預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁施工技術(shù)研究

程 傳 勝

(陜西地建土地綜合開發(fā)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075)

1 工程概況

淅河橋位于淅河上，為淮河支流，屬漢水水系，設(shè)計(jì)行車時(shí)速為60 km，汽車荷載等級(jí)為公路—Ⅰ級(jí)，環(huán)境為永久的無侵蝕性靜水浸沒環(huán)境，設(shè)計(jì)洪水頻率為百年一遇，地震烈度為6度，抗震標(biāo)準(zhǔn)按地震烈度7度設(shè)防。該橋設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁組裝橋，全長(zhǎng)為125.16 m，橋面全寬24.0 m，其中行車道寬23.0 m，防撞護(hù)欄寬0.5 m。橋面采用簡(jiǎn)易連續(xù)，3孔一聯(lián)，共兩聯(lián)，分別在0號(hào)、6號(hào)臺(tái)及3號(hào)中墩處設(shè)置伸縮縫，型號(hào)為GQF-80，寬8 cm。本橋縱坡為-0.25%，在基底標(biāo)高上調(diào)整；橫坡為2%，在墩臺(tái)身上調(diào)整。橋臺(tái)采用擴(kuò)基接肋臺(tái)，中墩采用擴(kuò)基接立柱，立柱之間設(shè)置橫系梁，橫系梁高1.2 m，寬1 m。橋面設(shè)有泄水管，每孔8個(gè)，共46個(gè)。

2 材料與設(shè)備

2.1 材料

2.1.1混凝土

預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板梁高強(qiáng)度混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C50，伸縮縫填充料為鋼纖維混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C50，橋面鋪裝水泥混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C50。其中水泥采用中聯(lián)水泥廠P.O42.5普通硅酸鹽水泥，砂采用中粗砂，碎石采用溧陽戴埠產(chǎn)人工碎石，石子粒徑范圍5 mm～25 mm，級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求，混凝土外加劑采用TH-F2緩凝減水劑。

2.1.2鋼材

預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，松弛率為3.5%，公稱直徑15.20 mm，鋼絞線參考面積A=140 mm2，鋼絞線由鞏義恒力鋼絲繩股份有限公司提供。鋼筋采用HPB300,HRB235,HRB335和HRB400型[1]。

2.1.3水

施工用水采用地下水，符合混凝土拌制標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 設(shè)備

2.2.1電力設(shè)備

利用地方高壓電引入預(yù)應(yīng)力空心板預(yù)制場(chǎng)，在預(yù)制場(chǎng)北側(cè)圍墻中設(shè)置250 kW變壓器一臺(tái)，架設(shè)低壓電線向施工現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)施工用電。

2.2.2混凝土拌和站

預(yù)應(yīng)力空心板混凝土采用集中拌和，拌和站設(shè)在預(yù)制場(chǎng)靠北邊圍墻內(nèi)側(cè)，占地3 000 m2。拌和站采用移動(dòng)式混凝土攪拌站，型號(hào)為YHZS50[2]，由福建泉州南方路機(jī)廠提供并安裝，總裝機(jī)容量為120 kW，拌和能力為50 m3/h。

3 施工方法及工藝分析

3.1 先張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板的預(yù)制和安裝

淅河橋現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆橋墩，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板梁在預(yù)制場(chǎng)集中預(yù)制，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)安裝。先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板外模板采用定型鋼模板，內(nèi)模板即芯模采用充氣加厚施工專用膠囊[3]。張拉方法為先張法，一端固定，一端整體張拉；混凝土由混凝土集中攪拌站集中拌和，混凝土泵車運(yùn)輸，插入式振搗棒和高頻附著式振動(dòng)器振搗。具體施工工藝流程圖如圖1所示。

3.1.1施工準(zhǔn)備

預(yù)制場(chǎng)場(chǎng)地平整硬化后修筑張拉臺(tái)座，檢查標(biāo)定張拉設(shè)備[4]，作鋼絞線檢測(cè)，制作鋼模板，以備使用。

