一种预制箱梁防端部张拉裂缝装置的制作及应用

2021-06-25朱江

建材与装饰 2021年18期

朱江

（中交四航局第三工程有限公司，广东湛江 524005）

1 研究背景

近年来，预应力混凝土箱梁桥以其结构性能具有横向抗扭刚度大、变形小、线性平顺、行车舒适、施工工艺简单、经济指标合理等多重优点，在国内高速公路和城市道路高架桥建设中得到较为广泛的应用[1-2]。早期的预应力箱梁桥在运营多年后普遍出现跨中下绕的问题，为了改善此类现象，许多工程师采用了增大预抛高和增加预应力度的方法来延长桥梁结构的使用寿命。但是预应力张拉产生应力集中，容易在薄弱位置产生裂缝，仍然不利于桥梁的正常和安全运营。

鉴于此，本文以广东某高速公路桥梁成批预制出现裂缝的几片箱梁为实际案例，研究预制箱梁防端部张拉裂缝的装置，最终取得了良好的应用效果。

2 工程概况

某高速公路起讫里程为K67+060～K81+358.021，全长14.298km，线路内涉及路基、桥梁、涵洞相关结构等工程内容，无隧道施工。全线主线路基长度为9.371km，匝道路基长度为10.415km。涵洞51座。桥梁共27座，其中主线桥11座（其中特大桥1座、大桥4座、中桥5座、小桥1座，均为双幅桥）；匝道桥16座（包含合水服务区、合水互通、新民互通、南星枢纽互通，均为单幅桥）。全线共2217片箱梁、4个预制梁场，前期设计的制梁胎座梁端底模形式各异。先投产的1#梁场在预制过程中发现梁端出现裂缝。

3 现有技术及其缺点

预制箱梁施工的现有技术为台座底模为混凝土-型钢的刚性结构组合，在支座处设置台阶预防预应力张拉时造成下部混凝土受损的情况，箱梁模板制作出来就自带封端段落，梁板浇筑完成拆模后仅留出锚具的预留孔洞的封端工艺。

当梁底模采用混凝土-型钢的刚性结构组合和模板自带封端段落的封端工艺时，主要存在以下两个方面的缺点：①梁板张拉时梁体上拱出现拉应力，而刚性组合的台座处梁端未有活动空间释放拉应力，导致底腹板出现了较大的拉应力，在结构上设计拉应力主要是靠钢筋承受的，不是靠混凝土来承受，混凝土受拉易出现裂缝；②箱梁模板自带封端段落为薄壁结构，张拉过程中梁端部出现集中应力，传统刚性底模无法释放集中应力，使得锚具前端封端段落混凝土无法跟随主体下降，造成端部裂缝。

4 预制箱梁防端部张拉裂缝装置

4.1 预制箱梁防端部张拉裂缝装置结构及组成材料

（1）结构组成。预制箱梁防端部张拉裂缝装置由滑移装置和升降装置以及楔形块装置组成，具体如图1所示。滑移装置的作用是让整个设备在张拉作业时能沿轨道8向跨中滑移少许释放梁片起拱产生的拉应力，升降装置的作用是张拉时让封端段落预留混凝土能有下降空间来释放压应力，楔形块的作用是精确调节梁片楔形块坡度。

图1 预制梁防端部张拉裂缝装置

（2）组成材料。①滑移装置由1个提梁活块6和2条轨道以及2条槽钢组成，具体如图2所示，提梁活动块6包含1块钢板、1条槽钢和4个螺栓，其中钢板位于螺栓顶部，槽钢位于螺栓底部，螺栓布置2个在钢板和槽钢中间；②升降装置由4个螺栓、2块钢板组成，具体如图3所示。其中钢板上下各布置1块，螺栓每边各布置2个位于两块钢板中间；③楔形块装置由4个螺栓、2块钢板、1块销孔4耳板，其中2钢板上下各布置1块，具体如图4所示。螺栓每边各布置2个和销孔耳板均位于两块上下钢板中间。

图2 滑移装置

图3 升降装置

图4 楔形块装置

4.2 预制箱梁防端部张拉裂缝装置作业方法

（1）通过调节螺栓1的高度，使钢板4的坡度达到设计楔形块坡度，以及让底模钢板5和提梁活块钢板6的高度，使台座反拱度达到施工梁片的设计要求，图5为调坡操作示意图。

图5 调坡操作

（2）张拉施工前，下调滑移装置的螺栓，取出提梁活块6的上钢板，释放滑移空间，让整个设备在拉应力作业下能沿轨道8滑移。

（3）下降升降装置的螺栓，使梁端底模5与梁端封端段的混凝土脱离。

（4）张拉梁片，梁端下降释放压应力，整个设备向跨中滑移释放拉应力。

5 与传统工艺对比

与传统工艺相比，本装置具有以下几个技术优点：

（1）整套设备采用钢板、螺栓、槽钢等组合而成，所有配件为市场常见产品，减少了器材及设备的投入使用，制造与施工成本又不高，因此带来的经济效益较高。

（2）解决了箱梁梁端张拉裂缝的难题，提高了箱梁质量。

（3）避免因预应力梁修补整改张拉裂缝而产生的连锁反应，导致胎座生产功效降低，箱梁预制和安装生产进度滞后，工期延长，成本增加。

（4）整套设备可以根据各种梁型的楔形块不同而进行少许改动，从而适应各种桥梁形式，设备的适用性及实用性非常高。

（5）整套设备可批量制作安装，一个项目做完后只需更换螺栓即可在下一个项目中循环使用，从而减少了器械及设备投入使用。

6 项目应用效果

（1）底模装置改进后，开春项目1#、2#梁场共预制133片梁，无端部裂缝梁为125片，良品率为96%。可以明显地看出改进后的效果，并且良品率显著提高。

（2）预应力梁底模端部的改进与应用，为开春项目节省的直接费用约为24.8万元。因预应力梁修补整改产生的连锁反应，导致胎座生产功效降低，箱梁预制和安装生产进度滞后，工期延长，该成本暂无法估计。传统工艺与改进后的装置应用效果对比如表1所示。

表1 传统工艺与改进后的装置应用效果对比

（3）改进后的预应力梁底模装置，具有较高的推广应用价值，目前已在开春、广连、博贺油品码头等项目推广使用，其效果显著。

（4）改进后的端部底模，配件简单、焊接方便、成本低。张拉后构件无端部裂缝，外观质量好，良品率相对传统底模显著提高。后期构件基本无裂缝，修补成本低。

预应力混凝土箱梁是桥梁的承重结构，不允许出现裂缝等施工缺陷。在箱梁梁端由于应力集中，易出现裂纹，因此更应严格施工控制。在预制过程前，施工人员制定出施工工艺规程，掌握关键工序的技术要点，严格按规范要求检测各项指标，一旦发现异常，需及时找出问题产生的原因，采取合理的处理措施加以解决，确保混凝土箱梁的预制质量。通过该工程改进底模装置的办法解决了梁端张拉开裂的问题，显示出预制箱梁防端部张拉裂缝装置在经济效益和技术效果方面具有独特的优越性，使其施工方便、快速、防裂效果好、有效降低了成本等，为类似项目箱梁施工工程提供参考。