预应力高性能混凝土预制盖梁制作与钢束张拉优化

2021-11-05石玉

建筑施工 2021年7期

关键词：盖梁吊点钢绞线

石玉

上海公路投资建设发展有限公司上海 201108

装配法施工的施工速度快、施工质量好、安全文明施工效果好，在工程建设中的应用越来越广泛。预应力盖梁是桥梁工程中的重要构件，承载上部结构荷载，其预制质量直接影响桥梁质量，钢束张拉工序对施工速度和交通运行也有重大影响[1-5]。

目前，预应力高性能混凝土盖梁预制工艺尚不成熟，通过研究，在上海某采用装配法施工的桥梁建设中，对盖梁预制过程中的工艺、工序、精度、模板等进行严格把控，确保了预制盖梁的成品质量，通过对钢束张拉次数进行优化，减小对社会交通的影响，缩短了工期。

1 结构概况

上海某桥梁项目采用3 0 m 跨简支小箱梁，桥宽17.5 m，独柱墩，预应力混凝土大挑臂平头盖梁，为了降低自重，采用高性能混凝土。盖梁在道路中心线高度为2.3 m，在端部高度为1.5 m，横桥向宽度为16.55 m，顺桥向宽度为2.2 m，总质量约180 t，其构造示意见图1。

图1 盖梁构造示意

立柱尺寸为2.6 m×2.0 m，盖梁与立柱固接，盖梁中预留波纹管，盖梁吊装架设后灌浆固结。

原设计盖梁的混凝土强度等级为C60，预应力配束情况如图2所示。

图2 盖梁配束示意

上下各配5束15φ15.2 mm的预应力钢绞线，分2批次张拉，在工厂完成盖梁浇筑后，张拉第1批N1和N2钢绞线束（各3根），完成梁体架设和横向湿接缝连接后，张拉第2批N1和N2钢绞线束（各2根）。

2 钢束张拉次数优化

由于施工所在地交通流量大，为减少施工对现场交通的影响，同时规避现场预应力张拉搭设吊篮存在的施工风险隐患，将钢束张拉由2次张拉调整为工厂内1次张拉，盖梁材料及吊点位置作相应调整。具体如下：

1）结合吊具，吊点距离由4 m调整为4.4 m。

2）盖梁底缘增加1排钢筋，提高底缘配筋率。

3）混凝土强度等级由C60调整为C70。

上述调整皆有利于提高盖梁在施工期间的抗拉能力。

3 盖梁预制

3.1 施工流程

原材料检验→钢筋下料→胎架安装→波纹管安装→钢筋绑扎→钢筋笼检查→钢筋笼入模→模板安装→模板稳定加固→混凝土泵送→拆模养护→存储吊运→盖梁运输→出厂安装

3.2 盖梁钢筋笼

1）盖梁钢筋下料。预制盖梁的钢筋加工包括φ32 mm主筋、φ20 mm构造钢筋、φ12 mm/φ16 mm箍筋。钢筋应具备出厂质量证明书，待外观验收合格后，按检验批进行试验，合格后方可使用。钢筋加工车间内储存的棒材钢筋安放于专门设计的钢筋堆放架中，有利于不同规格直径、不同规格长度的钢筋分开放置。调整后的钢筋堆放架减少了分隔间距，有效解决了底层钢筋长期堆放不使用的情况，减少了棒材钢筋的浪费。预制盖梁钢筋规格为φ12 mm至φ16 mm，主要为箍筋及分布筋，钢筋直径为小规格型号。厂内统一采用进口的高精度钢筋弯曲设备，同时为减少钢筋的损耗及弯配的速度，采用盘螺钢筋进行加工，钢筋不间断下料，几乎没有余料，可有效控制钢筋损耗成本，节省上料及切断时间。构件主筋采用直螺纹机械连接接头的形式连接，接头按照行业标准JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》，严格控制每个接头的质量，满足一级接头标准。盖梁其余钢筋皆是直条钢筋，根据需要的母材长度进行挑选、剪切及弯曲，和盘螺钢筋一样同样采用进口高精度弯曲设备进行加工，以保证钢筋尺寸符合要求，且精度控制在±2 mm以内。

