后张法预应力现浇钢筋混凝土箱梁施工技术

陶 胜 刘家铭

五冶集团上海有限公司 上海 201900

1 工程概况

春风路一桥位于河南省汝州市春风路，全桥为4×25 m预应力现浇钢筋混凝土连续箱梁桥，共一联，全长113.16 m，桥宽25 m，箱梁单幅宽12.5 m，高1 600mm，翼缘板宽2 250mm，腹腔最大净高1 100mm，侧壁及腹板厚700mm，底板及顶板厚250mm。钢筋强度等级均为HRB400，基础、墩身、盖梁混凝土强度为C40，箱梁混凝土强度为C50，预应力钢绞线直径为15.2mm，强度标准值为1 860 MPa，弹性模量为1.95×105MPa。

2 主要工艺流程

施工准备→支架基础施工→支架搭设→安装箱梁底模→预压→安装箱梁侧模→底板、腹板、隔板、横梁钢筋安装→预应力钢丝束管道安装及钢绞线穿束→腹板、隔板、横梁侧模安装→箱梁底板、腹板、隔板、横梁混凝土浇筑→混凝土养护→箱梁顶板及翼缘板钢筋绑扎→箱梁顶板预应力钢丝束管道安装及钢绞线穿束→箱梁顶板、翼缘板混凝土浇筑→混凝土养护→拆侧模和内模→预应力张拉、注浆、封锚→拆除底模及支架[1]

3 关键工序施工方法

3.1 地基处理

支架基础施工是现浇混凝土箱梁施工控制的关键环节之一。支架基础的地基承载力需满足设计要求，能够承受桥梁上部结构所传递的所有荷载，以确保地基不出现沉陷。根据计算，支架基础均采用C30钢筋混凝土的条形基础，1#、2#、3#支架基础尺寸均为13.6 m×4.0 m×1.0 m，0#桥台上、4#桥台上、1#墩台上、2#墩台上、3#墩台上的支架基础尺寸均为8.5 m×1.0 m×1.0 m（图1）。

图1 墩台及支架基础立面布置示意

1#、2#、3#支架基础采用自然地基承重，土方开挖至风化岩（承载力≥300 kPa），若不能挖至风化岩则地基承载力要求达到200 kPa以上，采用换填级配砂石处理，处理宽度为8 m、长度为14 m、深度为2 m。换填时，当换填深度大于2 m时，则采用C15素混凝土进行换填。桥墩及支架基础的回填土要回填密实，密实度不小于93%，挖填深度大于2 m时采用级配砂石进行换填处理，扩散角不大于45°。换填后夯填碾压密实，最后在其表面铺筑厚10 cm的C25素混凝土进行场地硬化。在硬化的地基两侧做双向1%横坡，并沿桥向两侧设300mm×300mm矩形排水沟，表面抹砂浆，排水沟纵坡为2%，防止雨水浸泡条形基础底部。为防止雨水浸泡，方便施工，在桥的上游距离桥墩20 m处筑顶面宽5 m的拦水坝，拦水坝内的雨水可以回收利用，多余雨水采用暗埋直径不小于150mm的硬塑料管，使多余雨水有组织地排到下游（图2）。

3.2 支架施工

3.2.1 支架底模搭设

采用φ609mm×16mm焊接钢管、20#槽钢剪刀撑、双拼40#工字钢及贝雷梁式支架形成整个箱梁的主要承力支撑体系。以2#支架基础支架搭设为例来说明（图3），其余搭设步骤及方法与之类似。

图2 排水沟示意

图3 箱梁支架及底模搭设示意

在支架基础混凝土浇筑时，预埋709mm×709mm×20mm钢板预埋件。在预埋钢板的每边将2根φ20mm的钢筋埋入混凝土内（作为安装钢管支撑临时固定焊接用），钢管支撑的底板盘与钢管之间焊接加劲肋，安装时底板盘与预埋钢板之间采用中粗砂找平（图4）。

