預應力高性能混凝土預制蓋梁制作與鋼束張拉優(yōu)化

石 玉

上海公路投資建設發(fā)展有限公司 上海 201108

裝配法施工的施工速度快、施工質量好、安全文明施工效果好，在工程建設中的應用越來越廣泛。預應力蓋梁是橋梁工程中的重要構件，承載上部結構荷載，其預制質量直接影響橋梁質量，鋼束張拉工序對施工速度和交通運行也有重大影響[1-5]。

目前，預應力高性能混凝土蓋梁預制工藝尚不成熟，通過研究，在上海某采用裝配法施工的橋梁建設中，對蓋梁預制過程中的工藝、工序、精度、模板等進行嚴格把控，確保了預制蓋梁的成品質量，通過對鋼束張拉次數(shù)進行優(yōu)化，減小對社會交通的影響，縮短了工期。

1 結構概況

上海某橋梁項目采用3 0 m 跨簡支小箱梁，橋寬17.5 m，獨柱墩，預應力混凝土大挑臂平頭蓋梁，為了降低自重，采用高性能混凝土。蓋梁在道路中心線高度為2.3 m，在端部高度為1.5 m，橫橋向寬度為16.55 m，順橋向寬度為2.2 m，總質量約180 t，其構造示意見圖1。

圖1 蓋梁構造示意

立柱尺寸為2.6 m×2.0 m，蓋梁與立柱固接，蓋梁中預留波紋管，蓋梁吊裝架設后灌漿固結。

原設計蓋梁的混凝土強度等級為C60，預應力配束情況如圖2所示。

圖2 蓋梁配束示意

上下各配5束15φ15.2 mm的預應力鋼絞線，分2批次張拉，在工廠完成蓋梁澆筑后，張拉第1批N1和N2鋼絞線束（各3根），完成梁體架設和橫向濕接縫連接后，張拉第2批N1和N2鋼絞線束（各2根）。

2 鋼束張拉次數(shù)優(yōu)化

由于施工所在地交通流量大，為減少施工對現(xiàn)場交通的影響，同時規(guī)避現(xiàn)場預應力張拉搭設吊籃存在的施工風險隱患，將鋼束張拉由2次張拉調整為工廠內1次張拉，蓋梁材料及吊點位置作相應調整。具體如下：

1）結合吊具，吊點距離由4 m調整為4.4 m。

2）蓋梁底緣增加1排鋼筋，提高底緣配筋率。

3）混凝土強度等級由C60調整為C70。

上述調整皆有利于提高蓋梁在施工期間的抗拉能力。

3 蓋梁預制

3.1 施工流程

原材料檢驗→鋼筋下料→胎架安裝→波紋管安裝→鋼筋綁扎→鋼筋籠檢查→鋼筋籠入?！０灏惭b→模板穩(wěn)定加固→混凝土泵送→拆模養(yǎng)護→存儲吊運→蓋梁運輸→出廠安裝

3.2 蓋梁鋼筋籠

1）蓋梁鋼筋下料。預制蓋梁的鋼筋加工包括φ32 mm主筋、φ20 mm構造鋼筋、φ12 mm/φ16 mm箍筋。鋼筋應具備出廠質量證明書，待外觀驗收合格后，按檢驗批進行試驗，合格后方可使用。鋼筋加工車間內儲存的棒材鋼筋安放于專門設計的鋼筋堆放架中，有利于不同規(guī)格直徑、不同規(guī)格長度的鋼筋分開放置。調整后的鋼筋堆放架減少了分隔間距，有效解決了底層鋼筋長期堆放不使用的情況，減少了棒材鋼筋的浪費。預制蓋梁鋼筋規(guī)格為φ12 mm至φ16 mm，主要為箍筋及分布筋，鋼筋直徑為小規(guī)格型號。廠內統(tǒng)一采用進口的高精度鋼筋彎曲設備，同時為減少鋼筋的損耗及彎配的速度，采用盤螺鋼筋進行加工，鋼筋不間斷下料，幾乎沒有余料，可有效控制鋼筋損耗成本，節(jié)省上料及切斷時間。構件主筋采用直螺紋機械連接接頭的形式連接，接頭按照行業(yè)標準JGJ 107—2016《鋼筋機械連接技術規(guī)程》，嚴格控制每個接頭的質量，滿足一級接頭標準。蓋梁其余鋼筋皆是直條鋼筋，根據(jù)需要的母材長度進行挑選、剪切及彎曲，和盤螺鋼筋一樣同樣采用進口高精度彎曲設備進行加工，以保證鋼筋尺寸符合要求，且精度控制在±2 mm以內。

