范志军先张法预应力空心板梁预制工艺与质量控制要点

范志军先张法预应力空心板梁预制工艺与质量控制要点
(张台地方铁路项目部)
【摘要】结合商丘G105跨京九铁路立交桥空心板梁施工的实践经验与技术成果，通过对先张法预应力空心板梁的预制工艺与质量控制要点的阐述和分析，旨在推广这一技术在高速公路建设中的普及，有效预防梁板预制施工过程中质量通病的发生，促进施工质量，使这一技术在公路建设领域发挥更大、更广的作用。
【关键词】先张法；预应力；空心板梁；预制工艺；质量控制
随着我国公路交通现代化建设的飞速发展，先张法预应力空心板梁以其造价低，建筑高度低，安全性和耐久性高，可以工厂化生产，构造简单轻巧，施工方便等优点在高速公路等桥梁建设中得到广泛应用。先张法预应力空心板梁属于轻型梁板，其长度一般为10-20m，本文以20m的标准空心板梁为例，对先张法预应力空心板梁的预制工艺与质量控制要点进行详细阐述。
1、工程概况
G105京珠线商丘段跨京九铁路立交桥位于京九线商丘南至伊尹区间，全长565 m，宽19 m，其中18跨空心板梁，长360m，共304片，跨径为20m，空心板梁采用先张法预制施工。该桥于2009年9月建成通车。
2、预制工艺
2.1 预制工艺流程
制作张拉台座     制作板梁平台     钢绞线的下料、穿钢绞线
张拉     绑扎钢筋     模板安装     浇筑混凝土     充气橡胶芯模的安放和抽取     养护     拆模     放    移梁
2.2 制梁台座
2.2.1 台座设计
制梁台座的设计是先张法预应力空心板梁的预制施工一个关键环节，由于高速公路桥梁梁板预制量大，预制场要投入拼命站、龙门吊、钢模板、张拉设备等，制梁台座的设计对提高制梁设备的利用率，使预制场发挥最大的生产率起决定性作用。以20m标准梁板为例，梁板规格20m(长)×1m（宽）×0.9m（高），台座采用钢筋混凝土框架式台座。台座长度为85m，宽度1m，可一次制梁4片，平行设置不少于4个台座，这样可以达到每天制梁4片的生产率，台座之间设40cm(宽)×50cm（高）的钢筋混凝土传力柱，传力柱两端采用80cm(宽)×50cm（高）钢筋混凝土横梁连接。
2.2.2 台座施工
1. 台座基础：先将制梁场位置的表土及植被清除，然后采用压路机进行碾压密实；如果原土地基承载力不够的话，还需对原土进行换填处理，先将原土清楚30cm人深度，然后采用压路机碾压密实，再换填30cm厚的砂砾垫层，分两层换填，分层压实，使地基承载力达到200kpa以上，这样才能确保浇筑后的制梁台座不会因为地基的不均匀沉降或沉降过大而开裂。
2. 台座浇筑：在处理好的地基上按照台座设计图纸进行测量放线，根据设计图纸立模浇筑台座和传力柱及张拉横梁，台座采用20cm厚的C25混凝土，传力柱和张拉横梁采用则采用C30钢筋混凝土。
3. 台座施工注意事项：台面要平整光滑，必要的话要进行打磨处理，目前很多工程都要求在混凝土台座表面再铺设一层5mm厚有钢板，以确保梁板底面平整、光洁；台座两侧边为直线且平行；千斤顶支承的混凝土面要垂直台座轴线，锚垫板处混凝土振捣要密实；制梁台从四周要做好地面硬化及排水措施，防止雨水及养护用水浸泡软化台座基础，导致台座开裂。
2.3 钢绞线下料、穿束
将钢绞线线盘置于在制梁台座一端的放线架中，然后人抓住钢绞线一端，将钢绞线缓缓拉开(注意不使钢绞线产生有害变形，对有害变形的部分必须除掉)，钢绞线下料用砂轮切割机切断，严禁用电焊枪烧切，切割时对称切割，先切长束后切短束。
钢绞线下料长度既要满足使用要求，又要防止下料过长造成的浪费。每根钢绞线的长度按下式确定：L=l+l1+l2+l3+l4
式中：L----钢绞线下料长度
       l----台座长度
       l1----固定端工作锚长度
l2----千斤顶长度
l3----张拉端工作锚长度
l4----预留量，取100mm