图4 底板盘与预埋钢板侧面

各钢管柱之间采用20#槽钢作为剪刀撑或水平撑（图5），使钢管支撑连成一个相对独立的整体，在钢管柱与槽钢焊接部位焊接加强短钢筋，共同承受竖向和水平荷载。钢管柱顶部设置活络端（图6），以便调整标高及拆卸桥梁底模。活络端上面沿垂直于桥长向铺设长度为14.5 m的40#双拼工字钢，工字钢两侧与活络端之间焊接侧向定位短钢筋（φ25mm钢筋），防止工字钢产生滑移。在双拼工字钢上沿顺桥向铺设10道贝雷架（由2片贝雷片拼装组成），在工字钢与贝雷架之间，采用U形卡扣进行固定连接。沿贝雷梁上横桥向铺设间距为600mm的40#工字钢。在工字钢上顺桥向铺设规格为5 cm×10 cm木方，间距20 cm（腹板及横梁区）/30 cm（腹腔区），木方上铺设厚15mm竹胶板作为箱梁底模。

图5 钢管支架大样

图6 活络端示意

3.2.2 支架垂直度和水平度的调整

在搭设箱梁支架前应先测设出跨中线位置并引出控制桩，同时还应在箱梁两侧的端部及跨中部位布设标高控制桩，以此来监控支架的搭设高度。为保证桥梁外观质量和防止支架倾斜，使支架充分发挥其承载能力，在施工中需保证支架的垂直度和水平度满足规范要求。这就需要在搭设过程中对支架的垂直度和水平度进行严格的控制，需要对钢管柱安装的垂直度进行逐根调整，同时在施工中要防止双拼40#工字钢梁与钢管柱支撑活络端顶板之间缝隙过大，以免导致荷载受力不均匀，造成钢管柱承受线或点荷载，从而使工字钢梁产生较大的弹性位移，如果有缝隙要采用薄钢板垫实并点焊防滑落；在贝雷梁安装时，贝雷梁的连接插销要与贝雷梁片配套，防止因贝雷梁的连接插销不配套而使贝雷架产生较大变形。

3.3 预压施工

在箱梁施工前，为减少支架体系的非弹性变形，消除地基沉降，并测量出支撑体系弹性变形的竖向数值，在箱梁底板铺设后需对支架体系进行预压。预压荷载大小可按箱梁自重的1.2倍取值。

在加载前须分别在箱梁桥每跨的端部、1/4跨、跨中、3/4跨部位设置沉降观测点。考虑桥梁翼板危险性较大，以及有些部位贝雷梁为悬挑，故在翼缘板和贝雷梁悬挑部位也同时进行预压，并在模板上设置相应的观测点，并测量出观测点标高H1。

在施工中采用装砂袋法进行预压。箱梁预压加载分别按荷载值的60%、80%、100%、110%、120%逐级加压，施加下一级荷载时须待前一级荷载稳定后方可进行。在预压加载到最后一级荷载时，采用多绳吊砂袋法，禁止用单钩吊砂袋，防止单钩下钩过快对支架产生冲击荷载而导致支架坍塌，加载完成后测量观测点标高H2。

在预压过程中需安排测量人员对所布设的监测控制点进行地基沉降量及支架沉降量监测，须每天观测1次，持续观测7 d，当观测结果在2mm以内，则表明支架沉降基本稳定，测量出此时观测点标高H2。

支架沉降基本稳定后方可进行卸载。预压卸载后，测量出支架体系标高H3，从而计算出弹变形值Δh，从而调整箱梁底模安装时起拱高度f。卸载后每跨箱梁中间应调整底模标高H'。即：

式中：H'——预压卸载后箱梁底模标高；

H——桥梁设计标高；

f——设计预拱；

Δh——弹性变形值；

H2——预压稳定后箱梁底模标高；

H3——预压卸载后箱梁底模标高。

箱梁其他部位预拱度沿跨度方向可按二次抛物线进行分配，从而确定支架底模高程。

3.4 箱梁侧模、翼缘板底模及内模板施工

箱梁翼缘板底模、外侧模及内模板均采用厚15mm的竹胶板，翼缘板模板支架采用16#槽钢及φ48mm×2.7mm钢管组合满堂架搭设支撑体系，槽钢垂直于工字钢顺桥向布置，布置间距为1 m。

为防止满堂架水平侧移偏大，在最外边缘16#槽钢的外侧处，于双拼工字钢上焊接钢挡板。

箱梁侧模板加固时，在竖向设置规格为10 cm×10 cm、间距为30 cm的木方作为加劲楞。水平向则设置通长钢管2排固定木方，钢管上下排间距为40 cm。并在通长钢管上同时设置侧向水平支撑，水平支撑利用翼缘板满堂支架作为固定点，在立杆上用扣件连接水平钢管及顶托顶紧上下排通长钢管。水平支撑顺桥向间距同满堂脚手架立杆纵向间距（图7）。

