预应力混凝土空心板梁施工技术研究

程 传 胜

(陕西地建土地综合开发有限责任公司，陕西 西安 710075)

1 工程概况

淅河桥位于淅河上，为淮河支流，属汉水水系，设计行车时速为60 km，汽车荷载等级为公路—Ⅰ级，环境为永久的无侵蚀性静水浸没环境，设计洪水频率为百年一遇，地震烈度为6度，抗震标准按地震烈度7度设防。该桥设计为预应力混凝土空心板梁组装桥，全长为125.16 m，桥面全宽24.0 m，其中行车道宽23.0 m，防撞护栏宽0.5 m。桥面采用简易连续，3孔一联，共两联，分别在0号、6号台及3号中墩处设置伸缩缝，型号为GQF-80，宽8 cm。本桥纵坡为-0.25%，在基底标高上调整；横坡为2%，在墩台身上调整。桥台采用扩基接肋台，中墩采用扩基接立柱，立柱之间设置横系梁，横系梁高1.2 m，宽1 m。桥面设有泄水管，每孔8个，共46个。

2 材料与设备

2.1 材料

2.1.1混凝土

预制预应力空心板梁高强度混凝土，强度等级为C50，伸缩缝填充料为钢纤维混凝土，强度等级为C50，桥面铺装水泥混凝土，强度等级为C50。其中水泥采用中联水泥厂P.O42.5普通硅酸盐水泥，砂采用中粗砂，碎石采用溧阳戴埠产人工碎石，石子粒径范围5 mm～25 mm，级配符合设计要求，混凝土外加剂采用TH-F2缓凝减水剂。

2.1.2钢材

预应力钢绞线采用低松弛高强度预应力钢绞线，标准强度fpk=1 860 MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa，松弛率为3.5%，公称直径15.20 mm，钢绞线参考面积A=140 mm2，钢绞线由巩义恒力钢丝绳股份有限公司提供。钢筋采用HPB300,HRB235,HRB335和HRB400型[1]。

2.1.3水

施工用水采用地下水，符合混凝土拌制标准。

2.2 设备

2.2.1电力设备

利用地方高压电引入预应力空心板预制场，在预制场北侧围墙中设置250 kW变压器一台，架设低压电线向施工现场供应施工用电。

2.2.2混凝土拌和站

预应力空心板混凝土采用集中拌和，拌和站设在预制场靠北边围墙内侧，占地3 000 m2。拌和站采用移动式混凝土搅拌站，型号为YHZS50[2]，由福建泉州南方路机厂提供并安装，总装机容量为120 kW，拌和能力为50 m3/h。

3 施工方法及工艺分析

3.1 先张法预应力钢筋混凝土空心板的预制和安装

淅河桥现场现浇桥墩，预应力钢筋混凝土空心板梁在预制场集中预制，达到设计强度后，运输至施工现场安装。先张法预应力混凝土空心板外模板采用定型钢模板，内模板即芯模采用充气加厚施工专用胶囊[3]。张拉方法为先张法，一端固定，一端整体张拉；混凝土由混凝土集中搅拌站集中拌和，混凝土泵车运输，插入式振捣棒和高频附着式振动器振捣。具体施工工艺流程图如图1所示。

3.1.1施工准备

预制场场地平整硬化后修筑张拉台座，检查标定张拉设备[4]，作钢绞线检测，制作钢模板，以备使用。

3.1.2模板制作与安装

预应力混凝土空心板外模板采用定型钢模板，内模板即芯模采用充气加厚施工专用胶囊，模板尺寸根据预制梁尺寸精确计算，保证表面光滑，无凹凸不平现象，每次拆模后及时清除残留混凝土及水泥砂浆，并涂刷脱模剂，以利循环使用。钢筋保护层采用垫块来保证。外模模板安装与钢筋绑扎交替结合进行，先进行底模安装与清理，再吊装钢筋骨架安装，并进行细部钢筋绑扎与调整，最后安装支边模和端模。

