市水务局，河北 邢台 054000）

1 工程概况

南水北调中线干线一期工程总干渠邢台段邢台市区外跨渠桥梁工程中宅阳北桥，总干渠桩号K134+733.643，与总干渠水流方向夹角103.66°，跨径为16m+26m+16m，桥梁为全长64m的双幅双柱式现浇箱梁桥。下部结构为桩柱式墩台，钻孔灌注桩基础；上部结构为后张预应力连续箱梁，三孔一联，单箱三室结构形式，顶面宽13m，底宽9.5m，高1.4m，单幅桥面净宽12m，防撞护栏宽0.5m，中央分隔带宽2m。现浇箱梁是该工程的特殊工序，是施工网络图的关键线路，采用快捷的施工方法是保证工期的重要措施。

2 方案确定

2.1 连续箱梁施工方案

箱梁浇筑有两种方案：①传统的分次浇筑，即在顶板与腹板顶部设施工缝，分二次浇筑，先浇筑底板、腹板，后浇筑顶板；②精加工内模，一次性浇筑完毕。方案比较如表1。

表1 方案比较

2.2 支架方案

该桥为三跨一联连续箱梁，横跨南水北调总干渠，为328省道原址上跨桥，桥址地势平坦，梁底距地面2.85m，地基承载力良好稳定，无通车要求，箱梁施工时，渠道渠堤已施工完成，支架方案设计不得破坏渠堤。

方案1：满堂碗扣式支架。优点：功能多、通用性强，安装、拆卸方便；缺点：需进行专门的支架设计，材料用量大，占用时间长，施工成本高，需破坏一定范围的渠坡。

方案2：土牛胎模。优点：材料就地取材，施工方便，工期短，稳定性高，成本低，能有效地保护干渠渠堤；缺点：材料不能周转，桥长及桥下净空均有限制，否则涉及土方量过大，造成施工成本的增加，土牛挖除困难。

通过比较，为保证连续箱梁施工质量达到内实外美，缩短施工工期，连续箱梁确定采用第2种施工方案。该桥总长64m，桥下净空2.85m，两桥头为干渠渠堤，经计算土牛填筑方量为4590m3，方量不大，故支架采用土牛胎模。

3 预应力连续箱梁施工

3.1 土牛胎模填筑

桥下为原328省道路面，基础良好，桥墩处系梁坑人工分层夯实，每层厚度不大于20cm，夯实度大于90%，与原路面填平；路面上填筑土牛，土牛填筑采用18t振动压路机分层压实，分层厚度30cm，压实度达到95%，边坡为1∶1.5，土牛顶宽超过箱梁翼板5m，高程低于箱梁底20cm，以备箱梁底模混凝土浇筑。

3.2 承载力检测土牛预压

3.2.1 承载力检测

检测方法采用在现场设置承压板，按设计分级施加竖直荷载，测定承压板压力与地基变形，将成果绘成压力-沉降关系曲线（P-S关系线）。P-S关系线如果接近于直线，则此阶段地基中各点的剪应力，小于地基土的抗剪强度，地基处于稳定状态；P-S关系线如果是下弯的曲线，说明在地基的局部区域内，发生了剪切破坏，随着荷载的增加，地基中塑性变形区的范围逐渐向整体剪切破坏扩展；当荷载增加到某一极限值时，地基变形突然增大，说明进入塑性变形区，发展、形成与地面贯通的连续滑动面。地基土向承压板的一侧或两侧挤出，地面隆起，地基整体失稳，承压板也随之突然下陷。因此必须按计算所需承载力进行加载，各测点必需在P-S关系线的直线段方能满足施工要求，否则需另行处理。

单位面积所需承载力为：

模板荷载P1=0.5kN/m2，混凝土钢筋荷载（荷载最大的腹板处）P2=36.4kN/m2，施工荷载 P3=3.0kN/m2，混凝土冲击荷载P4=2.0kN/m2，振捣荷载P5=2.0kN/m2，冬季施工保暖荷载P6=1.0kN/m2（以上荷载及组合依据《路桥施工计算手册》取值）。

3.2.2 土牛预压

3.2.2.1 预压目的

确保施工安全，消除地基非弹性变形，有利于桥面线形控制。计算出预拱度设置值，箱梁底模混凝土施工时调整。

3.2.2.2 沉降观测

预压重量为箱梁自重加模板重及施工荷载。为了解沉降情况，预先布设测量控制点，位置设在2个支点、2个1/4跨、跨中，每个断面3个点。在预压之前测出各测量控制点标高。在加载50%和100%后均要复测各控制点标高，加载100%预压荷载后每24h复测1次各控制点标高，如果所测数据不再变化时，表明地基及支架已基本沉降到位，否则还须持荷进行预压，直到地基及支架沉降到位方可卸压（根据经验一般要 3～5d）。