图7 翼缘板底模及箱梁侧模搭设示意

模板间的缝隙需用腻子或双面胶带堵塞，保证严密不漏桨。从模板底部仔细检查底模与木方间的缝隙，使二者之间严密接触，保证木方处于全部受力状态。侧模及内模与底模之间须相连紧密，并做好二者之间的接缝处理，防止漏浆。侧模板及内模的位置及线形必须符合图纸设计要求，平顺美观。在浇筑混凝土前清除模板内杂物，并涂刷隔离剂。

3.5 钢筋、波纹管、钢绞线安装

3.5.1 钢筋安装

箱梁钢筋的加工，须严格按照设计图纸要求在钢筋加工棚集中配料，制作成半成品，运送至现场后进行绑扎安装。绑扎过程中采用自下而上的工艺流程，按照先底板钢筋，后腹板钢筋，最后翼缘板及面板钢筋的原则安装。钢筋数量、位置及直径等需满足设计图纸要求，钢筋交叉点必须绑扎结实，必要时可进行点焊。绑扎中严格控制钢筋保护层厚度，在钢筋与模板间加设塑料垫块，垫块与钢筋绑扎牢固，相互呈梅花状错开。

3.5.2 波纹管的安装及钢束等制作

预应力钢绞线管道安装必须严格按设计坐标进行布置。管道弯起点要平滑，无较明显弯折，连接处用胶布缠绕紧密，避免漏浆。在安装过程中要确保管道完好无破损，管道内不存在杂物、严重锈蚀、脱口、折皱以及空洞等现象。在安装预应力波纹管时，要确保管道轴线垂直于锚具端头钢板，所用端头钢板要保证有足够强度和刚度，能有效抵抗外荷的作用，防止端头钢板在后期张拉过程中出现结构变形。

为防止波纹管在浇筑混凝土过程中产生移位，选用U形钢筋托架进行固定，间距为600mm，并将钢筋托架和结构筋进行焊接牢固。在波纹管上需设置排气孔兼泌水管，排气管伸出桥面高度不宜小于300mm，通常将排气管设置在管道波峰位置。

待波纹管安装完毕后，进行钢绞线的穿束。钢绞线施工前需对钢绞线进行相关力学性能的测试及质量检测，满足要求后方可使用。施工中将每束钢绞线端头焊成一个锥形整体，用塑料胶带包裹圆滑穿束，以利于减少穿束过程中的摩阻力。待钢绞线穿束完毕，需认真复核管道的位置，若发生偏移或破损须及时校正和修补。当绑扎钢筋与预应力束二者位置相冲突时，在优先满足钢绞线图纸中位置的情况下，适当移动普通钢筋位置。

3.6 混凝土浇筑

在上道工序验收合格后，方可进行箱梁混凝土浇筑。考虑箱梁所在位置特殊，浇筑过程中需配备2台泵车，分设在靠近桥的两端。箱梁混凝土分2次浇筑成型，在横断面上分2次浇筑：第1次先浇筑箱梁的底板和腹板，待混凝土强度达到要求后，第2次完成腹板、顶板、翼板混凝土的浇筑。前后2次浇筑的分界线设在顶板下50 cm处。箱梁整体浇筑顺序由低跨向高跨方向进行，从而有效地避免水泥浆出现流失。箱梁底板、腹板及顶板浇筑均由两侧向中间依次浇筑，当浇筑至泵车最大浇筑范围时，开始由另一台泵车接续浇筑，直至完成整个浇筑施工。在浇筑混凝土时，其入模温度应控制在5～30 ℃之间，同时要避免箱梁混凝土产生较大温差而产生裂缝。浇筑需分层进行，且每层浇筑厚度需要控制在30 cm，要对上层和下层前后浇筑的距离进行有效控制，避免出现过大或是过小的情况。且要控制好上下层混凝土浇筑的时间间隔，应在下层混凝土尚未初凝前完成上层混凝土的浇筑。浇筑振捣过程中要特别注意振捣棒的振捣位置，以免破坏波纹管而导致混凝土堵塞孔道，影响后期的注浆工序，同时防止波纹管上浮。振捣时以混凝土不再出现沉降、表面溢出泛浆为度。混凝土施工完成后，应及时进行凿毛，避免产生温度应力裂缝，同时及时覆盖土工织物，并派专人24 h洒水养护，确保混凝土养生质量。

