预制箱梁支座预埋钢板空响分析及控制对策研究

艾 岩 上海铁路局建设管理处

预制箱梁支座预埋钢板空响分析及控制对策研究

艾 岩 上海铁路局建设管理处

预制箱梁的支座预埋钢板空响是预制箱梁的一种质量通病，详细介绍了对支座预埋钢板空响的调查情况，分析了钢板空响的原因，提出了对已浇筑箱梁钢板空响的治理方案，从施工工序分析的角度出发，给出了预防支座钢板空响的针对性措施。

预制梁；箱梁；支座；钢板空响

1 问题的提出

在铁路、公路桥梁建设中，预应力混凝土预制箱梁的应用越来越广泛。与现浇箱梁比较，预制箱梁的优点主要包括：工厂化生产，质量可控性好；梁体施工和桥墩、基础施工可同步进行，缩短了工期；可以避免支架现浇施工中，支架搭设、预压过程中的事故。

近年来，为了满足我国铁路建设，尤其是客运专线建设，修建了大量的箱梁预制场，批量生产了跨度32 m、24 m标准预制箱梁。总体来看，预制箱梁的质量是优良的，但也有一些预制箱梁存在质量通病，如梁体两端支座位置处的预埋钢板在敲击下发生空响。预埋钢板空响说明预埋钢板与梁体混凝土之间存在缝隙，这个问题在我国几条客运专线的预制箱梁中都发生并整治过。虽然钢板空响对箱梁的承载能力几乎没有影响，但这种病害对桥梁的长期使用性能有不利的影响。同时，在往复循环的运营列车荷载作用下，支座钢板与混凝土之间的缝隙对线路平顺性也有不利影响。因此，为了保证桥梁长期使用性能良好以及桥上线路的高平顺性，需要对支座预埋钢板空响进行深入分析，并研究控制对策。本文在广泛调研的基础上，分析支座钢板空响的原因，提出了针对钢板空响的整治方案，给出了降低支座钢板空响的针对性施工防范措施。

图1 支座预埋钢板

图2 支座钢板和防落梁钢板

2 支座预埋钢板构造

盆式橡胶支座是我国铁路简支梁桥受力体系中承上启下的关键环节，列车荷载、箱梁自重、桥面系荷载全部通过支座传递到桥墩中，进而传递到基础及地基中去。在支座传递来自上部结构竖向力和水平力的局部路线中，上部结构荷载首先通过预埋在梁体底部的支座钢板，再经由钢板传给支座钢盆中的橡胶，再进一步传至与桥墩接触的支座下钢板。显然，预埋在梁体里面的支座钢板承受非常大的局部压力。钢板在敲击下发生空响，说明钢板与附近的混凝土未能密贴。如果钢板空响严重，梁体在运营期间就存在极大的安全隐患。

梁体底部的预埋支座钢板上一般附带有4根钢质粗套筒（带螺纹）和9根细钢筋，钢筋在支座钢板上的布置稍显稀疏。在支座预埋钢板附近，梁体内还预埋了防落梁钢板，其上锚固构造钢筋较密。图1为梁底支座预埋钢板，图2为支座钢板和防落梁预埋钢板。

3 支座预埋钢板空响率调查

为了解支座预埋钢板空响问题，应加强工序的管理，在某梁场进行了30片预制箱梁支座预埋钢板空响的调查，将每块支座钢板划分为50个小格，逐格敲击钢板，检查空响程度。对每块钢板的空响率（每块钢板下空响面积/每块钢板平面积×100%）进行了计算。支座预埋钢板空响调查结果见表1。由表1知，预埋支座钢板存在一定的空响率，最大空响率为48%。120个支座板中，空响率在20%以上的有16个，占13.3%，虽然大部分支座钢板空响率比较低，但支座钢板空响仍是个共性问题，需要引起高度重视。

表1 支座钢板空响率调查结果

4 支座预埋钢板空响原因分析

根据箱梁设计图纸及施工工艺情况，经研究分析，认为产生支座板空响的原因有以下几种。

4.1 钢板附近钢筋密集造成混凝土流动困难

因支座板是梁体的重要部位，所以在其上方布置了相当密集的钢筋网片。按照设计图纸，梁端底板部位梁体钢筋共有8层（包括所有横向和纵向钢筋），间距为10～15（cm）；为了保证支座板的稳定性，设计图又在此处设置了3层Φ10螺纹钢作为支座板加强筋，间距为10 cm。同时，钢筋笼在吊装后梁端横向主筋全部紧贴支座板（支座板厚度为20 mm）。此外，上下两层钢筋网片之间有联系筋。在没有采取适当措施的情况下，混凝土流动性在支座板位置处受到限制，故支座板在浇筑完成后出现空响。

4.2 振捣困难造成空响

梁体支座板正好处于两侧腹板底下，浇筑时支座板位置只能通过顶板位置下料振捣，振捣相当困难。如出现混凝土流动性差及坍落度小，在钢筋网片密集的支座板处混凝土很可能被架空。

