后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁預(yù)制施工工藝改進

韓志強，劉敬彬，高平原

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概述

廣西浦北至北流高速公路線路全長125 km，采用雙向四車道高速公路標準建設(shè)，設(shè)計速度為120 km/h，路基寬度為26.5 m，其中八標施工段承擔(dān)五標墨菜水大橋至九標清灣河大橋范圍內(nèi)共40座橋梁上的箱梁預(yù)制和安裝施工工作。預(yù)制箱梁采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，結(jié)構(gòu)體系為先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，預(yù)制箱梁共計3 108榀，其中30 m箱梁2 836榀，40 m箱梁272榀。

本工程共布置5號和6號2個預(yù)制場，負責(zé)沿線預(yù)制梁的預(yù)制供應(yīng)。30 m預(yù)制箱梁高度為1.6 m，中梁頂寬為2.4 m，邊梁頂寬為2.85 m，底寬為1.0 m；40 m預(yù)制箱梁高度為2.0 m，中梁頂寬為2.4 m，邊梁頂寬為2.85 m，底寬為1.0 m。其中40 m箱梁中梁斷面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 40 m箱梁中梁斷面圖（mm）Fig.1 Cross-section diagram of the middle beam of 40 m box grider(mm)

本工程預(yù)制箱梁數(shù)量多、質(zhì)量標準要求高，為提升箱梁施工質(zhì)量和提高預(yù)制場的施工效率，從工程策劃開始到施工過程中，對部分傳統(tǒng)施工工藝進行改進，采用了一系列加強質(zhì)量通病治理措施，主要有預(yù)制箱梁臺座端頭底座改進、采用液壓系統(tǒng)支拆外側(cè)模板新工藝、局部模板優(yōu)化、預(yù)應(yīng)力筋張拉及智能噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)應(yīng)用等，取得明顯效果。

2 施工工藝改進

2.1 臺座端頭底座改進

箱梁臺座端頭底座基礎(chǔ)采用混凝土加可調(diào)節(jié)鋼底模工藝，即在澆筑臺座基礎(chǔ)混凝土?xí)r，使臺座端頭區(qū)域混凝土頂面標高降低15～20 cm；然后在端頭底座上安裝帶有可調(diào)節(jié)螺栓的鋼底模。在預(yù)制簡支梁時通過調(diào)節(jié)鋼底模來保證支座預(yù)埋板的縱度，與傳統(tǒng)沙箱施工工藝相比，用調(diào)節(jié)鋼底模工藝預(yù)埋支座板平整度能控制在1 mm以內(nèi)（規(guī)范要求不大于2 mm）[1]，且坡度易控制，施工方便快捷、效率高。

2.2 液壓系統(tǒng)支模

在前期梁場策劃時，外模板采用制造及施工工藝理念先進、施工質(zhì)量易保證、使用上快速便捷的液壓系統(tǒng)模板，由外側(cè)模板、液壓系統(tǒng)和行走系統(tǒng)等組成。其中液壓及行走系統(tǒng)包括：液壓泵站、開模液壓油缸、頂升液壓油缸、縱移驅(qū)動馬達、控制系統(tǒng)等。每套外模共設(shè)2個液壓泵站，每側(cè)模板配1個，給各種油缸與馬達提供動力來源。單側(cè)配置的執(zhí)行元件分別為開模液壓油缸4件，頂升液壓油缸4個，馬達4個。其中開模液壓油缸極限行程950 mm，以滿足模板與箱梁端橫梁外伸筋不干涉的要求，頂升液壓油缸極限行程170 mm，用于實現(xiàn)模板的高低調(diào)整。單側(cè)外模拼裝成整體后，通過開模、頂升液壓油缸的前后、上下移動來調(diào)整模板，油缸既能單獨操作也能同時控制。當側(cè)模縱移到位精確對位后，啟動開模液壓油缸將模板推向底模并靠攏，再開啟頂升液壓油缸調(diào)整側(cè)模板的高度，使側(cè)模板底面與底模齊平，側(cè)模板高度到位后繼續(xù)使用開模液壓油缸使側(cè)模與底模貼緊。緊固側(cè)模上下對拉桿，使側(cè)模與底模緊密貼合，防止底部漏漿，使模板頂口尺寸符合設(shè)計要求。待箱梁混凝土強度不小于5 MPa，方可進行外模拆除，外模拆除時首先使用頂升液壓油缸將模板下降50 mm，使模板脫離梁體，再利用開模液壓油缸將模板向外橫移500 mm，然后再將模板下降120 mm，使整個拆模工作全部完成。最后將模板橫移到最大脫模位置，檢查無誤后用行走系統(tǒng)縱向移動模板至下一個臺座。為滿足液壓系統(tǒng)模板操作要求，相鄰臺座中心線間距為7.0 m，臺車行走軌道軌距為1.8 m，見圖2，制梁臺座高度為600 mm、寬度為900 mm。