将下好的钢绞线设计在台座上安装就位，要求钢绞线要顺直，根与根之间有得交叉、相扭。施工时，预应力筋有效长度范围以外的采用硬塑料管套住，进行失效处理。
2.4 张拉
1.张拉程序：张拉程序为：0     初应力（10%σ）    105%σ（持荷2min）    0 安放芯模、绑扎钢筋、立外模板      100%σ
式中σ为预应力筋的设计张拉控制力
2.预应力张拉：油压表精度选用0.4级。采用油压表读数与伸长值双向控制，使张拉力控制准确，先用穿心式千斤顶单根张拉钢绞线，调整钢绞线的初应力为设计张拉力的10%，使初应力一致。再用石笔在钢绞线上距支承板100mm处画一道起始标距线，作测量伸长值用。然后接通高压油泵的油路电路给千斤顶供油，整体张拉至钢绞线的设计张拉应力的100%，持荷2min，测量伸长值的长度，实测伸长值与理论伸长值之差在+6%范围内，即可进行下一步工作。如超过此值，应暂停张拉，查明原因采取措施予以调整，方可继续张拉。
3.注意事项：张拉过程中，做好张拉伸长值和油压表读数的记录；两个千斤顶张拉要同步，千斤顶的中心要和所有的钢绞线中心在同一平面内，使所有钢绞线受力均匀。每块板中不允许有一根钢绞线断裂，每根钢绞线束中继丝不得超过一丝。张拉时，严禁非工作人员进场，操作人员不得站在张拉千斤顶后，以防飞锚，断丝伤人，高压油管拉头要紧密，并随时检查，以防喷油伤人。
2.5 钢筋绑扎
钢筋骨架绑扎成型在相应的台座上进行。台座上每隔1m放一根14b型槽钢，把钢筋置于其上绑扎，以利吊装。
千斤顶回油，放张钢绞线应力为0，开始绑扎钢筋。在钢筋绑扎之前，先在台座上准确地进行定位放线，确保钢筋的位置间距尺寸正确。在台座顶标出主筋、箍筋、模板位置。安放芯模后，直接绑扎成型。在钢筋外侧绑扎水泥砂浆垫块，确保混凝土保护层的厚度。
钢筋绑扎时自下而上依次进行，并采取可靠的临时加固措施，保证钢筋骨架的刚度和稳定性。钢筋严格设计的规格、型号、几何尺寸施作，绑扎好的钢筋骨架经质检人员检查合格后，即可入模。
2.6 模板安装
立模顺序：安装底模     涂脱模剂     贴接缝止浆海绵条
安装侧模     上拉杆     安装端模      安装充气橡胶芯模
模板采用整体拼装式钢模、模板包括底模、侧模、端模、事先编号，对号入座。模板先拼装，后吊装，立模从一端开始进行。模板安置位置、尺寸准确，牢固可靠。确保在浇筑混凝土和振捣过程中不变形，不移位。
单元模板每扇长度按空心板长度分节，同时侧模与底模每2m设一道拉杆，侧模与侧模间用螺杆连接，缝间压垫海绵条。待板底混凝土浇筑后，安装充气橡胶芯模，绑扎上部未绑扎钢筋，进行完混凝土作业。浇筑混凝土时采取严格措施，防止芯模的上浮或下沉，保证各部分结构尺寸的准确性。
2.7 混凝土浇筑
混凝土拌合采用自动计量拌合站拌合，拌合站设在梁场一端，拌合时水泥、砂子、碎石、水、外加剂严格按配合比进行配料，其误差控制在规范要求的范围内。
用小型翻斗车将混凝土从拌合站运至浇筑空心板附近，然后利用梁场龙吊吊料斗进行浇筑。
混凝土掺加FDN-3000高效减水剂，以提高混凝土的和易性，减少用水量，坍落度控制在5-7cm。每次开盘后要作坍落度试验，严格控制水灰比。减水剂可预先一次性溶解于定量的水池中，以保证掺量准确均匀。
混凝土用插入式振捣棒振捣。振捣范围和时间要适度。保证芯模下混凝土密实，振捣标准为混凝土不再下沉，无气泡上升，表面平坦并有薄层水泥浆出现。混凝土灌注采用先灌注底板，等芯模安放完毕后，再浇筑腹板和顶板混凝土，浇筑时要防止芯模漏气。
每片空心板混凝土的浇筑时间不超过2h，混凝土从拌合站到浇筑完成时间限制在6—8h之内。
预制空心板顶面必须拉毛划槽，采用垂直于路线定向划槽，槽深5—10mm，为保证空心板与桥面铺装混凝土良好地结合，划槽横贯空心面，每延长米不少于10—15道。
2.8 抽取芯模
为防止芯模在浇筑混凝土时发生偏移和上浮，在原设计的基础上，增加芯模限位钢筋。
