預(yù)制箱梁施工技術(shù)分析

張志宏

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京100040）

1 引言

成都地鐵5號(hào)線土建1標(biāo)段北起新都區(qū)香城大道，南至新建天龍大道。高架區(qū)間范圍內(nèi)總共75片箱梁，其中，30m箱梁64片，25m箱 梁11片。預(yù) 制 箱 梁 頂 寬10.2m，底寬5.0m，梁高1.8m；長(zhǎng)度分為30m和25m 2種，主要兩側(cè)懸臂長(zhǎng)均為2.2m，懸臂端部厚度0.15m，根部厚0.4m。頂板厚度0.25～0.50m，底板厚度0.25～0.50m，中間腹板厚0.27～0.4m，邊腹板0.27～0.72m，支座中心線距離梁端間距為0.40m，支座橫向間距3.8m，如圖1、圖2所示。

圖1 箱梁跨中標(biāo)準(zhǔn)段斷面結(jié)構(gòu)尺寸（單位：cm）

圖2 箱梁端部支座處變截面結(jié)構(gòu)尺寸（單位：cm）

2 鋼筋吊架制作與計(jì)算

2.1 鋼筋吊架設(shè)計(jì)

預(yù)制箱梁吊具長(zhǎng)30m，寬10.2m，采用10#工字鋼加工成桁架結(jié)構(gòu)形式，材質(zhì)選用Q235鋼材，主要用于預(yù)制箱梁頂板鋼筋、底腹板鋼筋、內(nèi)模吊裝。吊具設(shè)計(jì)吊重250kN（25t）。吊具自重120kN（12t），吊具共設(shè)4個(gè)吊點(diǎn)，如圖3所示。

2.2 鋼筋吊架受力計(jì)算

2.2.1 吊件重量

吊具為鋼材，密度取7 850kg/m3，吊具自重120kN（12t），頂板鋼筋自重≤250kN（25t），底腹板鋼筋自重≤250kN（25t），一套箱梁內(nèi)膜自重200kN（20t），本方案按吊重250kN（25t）進(jìn)行計(jì)算。

2.2.2 荷載及主要設(shè)計(jì)參數(shù)

10#工字鋼的拉、抗壓、抗彎設(shè)計(jì)值為215MPa，抗剪設(shè)計(jì)值為125MPa，吊重計(jì)算采用1.2倍吊重系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.2.3 吊架荷載布置

吊架荷載布置如圖4所示。

圖4 吊架荷載布置圖

2.2.4 吊架受力計(jì)算

采用MIDAS/Civil軟件進(jìn)行線性靜力分析吊架的整體變形、應(yīng)力值均符合設(shè)計(jì)要求見表1。

表1 吊架計(jì)算結(jié)果

3 鋼筋綁扎胎具設(shè)計(jì)

3.1 底腹板鋼筋綁扎胎具

底板鋼筋綁扎胎具采用25cm工字鋼和10cm的角鋼加工底座，保證離地30cm。支座下邊放置鋼墊板，墊板厚度為1.5cm，中間底座墊板為30cm×30cm，邊側(cè)墊板為30cm×50cm。地面固定螺栓采用16螺栓固定。因鋼筋綁扎區(qū)排水的平整度問題，可在墊板下進(jìn)行鋼板調(diào)平，保障底座的平整度要求。

為保證腹板箍筋順梁長(zhǎng)方向的傾斜度及橫梁向的垂直度。在腹板兩側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)靠桿，靠桿由I16工字鋼組成，垂直高度為142cm，斜向高度為146.8cm，以此來(lái)控制腹板長(zhǎng)度方向傾斜度，在緊貼腹板一側(cè)的工字鋼上按設(shè)計(jì)位置切出槽口。鋼筋綁扎前將靠桿按腹板設(shè)計(jì)角度支撐到位并用螺栓連接固定，綁扎時(shí)將鋼筋對(duì)應(yīng)放入缺口內(nèi)，當(dāng)鋼筋綁扎完畢后松開靠桿，即可保證鋼筋位置正確【1】。

為保證縱向和橫向鋼筋的位置正確及兩側(cè)腹板鋼筋的保護(hù)層厚度滿足規(guī)定的允許誤差，在胎模具的兩外側(cè)底邊分別焊100mm×100mm角鋼，用其豎直肢作支擋，在綁扎時(shí)，將橫向筋的彎鉤及腹板箍筋貼緊此肢背，即可保證鋼筋的正確位置及外側(cè)鋼筋的整齊。