3.1.2模板制作與安裝

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板外模板采用定型鋼模板，內(nèi)模板即芯模采用充氣加厚施工專用膠囊，模板尺寸根據(jù)預(yù)制梁尺寸精確計(jì)算，保證表面光滑，無凹凸不平現(xiàn)象，每次拆模后及時(shí)清除殘留混凝土及水泥砂漿，并涂刷脫模劑，以利循環(huán)使用。鋼筋保護(hù)層采用墊塊來保證。外模模板安裝與鋼筋綁扎交替結(jié)合進(jìn)行，先進(jìn)行底模安裝與清理，再吊裝鋼筋骨架安裝，并進(jìn)行細(xì)部鋼筋綁扎與調(diào)整，最后安裝支邊模和端模。

3.1.3鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋的制作

鋼筋規(guī)格、型號(hào)按照設(shè)計(jì)要求提供，并附出廠合格證和質(zhì)量驗(yàn)收單，進(jìn)場(chǎng)時(shí)需建設(shè)單位、監(jiān)理單位和施工單位聯(lián)合驗(yàn)收，并按照規(guī)范要求送檢，合格后方可使用，通過調(diào)直、除銹，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算鋼筋的長(zhǎng)度、彎折角進(jìn)行下料，按照設(shè)計(jì)施工圖紙成型，鋼筋接頭可以用綁扎搭接、機(jī)械連接和焊接等方式，接頭在構(gòu)件中位置符合設(shè)計(jì)要求及規(guī)范規(guī)定。成型后的鋼筋骨架要有足夠的剛度，不易發(fā)生變形，在澆筑混凝土?xí)r不得坍塌移位，并確保鋼筋骨架外表面與模板按照設(shè)計(jì)要求留有足夠的保護(hù)層厚度，防止成型后的預(yù)應(yīng)力空心板梁有露筋現(xiàn)象，影響施工質(zhì)量。

鋼絞線預(yù)應(yīng)力鋼筋下料長(zhǎng)度根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求按原材料試驗(yàn)資料、工作長(zhǎng)度和計(jì)算長(zhǎng)度進(jìn)行下料，并考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時(shí)在臺(tái)座張拉端和錨固端長(zhǎng)度，若施工允許，優(yōu)先選用拉桿和連接器代替臺(tái)座端固定預(yù)應(yīng)力鋼筋，減少預(yù)應(yīng)力鋼筋下料長(zhǎng)度，節(jié)省成本。按照設(shè)計(jì)文件要求在臺(tái)座預(yù)應(yīng)力鋼筋孔眼統(tǒng)一編碼標(biāo)號(hào)，根據(jù)預(yù)定編號(hào)將預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿到臺(tái)座的固定端，按照設(shè)計(jì)要求固定后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋穿束。

3.1.4預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉程序與操作

先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋是在底模整理完畢后，在臺(tái)座上對(duì)預(yù)先穿束好的預(yù)應(yīng)力鋼筋施加一定的應(yīng)力，即預(yù)先施加荷載，待混凝土澆筑完成后再釋放應(yīng)力。本工程中先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁采用一端固定，另一端進(jìn)行整體張拉的方法進(jìn)行，采用油表讀數(shù)和伸長(zhǎng)值雙重控制方法，確保預(yù)先施加應(yīng)力荷載滿足設(shè)計(jì)要求。預(yù)先施加應(yīng)力荷載時(shí)，先檢查預(yù)應(yīng)力鋼筋定位板上面的預(yù)應(yīng)力鋼筋孔數(shù)量、位置和孔徑大小是否符合設(shè)計(jì)要求，是否與預(yù)應(yīng)力鋼筋束一致，然后安裝與預(yù)應(yīng)力鋼筋束一致的帶孔定位板，將定位板固定在橫梁上，再次檢查預(yù)應(yīng)力鋼筋單束數(shù)量、位置、張拉設(shè)備和錨具是否有誤，確保無誤后，進(jìn)行張拉，在預(yù)應(yīng)力鋼筋上施加應(yīng)力荷載。張拉程序?yàn)殇摻g線0→初應(yīng)力→σcon(持荷2 min)→錨固[5]。

