预应力预制箱梁关键施工技术探析

马 雨

（中铁十八局集团 第一工程有限公司，河北 涿州 071200）

0 引言

预应力预制箱梁是当前桥梁工程施工中常用的结构形式。与传统现浇箱梁相比，预应力预制箱梁施工对现场地理环境的要求较低，如在施工中辅以架桥机，对地基的压实度几乎无要求，但需更多人力、机械投入，施工工艺更复杂。这就要求施工单位应采用更加先进的技术和工艺手段，来保证预制箱梁施工的安全性和质量，延长桥梁工程的安全运行寿命，获得更大的经济效益和社会效益。基于此，以杭锦旗箱梁制梁场工程为例，对预应力箱梁预制施工及质量控制技术要点进行探析，以期为类似预应力箱梁预制施工工程提供有益参考。

1 工程概述

杭锦旗箱梁制梁场工程位于内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗巴拉贡镇南，紧临路基红线，占地168 亩，标段共承担301 孔箱梁预制架设任务，其中24 m 箱梁14 孔，32 m 箱梁286 孔，29 m 箱梁1 孔。设钢筋绑扎台座3 个、制梁台座8 个、双层存梁台座64 个（其中1 个兼做静载试验台座），最大存梁量127 孔。根据工程及图纸要求预制有砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁（双线、单箱单室）。地震动峰值加速度为0.2 g（g 为重力加速度，取9.81 m/s2）。设计速度250 km/h，ZK 活载，双线、正线线间距为4.6 m。梁长32.6 m、24.6 m、29.2 m，计算跨度31.5 m、23.5 m、28.1 m。截面类型单箱单室简支箱梁（不同跨度等高），截面中心梁高2.686 m，桥横向支座中心间距4.4 m；梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚。

工址区历年平均风速1.6～3.1 m/s，最大风力8～9 级，以4、5、11 月风速最大。主要灾害性天气有霜冻、冰雹、大风等。历年平均气温7.4 ℃～14.9 ℃，极端高温天气多发生在7 月，最高气温35.9 ℃～41 ℃，气候干旱缺雨，降水量多集中在7～9 月，蒸发量远远大于降水量，夏季炎热，气候干燥，多风，预制梁养护难度大。

2 预应力箱梁预制施工的重难点分析

第一，在案例工程预应力箱梁预制施工中，整跨钢筋骨架由底腹板钢筋骨架和桥面钢筋骨架组成。钢筋骨架结构、作用不同，对钢筋绑扎的标准和质量要求也不相同。如何保证钢筋骨架、钢筋绑扎和预应力筋预留管道的协调性，不发生冲突和碰撞，是本工程箱梁预制施工难点。

第二，本工程预应力预制箱梁的规模比较大，对模板预拱度的设置要求很高。如果模板预拱度设置不合理，不仅影响预制箱梁外观质量，还会出现一系列难以解决的质量病害，影响桥梁工程的总体质量。因此，如何设置模板预拱度是本工程预制箱梁施工的重点。

第三，混凝土施工长期以来都是预制箱梁施工的难点。虽然混凝土施工工序较简单，但影响施工质量的因素多，如工艺、材料、浇筑方式、振捣、养护等均对混凝土施工质量影响较大[1]。本工程箱梁预制规模大，如何有效控制水化热的影响，抑制裂缝的出现，是本工程预应力箱梁预制施工的又一重难点。

第四，预应力施工质量要求很高，案例工程梁全长32.6 m、24.6 m、29.2 m，计算跨度31.5 m、23.5 m、28.1 m，现场条件复杂，致使很多预应力张拉的方法和措施无法顺利开展。如何结合现场条件，制定科学有效的张拉方案，并加强对张拉施工质量的把控，也是本工程施工的重难点。

3 预应力箱梁预制施工要点和质量控制

3.1 钢筋绑扎和预应力管道预留

本工程所有的钢筋绑扎工作均在胎具上完成，以保证箱梁整跨钢筋骨架的质量，避免出现钢筋和预应力管道交叉碰撞问题。为防止极端恶劣天气影响现场施工，特制作可移动式钢筋绑扎胎具，通过动力电机驱动主动轮转动，带动其整体沿导轨移动，以实现钢筋笼的绑扎及转运。箱梁钢筋绑扎胎具经导轨可移动至钢筋棚内，钢筋半成品至钢筋笼成品绑扎后，利用钢筋棚内门吊吊装，以提高效率，节约成本。