3.2 頂板鋼筋綁扎胎具

頂板鋼筋綁扎胎具采用10cm工字鋼及5.6cm角鋼焊接，胎具與混凝土地面通過(guò)1.5cm鋼板與地腳螺栓連接固定。支座下邊放置鋼墊板，墊板厚度為1.5cm，底座墊板為30cm×30cm。頂板鋼筋間距控制采用2種方法：橫向鋼筋是在胎模上用φ5mm高強(qiáng)鋼絲做成“U”形卡，然后，按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)間距要求焊在胎模的相應(yīng)位置，在綁扎時(shí)將鋼筋正好卡在“U”形卡內(nèi)；縱向鋼筋采取在兩端立面用紅油漆畫線控制。

4 預(yù)制箱梁施工工藝

4.1 模板工程

4.1.1 臺(tái)座清理及檢查

安裝底模前對(duì)制梁臺(tái)座進(jìn)行清理，剔除臺(tái)座上的浮漿，清理雜物，不平整處采用砂漿抹面找平。利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行臺(tái)座標(biāo)高測(cè)量，保證制梁臺(tái)座處各支座位置高差不大于2mm。

4.1.2 整修底模

底模安裝采用尺寸長(zhǎng)度為3m，寬度為4.8m的鋼模板進(jìn)行拼裝，拼裝過(guò)程中按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)拱度設(shè)置，30m箱梁預(yù)設(shè)反拱值為7.0mm，25m箱梁預(yù)設(shè)反拱值為5.0mm。模板拼裝完成后，采用打磨機(jī)對(duì)模板表面進(jìn)行打磨，除去表面銹漬，同時(shí)保證表面平整度【2】。

4.2 鋼筋工程

將加工好的鋼筋按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)阡摻罱壴ゾ呱辖壴?，用龍門吊按照先底腹板鋼筋后頂板鋼筋吊放在模板上，橋面鋼筋安放在制梁臺(tái)后，為了保證梁體鋼筋的整體統(tǒng)一，對(duì)局部鋼筋錯(cuò)位或鋼筋松動(dòng)、變形部位進(jìn)行人工調(diào)整，保證底腹板與頂板鋼筋連接成整體。

4.3 混凝土工程

混凝土澆筑按照先底板再腹板后頂板順序澆筑，箱梁混凝土澆筑時(shí)混凝土振搗對(duì)箱梁的成型質(zhì)量起關(guān)鍵性作用，為此，混凝土澆筑時(shí)必須嚴(yán)格控制混凝土振搗。

混凝土的振搗以插入式振動(dòng)器振搗為主，附著式振動(dòng)器振搗為輔。底板混凝土澆筑時(shí)采用插入式振搗棒，待澆筑腹板與底板連接處以上位置時(shí)，開啟附著式振動(dòng)器配合插入式振動(dòng)器振搗混凝土，附著式振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)間為10～20s為宜，混凝土在模內(nèi)泛漿流動(dòng)或成水平狀即可停振。附著式振搗器布置如圖5所示。

圖5 附著式振搗器布置示意圖

插入式振搗棒振搗新層時(shí)，振動(dòng)棒應(yīng)插入老層混凝土5～10cm，以保證前后澆筑的兩層混凝土接合嚴(yán)密，插入式振搗棒振搗時(shí)以混凝土不再下沉、不出氣泡、表面開始泛漿為止。

振搗時(shí)必須嚴(yán)格控制速度、深度和密度，要堅(jiān)持快插慢拔、邊振邊拔的原則，振動(dòng)棒必須垂直點(diǎn)陣不得平拉，并防止過(guò)振、漏振。插入式振動(dòng)棒振動(dòng)時(shí)間控制在30s左右，附著式振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)間為10～20s。灌注過(guò)程中注意加強(qiáng)倒角、交界面及鋼筋密集部位的振搗，振搗過(guò)后及時(shí)進(jìn)行收漿抹面。

4.4 箱梁養(yǎng)護(hù)

4.4.1 蒸汽養(yǎng)護(hù)

當(dāng)冬季晝夜平均氣溫連續(xù)低于5℃或者氣溫低于-3℃時(shí)，梁體混凝土采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。蒸汽供應(yīng)采用蒸汽鍋爐進(jìn)行。蒸汽管道采用50mm的無(wú)縫鋼管，沿管道方向間隔150mm打3mm的孔眼。管道分別布置在底模下面2根、側(cè)模的兩側(cè)各2根、內(nèi)模里主梁兩側(cè)各1根，頂板上面2根。蒸汽最后采用兩端供汽，在蒸汽管中間段設(shè)5mm排水孔；蒸汽不得直接吹向混凝土和模板。整個(gè)養(yǎng)護(hù)過(guò)程由專用測(cè)溫表和專人測(cè)溫，分別對(duì)養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)和環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控，防止因溫差過(guò)大造成箱梁開裂。

