预应力混凝土连续刚构桥构件施工要点及主梁施工质量控制

赵永伟

（甘肃公航旅路业有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

近年来，预应力混凝土连续刚构桥由于其跨越能力大，刚度强，成本较低等优点，已成为桥梁建设中较多采用的桥型之一。然而早期修建的公路连续刚构桥梁由于设计、施工等各方面原因出现了跨中挠度增大、腹板、底板开裂等病害，不仅影响桥梁的正常功能，增加养护和维修的负担，还大幅缩短了桥梁的使用寿命。为了提高桥梁工程建设质量，本文对预应力混凝土连续刚构桥施工工艺及质量控制措施进行探讨。

1 连续刚构桥构件施工要点

1.1 支架与托架施工

连续刚构支架包括0 号、1 号块现浇托架及边跨现浇段落地支架。如果支架不稳、沉降或变形过大，均会造成严重的现浇混凝土质量事故，轻者后端混凝土拉开裂，重者支架坍塌造成重大损失。

现场施工时支架设计验算须有足够安全系数，考虑支架质量影响，宜取2～3 的安全系数，设计时要充分考虑各种荷载作用力（混凝土、支架模板自重、施工荷载、自然因素等）和地基承载力，严格验算支架受力和变形能否满足要求。现场如果墩身高度较小，一般采用落地支架方式，经验算选取合适直径钢管与墩身预埋件组成支架，支架支承在承台上，地基承载力满足要求。若墩身高度较高，一般采用托架，在墩身顶部预埋型钢，设计托架与墩身紧固[1]。无论采用落地支架或者托架法，搭设完成后都要进行预压，一般采用堆载法或预应力反压法进行预压。

1.2 模板施工

连续刚构模板包括现浇段底模、内外模板，悬浇段内模。为方便装拆，底模、内模采用木胶板，侧模在部分方便拆除的位置采用墩身或挂篮钢模板，其余采用木胶板，节段端头模板采用钢板。

模板安装时在平整度、刚度、平面位置方面须满足规范要求，且现浇段底模标高须根据支架预压数据中的弹性变形值设置相应预拱度。模板加固措施须到位，防止塌模、鼓模现象发生。

0号、1号块现浇段的两端头位置外侧模板利用提前拼装好的挂篮侧模板，安装该段侧模时整体吊装就位。待挂篮主桁架安装就位后即可利用卷扬机将侧模拉出就位，方便快捷。侧模吊装就位前，可根据现浇段标高及侧模尺寸计算出侧模底部就位时标高，在支架上根据该标高提前用型钢设置标高带，侧模就位时放置在标高带上调整好垂直度，并对拉加固即可完成安装。

1.3 挂篮的选择和施工

0 号、1 号段施工完毕后，即可在梁顶面进行挂篮拼装，挂篮是连续刚构悬臂浇筑的重要构件，其质量决定着连续刚构的施工质量和安全。挂篮整体刚度不够，浇筑过程中变形过大将引起两施工节段之间产生竖向裂缝，严重的缝宽达1～2mm，甚至更宽。挂篮的选择与施工一般从参数要求、型式选择、预压参数设置和施工流程考虑。

1.3.1 参数要求

（1）承载能力。承载能力即挂篮可承载的最大荷载。挂篮承载能力必须达到混凝土段的最大荷载要求。在施工阶段的各施工段混凝土重量均较为接近，挂篮安全系数=节段最大荷载/挂篮承载力，规范要求安全系数不小于2。

（2）结构刚度。底模的最大挠度要求不大于15mm；外模挠度必须小于模板长度的1/400；内模挠度必须小于模板长度的1/250；主构架的最大弹性挠度须小于结构长度的1/400。

（3）稳定性。挂篮空载行走时的倾覆系数须不小于2.0，空载时挂篮重心点位已浇筑于梁段上，灌注混凝土时倾覆系数不小于2.0，挂篮后锚点位已浇筑于梁段上。

1.3.2 型式选择

目前国内公路铁路悬臂梁施工采用的挂篮模式一般就是2 种，分别为三角挂篮和菱形挂篮。从受力分析来看，2 种形式都是由2 个直角三角形组成，但是也有一定差别：菱形是三角形的直角边一条在上方一条在下方，而三角形的2 条直角边都在下方。除中间立柱外其余杆件受力相同（受拉和受压不同），但是中间立柱三角挂篮受力是菱形挂篮的2 倍，从受力方面菱形挂篮优于三角挂篮。空间方面来讲菱形挂篮吊点比三角挂篮要高，虽然从空间稳定性方面来讲三角挂篮优于菱形挂篮，但是挂篮设计是以变形控制为主，在保证强度和稳定性条件下尽可能方便施工，目前现场施工时一般采用菱形挂篮[2]。