圖2 液壓系統(tǒng)模板斷面圖（mm）Fig.2 Cross-section diagram of hydraulic system formwork(mm)

外模采用全液壓操作系統(tǒng)，與傳統(tǒng)分塊式拆裝施工工藝相比，可提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，每個班可節(jié)省3～4工日。模板整體安裝無拼縫，無電焊加固模板現(xiàn)象，解決拼縫處混凝土缺陷，提升混凝土觀感質(zhì)量[2]。模板變形小，周轉(zhuǎn)率高，可重復(fù)使用，吊裝作業(yè)和交叉作業(yè)少，安全風(fēng)險小。

2.3 局部模板設(shè)計優(yōu)化

2.3.1 簡支端模優(yōu)化

預(yù)制邊跨梁簡支端傳統(tǒng)方法是采用二次澆筑封端混凝土工藝，即先按中跨連續(xù)梁方法預(yù)制，內(nèi)模可從兩端脫模；待預(yù)應(yīng)力張拉施工后，再進行二次封端混凝土澆筑施工[3]。為控制簡支端施工質(zhì)量和減少澆筑次數(shù)，把簡支梁端模優(yōu)化成整體式模板，模板優(yōu)化后簡支端混凝土可一次澆筑成形，內(nèi)模由原來的兩端脫模改為單端脫模。通過對端模的優(yōu)化，避免簡支端二次進行鋼筋綁扎、模板支立和混凝土澆筑，可使混凝土易振搗密實、提升混凝土觀感質(zhì)量，見圖3，同時減少施工工序，與傳統(tǒng)施工方法相比可節(jié)省10工日/榀。

圖3 簡支端混凝土成品Fig.3 Finished concrete of simply supported end

2.3.2 箱梁懸臂端模板優(yōu)化

箱梁懸臂端模板邊角由直角優(yōu)化成圓弧角，并焊接通長圓鋼作為滴水槽，模板拆卸方便，且箱梁懸臂端邊線線形圓順、滴水槽順直，減少破邊掉角現(xiàn)象、提高外觀質(zhì)量。吊裝孔模板用鋼板制作成方形盒，用絲桿貫穿方形盒和箱梁模板，通過對拉絲桿使兩模板接觸緊密，澆筑混凝土?xí)r無漏漿現(xiàn)象，吊裝孔棱角分明。吊裝孔成品見圖4。

圖4 吊裝孔混凝土成品Fig.4 Finished concrete of lifting hole

2.3.3 負彎矩槽口模板優(yōu)化

對箱梁頂負彎矩張拉槽口模板進行優(yōu)化，采用組合式鋼板制成，為安拆方便，接縫處使用小鋼板在內(nèi)側(cè)螺栓連接固定；模板四角布置肋板支撐，使模板穩(wěn)固無變形。與傳統(tǒng)用梳齒板制作槽口模板相比，優(yōu)化后模板牢固，槽口四周混凝土易振搗密實，槽口棱角順直無崩邊。

2.4 預(yù)應(yīng)力張拉施工控制

預(yù)應(yīng)力張拉采用自動智能張拉設(shè)備，自動控制預(yù)應(yīng)力筋張拉，一臺終端操作平臺可同時精準控制4臺油泵，實現(xiàn)兩端張拉的“同步性”。系統(tǒng)操作簡單，可避免傳統(tǒng)人工操作的誤差，保證施加預(yù)應(yīng)力的準確性，控制精度較高。通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)和手機APP軟件，可遠程監(jiān)控張拉過程，觀察張拉曲線和數(shù)據(jù)，及時掌握預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量。

2.4.1 錨墊板孔止?jié){措施優(yōu)化

梁端頭錨墊板與金屬波紋管之間縫隙用輕質(zhì)材料發(fā)泡劑封堵時，經(jīng)常存在混凝土漿進入錨墊板孔道內(nèi)，造成孔道狹窄，若清理不到位會出現(xiàn)鋼絞線受拉時與千斤頂不同心，易使預(yù)應(yīng)力損失或滑絲等危害。訂制專用錨墊板橡膠止?jié){塞，見圖5，使用時只需對止?jié){塞進行刷油，安裝波紋管時將止?jié){塞嵌塞進錨墊板孔道內(nèi)，可使縫隙封堵密實，達到很好的止?jié){效果。