2）蓋梁胎架安裝驗收。預制蓋梁鋼筋籠的加工采用現(xiàn)今較為成熟的鋼筋模塊化精加工工藝，蓋梁鋼筋籠于專用胎架上制作加工成形，鋼筋胎架須有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性以及適當?shù)淖兓?，根?jù)蓋梁的尺寸大小隨意地變換寬度、長度的間距，且鋼筋籠制作的控制偏差小于2 mm。蓋梁鋼筋籠胎架由底座、支架、掛片及定位平臺四部分組成。底座主要起到調平支撐的作用，支架用來固定，掛片根據(jù)梁形調整相對間距，同時起到固定鋼筋間距的作用，材質皆由槽鋼及H型鋼組合而成。嚴格控制鉆孔精度，孔的精度直接影響鋼筋的精度，需保證相對誤差小于1 mm。鋼筋籠胎架拼裝前，對各個部件進行驗收復測，調整立桿間距和垂直度，實測掛板規(guī)格及鋼筋孔位，嚴格把控每一道安裝步驟。

3）蓋梁鋼筋籠綁扎。

① 首先進行波紋管模塊的設計制作與安放，軸線位置及進出漿口的避讓位置極其關鍵。

② 根據(jù)設計圖紙安放頂部主筋，間距位置關系著保護層的大小。長梁制作時需提前安裝機械套筒。

③ 安裝頂部蓋梁內箍筋。

④ 安裝橫向箍筋，嚴格控制間距及邊線位置。

⑤ 根據(jù)細化預應力曲線圖，安放波紋管定位鋼筋，穿入波紋管，焊接波紋管固定鋼筋。

⑥ 安裝側面分布鋼筋。

⑦ 安裝橫豎向拉鉤及墊塊。

⑧ 預埋件埋設，如伸縮縫鋼筋、接地、球鋼支座鋼板以及其他措施預留埋件。

每個蓋梁都需按照步驟一一實施，每道工序都體現(xiàn)在工序卡中，由驗收人員及班組長共同驗收，滿足設計及規(guī)范要求后進入下一道工序。

4）蓋梁鋼筋籠輔助安裝措施。蓋梁吊點為鋼絞線吊點，吊點布置于蓋梁頂部，吊點間距根據(jù)蓋梁質量、長度及彎矩計算。采用6φ15.2 mm的鋼絞線，伸出長度為220 mm，端面增加50 mm深倒角，實際埋深930 mm，預埋的最底部采用錨板及P錨擠壓套的形式加強。吊點處的外露鋼絞線由直徑2 cm的白皮鐵管包裹，對折彎曲半徑約10 cm。鋼絞線吊點安裝控制要點：精確計算構件質量，加工合適股數(shù)的鋼絞線，計算吊點的橫向及豎向間距，橫向位置根據(jù)蓋梁負彎矩位置以及現(xiàn)場工況確認，錨固深度需在核心混凝土內且大于1 m，吊點外露處以下逐層加裝鋼絲網(wǎng)片，至少3層。

5）蓋梁鋼筋籠吊裝。蓋梁鋼筋籠最大質量為20 t，吊裝采用吊裝扁擔，扁擔與蓋梁鋼筋籠用多道同樣長度的鐵鏈連接，保證鋼筋籠均衡受力，控制不發(fā)生非彈性形變。

3.3 蓋梁入模

1）模板安裝驗收。

① 底模：采用整體式組合鋼底模，由兩側翼板底模及中間底模組成，底模采用方鋼及槽鋼組合而成，面板鋼板厚度需大于8 mm，中間底模需設置定位螺栓，方便蓋梁內波紋管模塊及套筒組的定位（圖3）。