1.3.3 预压

为评价挂篮强度、刚度和稳定性，验证挂篮的安全性，并得到荷载作用下挂篮的变形数据和变化规律，需对挂篮进行预压试验。一般情况下都是按照挂篮悬浇梁段的最大重量施工节段作为预压参数设置。

挂篮加载系数一般取1.2，按荷载分布情况计算各加载点加载力，两侧的预压点进行对称加载，以预压荷载的20%、50%、80%、90%、95%、100%分级进行加载，卸载时按照80%、50%、0 进行卸载。加载过程中对应变和挠度数据进行及时观测记录。各级工况均需维持10～20min，最大荷载须持载1h。

通过预压可以得知，在最大块段荷载下挂篮的弹性变形值、非弹性变形值均满足设计要求的情况，挂篮可以通过验收并投入使用。

2 预应力混凝土连续梁主梁施工质量问题及原因分析

2.1 钢筋施工常见质量病害及病因分析

按布置位置的不同，预应力混凝土连续梁的钢筋主要包括顶底板钢筋和腹板钢筋[3]。这些钢筋主要为构造钢筋，起增强预应力混凝土抗拉裂、抗剪切作用。其施工中常见的质量问题如下：

（1）底板混凝土保护层劈裂破坏。分析原因为：未按图纸布置拉钩筋将上、下层横向钢筋连成整体，合龙时纵向预应力筋以曲线形式布置，张拉过程中会产生径向分力，若底板未布置足够数量用于抵抗径向分力的钢筋时，很有可能会发生劈裂，造成重大事故。

（2）底板纵向裂缝。分析原因为：底板横向钢筋偏小偏稀、纵向预应力管道安装太靠下使下方混凝土厚度不足，将使底板顺纵向预应力筋（管道位置）开裂。

（3）锚垫板周围混凝土开裂，锚垫板内凹。分析原因为：锚下钢筋配置不足，未进行局部加强，将可能出现此事故。

（4）齿板及其附近的裂缝。分析原因为：齿板尾部未配置足够的抗冲切力和拉力的钢筋，混凝土将会在张拉时被冲坏。

2.2 梁体混凝土施工常见质量病害及病因分析

（1）腹板斜裂缝。通常发生在箱梁腹板上，经常首先在剪应力最大的支座附近产生，一般与梁轴线呈25°～50°。

（2）纵向裂缝。经常发生在顶底板上，沿桥向的有些裂缝会连续贯通，有些则是较短的不连续裂缝。纵向裂缝产生部位：部分预应力钢筋张拉后跨中的底板；部分悬臂翼缘板较长的根部；宽箱梁跨中的顶板。

（3）墩顶0号块裂缝。箱梁0号块是箱梁和主墩的连接部位，结构复杂且是全桥的受力主体，与此同时，顶板的纵向预应力钢筋均通过0 号块。不论是施工阶段还是运营阶段，箱梁的0号块均十分容易开裂。

（4）底板混凝土的压溃和劈裂。大跨度的预应力混凝土箱梁一般为变截面箱梁，箱梁底板沿桥向为曲线形式，底板中的预应力钢筋张拉时会产生径向向下的压力，若底板预应力钢筋保护层厚度较小，也未对径向力采取措施进行抵抗，底板就十分容易产生劈裂[4]。故设计时会按照此径向荷载布设平衡箍筋，以平衡箍筋将其传递到上层钢筋，将此力分配到全底板。

2.3 预应力施工常见质量病害及病因分析

（1）实测伸长值与理论伸长值误差较大。分析原因：施工过程中所采用的波纹管存在锈蚀砂眼，易增大摩擦阻力，最终出现伸长值测量误差；波纹管定位不准确导致结构受力转变；摩擦系数计算错误。

（2）明显的钢绞线划痕，存在滑丝断裂风险。分析原因：限位板制作存在误差；钢绞线存在严重的锈蚀现象。

（3）锚固后夹片外力长度参差不齐，促使锚固力集中，易造成滑丝、断丝等质量问题。分析原因：夹片安装位置不正确；工作锚具、千斤顶等未处于同一水平轴线上，易造成偏向受力问题，最终导致夹片两端锚固长度存在差异。