芯模抽取的早晚，影响着空心板的形成；抽取过早，混凝土下沉坍落，使空心板形成裂缝，甚至空洞。过晚，混凝土凝固，造成芯模与混凝土粘结，很难拔出，抽取时间随天气气温而变化，一般在混凝土浇筑3—12h ,强度达到4—8MPa时，可拔出胶囊。
2.9 养护、拆模
混凝土养护采用常规洒水养护。混凝土浇筑完毕终凝后，采用塑料管直接往混凝土表面洒。拆模后用无纺土工布梁体，压好四周，往土工布上洒水进行养护，养护时间一般不少于7天。
2.10 放张、移梁
梁体混凝土浇筑后，对混凝土试件检查，强度大于设计强度的100%，龄期达到10天后方可分批放松钢绞线，放松时间对称、均匀、分次放张。放张将千斤顶缓慢分次回油到零。再用砂轮切割机对称切割钢绞线。
标注生产日期、板号。龙门吊吊起空心板，龙门吊行走，移板至存梁场，松钩存放。
3、质量控制要点
3.1 制梁台座顶面高程控制
在台座施工过程中要严格控制台座顶面高程，保证在台座使用过程中，钢绞线在张拉后位置的准确性；另外确保在张拉过程中，千斤顶的作用点正好位于传力柱的中心位置，避免传力柱的偏心受压，从而保证张拉过程中的施工安全。
3.2 张拉力控制
张拉作业是先张法预应力空心板预制中最关键的工序，张拉力的准确与否直接决定着空心板的使用功能和使用寿命，张拉力的控制要从以下3个方面进行：
1. 张拉机具的标定：千斤顶和油表应由具有相关资质的检测部门进行配套校验并出具标定报告，且在使用过程中千斤顶和油表要严格按照标定报告配套使用，不得互换；另外在张拉作业超过200次后，千斤顶和油表必须重新进行标定。
2.初始应力张拉：每块梁板中的预应力钢绞线一般为17-19根，在所有的钢绞线进行整体张拉之前，必须逐根进行初始应力张拉，从而消除因为安装误差等原因造成钢绞线内部应力的差异，确保在整体张拉过程中所有的钢绞线内部应力均处在“同一个起跑线上”，从而保证预应力的准确性。
3.张拉力与伸长量双向控制：详见本文“2.4—2节”
3.3 裂缝控制
在先张法预应力空心板梁预制施工中有三种裂缝是最常见的：由温差和干缩导致的表面龟裂，芯模抽出过早导致的纵向裂缝及浇筑施工时间过长导致的冷缝。
1.由温差及干缩导致的龟裂：梁板混凝土浇筑完毕后及时采用无纺土工布对梁板进行全方位覆盖，可以避免阳光直射梁板顶面及钢模板，导致混凝土表面与内部温差过大，另外混凝土初凝后立即进行洒水养护，养护期不少于7天。通过以上两项措施可有效预防混凝土表面龟裂的产生。
2.抽取芯模导致的裂缝：详见本文“2.8抽取芯模”。
3.冷缝：由于预应力空心板为C40混凝土，初凝时间短，强度增长快，尤其在炎热季节施工，由于断电、机械故障等原因，容易造成混凝土供应中继的情况，如果中断时间超过1—1.5h则会导致冷缝的产生。避免冷缝产生的关键措施就是要制定相应的应急预案，确保在梁板浇筑过程中混凝土供应的连续性。
3.4 上拱度控制
20m先张法预应力空心板梁放张后的上拱度一般为15—18mm，由于预应力较大，如果放张后有及时施加正弯矩，则梁板的拱度会随时间的推移继续发展。上拱度过大不但造成梁板安装后桥梁底面不平整，影响美观，而且也会造成桥梁顶面混凝土铺装层厚度减小，影响桥面施工质量，如果上拱度超过25mm，则有可能导致梁板顶面开裂。而控制上拱度的关键就是缩短放张以后的存梁期，因此要求空心板梁的预制速度必须与梁板安装速度相匹配，使空心板存梁期不超过3个月，从而有效的控制梁板的上拱度。
4. 结束语
先张法预应力空心板预制技术目前已经是一项非常成熟的施工工艺，本文通过对其预制工艺及质量控制要点的阐述和分析，旨在推广这一技术的普及和提高施工质量，使这一技术在公路建设领域发挥更大、更广的作用。
参考文献：
[1] 江正荣.建筑施工计算手册（第2版）[M].中国建筑工业出版社，2007。
[2] JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范[S].人民交通出版社，2000。