3.2.3 钢筋加工安装

钢筋的加工与安装按照有关规定和设计进行操作，腹板内有大量的预埋波纹管，为了不使波纹管损坏，一切焊接在波纹管埋置前进行，管道安装后尽量不焊接，当普通钢筋与波纹管位置发生矛盾时，适当移动钢筋位置，准确安装定位钢筋网，确保管道位置准确。

3.2.4 模板工程

3.2.4.1 箱梁底模

箱梁底模采用混凝土胎模，胎模厚20cm，施工前对箱梁位置、尺寸精确放样，按照设计预拱度加预压时测定的土牛的弹性变量支模板浇筑混凝土，胎模表面要精施工，保证其平整度；为保证箱梁底面光洁漂亮，便于脱模，胎模上铺设高分子聚酯宝丽板；胎模内每隔70cm横桥向通长埋设准20PVC管，以备侧模板支护时穿对拉螺栓。

3.2.4.2 侧模板和翼缘模板

侧模及翼板采用厂制定型钢模板一次支立成型，侧模底缘用梁底模内预埋的PVC管穿准16对拉螺栓加固，翼板用钢管脚手架加固，刷模板漆以保证混凝土表面光洁、便于脱模。

3.2.4.3 内模设计安装

箱梁设计单箱三室，三孔一联，每孔横向3个箱室，在每孔的桥墩处设隐形横梁将梁身纵向又分为3个独立箱室，两边孔箱身长13.44m，中孔箱身长24m，箱室标准断面为2.7m×1.0m，整个桥梁单幅共9个箱室。

箱梁整体一次浇筑成型，因此箱体采用开放式内模，即底板不设内模，便于底板混凝土浇筑，箱梁内模采用δ=15mm的多层板，横向骨架采用80mm×50mm及100mm×80mm的方木制作（如图1），骨架纵距40cm，内模在专用场地内分节加工成型，运到施工现场，用吊车吊装就位，单箱三室内模之间采用准12mm拉杆及混凝土预制块进行支撑，混凝土预制块强度要与箱梁混凝土设计强度相同。内模与底模之间设置板凳钢筋并与底板钢筋焊接牢固，板凳钢筋高度为钢筋保护层厚度，呈梅花型布置，间距为1.0m，为防止内模上浮，将底板钢筋与内模连接。内模底板留设宽60cm通长槽口，以方便施工底板混凝土不足进行添补和人工进行底板混凝土振捣，施工完成的底板部位，采用宽60cm的建筑钢模将槽口进行封堵，防止施工腹板、顶板时混凝土上翻。内模顶板每孔预留2个50cm×80cm的天窗洞口，以方便操作人员进入箱内振捣混凝土和拆除内模。留设位置一般在每单元箱室靠近端头1/3处，同时要通过设计单位、监理工程师认可。

箱梁内模安装过程中确保骨架牢固，各节点用木螺钉连接，严格控制箱梁内模位置及上下口标高，轴线偏位≤10mm，标高误差≤±10mm。

图1 内模模板及支撑

3.2.5 箱梁混凝土浇筑

箱梁混凝土整体一次性浇筑完成，总体控制原则为水平分层、斜向推进、连续浇筑，一次成型，

底板及腹板混凝土浇筑时由低处向较高处分层、分段浇筑，考虑到混凝土用量很大，为避免混凝土浇筑时间过长形成分层，浇筑过程中先浇筑箱梁底板混凝土10m，再返回浇筑腹板和横隔梁，长度为10m，顶板浇筑同步进行。如此循环，混凝土浇筑过程中确保新旧混凝土间隔时间不得超过2h，混凝土浇筑能力不得低于50m3/h。

由于腹板预应力管道很多，混凝土在此处不易密实，该处混凝土浇筑备加小心，加强观察，可用小锤轻敲腹板倒角模板，通过声音判断混凝土是否密实。箱梁波纹管容易被捣破，因此在波纹管附近捣固时要求捣固棒与波纹管之间保持10cm的安全距离。箱梁钢筋不密集的部位采用准50插入式捣固棒，钢筋密集的部位采2台准30捣固棒同时捣固。振捣操作人员要选用有施工经验的人员，振捣过程中要思想集中，认真仔细，遵循“快插慢抽”的原则，随时注意观察，当混凝土表面停止下沉，表面泛浆均匀，不再冒气泡时即可停止振捣，避免有过振、漏振的现象发生，保证混凝土的外观质量能达到优良等级。

箱梁混凝土施工时，要派有施工经验的人员对模板进行观察值班，发现有异常现象，要立即停止箱梁的施工，施工现场负责人要立即组织施工人员，排除异常现象，确保施工安全和工程质量。