2）盖梁胎架安装验收。预制盖梁钢筋笼的加工采用现今较为成熟的钢筋模块化精加工工艺，盖梁钢筋笼于专用胎架上制作加工成形，钢筋胎架须有足够的强度、刚度、稳定性以及适当的变化性，根据盖梁的尺寸大小随意地变换宽度、长度的间距，且钢筋笼制作的控制偏差小于2 mm。盖梁钢筋笼胎架由底座、支架、挂片及定位平台四部分组成。底座主要起到调平支撑的作用，支架用来固定，挂片根据梁形调整相对间距，同时起到固定钢筋间距的作用，材质皆由槽钢及H型钢组合而成。严格控制钻孔精度，孔的精度直接影响钢筋的精度，需保证相对误差小于1 mm。钢筋笼胎架拼装前，对各个部件进行验收复测，调整立杆间距和垂直度，实测挂板规格及钢筋孔位，严格把控每一道安装步骤。

3）盖梁钢筋笼绑扎。

① 首先进行波纹管模块的设计制作与安放，轴线位置及进出浆口的避让位置极其关键。

② 根据设计图纸安放顶部主筋，间距位置关系着保护层的大小。长梁制作时需提前安装机械套筒。

③ 安装顶部盖梁内箍筋。

④ 安装横向箍筋，严格控制间距及边线位置。

⑤ 根据细化预应力曲线图，安放波纹管定位钢筋，穿入波纹管，焊接波纹管固定钢筋。

⑥ 安装侧面分布钢筋。

⑦ 安装横竖向拉钩及垫块。

⑧ 预埋件埋设，如伸缩缝钢筋、接地、球钢支座钢板以及其他措施预留埋件。

每个盖梁都需按照步骤一一实施，每道工序都体现在工序卡中，由验收人员及班组长共同验收，满足设计及规范要求后进入下一道工序。

4）盖梁钢筋笼辅助安装措施。盖梁吊点为钢绞线吊点，吊点布置于盖梁顶部，吊点间距根据盖梁质量、长度及弯矩计算。采用6φ15.2 mm的钢绞线，伸出长度为220 mm，端面增加50 mm深倒角，实际埋深930 mm，预埋的最底部采用锚板及P锚挤压套的形式加强。吊点处的外露钢绞线由直径2 cm的白皮铁管包裹，对折弯曲半径约10 cm。钢绞线吊点安装控制要点：精确计算构件质量，加工合适股数的钢绞线，计算吊点的横向及竖向间距，横向位置根据盖梁负弯矩位置以及现场工况确认，锚固深度需在核心混凝土内且大于1 m，吊点外露处以下逐层加装钢丝网片，至少3层。

5）盖梁钢筋笼吊装。盖梁钢筋笼最大质量为20 t，吊装采用吊装扁担，扁担与盖梁钢筋笼用多道同样长度的铁链连接，保证钢筋笼均衡受力，控制不发生非弹性形变。

3.3 盖梁入模

1）模板安装验收。

① 底模：采用整体式组合钢底模，由两侧翼板底模及中间底模组成，底模采用方钢及槽钢组合而成，面板钢板厚度需大于8 mm，中间底模需设置定位螺栓，方便盖梁内波纹管模块及套筒组的定位（图3）。

图3 盖梁底模

② 侧模：采用钢木结合模板，由外侧钢板作为内侧木模的支撑。

③ 上、下拉杆：上拉杆采用整体式φ25 mm的精轧螺纹钢，两端设置限位装置；下拉杆拉住底模，同样采用φ25 mm的精轧螺纹钢（图4）。

图4 拉杆

④ 端模：采用预制盖梁两侧挡块作为端模，内侧预留主筋与盖梁钢筋笼焊接固定。

⑤ 支座垫石：支座垫石一般在预制厂随盖梁一并浇筑完成。

2）盖梁模板拼装。整个盖梁模板安装过程共分成5个步骤，都需要根据施工步骤按顺序施工，每道工序都要有验收人员在场检查并记录。

① 在已调平的底模上安放钢筋笼。

② 调整钢筋笼轴线位置，保护层及结构边线符合设计要求后安装侧模。

③ 安放锚垫板，适当加长波纹管外露长度，然后安装盖梁端模。

④ 检查各类埋件及混凝土浇筑顶部控制线后，浇筑高性能混凝土。

⑤ 拆除模板后进行养护。

3.4 混凝土浇筑及养护

预制盖梁混凝土等级为C70，高性能混凝土一次性浇筑完成。采用预制厂自建拌和站或者就近联合拌和站拌制，通过3辆12 m3的混凝土搅拌车进行运输和1辆管道长46 m的混凝土泵车进行浇筑。