張拉分三步，第一步初始張拉，在預(yù)應(yīng)力鋼筋上施加10%的設(shè)計(jì)應(yīng)力荷載，預(yù)應(yīng)力鋼筋處于接近被拉平直稍微受力狀態(tài)，檢查錨固端和連接器處是否有松動(dòng)，是否被拉緊，并作標(biāo)記，作為測(cè)量伸長(zhǎng)量的基準(zhǔn)點(diǎn)；第二步正式張拉，一端固定，另一端通過移動(dòng)橫梁在預(yù)應(yīng)力鋼筋上施加均勻分級(jí)荷載，每級(jí)荷載值為20%的設(shè)計(jì)應(yīng)力荷載，持續(xù)增加應(yīng)力荷載，直到設(shè)計(jì)應(yīng)力荷載，穩(wěn)定時(shí)間為2 min，致使預(yù)應(yīng)力鋼筋整體徐舒，減少預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固后的應(yīng)力損失；第三步錨固，根據(jù)第二步實(shí)際情況補(bǔ)充足夠的應(yīng)力荷載或放松預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力荷載至控制應(yīng)力荷載范圍，測(cè)量、記錄預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長(zhǎng)量，仔細(xì)核對(duì)實(shí)際測(cè)量值和理論計(jì)算，確保誤差在規(guī)范允許誤差范圍內(nèi)(本工程規(guī)范要求誤差為±6%)，滿足規(guī)定要求，立即錨固。

預(yù)應(yīng)力鋼筋調(diào)整到初始預(yù)應(yīng)力荷載后，標(biāo)記記錄張拉端的預(yù)應(yīng)力鋼筋和固定端的砂箱活塞長(zhǎng)度，在測(cè)量預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長(zhǎng)值時(shí)要扣除砂箱活塞的回縮量，確保實(shí)際預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長(zhǎng)量準(zhǔn)確無誤。預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時(shí)的控制應(yīng)力荷載，以預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長(zhǎng)量校核，實(shí)際測(cè)量伸長(zhǎng)量與理論計(jì)算伸長(zhǎng)量誤差值控制在規(guī)范要求范圍之內(nèi)，若超出規(guī)范范圍應(yīng)停止張拉，待查明原因，糾正確保無誤后方可繼續(xù)張拉。

3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土配料與澆筑

3.2.1預(yù)應(yīng)力混凝土配料

根據(jù)試驗(yàn)配合比，選用上述砂、石、水泥、水和摻加劑，嚴(yán)格按照試驗(yàn)配合比精確測(cè)量各個(gè)材料用量，采用混凝土集中攪拌站拌和配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)，保證混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，出現(xiàn)離析、配合比錯(cuò)誤等現(xiàn)象的混凝土嚴(yán)禁使用。

3.2.2混凝土澆筑

底模采用與梁底設(shè)計(jì)同寬的混凝土底基上鋪鋼板組成，制作預(yù)應(yīng)力空心板梁底模時(shí)，在底模下面每隔1 m設(shè)置對(duì)穿螺桿穿孔，以利全面固定邊模，防止在混凝土澆筑時(shí)模板移動(dòng)或松動(dòng)；預(yù)應(yīng)力空心板梁邊模板和端模板均采用定型鋼模板，利用龍門行吊架吊裝安裝，方便拆卸，循環(huán)使用；芯模采用充氣橡膠加厚施工專用芯模；鋼模板安裝下部通過臺(tái)座底孔對(duì)拉螺桿加緊，上部、下部模板外側(cè)另設(shè)槽鋼固定，上部用對(duì)拉絲螺栓限位調(diào)直，確保預(yù)應(yīng)力空心板上口邊沿平直，下口順直；內(nèi)芯模氣壓穩(wěn)定、不漏氣。芯模充氣氣壓控制在0.04 MPa～0.05 MPa之間[6]，待混凝土初凝后立即拆除芯模(見表1)，防止逾期拆除芯模對(duì)其造成損傷，不利于循環(huán)使用；底模板、邊模板和端模板使用前必須涂刷混凝土專用脫模劑，澆筑混凝土前應(yīng)再次檢查脫模劑是否脫落等情況，底模板還需鋪設(shè)地板臘[7]，防止?jié)仓炷僚c預(yù)應(yīng)力空心板梁混凝土臺(tái)座粘結(jié)，充氣橡膠加厚施工專用芯模脫模劑采用滑石粉涂抹。

