預應力混凝土0#塊預壓方案及經濟比選

趙金秀ZHAO Jin-xiu

（中鐵十七局集團第三工程有限公司，石家莊050081）

0 引言

預應力混凝土連續剛構橋普遍應用于我國高速鐵路建設，施工過程中，為了保證連續梁在澆注砼后滿足設計的外形尺寸及撓度要求，檢驗支架的整體穩定性及支架的實際承載能力，克服砼澆筑過程中支架的不均勻沉降，避免連續梁砼因支架不均勻沉降而出現裂縫，在澆筑連續梁砼前必須對0#塊支架進行壓載試驗。預應力混凝土連續梁0#塊支架的預壓是預應力混凝土連續梁必不可少的一道關鍵工序，是預應力混凝土連續梁安全施工的第一步檢驗。

1 預應力混凝土連續梁0#塊預壓方法

1.1 實例選擇

以常見40+64+40m 預應力混凝土連續梁為例。

圖1 40+64+40m 預應力混凝土連續梁構造圖

高速鐵路客運專線40+64+40m 預應力混凝土連續梁0#塊長度9m，混凝土體積170.434m3，鋼筋混凝土容重取24×103N/m3，附加荷載取0#塊重量的5%，按120%預壓，那么總重G：

高速鐵路客運專線40+64+40m 預應力混凝土連續梁底寬6.4m，梁面寬度12.2m。（圖2）

圖2 0# 段構造圖

1.2 采用沙袋預壓

1.2.1 計算過程

沙袋按立方體簡化，棱長為1m，每個沙袋取1m3的重量12.8kN（沙的堆積密度1280kg/m3）。簡化計算，不考慮沙袋間隙，每個沙袋的重量：

需要的沙袋重量N1：

采用沙袋預壓0# 塊，共需要沙袋403 個。梁底寬6.4m，頂寬12.2m，長度9m，每個沙袋按1m 立方體考慮，則每層（1m）可以放12×9=108 個，堆積高度403÷108 個/m=3.73m。考慮到沙袋堆積間隙與實際堆放狀態，堆放形狀為方棱臺形，實際堆放高度為H=5m。（圖3）

圖3 沙袋預壓

1.2.2 成本與工期

噸袋：N=5153.9kN÷12.8kN/個=402.6 個，取整數403個，每個噸袋20 元，費用F1=403×20=8060 元；

臺班：采用25t 汽車吊，用時7 個臺班，每個臺班1000元，費用F2=1000×7=7000 元；

沙子運輸費：沙子共需403m3，每方運輸費用最低2元（1km 以內），費用F3=403×2×2=1612 元；

沙子損耗（如噸袋破損等）：損耗取5%，403m3×5%=20m3，沙采購價70 元/m3，費用F4=20m3×70 元/m3=1400 元；

人工費：3 人，7 天，每人工費75 元/人·天，費用F5=75×7×3=1575 元；

總費用F沙=F1+F2+F3+F4+F5=19647 元。

采用沙袋預壓0#塊，加載荷載需要3 天，卸載荷載時需要1.5 天，兩天（48 小時）沉降觀測，6.5 天完成0# 塊預壓。

1.2.3 采用沙袋預壓的優點與缺點

優點：取材方便，吊裝輕便、快捷。

缺點：預壓位置不準確，存在“大水漫灌”現象突出；堆載高度過高，危險性高；受天氣影響大（一旦下雨，沙子含水率上升，超出設計計算值，容易出現垮塌事故；若取沙子最大含水率來預算，沙含水會自動下落，預壓重量減少，達不到預壓效果）；沙袋吊裝數量大，工期延長；費用較高（噸袋一次性）。

