青島地鐵R3線先張法U梁預(yù)制工藝淺談

【摘要】本文從鋼筋工藝、模板工藝、混凝土施工工藝及張拉工藝對青島地鐵R3線U型梁預(yù)制進行系統(tǒng)介紹。指出了每個工藝流程具體實施質(zhì)量控制要點，提出了現(xiàn)場管理和QC控制是U梁預(yù)制質(zhì)量穩(wěn)定和提升的前提。

【關(guān)鍵詞】地鐵，“U梁”，預(yù)制工藝，質(zhì)量控制

Abstract：This paper system introduces the reinforced and template technology， construction and tensioned technology of the concrete. It points out the key points of quality control in each process. It is proposed that the field management and QC control are the preconditions for the stability and improvement of the U beam quality.

Key words： The Subway，\"U beam\"，Prefabricated Technology， Quality Control

1、項目概況

青島市紅島—膠南城際軌道交通工程R3線工程項目位于青島市西海岸經(jīng)濟新區(qū)，總體呈東北—西南走向。線路正線全長70.27km，設(shè)車站20座，其中地下站7座，高架站13座，平均站間距3.66km。高價標(biāo)準(zhǔn)梁采用整孔預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡支U梁，梁型分為5.0m線間距直線梁、5.1m線間距曲線梁和5.0m線間距直線梁～5.1m線間距曲線梁變寬梁三種。

U梁外觀整體呈U字型，為開口薄壁變截面結(jié)構(gòu)，U梁頂口寬度分為5.35m、5.45m、5.55m，長度分為30m、27m、25m、22m等，梁高由1.8m增至1.94m，漸變段長0.42m，內(nèi)外腹板厚為0.26m、0.265m，底板厚0.26m，梁端底板加厚至0.4m，見圖1。本工程U梁除了具有類似工程[1].對U梁的高尺寸精度、混凝土高性能和高耐久性、極高外觀質(zhì)量要求外，本工程的特點為：（1）采用先張法張拉工藝；（2）U梁模板周轉(zhuǎn)速度較快，每天需生產(chǎn)3榀梁，并具備200榀梁的存儲空間。為此需對生產(chǎn)場地、流水線進行合理布置，從鋼筋工程、模板工程、混凝土施工工程、預(yù)應(yīng)力工程等各預(yù)制工藝角度進行質(zhì)量控制，并對設(shè)備進行合理選型，以滿足U梁預(yù)制的特殊工藝要求。

2、 U型梁主要預(yù)制流程

U梁預(yù)制場地布設(shè)見圖2，梁場按功能劃分為制梁區(qū)、存梁區(qū)、鋼筋加工區(qū)、拌和站、辦公生活區(qū)和作業(yè)隊生活區(qū)等六大功能區(qū)。其中制梁區(qū)為2個預(yù)制區(qū)，共6條生產(chǎn)線，配備18個制梁臺座、18套外模、12套內(nèi)模以及8個內(nèi)模存放臺座、10套鋼筋綁扎胎具以及4臺20t龍門吊，3個臨時存梁臺座；每條線配置8個600t千斤頂，共配置52個千斤頂（4個備用），每個生產(chǎn)區(qū)配1套數(shù)控張拉系統(tǒng)。存梁區(qū)設(shè)置209個存梁臺座以及250t移梁機兩臺，用于場區(qū)內(nèi)的移梁作業(yè)及裝車作業(yè)。鋼筋加工區(qū)布置在制梁區(qū)的北側(cè)，鋼筋綁扎區(qū)布置在東、西側(cè)。

U梁預(yù)制流程為：底、側(cè)模檢查拼裝 預(yù)埋件安裝定位 鋼筋骨架吊裝入模 鋼筋骨架修整調(diào)直鋼絞線 端模安裝 鋼絞線連接、初張拉 鋼筋骨架調(diào)整 內(nèi)模安裝、調(diào)整、組模 預(yù)應(yīng)力整體張拉 混凝土澆筑 養(yǎng)護 達到放張條件、拆除內(nèi)模、端模、松外模 預(yù)應(yīng)力放張 切割端部鋼絞線 移至存梁臺座 繼續(xù)自熱養(yǎng)護，具體流程見圖3。