钢筋与模板间均匀散布强度为C60 的混凝土保护垫块，底面和侧面垫块至少设4 个/m2，绑扎垫块的钢筋铁线头禁止伸入保护层[2]。预应力筋预留管道须按照预应力设计图纸合理布设，为避免与钢筋绑扎位置冲突，发生交叉碰撞问题，应按照表1 要求进行严格控制。

表1 预应力筋预留管道及钢筋绑扎要求

为确保预应力管道位置精确，采用自动钢筋网片焊机进行网片焊接。利用电阻焊的方式，将电流通过焊头及钢筋处产生的电阻热作为热源，对钢筋局部进行加热，同时加压进行焊接。根据图纸制作胎具，通过程序控制焊头进行焊接，误差极小、精准率高、钢筋变形小、生产效率高，操作简单，焊接成本低。

3.2 模板预拱度设置

预应力箱梁底模安装时，需要严格依据设计图纸要求和实际情况，合理设置预留压缩量和反拱度。具体反拱度数值可根据设在底模和制梁台座预埋件间的钢垫板进行精确调节[3]。案例工程台座底板预留压缩量为：32 m 梁上翼缘板留8 mm，下翼缘板14 mm；24 m 梁上翼板留5 mm，下翼缘板8 mm。台座按二次抛物线设置反拱度：32 m 梁设为24.54 mm；24 m 梁设为9.14 mm。具体见表2、图1。

图1 反拱值与跨中距离关系

表2 模板预留反拱度验收标准

32 m 梁的反拱度按式（1）计算，

24 m 梁的反拱度按式（2）计算，

每座模板预应力箱梁预制施工前，需对模板的反拱度进行精确测量和调整，以保证满足设计要求。每预制完成一孔梁，均需对底模标高进行全方位测量监控并及时调整，待沉降全部稳定后，可酌情减少检查频次。同时，需检查底模的反拱度和平整度，尤其是支座板需要保持良好的平整性。安装完成后，四个支座板的相对高差不能超过2 mm[4]；底板顶面和设计标高的允许偏差为±3 mm；底板全长范围内横向偏移量不能超过2 mm；底板全长允许偏差为±10 mm；两端支座螺栓孔中心距允许偏差为±10 mm；两节台座钢底板接口位置的高差不应超过2 mm。

3.3 混凝土施工水化热控制

为控制预应力箱梁预制施工中水化热对混凝土施工质量造成的不良影响，应尽量选择水化热较低的普通硅酸盐水泥，且水胶比不应超过0.35。混凝土开盘前，要严格测量粗骨料、细骨料、拌和料等的含水率；精确测定因为天气变化引起的含水率变化，含水量每班次至少抽测2 次，雨天则需随时抽测；及时调整混凝土配合比，严格按照最终测定结果调整混凝土施工配合比，调整后的施工配料单要及时上报给现场监理工程师进行确认[5]。在炎热夏季拌和混凝土，宜将骨料存于棚内，采用深井水，并结合气温情况选择在傍晚或夜间进行混凝土拌和，以控制混凝土入模温度不超过30 ℃。混凝土浇筑按“先底板，再腹板，最后顶板”的顺序进行，即从预制箱梁的中间开始逐步向两端进行浇筑，两侧腹板混凝土浇筑的高度须保持一致。混凝土浇筑示意如图2。

图2 混凝土浇筑示意

为有效控制水化热对混凝土施工造成的不良影响，除采取科学合理的混凝土配置浇筑方法外，还要加强养护。预应力箱梁预制混凝土拆模之前采用蓄水养护顶板，自动喷淋洒水养护内腔，通过土工布覆盖洒水养护端面，以有效避免高温炎热天气对预制梁养护的影响。混凝土浇筑结束后，及时用泡沫胶条封闭顶板顶面四周，并用塑料袋装砂子，封堵各种预留孔洞，以免发生养护水渗漏，影响养护效果[6]。顶板混凝土浇筑完成3～5 h 后，及时开展蓄水养护，蓄水深度以能覆盖整个混凝土面为宜。预制箱梁的人字坡顶部覆盖土工布，定期洒水保湿。在梁体内腔标准段底板表面用塑料袋装砂法封闭泄水孔。混凝土浇筑完成8 h 后，及时蓄水养护，蓄水深度不小于3 cm。为防止大风带走梁体水分，端头加厚段铺设一层土工布洒水养护，梁两端需分别安设一套雾炮机并采用篷布包裹，射程为30 m，混凝土浇筑完成后7 h 开始喷雾直至养护结束，以保证混凝土表面保持湿润状态，避免形成裂缝。