圖3 蓋梁底模

② 側模：采用鋼木結合模板，由外側鋼板作為內側木模的支撐。

③ 上、下拉桿：上拉桿采用整體式φ25 mm的精軋螺紋鋼，兩端設置限位裝置；下拉桿拉住底模，同樣采用φ25 mm的精軋螺紋鋼（圖4）。

圖4 拉桿

④ 端模：采用預制蓋梁兩側擋塊作為端模，內側預留主筋與蓋梁鋼筋籠焊接固定。

⑤ 支座墊石：支座墊石一般在預制廠隨蓋梁一并澆筑完成。

2）蓋梁模板拼裝。整個蓋梁模板安裝過程共分成5個步驟，都需要根據(jù)施工步驟按順序施工，每道工序都要有驗收人員在場檢查并記錄。

① 在已調平的底模上安放鋼筋籠。

② 調整鋼筋籠軸線位置，保護層及結構邊線符合設計要求后安裝側模。

③ 安放錨墊板，適當加長波紋管外露長度，然后安裝蓋梁端模。

④ 檢查各類埋件及混凝土澆筑頂部控制線后，澆筑高性能混凝土。

⑤ 拆除模板后進行養(yǎng)護。

3.4 混凝土澆筑及養(yǎng)護

預制蓋梁混凝土等級為C70，高性能混凝土一次性澆筑完成。采用預制廠自建拌和站或者就近聯(lián)合拌和站拌制，通過3輛12 m3的混凝土攪拌車進行運輸和1輛管道長46 m的混凝土泵車進行澆筑。

混凝土澆筑擬采用橡膠導管澆筑的方式，有效控制跌落高度在1.0～1.5 m范圍，不允許超過2 m的跌落高度。蓋梁拆模后，采用噴淋養(yǎng)護裝置進行養(yǎng)護作業(yè)，混凝土養(yǎng)護時間為7 d。

3.5 預應力張拉

蓋梁混凝土齡期達到5～7 d，強度和彈性模量達到100%后，方可張拉鋼束。

張拉設備需采用高精度的智能張拉機，在張拉前設置張拉孔數(shù)即可自行進行張拉，控制張拉力，最后導出張拉數(shù)據(jù)，不可人為修改數(shù)據(jù)。

標準蓋梁在場內張拉鋼束，根據(jù)設計要求，蓋梁的鋼束均采用兩端張拉，個別門墩及匝道梁為一端張拉，張拉控制應力為1 302 MPa。張拉時采用張拉力和引伸量雙控，以張拉力為主，以引伸量進行校核。鋼絲（錨具、滑絲等）回縮值不大于5 mm。

如實測引伸量與設計引伸量的差值在±6%以內，說明張拉合格，否則，應查明原因并采取措施進行處理后方可繼續(xù)張拉。張拉后在離錨頭50 mm處用切割機切割，嚴禁電弧切割。

每一個截面的斷滑絲率不得大于相關規(guī)范中的規(guī)定，否則應查明原因并采取解決措施后方可繼續(xù)張拉。

3.6 蓋梁存儲

蓋梁澆筑好以后，拆模存放于臺座之上進行養(yǎng)護，養(yǎng)護完畢的混凝土強度達100%后，張拉首批預應力束，之后由280 t移梁機將其駁運至堆場區(qū)，下部墊鋼底板，保證蓋梁底部受力均勻。

3.7 施工過程中的質量控制

1）鋼筋骨架：鋼筋骨架需嚴格控制箍筋尺寸、主筋直螺紋接頭質量、骨架鋼筋焊接質量。箍筋尺寸需根據(jù)圖紙詳細翻樣，彎配后仔細放樣，準確控制理論值、實際值，使每根箍筋符合細化后的設計圖中的關于尺寸范圍的要求，盡可能縮小誤差。主筋直螺紋的接頭為主要受力鋼筋，而此部分受機械及人為的影響因素較多，每道直螺紋工藝都需有專人負責，使每個接頭都達到國家一級接頭標準。骨架的焊接質量主要受鋼筋的安裝步驟及焊接工人的技術水平影響。骨架鋼筋一般較大，焊接為側面焊接，比平焊要難，因此需使鋼筋的安裝盡可能地在平地進行，待焊接成骨架后，再整體吊裝至胎架內。大型蓋梁的骨架相對比較難施工。