1.3 采用混凝土預制塊預壓

1.3.1 計算過程

混凝土預制塊，棱長為1m，每塊混凝土預制塊取1m3的重量24kN（混凝土密度2400kg/m3）。簡化計算，不考混凝土預制塊之間間隙，每個混凝土預制塊重量為：

需要混凝土預制塊的塊數N2：

采用混凝土預制塊預壓0#塊，共需要混凝土預制塊215 個。梁底寬6.4m，頂寬12.2m，長度9m，每個混凝土預制塊按1m 立方體考慮，則每層（1m）可以放12×9=108 個，堆積高度215÷108 個/m=1.99m。考慮到混凝土預制塊堆積間隙與實際堆放狀態，堆放形狀為方棱臺形，實際堆放高度為H=3m。（圖4）

圖4 混凝土塊預壓

1.3.2 成本與工期

預制塊：N=5153.9kN÷24kN/個=214.7 個，取整數215個，每個混凝土預制塊305 元（綜合單價），費用F1=215×305=65575 元；

臺班：采用25t 汽車吊，用時7 個臺班，每個臺班1000元，費用F2=1000×7=7000 元；

運輸費：混凝土預制塊需要混凝土215m3，每方運輸費用最低2 元（1km 以內），費用F3=215×2×2=860 元；

人工費：3 人，7 天，每人工費75 元/人·天，費用F4=75×7×3=1575 元；

總費用F砼=F1+F2+F3+F4=75010 元。

采用混凝土預制塊預壓0#塊，加載荷載需要2.5 天，卸載荷載時需要2 天，兩天（48 小時）沉降觀測，5.5 天完成0#塊預壓。

1.3.3 采用混凝土預制塊預壓的優點與缺點

優點：混凝土預制塊可以循環使用。

缺點：預壓位置不準確，存在“大水漫灌”現象突出；費用高，尤其是預制塊的制作。

1.4 采用整件鋼材預壓

1.4.1 計算過程

整件鋼材的原材，長為12m，每件鋼材的重量30kN（鋼材密度7800kg/m3）。

每件鋼材的直徑D：

D=2×（3000÷7800÷12÷3.14）1/2=0.202m

根據整件鋼材包裝情況，每件鋼材實體直徑為0.3m。

簡化計算，不考每根鋼筋之間間隙，每件鋼材的重量為：G3=30kN/件×1 件=30kN

需要鋼材的件數N3：

N3=G÷G3=5153.9kN÷30kN/件=171.9 件，取N3=172 件

采用整件鋼材預壓0#塊，共需要鋼材件數172 件。梁底寬6.4m，頂寬12.2m，長度9m，每件鋼材按直徑0.3m，長度12m 考慮，則每層（0.3m）可以放9m÷0.3m/件=30 件，堆積層數172 件÷30 件/層=5.73 層。考慮到整件鋼材的整體性，層數取6 層，實際堆放高度為H=6×0.3=1.8m。

1.4.2 成本與工期

臺班：采用50t 汽車吊，用時7 個臺班，每個臺班4000元，費用F1=4000×7=28000 元；

運輸費：鋼材常用定尺為12m，需采用大型板車運輸，每輛掛車可以運輸60t，需要運輸9 個車次，每個車次最低費用800 元，費用F2=800×9×2=14400 元；運輸費用不含二次倒運；