3.4 张拉施工

为保证预应力张拉的有效性和合理性，需要制定科学有效的张拉方案，主要包括以下内容。

1）张拉设备的选择。为提升张拉效果，选用型号为TYZ/60-Ⅶ/TK 的智能张拉系统及350 T穿心式千斤顶。

2）做好张拉前的准备工作。在预应力张拉前，检查梁体混凝土强度、弹性模量、龄期等是否达到设计要求，并校正千斤顶和油压表，验收锚具质量[7]。采用预埋橡胶抽拔棒形成预应力孔，混凝土灌注完成后抽出橡胶棒成孔。橡胶棒分为两段，接头位置在跨中。橡胶板接头处理示意如图3所示，采用镀锌铁皮套管套连接，再用塑料胶带封裹，避免接头位置出现浆液渗漏。

图3 橡胶棒接头处理

3）钢绞线制作和穿束。钢绞线需要按照设计要求进行下料，下料的长度应为工作长度+1 640 mm。由专用的砂轮机切割钢绞线，端头先用扎丝绑扎。在自由放置状态下，预应力钢绞线要梳整、编束，每隔1～1.5 m 扎一道铁丝，铁丝扣弯向内[8]。绑束完成后，按照梁体规格挂牌，以免发生错用和混用问题，保证每根预应力钢绞线穿入两端工作锚板的同一位置。钢绞线制作穿束质量要求见表3。

表3 钢绞线制作穿束质量要求

4）预应力张拉。σk为锚下控制应力。预张拉、初张拉工艺流程为0→0.2σk（静停持荷30 s）→初张拉控制应力（静停持荷2 min）→补拉至σk→回油至0 锚固。终张拉时，已进行预、初张拉的直接拉到预、初张拉力值的100 %（静停持荷30 s），再张拉至终张拉力值（持荷2 min）；未进行预、初张拉的工艺流程为0→0.2σk（静停持荷30 s）→σk（静停持荷2 min）→补拉至σk→回油到0 锚固。

钢绞线伸长量（两端之和），不得超过计算值的±6 %。两端伸长量相差不超过5 %，否则证明两端张拉不同步[9]。每片梁的24 h 后滑、断丝不得超过钢绞线总数的0.5 %，不在同侧且一束内断丝不得超过1 根。

钢绞线实际伸长量按式（3）计算，

式中：ΔL 为钢绞线实际伸长量（mm）；L100%、L20%分别为张拉控制应力达100 %、20 %时的油缸伸长量（mm）；J20%、J100%分别为张拉控制应力达20 %、100 %时工具夹电外漏量（mm）。

4 施工测试及效果分析

为验证施工质量，工程预应力施工完成后，采用反力架配合千斤顶方式，32 m 箱梁采用五点加载形式，实施静载试验法施工测试。跨中设一集中荷载，其余按其左右对称布置，各荷载纵向间距均为4 m。静载试验加载方式见图4 示意。

图4 静载试验加载示意

试验梁的加载分两个循环进行。加载试验中梁体跨中承受的弯矩与设计弯矩之比称加载系数K，表示加载等级。试验准备工作结束后，梁体承受的荷载状态为初始状态；基数级下梁体跨中承受的弯矩是梁体质量与二期恒载质量对跨中弯矩之和。施工测试结果显示，外加荷载在跨中最下层预应力钢绞线中所产生的最大应力未超过弹性模量极限，表明本次箱梁预制施工质量较好，施工质量控制方法有效。

5 结语

预应力箱梁施工涉及面较广、影响施工质量的因素多、施工难度大。本文结合工程案例，分析预应力预制箱梁关键施工技术及质量控制要点。施工测试结果表明，通过规范钢筋绑扎、合理预留预应力管道、科学设置模板预拱度、严格控制混凝土施工水化热以及科学有效地张拉施工等关键措施，可避免现场复杂的施工条件及极端天气对预应力预制箱梁施工产生不良影响，确保箱梁预制施工质量，可为同类工程提供参考。