混凝土试件应做5组，其中两组留在箱梁上，同等条件下养护，为预应力筋张拉前确定混凝土强度提供依据。

3.2.6 预应力筋张拉

箱梁混凝土强度达到设计张拉要求时进行预应力筋的张拉，张拉采用YCW-500型千斤顶，使用前到有资质的单位进行配套标定，计算其线形回归方程确定油表的读数，锚具、夹片进场后按照规范要求进行试验，合格后方可使用。

连续箱梁预应力弯起较多，张拉前进行摩阻力测试，其步骤为：两端同时张拉到预应力，测量千斤顶伸长值；一端张拉到1.03σk并持载2min，测量千斤顶伸长值，同时观测另一端油表值，求出拉力值，两端同时回放油表放松张拉力，计算两端拉力值。重复以上步骤，求出拉力值的平均值，再用被动端作为张拉端，重复试验，得出张拉端及被动端的平均值，可计算出孔道平均摩阻力的损失P。利用式（2）、式（3）确定 K、μ 参数

式中 μ为摩阻系数，即预应力筋与孔道壁的摩擦系数；K为摩阻因数，即孔道每米局部偏差对摩擦的影响因素；P主为张拉端的控制力（kN）；P被为被动端的侧力（kN）；θ为累计转角（rad）；L 为束长（m）。

测试完毕后确定K、μ参数，然后进入正常张拉。张拉程序如下：

0→初应力 0.1σk→1.03σk（持荷 2min 后锚固）

为确保张拉按设计要求施工，张拉控制采取双控，一方面对张拉力控制，另一方面对伸长值进行控制，在张拉力达到设计值时，伸长值与理论伸长值对比，当超出规范要求时（规范要求为±6%），报设计、监理查明原因。

两端张拉的曲线预应力筋平均张拉力计算公式：

预应力筋的理论伸长值：

式中 PP为预应力筋平均张拉力（N），当预应力筋为直线时PP=P；P为预应力筋张拉端的张拉力（N）；x为从张拉端至计算截面的孔道长度（m）；θ为从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）；AP为预应力筋的截面面积（mm2）；EP为预应力筋的弹性模量（N/mm2）。

预应力筋张拉时，应先调整到初应力σ0，该初应力为张拉控制应力σcom的10%～15%，伸长值应从初应力时开始量测。预应力筋的实际伸长值除量测的伸长值外，必须加上初应力以下的推算伸长值。对后张法构件，在张拉过程中产生的弹性压缩值一般可忽略。

钢绞线张拉时千斤顶端头严禁人员来往，油泵加、回油应平稳均匀，注意压力表读数变化。每次使用工具夹片时，都要认真检查夹片的齿牙是否完好，齿牙内应清洁无杂物。

施加预应力所用的机具设备及仪表由专人使用和管理，并定期维护和校验。当千斤顶使用超过6个月或200次、在使用过程中出现不正常现象、检修以后均应重新校验。千斤顶与压力表应配套校验，以确定张拉力与压力之间的关系曲线，使用时不得随意调换。

预应力筋的锚固应在张拉控制应力处于稳定状态下进行。预应力张拉及放松时，均应填写施工记录。

3.2.7 压浆与封锚

压浆应在张拉24h内进行，并且每一个工作班应留取不少于3组的70.7mm×70.7mm×70.7mm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。水泥浆的泌水率最大不得超过3%，拌和后3h泌水率宜控制在2%，泌水应在24h内重新全部被浆吸收。水泥浆中可掺入适量膨胀剂，但其自由膨胀率应小于10%，稠度控制在14～18s之间。

压浆从标高较低的一端向标高较高的一端压浆，由最高点的排气孔排气和泌水。压浆应缓慢、均匀地进行，不得中断，并应将所有最高点排气孔依次一一放开和关闭，使孔道内排气畅通。较集中和邻近的孔道，尽量先连续压浆完成，不能连续压浆时，后压浆的孔道应在压浆前用压力水冲洗通畅。压浆应使用活塞式压浆泵，不得使用压缩空气。压浆端压力达到0.7MPa，出口端饱和出浆浓度与注入水泥浆一致时，维持10s以上后关闭出浆口，并保持不小于0.5MPa大于2min的稳压期，即可停止压浆。填写孔道压浆施工记录。

封端前先将梁端凿毛并冲洗干净后立模，按图纸要求的强度浇筑混凝土。必须严格控制封锚后的梁体长度。

4 结语

通过南水北调中线干线中宅阳北桥采用连续箱梁整体一次浇筑成型的实践，经过与其他标段采用分层法浇筑施工的同类型箱梁比较，整体一次浇筑有如下优点：①消除了传统施工工艺的施工缝，提高了梁体的美观性；②增强了梁体的整体刚度，延长了梁体的耐久性和使用寿命；③施工周期短。

实践证明，只要内模设计合理，控制好混凝土浇筑质量、解决浇筑时内模上浮施工技术、把好混凝土浇筑施工这一关，采用整体一次浇筑成型箱梁施工方法是切实可行的。

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