矮塔斜拉桥PSC梁预制及架设关键施工技术分析

摘要：PSC梁因其具有抗裂性好、自重轻、受压构件稳定性强的优点，在桥梁得到了广泛应用。依托非洲马古富力大桥工程，分析工程PSC梁预制及安装全过程关键技术。结果表明：采用应力和伸长量双控方法进行钢绞线伸长计算较为准确；预制梁张拉过后，可以考虑采用优化混凝土配合比和梁端台座处理的方式，去有效解决梁端混凝土破裂的问题。

关键词：矮塔斜拉桥；PSC预制梁；钢绞线；伸长量；梁端破损

0 引言

体外预应力具有损失少、永存应力可测试、主动受力等优点，但目前体外预应力用于连续梁桥的工程案例还较少[1-2]。基于此，陈思鹏[3]以某高速公路中一座预应力混凝土T梁桥作为研究对象，阐述了该桥的病害情况、检查手段、病害原因及加固手段。何涛等[4]以某裂缝病害较为严重的大跨径连续梁桥为例，对附加自锚式悬索桥加固方案设计及施工要点展开分析。李海洋[5]以某悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥为研究对象，通过Midas Civil有限元软件进行建模计算，探讨结构自重、刚度和预应力张拉控制力等敏感性参数对施工控制的影响。薛翔宇[6]基于某预应力混凝土连续箱梁桥体内与体外混合配束特点，通过数值有限元分析和现场实测研究了体外预应力的损失规律。

本文依托非洲马古富力大桥工程，对PSC梁预制及安装全过程关键技术进行计算和分析，相关研究成果可为相似工程的施工和设计提供一定的指导、借鉴意义。

1 工程概况

马古富力大桥位于坦桑尼亚北部姆万扎省，穿越非洲最大湖泊—维多利亚湖中，大桥全长3200m，是目前非洲最长矮塔斜拉桥。马古富力大桥桥跨布置形式为31×40mPSC简支梁+（100m+160m+160m+100m）三塔双索面斜拉悬灌梁+31×40mPSC简支梁。引桥部分采用806片、标准准跨径为40m的预制预应力混凝土I形梁，如图1所示。

2 总体施工流程

本项目引桥采用预制40mPSC梁共计806片。预制台座14个，定型钢模板6套。预制梁钢筋在加工厂集中加工，配送到现场绑扎。波纹管采用镀锌钢带现场卷制、连接，并准确定位到钢筋骨架。

波纹管内预穿PE管保护，混凝土浇筑完成后，终凝前拔出。混凝土由拌合站集中供应，运输至现场后，通过龙门起重机起吊料斗或泵送方式将混凝土送入模板。梁体采用土工布覆PrPsNTXF2b0Lo4aWPCbUcg==盖，洒水养护到设计强度后穿入钢铰线，并采用穿心顶对称张拉。

张拉顺序由上至下，由中间向两边，张拉以应力控制为主，伸张量校核。张拉完成7d内内及时压浆封锚。然后应用龙门起重机场内移梁。

预应力PSC梁顶宽0.9m，底宽1.1m，高度1.85m，采用C60混凝土后张预制混凝土结构，施工关键流程如图2所示。

3 预制梁张拉

3.1 预应力损失分析

本工程预制梁采用两端对称后张法施工。在钢绞线受力分析过程中，首先要考虑的因素就是张拉过程中的预应力损失。通常来说，预应力损失主要包括：预应力筋与管道内壁间的摩擦损失；锚具受力后的压缩变形，预应力筋松弛引起的预应力损失；混凝土收缩徐变引起的应力损失；混凝土压缩引起的应力损失等。

3.2 张拉伸长量计算

而在实际施工过程中，上述因素导致的应力损失往往无法准确测定。而设计图纸中给出的张拉控制应力，除预应力筋与管道内壁间的摩擦损失未考虑外，其他影响预应力损失的因素都已经考虑到。为此现场施工技术人员可采用此值为基准，进行后续张拉伸长量计算。