除頂面的覆蓋物外，還配置34m×12m×3.5m的可將梁體整個(gè)覆蓋的整體式養(yǎng)護(hù)棚。養(yǎng)護(hù)棚采用軍綠布制作，并配置吊裝養(yǎng)護(hù)棚的專用吊具【3】。

4.4.2 噴淋養(yǎng)護(hù)

未達(dá)冬季施工條件時(shí)，進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)，梁體頂面用土工布覆蓋，其余部位采用噴淋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，氣溫高天氣干燥時(shí)再在其上覆蓋1層塑料薄膜。當(dāng)環(huán)境溫度在5℃以上時(shí)，可對(duì)梁頂采用灑水養(yǎng)護(hù)。

噴淋部署：噴淋管主管采用50mm的PVC管，離腹板外壁1.2m設(shè)置。沿管道方向間隔1.5m設(shè)置1根垂直高1.5m的支管。支管頂部設(shè)置分散水噴頭。

養(yǎng)護(hù)用水采用不含有害雜質(zhì)的天然純凈水或生活用水，水溫與表面混凝土之間的溫差不得大于15℃。梁體灑水次數(shù)以保持混凝土表面充分潮濕為度，一般情況下，以專人檢查，控制澆水養(yǎng)護(hù)停歇間隙，每2h檢查1次。

確?；炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上，并做好養(yǎng)護(hù)記錄。同時(shí)，對(duì)隨梁養(yǎng)護(hù)的混凝土試件進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，使試件強(qiáng)度與梁體混凝土強(qiáng)度同步增長(zhǎng)。

4.5 預(yù)應(yīng)力張拉及封錨

4.5.1 初張拉

第一階段為初張拉，初張拉在預(yù)張拉后，在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)拆模強(qiáng)度80%后，進(jìn)行初張拉移出內(nèi)模，初張拉是通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力使梁體可承受自重荷載來(lái)使梁體具備吊裝條件，達(dá)到加速制梁臺(tái)座周轉(zhuǎn)的作用。

初張拉過(guò)程：0→初應(yīng)力0.2σk（測(cè)油缸、工具夾片外露量）→張拉至初張拉設(shè)計(jì)要求的控制應(yīng)力（測(cè)油缸、工具夾片外露量）→回油、錨固（計(jì)算伸長(zhǎng)值）。其中，σk為設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力。

4.5.2 終張拉

第二階段為終張拉，在梁體混凝土強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)100%后，混凝土齡期大于10d后張拉全部鋼絞線束到設(shè)計(jì)張拉力的100%（包括早期張拉的鋼絞線束補(bǔ)拉到100%的設(shè)計(jì)張拉力）。

終張拉過(guò)程：0→初應(yīng)力0.1σk（測(cè)油缸、工具夾片外露量）→1.0σk（持荷5min、測(cè)油缸、工具夾片外露量）→回油、錨固（計(jì)算總伸長(zhǎng)值）。

4.5.3 封錨

封錨前，應(yīng)對(duì)錨具穴槽表面進(jìn)行鑿毛（宜在梁端鋼模拆卸后立即進(jìn)行）處理，并將灰、雜物以及支承板上浮漿清除干凈。然后，在預(yù)應(yīng)力筋、錨具及與錨具墊板接觸處四周采用聚氨酯防水涂料進(jìn)行防水處理。

安裝封錨鋼筋后，采用低流動(dòng)度的C50干硬性補(bǔ)償收縮混凝土對(duì)錨孔進(jìn)行填塞。混凝土填塞分2次施工，首先進(jìn)行基層填筑，混凝土應(yīng)分層筑實(shí)，特別是錨孔周邊不得存有縫隙，避免將來(lái)出現(xiàn)空響現(xiàn)象。待混凝土終凝后進(jìn)行表層混凝土封堵，保證新舊混凝土結(jié)合良好、混凝土表面平整。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以成都地鐵五號(hào)線預(yù)制箱梁施工為背景介紹了預(yù)制箱梁施工工藝，通過(guò)各個(gè)施工工序的控制成功避免了初張拉后梁端混凝土起皮、梁端部出現(xiàn)氣泡麻面、翼緣板部位有塵土黏連、翼緣板滴水槽黏皮、腹板表面色斑、底板與腹板間混凝土存在色差、底腹板位置存在水紋等質(zhì)量通病。為后續(xù)的類似工程提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。