4.3 梁体在预、初张拉过程中混凝土和支座钢板压缩变形不同引起空响

调查发现，预张拉完成后检测支座板，部分支座板存在空响，但空响率相对较小。终张拉完成后，相应部位的空响率均有不同程度的增加。针对一处空响最严重的支座板，进行了钻孔检查，结果发现支座钢板上方并无空洞，在支座板和混凝土之间有一条微小的缝隙，缝隙的存在是产生空响的主要原因。说明梁体在终张拉时两种材料的压缩率不同对造成支座板空响有一定的影响。

4.4 其它原因

当预埋钢板与底模点焊定位，且采用提梁机将梁吊离台座时，支座处混凝土与钢板会有由于撕扯作用产生的轻微间隙。支座钢板设计为多元合金渗锌，与混凝土结合比较好，但不排除有厂家提供的是电镀锌、热浸锌（现场区别不出来），这两种工艺下，容易在钢板和混凝土间产生微小气体通道，导致空响。

5 预埋支座钢板空响控制措施

根据对产生空响的原因分析，可以采用以下几种预防支座钢板空响的措施。

5.1 改变支座板钢筋结构

为避免支座板处横向主筋紧贴支座板，造成混凝土浆液流动困难。采取在横向主筋底部增加两根Φ12纵向钢筋垫底,钢筋长度跟支座板同长，增大混凝土的流动空间。支座钢板旁边的防落梁预埋钢板空响很少，二者区别是后者锚固钢筋较多。因此，可以在支座预埋钢板上补焊构造筋。

5.2 改进浇筑及振捣工艺

严格按照工艺细则及作业指导书进行浇筑，铺料厚度不大于30 cm，不直接对支座板处进行下料，采取侧面下料往支座板引流混凝土。四个支座板采取专人负责对混凝土进行振捣，并且采用更小的φ30软轴棒，便于通过支座板处密集的钢筋网，加强此部位的振捣时间。增加附着式振捣器数量，端部充分振捣。在紧靠支座板的侧模以及端模处增加附着式振捣器，并加强支座板附近的振捣次数及强度，确保支座板周围振捣密实。

5.3 保证脱模剂及其涂抹质量

提高支座板处底模板上的脱模剂涂刷质量，支座板四周用玻璃胶封闭完整，确保在浇注混凝土中浆体不流入支座板下。

6 已浇筑箱梁支座钢板空响整治处理

对已浇筑完成的箱梁，若存在支座钢板空响问题，需进行压浆处理。可采用以下两种方案。

6.1 方案一

针对空响较大的支座板，进行支座预埋钢板空响压浆处理，可采用带弹簧的注浆针筒（图3）。具体钻孔压浆方案如下：由现场技术人员对所有存在空响的支座预埋钢板进行位置确定，并在空响位置作出明确标记；在支座板空响处两边用小型磁力钻进行钻孔，孔径10 mm，确保钻孔位置准确，以钻入空响处为止；采用针筒将孔道压浆剂和微膨胀剂混合而成的浆液压入空响处，直至浆液基本无法压入裂隙中；对钻孔处采用φ10圆钢将支座预埋钢板上钻浆孔堵塞密实，并使用电焊条将钢筋与钻孔处焊接密实，使用砂轮机将焊接处打磨平整，并涂刷银粉以起防腐作用。针筒注射器的压力不大，该方案在处理空响轻微的钢板时效果不明显。

图3 空响支座钢板压浆

图4 高压注浆机

6.2 方案二

处理方案二是采用高压注浆机（图4）。高压灌注法所用高压注浆机压力可达80 MPa，浆液可进入0.01 mm以上的龟裂空鼓处，浆料在高压灌注机的推力下进入结构内部缝隙。浆料采用高分子环氧树脂，具有低黏度、高强度、常温硬化快的特点。对空响支座钢板进行压浆施工的具体工序为：

（1）用铁锤敲击钢板支座底板，找出空响处并用笔勾画标出具体位置。

（2）清理基面。用丙酮清洗钢材与混凝土接缝处使基面干净。

（3）鉴于支座钢板厚度厚（2 cm）,硬度高，用台钻床在空鼓处钻孔，孔径为14 mm,每一空鼓处钻孔数为2个。

（4）待接缝处丙酮挥发干燥后，用高强度速凝封胶封闭接缝。

（5）将灌注钉及钉头紧固于空响处钻孔内，并将排气管用速凝封胶埋于排气孔内。

（6）穿戴防护器具（护目镜、防毒面具）将浆料按所需比例配制后加入高压注浆机内进行灌注，待浆料从排气孔流出后停止灌注，在30 min内进行第2-3次适压灌注后将排气管封堵。

（7）灌注浆料完成后，用锤子敲击钢板支座底板，确认无空响、密实，待浆料初凝后（70%强度）拔出注浆钉头和排气管，用高强度速凝封缝胶封堵找平。

7 结束语

支座钢板空响在新建梁场的制梁初期非常容易发生，应该加强工序管理，强化监督检查，发现问题及时分析原因，并采取有效的针对性措施。预制梁场经过调研和工艺研究，探讨了支座预埋钢板空响的具体原因，并针对工程实际，提出了切实有效的预防措施，在生产实践中取得了良好的效果。

[1]刘维亚《型钢混凝土组合结构构造与计算手册》.

[2]郭万中.何志军《箱梁支座空响处理及预防措施》.

[3]《高速铁路桥涵工程施工技术指南》.

[4]《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》.

责任编辑：万宝安 张建强

来稿日期：2015-11-30