混凝土浇筑拟采用橡胶导管浇筑的方式，有效控制跌落高度在1.0～1.5 m范围，不允许超过2 m的跌落高度。盖梁拆模后，采用喷淋养护装置进行养护作业，混凝土养护时间为7 d。

3.5 预应力张拉

盖梁混凝土龄期达到5～7 d，强度和弹性模量达到100%后，方可张拉钢束。

张拉设备需采用高精度的智能张拉机，在张拉前设置张拉孔数即可自行进行张拉，控制张拉力，最后导出张拉数据，不可人为修改数据。

标准盖梁在场内张拉钢束，根据设计要求，盖梁的钢束均采用两端张拉，个别门墩及匝道梁为一端张拉，张拉控制应力为1 302 MPa。张拉时采用张拉力和引伸量双控，以张拉力为主，以引伸量进行校核。钢丝（锚具、滑丝等）回缩值不大于5 mm。

如实测引伸量与设计引伸量的差值在±6%以内，说明张拉合格，否则，应查明原因并采取措施进行处理后方可继续张拉。张拉后在离锚头50 mm处用切割机切割，严禁电弧切割。

每一个截面的断滑丝率不得大于相关规范中的规定，否则应查明原因并采取解决措施后方可继续张拉。

3.6 盖梁存储

盖梁浇筑好以后，拆模存放于台座之上进行养护，养护完毕的混凝土强度达100%后，张拉首批预应力束，之后由280 t移梁机将其驳运至堆场区，下部垫钢底板，保证盖梁底部受力均匀。

3.7 施工过程中的质量控制

1）钢筋骨架：钢筋骨架需严格控制箍筋尺寸、主筋直螺纹接头质量、骨架钢筋焊接质量。箍筋尺寸需根据图纸详细翻样，弯配后仔细放样，准确控制理论值、实际值，使每根箍筋符合细化后的设计图中的关于尺寸范围的要求，尽可能缩小误差。主筋直螺纹的接头为主要受力钢筋，而此部分受机械及人为的影响因素较多，每道直螺纹工艺都需有专人负责，使每个接头都达到国家一级接头标准。骨架的焊接质量主要受钢筋的安装步骤及焊接工人的技术水平影响。骨架钢筋一般较大，焊接为侧面焊接，比平焊要难，因此需使钢筋的安装尽可能地在平地进行，待焊接成骨架后，再整体吊装至胎架内。大型盖梁的骨架相对比较难施工。

2）模板体系：侧模模板应具有足够的刚度、强度以保证其受力要求，为增加张拉端头的整体密实度及角度尺寸，保证外挡块的整体美观，盖梁端模采用整体混凝土预制挡块，之后焊接安装到盖梁钢筋笼侧面。

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关规定做好配合比验证工作，原材料符合高性能混凝土技术性能要求，扩展度600 mm±50 mm。配备足够的搅拌车及泵车，合理调度搅拌车运输送料时间和路线，避开高温及低温时段，需不间断供料，运至现场后须逐车进行混凝土坍落度的检测。严格控制每次下料的高度，有效控制跌落高度在1.0～1.5 m，不允许超过2 m的跌落高度。混凝土浇筑完成后，夏天进行覆盖洒水养护，需不间断供水保持混凝土表面湿润，冬天需进行覆盖保温，防止因混凝土表面温差过大产生裂纹。本盖梁工程混凝土评定为水泥混凝土的抗压强度，以标准养护28 d龄期的试件为准。试件为边长150 mm的立方体，试件以3件为1组，按JTG/T 3650—2020《公路桥涵施工技术规范》中的要求，制作混凝土试件不少于2组。因采用钢绞线一次张拉工艺，需增加2组试块，为5～7 d的同条件张拉试块，试块满足100%的设计强度和弹性模量后进行张拉。

4）智能张拉：盖梁预应力在厂内一次性张拉后全部采用智能张拉设备进行张拉，传统的多阶段张拉在高空及跨河区域施工较为困难，同样存在多种安全隐患，而预制盖梁的制作状态全部在预制台座上进行，没有外场作业的限制因素和风险，可避免外场传统设备带来的质量问题，也可避免高空操作的安全风险，节约了现场的吊装时间。