3.1.3钢筋与预应力筋的制作

钢筋规格、型号按照设计要求提供，并附出厂合格证和质量验收单，进场时需建设单位、监理单位和施工单位联合验收，并按照规范要求送检，合格后方可使用，通过调直、除锈，根据设计图纸计算钢筋的长度、弯折角进行下料，按照设计施工图纸成型，钢筋接头可以用绑扎搭接、机械连接和焊接等方式，接头在构件中位置符合设计要求及规范规定。成型后的钢筋骨架要有足够的刚度，不易发生变形，在浇筑混凝土时不得坍塌移位，并确保钢筋骨架外表面与模板按照设计要求留有足够的保护层厚度，防止成型后的预应力空心板梁有露筋现象，影响施工质量。

钢绞线预应力钢筋下料长度根据规范和设计文件要求按原材料试验资料、工作长度和计算长度进行下料，并考虑预应力钢筋张拉时在台座张拉端和锚固端长度，若施工允许，优先选用拉杆和连接器代替台座端固定预应力钢筋，减少预应力钢筋下料长度，节省成本。按照设计文件要求在台座预应力钢筋孔眼统一编码标号，根据预定编号将预应力钢绞线穿到台座的固定端，按照设计要求固定后进行预应力钢筋穿束。

3.1.4预应力钢筋张拉程序与操作

先张法预应力空心板梁的预应力钢筋是在底模整理完毕后，在台座上对预先穿束好的预应力钢筋施加一定的应力，即预先施加荷载，待混凝土浇筑完成后再释放应力。本工程中先张法预应力空心板梁采用一端固定，另一端进行整体张拉的方法进行，采用油表读数和伸长值双重控制方法，确保预先施加应力荷载满足设计要求。预先施加应力荷载时，先检查预应力钢筋定位板上面的预应力钢筋孔数量、位置和孔径大小是否符合设计要求，是否与预应力钢筋束一致，然后安装与预应力钢筋束一致的带孔定位板，将定位板固定在横梁上，再次检查预应力钢筋单束数量、位置、张拉设备和锚具是否有误，确保无误后，进行张拉，在预应力钢筋上施加应力荷载。张拉程序为钢绞线0→初应力→σcon(持荷2 min)→锚固[5]。

张拉分三步，第一步初始张拉，在预应力钢筋上施加10%的设计应力荷载，预应力钢筋处于接近被拉平直稍微受力状态，检查锚固端和连接器处是否有松动，是否被拉紧，并作标记，作为测量伸长量的基准点；第二步正式张拉，一端固定，另一端通过移动横梁在预应力钢筋上施加均匀分级荷载，每级荷载值为20%的设计应力荷载，持续增加应力荷载，直到设计应力荷载，稳定时间为2 min，致使预应力钢筋整体徐舒，减少预应力钢筋锚固后的应力损失；第三步锚固，根据第二步实际情况补充足够的应力荷载或放松预应力钢筋应力荷载至控制应力荷载范围，测量、记录预应力钢筋伸长量，仔细核对实际测量值和理论计算，确保误差在规范允许误差范围内(本工程规范要求误差为±6%)，满足规定要求，立即锚固。

预应力钢筋调整到初始预应力荷载后，标记记录张拉端的预应力钢筋和固定端的砂箱活塞长度，在测量预应力钢筋伸长值时要扣除砂箱活塞的回缩量，确保实际预应力钢筋伸长量准确无误。预应力钢筋张拉时的控制应力荷载，以预应力钢筋伸长量校核，实际测量伸长量与理论计算伸长量误差值控制在规范要求范围之内，若超出规范范围应停止张拉，待查明原因，纠正确保无误后方可继续张拉。

3.2 预应力混凝土配料与浇筑

3.2.1预应力混凝土配料

根据试验配合比，选用上述砂、石、水泥、水和掺加剂，严格按照试验配合比精确测量各个材料用量，采用混凝土集中搅拌站拌和配制高强度等级混凝土，严格控制各个环节，保证混凝土强度等级达到设计要求，出现离析、配合比错误等现象的混凝土严禁使用。