圖5 橡膠止?jié){塞安裝圖Fig.5 Installation diagram of rubber stopper

2.4.2 鋼絞線穿束施工優(yōu)化

為滿足鋼絞線的穿束質(zhì)量，特加工鋼絞線梳編臺。梳編臺是由1個臺座和1對錨具組成，臺座的高度要滿足鋼絞線穿束施工要求；錨具利用現(xiàn)場工作錨，分別布設(shè)在臺座頂前后端，并保證前后錨中心線基本一致。在使用時只需將梳編臺移至箱梁端頭處，把下好料的鋼絞線按順序依次通過前后錨具，然后對鋼絞線編號、整束綁扎和穿束，穿束時只做平動，禁止轉(zhuǎn)動或扭動。采用梳編臺編束、穿束，可有效避免鋼絞線在孔道中發(fā)生纏繞，保障鋼絞線張拉時受力均勻[4]。

2.4.3 超張拉值確定

為減小預(yù)應(yīng)力的損失，預(yù)應(yīng)力筋在張拉時要考慮超張拉。超張拉值的確定是根據(jù)施工前期管道摩阻試驗和檢測鋼絞線錨下預(yù)應(yīng)力，并結(jié)合實際施工工藝水平綜合確定的。前期通過對合山中橋右幅3-2號30 m箱梁左N3和左N4預(yù)應(yīng)力孔道摩阻試驗，可知預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)實測值μ=0.269 3、k=0.001 5，設(shè)計取值為μ=0.25、k=0.001 5，實測值略大于設(shè)計取值，存在預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象[5-6]。

為選擇更合適的超張拉值，分別按超張3%、2%、1.5%進行預(yù)應(yīng)力筋張拉，對應(yīng)超張拉值分別檢測其鋼絞線錨下預(yù)應(yīng)力。按3%超張拉時，經(jīng)錨下預(yù)應(yīng)力檢測，實測張拉力合格率才40%，合格率偏低，超張拉值過大；按2%超張拉時，經(jīng)錨下預(yù)應(yīng)力檢測，實測張拉力合格率80%，不合格點偏大；按1.5%超張拉時，經(jīng)錨下預(yù)應(yīng)力檢測，實測張拉力合格率96%，僅有個別張拉力比設(shè)計值稍偏大一點，其中同束和同斷面的不均勻度均符合要求，見表1。經(jīng)綜合分析對比，在確保預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量的前提下，超張拉值按1.5%考慮。

表1 按1.5%超張拉錨下預(yù)應(yīng)力檢測值表Table 1 Test value of prestress under 1.5%over-tensioned anchor

2.5 智能噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)

混凝土養(yǎng)護采用全自動智能噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)，噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)一般由供水系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成[7]，打開控制系統(tǒng)總電源開關(guān)，設(shè)定好噴淋養(yǎng)護臺座編號和噴淋循環(huán)的總持續(xù)時間以及間隔時間，壓力水泵和噴淋系統(tǒng)開始工作。梁體表面養(yǎng)護由預(yù)埋在臺座中可伸縮噴頭噴淋養(yǎng)護，噴頭間距為5 m，見圖6。箱梁頂面采用塑料管扎眼噴水養(yǎng)護，與梁體表面養(yǎng)護同步；箱梁內(nèi)部采用蓄水養(yǎng)護。該系統(tǒng)可通過手機APP軟件，隨時查看養(yǎng)護情況和設(shè)定養(yǎng)護時間，無需人工現(xiàn)場操作，達到全天候、全方位、全濕潤養(yǎng)護質(zhì)量標準，提升混凝土養(yǎng)護質(zhì)量。養(yǎng)護水可回收循環(huán)利用，經(jīng)濟、環(huán)保。

圖6 自動噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)Fig.6 Automatic spray maintenance system

3 實施效果

通過在箱梁預(yù)制施工中不斷對施工工藝的優(yōu)化和改進，質(zhì)量通病治理效果顯著。特別是使用液壓系統(tǒng)模板和對簡支梁端頭、懸臂端及負彎矩槽口等位置模板的優(yōu)化，使箱梁表面無錯臺、掉角現(xiàn)象、箱梁懸臂端邊線線形順直、負彎矩槽口混凝土密實，箱梁整體觀感質(zhì)量提升明顯。使用智能張拉、壓漿設(shè)備[8]和智能噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)，可減少人為因素、系統(tǒng)操作簡單、控制精度高，提高了工程實體質(zhì)量。

4 結(jié)語

隨著對箱梁預(yù)制場的精細化、標準化、自動化和智能化要求程度越來越高，在施工中不斷進行施工工藝的優(yōu)化和創(chuàng)新，形成一系列質(zhì)量通病治理措施，特別是觀感質(zhì)量達到了較好的效果，使本工程箱梁預(yù)制在2021年度獲得了中交集團優(yōu)質(zhì)混凝土獎，為今后類似工程施工提供借鑒。