2）模板體系：側模模板應具有足夠的剛度、強度以保證其受力要求，為增加張拉端頭的整體密實度及角度尺寸，保證外擋塊的整體美觀，蓋梁端模采用整體混凝土預制擋塊，之后焊接安裝到蓋梁鋼筋籠側面。

3）混凝土性能：混凝土采用高性能混凝土，施工所需配合比已按有關規(guī)定做好配合比驗證工作，原材料符合高性能混凝土技術性能要求，擴展度600 mm±50 mm。配備足夠的攪拌車及泵車，合理調度攪拌車運輸送料時間和路線，避開高溫及低溫時段，需不間斷供料，運至現(xiàn)場后須逐車進行混凝土坍落度的檢測。嚴格控制每次下料的高度，有效控制跌落高度在1.0～1.5 m，不允許超過2 m的跌落高度?；炷翝仓瓿珊?，夏天進行覆蓋灑水養(yǎng)護，需不間斷供水保持混凝土表面濕潤，冬天需進行覆蓋保溫，防止因混凝土表面溫差過大產(chǎn)生裂紋。本蓋梁工程混凝土評定為水泥混凝土的抗壓強度，以標準養(yǎng)護28 d齡期的試件為準。試件為邊長150 mm的立方體，試件以3件為1組，按JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術規(guī)范》中的要求，制作混凝土試件不少于2組。因采用鋼絞線一次張拉工藝，需增加2組試塊，為5～7 d的同條件張拉試塊，試塊滿足100%的設計強度和彈性模量后進行張拉。

4）智能張拉：蓋梁預應力在廠內一次性張拉后全部采用智能張拉設備進行張拉，傳統(tǒng)的多階段張拉在高空及跨河區(qū)域施工較為困難，同樣存在多種安全隱患，而預制蓋梁的制作狀態(tài)全部在預制臺座上進行，沒有外場作業(yè)的限制因素和風險，可避免外場傳統(tǒng)設備帶來的質量問題，也可避免高空操作的安全風險，節(jié)約了現(xiàn)場的吊裝時間。

3.8 工程質量評價

蓋梁預制工程完成順利，各項質量控制指標均符合國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定或設計要求。

4 結語

1）本次蓋梁預制施工，對蓋梁鋼筋下料、鋼筋籠綁扎、鋼筋籠的胎架加工、蓋梁模板的拼裝、高性能混凝土的澆筑及養(yǎng)護、存儲等全過程進行嚴格把控，確保了預應力高性能混凝土預制蓋梁的質量，對類似工程施工有一定的指導作用。

2）蓋梁的端模采用了預制蓋梁擋塊的技術，彌補了因二次現(xiàn)澆蓋梁側向擋塊導致的外觀質量差及新老混凝土連接部位強度不足的問題。

3）原設計蓋梁預應力為二次張拉（一次廠內、一次現(xiàn)場），通過設計優(yōu)化調整為廠內一次張拉，降低了蓋梁預應力張拉施工對現(xiàn)場交通的影響，并減少了現(xiàn)場預應力張拉搭設吊籃存在的施工風險隱患，加快了施工速度。

[1] 章凱.裝配式橋梁在城市高架橋中的應用研究[J].工程與建設,2020,34(2):209-210.

[2] 楊煒,任才.預制裝配式蓋梁在無錫鳳翔路高架橋中的應用[J].城市道橋與防洪,2019(11):121-124;16.

[3] 鄭晏華.裝配式城市高架橋預制橋墩、橋梁的運輸方法[J].建筑施工,2019,41(3):354-355.

[4] 李澤智.高速公路橋涵施工技術及質量控制[J].工程建設與設計,2020(24):157-158.

[5] 王沖.高速公路橋涵施工技術及質量控制措施分析[J].四川水泥,2019(5):25.