3.2.2混凝土浇筑

底模采用与梁底设计同宽的混凝土底基上铺钢板组成，制作预应力空心板梁底模时，在底模下面每隔1 m设置对穿螺杆穿孔，以利全面固定边模，防止在混凝土浇筑时模板移动或松动；预应力空心板梁边模板和端模板均采用定型钢模板，利用龙门行吊架吊装安装，方便拆卸，循环使用；芯模采用充气橡胶加厚施工专用芯模；钢模板安装下部通过台座底孔对拉螺杆加紧，上部、下部模板外侧另设槽钢固定，上部用对拉丝螺栓限位调直，确保预应力空心板上口边沿平直，下口顺直；内芯模气压稳定、不漏气。芯模充气气压控制在0.04 MPa～0.05 MPa之间[6]，待混凝土初凝后立即拆除芯模(见表1)，防止逾期拆除芯模对其造成损伤，不利于循环使用；底模板、边模板和端模板使用前必须涂刷混凝土专用脱模剂，浇筑混凝土前应再次检查脱模剂是否脱落等情况，底模板还需铺设地板腊[7]，防止浇筑混凝土与预应力空心板梁混凝土台座粘结，充气橡胶加厚施工专用芯模脱模剂采用滑石粉涂抹。

表1 充气胶囊抽拔时间表

混凝土浇筑是预制预应力空心板梁质量的重中之重，严格按混凝土配合比施工，每片预应力混凝土空心板梁混凝土采用一次性不间断浇筑，浇筑时从一端用“赶浆法”+台阶成梯形法，即先浇筑梁底，根据梁高分层浇筑成阶梯形，当达到芯模以上与边模板持平位置时再与底板混凝土一起浇筑，随着阶梯形不断延伸，梁板混凝土浇筑连续向前进行。

浇筑底板混凝土时，混凝土的虚铺厚度要略大于板厚，用插入式振捣棒和附着式振动器相结合在水平方向和垂直方向来回振捣，用铁插尺检查混凝土厚度，振捣完毕用抹子抹平预应力空心板梁表面，混凝土浇筑工程中注意振捣及时、均匀、密实，以免混凝土中水泥浆过多，模板松动漏浆，影响预应力空心板梁预制质量。

混凝土浇筑工程质量程序控制如图2所示。

3.3 预应力钢绞线放张和混凝土后期养护

3.3.1预应力钢筋放张

与预应力空心板梁预制现场同条件养护的混凝土标准试块进行抗压、抗拉和弹性模量试验对比，达到规范及设计要求时，混凝土强度达到90%时，放松预应力钢筋。第一步在活动张拉台端，启动千斤顶在预应力钢筋施加饱满张拉力，使得锚固端螺栓螺帽和对拉横梁有5 cm～10 cm；第二步将每根预应力钢筋锚固紧在横梁端上的螺栓螺帽松开5 cm～10 cm距离，缓慢、同步回缩，反复3次～5次，致使拉力设备千斤顶受力为0；第三步采用砂轮切割机沿梁端逐根切断预应力钢筋，完成整个预应力空心板梁预加卸应力荷载施工。

3.3.2后期养护

混凝土浇筑完成且初凝后采用塑料薄膜和保湿毡或浸水草编覆盖，在终凝后以喷洒水养护为主。养护时间不少于7 d，对掺用缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土，不得少于14 d，浇水次数应能保持混凝土表面处于湿润状态；对立侧面可以采取挂毡喷水或涂刷养护剂的办法进行养护，夏季高温时增加浇水次数并要保证表面湿润，用塑料薄膜覆盖严密，并保持塑料布内有凝结水，严防混凝土裂纹、裂缝的出现。

4 结语

由于先张法预应力混凝土空心板跨度较大，长度因预先在预应力钢筋施加应力荷载不易出现裂缝，施工、运输和安装过程中预应力空心板梁梁底有开裂现象，尤其是单板受力对梁底受力更加不利，加剧了梁底裂缝的产生，如何防止梁底裂缝是今后预应力混凝土空心板梁施工的关键。

先张法预应力混凝土空心板梁在施工中有很大安全隐患，在钢绞线预设应力条件下进行混凝土浇筑，对施工技术人员水平有很大要求，在施工中防止发生安全事故也是重要问题。