人工費：6 人，7 天，每人工費75 元/人·天，費用F3=75×7×6=3150 元；

總費用F鋼=F1+F2+F3=45550 元。

采用整件鋼材預壓0#塊，加載荷載需要2 天，卸載荷載時需要2 天，兩天（48 小時）沉降觀測，6 天完成0# 塊預壓。

1.4.3 采用整件鋼材預壓的優點與缺點

優點：費用低。

缺點：預壓位置不準確，存在“大水漫灌”現象突出；對施工便道要求高，便道需滿足大型重車的荷載與轉彎要求。

1.5 采用預應力預壓

1.5.1 計算過程

在承臺或墩頂預埋錨筋，通過豎向鋼絞線或精軋螺紋鋼反拉方式對支架加載。

采用PSB980Φ32 精軋螺紋鋼，有效截面面積804.2mm2，單根精軋螺紋鋼承受75%的極限荷載，單根精軋螺紋鋼可承受的重量G4：

需要PSB980Φ32 精軋螺紋鋼的根數N4：

采用預應力預壓0# 塊，需要精軋螺紋鋼的根數為8.72 根。考慮到結構對稱性，精軋螺紋鋼N4取12 根。

圖5 支架預壓原理示意圖

圖6 支架預壓現場布置圖

1.5.2 成本與工期

千斤頂：采用65t 穿心式千斤頂，對稱預壓需要4 臺千斤頂，每臺千斤頂2200 元，費用F1=2200×4=8800 元；

精軋螺紋鋼：墩身高度取10m，承臺頂部預埋精軋螺紋鋼2m，精軋螺紋鋼長度為12m，需要運輸精軋螺紋鋼總長度144m，PSB980Φ32 精軋螺紋鋼每米重6.31kg，144m×6.31kg/m=908.64kg，取0.91t，PSB980Φ32 精軋螺紋鋼價格每噸6000 元，費用F2=0.91×6000=5460 元；

人工費：4 人，2 天，每人工費75 元/人·天，費用F3=75×4×2=600 元；

其他費用：小型材料構件（螺母、連接器、墊板、接長油管等），取F4=1500 元。

總費用F預=F1+F2+F3+F4=16360 元。

采用預應力預壓，加載時需要0.5 天，卸載時需要0.5天，兩天（48 小時）沉降觀測，3 天完成0#塊預壓。

1.5.3 采用預應力預壓的優點與缺點

優點：費用低、安全系數高（司泵員接長油管，遠離預壓現場）、可按照梁體結構準確預壓。

缺點：對技術人員的技術能力和施工人員的操作能力要求高，精軋鋼預埋位置要精確。

2 預應力混凝土連續梁0#塊預壓方法比較

2.1 成本比較

采用沙袋預壓0#塊，費用F沙=19647 元；采用混凝土預制塊預壓0#塊，費用F砼=75010 元；采用整件鋼材預壓0#塊，費用F鋼=45550 元；采用預應力預壓0#塊，費用F預=16360 元。以上混凝土連續梁0#塊預壓成本最高的是混凝土預制塊預壓方法，為75010 元；成本最低的是采用預應力預壓方法，為16360 元。

2.2 工期比較

采用沙袋預壓0#塊，工期Q沙=6.5 天；采用混凝土預制塊預壓0#塊，工期Q砼=5.5 天；采用整件鋼材預壓0#塊，工期Q鋼=6 天；采用預應力預壓0#塊，工期Q預=3 天。以上混凝土連續梁0#塊預壓工序工期最長的是沙袋預壓方法，為6.5；工期最短的是采用預應力預壓方法，為3 天。

2.3 安全性比較

采用沙袋預壓、混凝土預制塊預壓、鋼材預壓0#塊的方法，不可避免均用到起重機械，起重機械及起重機械操作是安全監控的重點；以上三種預壓方法，均是堆載試驗，屬于高空作業范疇；機械及機械操作、施工人員的安全系數是比較的。采用預應力預壓0#塊方法，不需要大型機械；預應力操作時，可以接長張拉油泵油管，大大降低施工人員的安全性，提高施工人員的安全系數。

3 結論與建議

①沙袋預壓、混凝土預制塊預壓、鋼材預壓、預應力預壓0#塊，這四種方法，預應力預壓法在施工成本、施工工期與安全性上都明顯優于其他三種方法。②預應力預壓法關鍵控制要點：1）控制預埋在承臺頂部或墩身頂部精軋螺紋鋼的位置；2）加載時注意觀測支架的變化，按照程序逐級加載；3）精軋螺紋鋼的連接器要對稱連接；4）采用預應力預壓連續梁0#塊，承臺是按剛性來考慮的；對于承臺縱向長度小于對應連續梁0#塊長度的，不建議采用預應力預壓0#塊；若采用，需對承臺縱向寬度予以補長，由此產生的成本應予以考慮并綜合比較后才能予以定奪。