3 、U型梁預(yù)制工藝

3.1 鋼筋制作及安裝

普通鋼筋采用HPB300鋼筋及HRB400鋼筋，鋼筋綁扎采用整體綁扎、整體吊裝方式，綁扎時采用胎模進行鋼筋定位，鋼筋綁扎完成并穿上保護層墊塊后，采用龍門吊整體吊裝入模。

（1）胎模制作

U梁鋼筋籠綁扎采用專用高精度胎模進行綁扎。綁扎胎模由胎膜架及鋼筋定位角鋼組成，每榀胎膜架均按預(yù)設(shè)位置固定在專用鋼筋綁扎平臺上。橫筋定位角鋼采用L50*50*5角鋼，縱筋定位角鋼采用L63*63*5角鋼，按U 梁斷面鋼筋形狀放置，角鋼固定在胎膜架上，角鋼的放置既可保證鋼筋籠形狀，又可以保證鋼筋保護層厚度。見圖3。

（2）保護層墊塊制作和安裝

鋼筋保護層墊塊采用梅花形，由細(xì)石混凝土材料制成，其耐久性能指標(biāo)和抗壓強度等級不低于梁體混凝土，墊塊有效高度為35mm和40mm。墊塊呈梅花形布置，并盡量靠近鋼筋交叉點處，梁體側(cè)面和底面的墊塊至少4個/m2，在U梁變截面段底板底面，對混凝土保護層墊塊進行加密，不少于5個/m2。見圖4。

（3）預(yù)應(yīng)力筋安裝

在鋼筋綁扎完成后即可將預(yù)應(yīng)力筋穿入鋼筋籠內(nèi)，穿筋的順序宜自下而上，由里到外。預(yù)應(yīng)力筋隔離套管的材質(zhì)、直徑、長度和位置符合設(shè)計要求，隔離套管內(nèi)端應(yīng)堵塞嚴(yán)密，外端應(yīng)穿出端分絲板以外至少50mm并加以固定，梁體內(nèi)隔離套管長度允許偏差為±20mm。

（4）鋼筋骨架吊裝

梁體鋼筋骨架在鋼筋綁扎胎具上綁扎成型后，用兩臺20t龍門吊進行吊裝，梁體鋼筋骨架的吊裝采用鋼筋骨架專用吊具多點起吊，為防止起吊點處綁線脫落、鋼筋骨架變形，對吊點附近的鋼筋綁扎點進行加強，如點焊聯(lián)結(jié)、增加綁線根數(shù)并加入短鋼筋等。

3.2 模板安裝

模板安裝操作流程和拆模的互為逆過程，滿足設(shè)計強度的60%，即33MPa放可拆模，具體流程為：調(diào)整外模基本豎直→緊固外模與底模間螺栓→調(diào)整外模斜撐桿至外模豎直→吊入鋼筋籠、鋼絞線穿過端模→安裝并固定端模→吊入內(nèi)模、內(nèi)模橫梁與立柱緊固→安裝內(nèi)模斜撐調(diào)整內(nèi)模到位→安裝頂部拉桿及水平撐桿→合模完畢[2]。

（1）底模和外側(cè)模安裝

U梁底模下部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)體系，并通過焊接與底部混凝土基礎(chǔ)預(yù)埋角鋼、鋼板連接，標(biāo)準(zhǔn)底模分為三段，兩端為支座段，中間為梁身段，安裝于基礎(chǔ)地梁之上；外模與底模采用“一配一”方式，每套外模負(fù)責(zé)一個臺座U梁生產(chǎn)，通過鉸接方式與固定支點基座連接。外模立柱支撐在制梁臺座剛性基礎(chǔ)上，外模底部用拉桿、螺栓與底模固定，上部用工字鋼組成的平臺拉結(jié)，平臺既作為橋面連接系又兼作施工平臺。

（2）內(nèi)側(cè)模安裝

內(nèi)模采用液壓內(nèi)模，即采用液壓機械進行內(nèi)模板的拆卸與安裝。為防止整體模板上浮，采用勾頭螺栓拉緊內(nèi)模橫梁與外模縱梁；端模采用嵌入式結(jié)構(gòu)，即相嵌于內(nèi)外模之間，梁長由端模位置控制。