3.7 预应力施工

3.7.1 预应力张拉

当混凝土强度达到90%后，且龄期不少于7 d，方可进行张拉。本工程采用千斤顶进行张拉。在张拉前，需对千斤顶进行检测。依据设计图纸张拉力要求，分别计算出设计张拉力为15%、30%、100%、103%时对应的油表读数，贴在油泵上以方便作业人员张拉时控制张拉力。在张拉施工前，应对压力表和油泵实施对应，认真调试压力表并确定灵敏度是否正常，防止随意拆卸的情况发生。在启动油泵张拉时需检查油泵储油量是否充足，以及进油和出油管是否存在漏油现象，避免张拉过程中出现故障而影响张拉效果[2-3]。

张拉方式采用两端同时对称张拉，在专业工作人员的指挥下进行，张拉前需认真做好技术安全交底工作。张拉时先将钢绞线进行预张拉，这样可有效避免钢绞线处于松弛状态，张拉前，需对孔道中轴线进行仔细复核，以确保管道轴线、千斤顶以及锚具三者均处于水平线上，并保证预应力束中所有钢绞线达到均匀受力状态。当张拉到103%时，张拉控制力宜持荷2～5 min，主要是由于钢绞线受拉不均匀，并且存在管道摩擦，导致部分钢绞线尚未达到张拉要求。持荷能使各钢绞线受力均匀，达到张拉的目的。张拉过程中采用张拉应力及伸长量双控，以前者为主，后者为辅。在张拉过程中需详细记录每个张拉阶段的伸长量，并将计算的伸长量与理论值相比较，用以确定误差是否在允许范围内。当伸长量存在较大偏差时，找出张拉过程中存在偏差的影响因素，以待采取改进措施，提高张拉效果。张拉过程中，当压力表指针出现来回抖动等现象时，操作人员应立即完成油封作业。油封操作前先应对压力表进行调试和维修，并认真检查限位板的顶头，以确保此部位完好而无坑槽等现象，这样能有效避免张拉时锚固夹片被损坏。张拉结束后，用砂轮切断过长的钢绞线。

3.7.2 注浆

在完成张拉工序后，需在24 h内完成注浆。孔道压浆能够有效地提高预应力筋和桥梁结构二者共同的承载能力，同时还能避免钢绞线产生锈蚀。注浆前需通过实验室计算浆体相关配合比，采用砂浆对张拉两端的夹片进行封堵，封堵需严密，以防漏浆。注浆前，检查封锚砂浆是否达到强度要求，并清理压浆孔周边及孔道里的杂物。为了防止在注浆过程中堵塞，保证注浆通道的畅通，注浆前先用空压机注清水，通过排气管的溢水情况，排查波纹管是否堵塞。注完清水后，采用压缩空气清孔。拌和注浆料时应在旁边设置小水桶，方便控制加水量。浆液稠度宜控制在12～20 s，在拌制过程中通过设置稠度仪进行控制。波纹管注浆时要连续进行，注浆前要大致估算所用量，以预应力孔道能被注满为准。注浆时由低到高，一端注浆，若排气孔和另一端溢出水泥浆则表示注满。注浆完后，待浆体达到一定强度后，最终封锚[4-5]。

4 结语

本文结合具体工程实例分析了预应力箱梁施工过程中的主要施工技术和质量控制要点。在当今预应力施工技术和新型材料持续创新的情况下，预应力技术作为一项新技术已被广泛应用于工程建设中，但预应力施工技术在混凝土桥梁应用过程中依然存在一些问题和不足之处。为此，施工单位在施工中必须严格控制每道工序中的关键控制点和主要材料性能，规范施工操作，不断提高和改进该施工技术的适用性，避免桥梁施工过程中产生的安全和质量隐患。对施工单位而言，不仅需严格依据设计及规范要求，还应使理论与实际相结合，积极将新技术推广、应用到桥梁施工中，使其最大程度地实现预期目标，从而加快我国桥梁建设的步伐。