（4）滑丝。原因分析：钢绞线浮锈、污染物未清除干净，导致张拉过程中夹片与钢绞线无法完全咬合；钢绞线编束过程中扭结受力不均匀。

（5）断丝。原因分析：夹片硬度过大；钢绞线本身存在残缺或损伤；编束过程中扭结受力不均匀；张拉作业前千斤顶、限位板、锚座之间未紧密贴合，张拉过程中钢绞线受力不均匀；钢绞线存在较深划痕，横截面损失过多被拉断；夹片安装时钢套筒用力过猛，导致钢绞线划伤。

（6）钢绞线两端伸长值存在较大偏差。在预应力施工中，若两端伸长值偏差过大，则会产生集中预应力或促使预应力剧增，进而引发滑丝、断丝等质量问题，究其原因为：操作人员未遵循技术交底要求；波纹管两端定位并不完全对称，摩擦阻力损失存在一定差异；波纹管两端任意一段存在漏浆问题，大幅增加张拉摩擦阻力。

3 预应力混凝土连续梁主梁施工质量控制措施

3.1 钢筋施工质量控制措施

（1）严格按照图纸数量和位置施工，不得偷工减料；

（2）设置足够拉钩筋将上下两层钢筋连成整体；

（3）在锚头位置及锚下钢筋除按图设置外须根据实际情况进行局部加强布置，提高锚头附近混凝土抗裂能力；

（4）安装钢筋时，有保证各部位混凝土保护层厚度，加强控制搭接接头的焊接质量。

3.2 梁体混凝土施工质量控制措施

3.2.1 混凝土质量控制。

（1）优化配合比设计。配合比要保证强度和弹性模量要求，提高耐久性及和易性，降低水化热。

（2）加强原材料检验。禁用含泥量或石粉量过大的砂石料、温度过高的水泥或粉煤灰，因为会大大降低混凝土强度及和易性、加快混凝土坍落度损失。

（3）加强混凝土搅拌监控。混凝土施工时，试验人员须从出料到现场泵送浇筑全程跟踪，并根据砂石料含水率等情况进行及时调整参数，保证混凝土性能指标满足要求。

3.2.2 施工现场浇筑管理

（1）0 号块两次浇筑时，需尽量减小两次浇筑的间隔，宜在3d内完成第二次浇筑。

（2）挂篮施工时须以正确的顺序浇筑混凝土，即最先浇筑前端，从前至后逐步浇筑，当整个节段的混凝土快浇筑完成时，再对节段节缝处的混凝土进行浇筑。

（3）腹板、锚下及齿块混凝土振捣时要加强检查指导，确保混凝土密实。

3.2.3 成品养护

混凝土在浇筑完成后需及时进行覆盖并进行洒水养护，特别是梁体底部、端头要设法养护，大体积的0号块宜采用冷却水管控制水化热温度。须用同条件养护试件检验混凝土强度，强度、龄期不足时不得进行张拉。

3.3 预应力施工质量控制措施

（1）预应力管道安装。预应力孔道定位钢筋、防崩钢筋施工应严格按设计文件执行。预应力孔道梁高方向偏差应控制在10mm 以内，梁段钢筋绑扎过程中，在预应力管道与普通钢筋发生位置冲突时，可对普通钢筋位置进行调整。

（2）预应力张拉。预应力钢束张拉时主梁混凝土的弹性模量和强度应满足设计要求，若设计无要求时，张拉钢束时混凝土强度不得小于设计值的90%，弹性模量不得小于设计值的80%，且龄期不得少于5d。预应力的张拉宜采用智能张拉设备，以张拉力控制为主，用伸长量校核，实现张拉力与伸长量双控。

（3）管道压浆及封锚。纵向预应力钢束管道压浆宜采用大循环智能压浆法，压浆材料宜选用专用预应力孔道灌浆料；压浆后应及时封锚，封锚宜采用封锚混凝土。

4 结束语

综上所述，预应力混凝土连续刚构桥施工过程比较复杂，各工序施工联系紧密，质量控制环节较多，这就要求现场管理人员及施工人员综合素质较高，同时借助信息化技术等手段，从施工方案选择开始，就必须加强对整体施工质量的控制，在施工过程采取相应措施，防止产生箱梁开裂和跨中下挠等质量问题。另外，设计、监理单位均应按照拟定的施工方案进行施工计算及校核，并按照计算结果对工程方案提出修正和完善意见，确保每一座刚构桥达到质量要求。