（3）端模安裝

將錨墊板安裝在端模上，梁體鋼筋就位后，先安裝底板處三塊端模，然后將鋼絞線逐一拉直（15%的張拉控制應(yīng)力），以檢查鋼絞線和鋼筋定位是否準(zhǔn)確及與鋼筋是否沖突。最后安裝腹板處2塊端模，端模與底板用螺栓固定，底模與端模采取底包端，端模與側(cè)模采取側(cè)包端的方式利用螺桿連接，結(jié)合部位嵌入橡膠條密封。

（4）模板檢查

模板全部安裝完畢后，按標(biāo)準(zhǔn)進行最終調(diào)整，各部位尺寸等都達到要求后（模板安裝尺寸允許誤差）。混凝土澆筑前設(shè)專人對模板進行檢查，澆筑混凝土?xí)r設(shè)專人看模。看模人員時刻注意模板及各聯(lián)結(jié)部件在振搗受力狀態(tài)下有無異常反映，并防止螺栓松動、跑漿等，如有問題立即停止振動及時處理。

3.3 混凝土工藝

3.3.1混凝土配制

梁體設(shè)計使用年限為100年，混凝土強度等級為C55，56天電通量小于1000C，28d彈性模量為3.6GPa，抗壓極限強度為37MPa，抗拉極限強度為3.3MPa[3]。為了提高模板的周轉(zhuǎn)速度，配制的混凝土需具備較高早期強度及彈性模量。混凝土配合比為膠凝材料（水泥：粉煤灰：礦粉）：細(xì)骨料：粗骨料：水：外加劑：聚丙烯纖維=1.00：（0.82：0.08：0.20）：1.50：2.07：0.294：0.139：0.0018，混凝土4d抗壓強度和彈模分別為49.5MPa和34.5GPa，滿足放張要求，28d抗壓強度和彈模分別為67.8MPa和37.5GPa，滿足設(shè)計強度要求，56d電通量為635C，滿足耐久性要求。

3.3.2混凝土澆筑工藝

（1）混凝土攪拌

采用裹砂法，先向攪拌機投入細(xì)骨料、水泥、礦物摻和料，攪拌均勻后，再加入外加劑和所需用水量，待砂漿充分?jǐn)嚢韬笤偻度氪止橇希⒗^續(xù)攪拌至150s，冬季適當(dāng)延長攪拌時間至180s。

（2）混凝土澆筑準(zhǔn)備

對模板尺寸、鋼筋、預(yù)埋件及拉桿、頂絲等加以檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。將模板內(nèi)的雜物和鋼筋上的油污等清除干凈，當(dāng)模板有縫隙和孔洞時，應(yīng)予堵塞，對模板尺寸、鋼筋、預(yù)埋件、預(yù)留孔等加以檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。混凝土澆筑避開高低溫天氣，氣溫高時盡量選擇在晚上進行澆筑，氣溫低時盡量選擇在白天進行澆筑。

（3）混凝土澆筑順序

1/2跨處安排1臺19米布料半徑的布料機，混凝土從一端向另一端依次澆筑，先澆筑底板，后澆筑腹板，水平分層、縱向分段澆筑，分層厚度不大于50cm，分段長度不大于10m。澆筑時安排專人記錄混凝土分層間隔時間及分層厚度、分段長度等參數(shù)，并根據(jù)氣溫變化調(diào)整混凝土初凝時間，避免混凝土出現(xiàn)分層冷縫，高溫初凝時間不得小于3h，低溫初凝時間不大于6h。炎熱天氣避開中午、下午的高溫時間，盡量選擇在低溫或傍晚進行混凝土的澆筑，當(dāng)晝夜平均氣溫低于5℃或最低氣溫低于-3℃時，采取覆蓋厚的土工布，并搭設(shè)保溫棚進行保溫，并按冬季施工處理。

（4）混凝土振搗和抹面

采用50mm和30mm插入式振搗棒進行振搗，另外外側(cè)模靠下位置安裝附著式高頻振動器，振搗插入下層中5cm～10cm，振搗棒與側(cè)模保持5cm～10cm距離，振搗時間為25s～30s，U梁的腹板與底板、預(yù)應(yīng)力筋錨固區(qū)、支座板上方以及其他鋼筋密集區(qū)特別注意振搗，以避免空鼓現(xiàn)象。