本次钢绞线张拉伸长量的计算，以工程实例中预制梁一束钢绞线N1来计算分析。张拉采用两端对称张拉，故N1最终伸长量的计算可采用一半钢绞线伸长量值的2倍即可。

本工程钢绞线采用抗拉强度标准值1860MPa、公称直径15.2mm的低松弛钢绞线，单根钢绞线截面面积138.7mm2，弹性模量2×105MPa，锚下控制应力1302MPa，经计算得到钢绞线N1最终伸长量为239.5mm，其值为段1至段7伸长量和的2倍。

3.3 预应力张拉控制

本工程预应力张拉阶段采用应力和伸长量双控方法，以应力为准，以伸长量作为校核。最终将张拉应力控制在理论张拉应力5%范围内，将钢绞线实际伸长量与理论伸长量控制在6%范围内。N1波波纹管曲线偏距如图3所示。

4 PSC梁安装

4.1 施工总体流程

架梁采用120t的双导梁架桥机进行架梁，先从基贡戈端按A1－P1－P31顺序架梁，然后拆除架桥机，倒运至布西西端，再按A2－P65－P36顺序架梁。运梁采用2台120t的专用运梁车，直接将梁喂至架桥面的尾部；布西西端架梁，运梁车从栈桥上通运梁。所有下部结构，根据架梁顺序施工。关键施工流程如图4所示。

4.2 施工关键要点

4.2.1 垫石、支座施工

进行垫石混凝土浇筑。清洗、凿毛盖梁顶垫石区域，调整预埋钢筋及锚固螺栓孔位。补充绑扎遗留钢筋，放样垫石准确位置，安装垫石定型钢模并固定牢固。用起重机及料斗配合人工，将混凝土输送入模，插入式振捣器振捣密实，并洒水养护7d。

进行支座安装。将支座垫石顶面支座安放区域浮浆清除、凿毛，预留锚固孔吹洗干净。放样支座中心十字线，弹出支座安装横纵线。采用水平尺寸对支座安放位置平整度进行检测并调整至合格。安放支座，使支座中心线与垫石中心线重合，再用水平尺检查支座上钢板的平整度，合格后灌注支座调平砂浆。支座调平砂浆采用专用高强度成品料，机械拌合，高位压力灌浆。

4.2.2 梁体运输

梁封锚混凝土达到设计强度后，即可进行梁的安装。在存梁厂用2台龙门起重机将梁横向吊装到运梁车上，用4个钢桁架将梁体固定在运梁车上，桁架与梁体间设置胶皮垫，防止梁体被划伤。梁体运输行驶速度不能超过5km/h，转弯半径不小于40m。考虑到架梁的周期太长，若等待架梁完成后，再施工桥面铺装，工期太紧张。I型梁的稳定性比较差，长期在没有永久固结的单组梁体上运梁，存在安全隐患。基于此，采取左右线错开运梁、错开施工横隔板的桥面铺装方案。具体方案如下：以伸缩缝为单元，架完一个单元梁体后，梁车先从左幅运梁，开展右幅横隔板的桥面铺装。待右幅的桥面铺装混凝土强度达到设计值后，梁车再导向从右侧铺好的桥面上运梁，再进行右幅的桥面铺装，如此循环，以期整体进度均衡，同时确保运梁安全。