表1 充氣膠囊抽拔時(shí)間表

混凝土澆筑是預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板梁質(zhì)量的重中之重，嚴(yán)格按混凝土配合比施工，每片預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁混凝土采用一次性不間斷澆筑，澆筑時(shí)從一端用“趕漿法”+臺(tái)階成梯形法，即先澆筑梁底，根據(jù)梁高分層澆筑成階梯形，當(dāng)達(dá)到芯模以上與邊模板持平位置時(shí)再與底板混凝土一起澆筑，隨著階梯形不斷延伸，梁板混凝土澆筑連續(xù)向前進(jìn)行。

澆筑底板混凝土?xí)r，混凝土的虛鋪厚度要略大于板厚，用插入式振搗棒和附著式振動(dòng)器相結(jié)合在水平方向和垂直方向來回振搗，用鐵插尺檢查混凝土厚度，振搗完畢用抹子抹平預(yù)應(yīng)力空心板梁表面，混凝土澆筑工程中注意振搗及時(shí)、均勻、密實(shí)，以免混凝土中水泥漿過多，模板松動(dòng)漏漿，影響預(yù)應(yīng)力空心板梁預(yù)制質(zhì)量。

混凝土澆筑工程質(zhì)量程序控制如圖2所示。

3.3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線放張和混凝土后期養(yǎng)護(hù)

3.3.1預(yù)應(yīng)力鋼筋放張

與預(yù)應(yīng)力空心板梁預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)同條件養(yǎng)護(hù)的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行抗壓、抗拉和彈性模量試驗(yàn)對(duì)比，達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)要求時(shí)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%時(shí)，放松預(yù)應(yīng)力鋼筋。第一步在活動(dòng)張拉臺(tái)端，啟動(dòng)千斤頂在預(yù)應(yīng)力鋼筋施加飽滿張拉力，使得錨固端螺栓螺帽和對(duì)拉橫梁有5 cm～10 cm；第二步將每根預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固緊在橫梁端上的螺栓螺帽松開5 cm～10 cm距離，緩慢、同步回縮，反復(fù)3次～5次，致使拉力設(shè)備千斤頂受力為0；第三步采用砂輪切割機(jī)沿梁端逐根切斷預(yù)應(yīng)力鋼筋，完成整個(gè)預(yù)應(yīng)力空心板梁預(yù)加卸應(yīng)力荷載施工。

3.3.2后期養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成且初凝后采用塑料薄膜和保濕氈或浸水草編覆蓋，在終凝后以噴灑水養(yǎng)護(hù)為主。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d，對(duì)摻用緩凝型外加劑或有抗?jié)B性要求的混凝土，不得少于14 d，澆水次數(shù)應(yīng)能保持混凝土表面處于濕潤(rùn)狀態(tài)；對(duì)立側(cè)面可以采取掛氈噴水或涂刷養(yǎng)護(hù)劑的辦法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，夏季高溫時(shí)增加澆水次數(shù)并要保證表面濕潤(rùn)，用塑料薄膜覆蓋嚴(yán)密，并保持塑料布內(nèi)有凝結(jié)水，嚴(yán)防混凝土裂紋、裂縫的出現(xiàn)。

4 結(jié)語

由于先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板跨度較大，長(zhǎng)度因預(yù)先在預(yù)應(yīng)力鋼筋施加應(yīng)力荷載不易出現(xiàn)裂縫，施工、運(yùn)輸和安裝過程中預(yù)應(yīng)力空心板梁梁底有開裂現(xiàn)象，尤其是單板受力對(duì)梁底受力更加不利，加劇了梁底裂縫的產(chǎn)生，如何防止梁底裂縫是今后預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁施工的關(guān)鍵。

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁在施工中有很大安全隱患，在鋼絞線預(yù)設(shè)應(yīng)力條件下進(jìn)行混凝土澆筑，對(duì)施工技術(shù)人員水平有很大要求，在施工中防止發(fā)生安全事故也是重要問題。