梁體混凝土澆筑完畢后，對腹板頂面、底板混凝土表面進行二次趕壓抹光。

3.3.3混凝土養(yǎng)護

本工程氣溫較高時采用自然養(yǎng)護，氣溫低于5℃時，為了加快工期，采用蒸汽養(yǎng)護。

（1）自然養(yǎng)護

頂面收面完成砼初凝前，及時全斷面覆蓋一層塑料薄膜，再覆蓋一層土工布，并保證搭接部分長度不少于20cm，采用鋼筋或者木條扣壓，防止覆蓋不嚴(yán)實。梁面混凝土初凝后，及時灑水保濕養(yǎng)護，灑水頻率以保持砼表面一直濕潤為準(zhǔn)。內(nèi)模拆除后及外模拆除并吊裝到存梁區(qū)后及時用薄膜包裹，并灑水養(yǎng)護，灑水頻率以混凝土表面濕潤為宜。養(yǎng)護過程中需對養(yǎng)護材料進行加固，起到防風(fēng)作用。

（2）蒸汽養(yǎng)護

蒸汽養(yǎng)護分靜停、升溫、恒溫及降溫四個階段，靜停時間為4～6h，靜停時，徐徐往棚內(nèi)通入蒸汽，保持蒸汽溫度為10～15℃，升、降溫速率控制在10℃/h以下，恒溫溫度為25～30℃，蒸養(yǎng)48h，開始降溫，蒸養(yǎng)過程中混凝土芯部溫度不宜大于60℃，混凝土芯表溫差不宜大于15℃[4]，另外拆棚時，混凝土表層與環(huán)境溫差不應(yīng)大于15℃，否則應(yīng)推遲拆棚。

3.4放張及封錨

根據(jù)設(shè)計要求，放張時混凝土抗壓強度和彈性模量需分別達到85%和95%，無論自然養(yǎng)護或蒸汽養(yǎng)護，混凝土澆筑時均需留置放張強度及彈性模量試塊，達到設(shè)計要求放可放張。

放張工藝采用兩端放張，放張分步進行：10%-10%-10%-20%，另一側(cè)相同，各步放張時間間隔60s。第一步放張時，在現(xiàn)有的張拉力基礎(chǔ)上再張拉3%的張拉力，以便于松動緊固螺母。在放張過程中，兩側(cè)的8個緊固螺母以同一目標(biāo)值進行松動，保證放張過程中的同步性。放張后，梁端露出部位的鋼絞線應(yīng)采用機械設(shè)備切除，封錨范圍內(nèi)采用聚氨酯防水涂料進行防水處理，并及時進行封錨，封錨材料為與本體強度一致的環(huán)氧砂漿，封錨完畢，采用自然養(yǎng)護時，在環(huán)氧砂漿上覆蓋塑料薄膜，并灑水使砂漿充分濕潤。

小結(jié)：

合理的場地布置和預(yù)制工藝流程是確保大批量U梁預(yù)制的前提，具體的鋼筋工藝、模板工藝、預(yù)應(yīng)力混凝土施工工藝確保了U梁的尺寸精度、預(yù)制速度和混凝土質(zhì)量，除此外，預(yù)制過程中現(xiàn)場管理和QC控制是U梁預(yù)制質(zhì)量保證的前提條件，需嚴(yán)格控制進場原材料質(zhì)量，加強施工人員及管理人員的培訓(xùn)，并進行循環(huán)QC質(zhì)量控制，確保每榀梁預(yù)制完成進行總結(jié)，在下一榀梁得到改進。

參考文獻：

[1]伊建國.重慶市地鐵一號線簡支U型梁的預(yù)制工藝淺談[J]. 城市建設(shè)理論研究，2012，（10）.

[2]黃超，姚紅英.U型梁關(guān)鍵施工技術(shù)研究[J].上海建設(shè)科技，2008，（4）：37～40.

[3] TB10002.3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[s].

[4] TB 10005-2010，鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范[s].

作者簡介：

高永冬（1980-），1980年出生，男，江西吉安人，畢業(yè)于青島建筑工程學(xué)院，本科，現(xiàn)于青島市市政工程管理處工作，工程師。從事城市軌道交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督工作。