4.2.3 梁体安装

PSC梁架桥机按照40m梁进行配置，根据总体工期要求，配置1台架桥机从基贡戈端向主桥方向架梁，完成后再拆装到布西西，从布西西端向主桥方向架梁。

5 预制梁张拉后两端破损问题处置

5.1 原因分析

预制梁在台座上浇筑成型，待龄期满足要求、预应力张拉过后，弯曲应力会使梁体向上挠曲。不同梁间挠曲度并不完全相同，挠曲度的产生是预制梁生产过程中普遍存在的现象。

本工程预制梁张拉过后出现梁端混凝土产生破裂、掉块缺角等现象。通过张拉前后梁体姿态的变化不难发现，预制梁受力向上产生挠曲后，梁中部区域因起拱而脱离台座，梁体两端成为支撑梁体质量的支点。梁体挠曲过程中，支点位置处发生横向和竖向位移。而本项目的台座可以满足梁体梁端横向的位移要求，但竖向位移却被台座端部的钢板而限制，进而导致梁体梁端支点位置处受力集中，使梁端出现挤压破裂、表面脱落现象，一定程度上影响了梁体成型质量、耐久性和整体外观。

5.2 端头防损措施

防损措施的采取主要是从两个方面考虑：一是尽量减少梁体受力变形，二是减少梁体端头受力变形的阻力，并满足承受梁体自重的要求。本文从以上两方面着手，提出预防端头受损措施。

5.2.1 调整混凝土配合比

本工程预制梁采用C60，强度等级较高，胶凝材料的使用量较大。而胶凝材料的大量使用会降低混凝土的弹性模量，在施加预应力后，梁体变形将增大，进而将增加梁端破裂的风险。对此技术人员可以考虑在满足混凝土强度的前提下，通过改变混凝土配合比的方式，控制胶凝材料的用量，进而增加混凝土的弹性模量，缩小张拉过后梁端变形量。经过技术人员多次调试配合比并验证，确定将胶凝材料用量控制在500kg/m3较为理想。除上述提到的控制胶凝材料用量的措施外，增大混凝土粗骨料用量，减少砂率，也可以起到同样的效果。

5.2.2 调整制梁台座端头

除了上述措施外，还可以考虑采用降低台座梁端部区域刚性的方式，给予梁体张拉过后梁端支点位置处变形空间，从而减弱梁端混凝土局部应力，降低梁端破裂风险。针对本工程，技术人员采用将梁台座对应梁端部区域10cm范围内的钢板替换为橡胶材料。此橡胶材料既具有一定的支撑强度，可满足对梁体正常的支撑需求，同时又具有一定弹性，满足梁端因张拉而导致的变形需求。梁端台座处理如图5所示。

6 结束语

本文依托非洲马古富力大桥工程，通过实际工程分析PSC梁预制及安装全过程关键技术。PSC梁预制施工关键流程主要是钢筋加工与安装、波纹管安装和保护、锚具与防焊钢筋安装、模板加工与安装、混凝土浇筑、拆模与养护、钢绞线下料与穿束、预应力钢绞线张拉、移梁、孔道压浆、封锚。通过对实例预制梁的张拉过程和结果对比分析可知，采用应力和伸长量双控方法，以应力为准，以伸长量作为校核，进行钢绞线伸长计算较为准确，预制梁张拉控制应力和伸长量的关系，基本都处于双控标准下的合格区域。关于预制梁张拉过后梁端混凝土破裂问题，可以考虑采用优化混凝土配合比和梁端台座处理的方式去有效解决。

参考文献

[1] 牛爱国.预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工探讨[J].交通世界，2023（32）：169-171.

[2] 张宏武，王晓峰.预应力混凝土刚构-连续组合梁桥施工线形控制方法探究[J].建筑机械，2023（11）：36-40.

[3] 陈思鹏.某预应力混凝土T梁桥病害检查与处治[J].北方建筑，2023，8（6）：26-30.

[4] 何涛，邓爱珠.预应力连续箱梁桥增设附加结构加固施工方案[J].交通世界，2023（35）：125-127.

[5] 李海洋.预应力混凝土连续梁桥悬臂浇筑施工参数敏感性研究[J].工程建设与设计，2023（23）：91-93.

[6] 薛翔宇.大跨径连续梁桥体外预应力损失的数值分析与实桥测试[J].福建建设科技，2023（6）：101-104.