预制节段梁永久预应力工程施工技术研究

2022-05-25王晓磊

四川建材 2022年5期

王晓磊

(中铁三局集团广东建设工程有限公司，广东广州 510630)

0 前言

预制节段拼装施工法是一种比较新的施工工法，桥梁上部结构的预制装配成熟较早，但其他构件尚未实现预制装配[1-2]。虽然不少工程引用了此施工工法，但是每个项目设计形式都不相同，尤其是“先简支后连续”的施工技术更是少之又少，对预制和施工技术没有系统的研究，目前国内还没有成熟的预制节段拼装施工技术，各个项目都处于边施工边总结的阶段。今后预制拼装施工技术是桥梁施工的发展方向，其施工技术的研究也迫在眉睫。

广州市轨道交通14号线3-7标土建工程为城市高架桥,设计的梁型为预制节段拼装连续刚构。施工工艺为集中预制，然后逐节拼装架设。预应力施工难度大，作业全部是高空作业，风险大。本文针对该工程的永久预应力工程施工技术进行研究，为今后类似工程提供相关参考。

1 永久预应力工程施工技术

1.1 “先简支后连续”架设施工预应力工程施工特色

“先简支后连续”架设施工的预应力工程分高位简支预应力工程和狭小空间连续预应力工程，两种预应力工程的施工工艺和传统的预应力工程施工技术标准一样[3]，但是施工的工种和施工作业条件完全不同，其施工独特之处如下。

1)简支张拉为高位张拉，且是在架桥机吊装的条件下施工，张拉空间小，且需要设计与架桥机主梁连接的专门的张拉架，架设边跨的一端为凌空面，无施工作业场地，需要设计安全和便于作业的施工平台。

2)连续张拉作业是在箱内作业，张拉空间高度仅有1.4 m，空间狭小；广州地区终年气温高，箱内温度在40℃以上，无法长时间作业；张拉齿块距离梁顶仅有0.5 m，无法用常规张拉架安装和移动张拉千斤顶；张拉位置每组都不相同，张拉一组需要移动一节梁的长度距离，张拉设备重约500 kg，仅能靠人员移动，移动困难，施工效率低；整联预应力钢束束长156 m，21束钢束预应力孔道仅为100 mm,穿束施工难度非常大。

3)连续张拉封锚面是平面封锚，施工空间下，常规模板无法支立，现场施工封锚混凝土没有进口，施工前需要解决模板支立和混凝土无法灌注的难题。

4)简支张拉边跨封锚空间仅有10 cm，常规施工工艺无法施工。

5)张拉作业是高空作业，无施工平台，沿国道施工作业，施工风险高。

1.2 设备工装配套技术

由于“先简支后连续”预应力工程不同于常规预应力工程[4]，需要针对其施工特点准备和设计很多工装，先进适合的配套设备工装是施工施工质量和安全保证的前提，预应力工程中采用智能数控设备和适用于现场工程环境的工装保证施工质量，

1.3 预应力张拉施工技术

1)因地制宜的钢绞线的制作和穿束技术。

“先简支后连续”架设施工钢绞线制作和穿束的施工条件复杂，为了施工的安全、质量和高效，选用的场地和施工工艺要根据施工工况选取，因地制宜，是施工的关键要素。

简支张拉钢绞线制作穿束：场地选取已经架设完成的前一孔梁面，原材用吊车吊装到桥面，用自动穿束机进行制作和穿束。

相邻跨连续张拉钢绞线制作穿束：场地选取有施工预留孔的桥面，采用集中下料编束，然后配套套头和卷扬机的穿束工艺。

整联连续张拉钢绞线制作穿束：场地选取联跨的有底板预留孔的平整场地，采用集中下料编束，然后配套套头和卷扬机的穿束工艺。

2)“先简支后连续”张拉施工工艺关键技术。

(1)高位简支张拉架和操作平台设计加工技术。“先简支后连续”张拉作业是在架桥机吊装工况下作业，吊装孔被吊具占用，梁两端是架桥机支腿，支腿和梁的间距仅有70～90 cm，空间狭小，导致在梁体上下均无张拉架上下安装受力点，边跨的边墩侧是凌空面，没有施工作业平台，高空作业风险大，施工难度大。常规的张拉架和平台无法适用于此类工程，需要针对工况独立设计和加工，属于独特的施工工装，没有经验借鉴，属于全新研究领域。

张拉架需要满足前后左右上下的移动功能，且要有牢固的受力点，还有满足随着架设施工移动的功能，根据施工需要，张拉架设计关键技术为：①以架桥机主梁为悬挂受力点，满足受力要求和随架梁移动的要求，且不受架桥机支腿空间限制；②以架桥机主梁为轨道，张拉架设施滚轮实现前后移动，张拉架横向为一整体槽钢，梁槽钢对焊接，中间预留空隙，以槽钢为轨道，设置滚轮移动，实现左右移动，张拉架悬挂电动葫芦，实现张拉设备上下移动。

(2)作业平台要满足人工拆装，移动方便，安全可靠的功能，其设计要点为：①以架桥机主梁为悬挂受力点，满足受力要求,且不受架桥机支腿空间限制；②施工平台为组装结构，平台板、护栏、悬挂受力吊杆均可拆卸，满足拆装方便，且不需要设备就能安装的需要[4]。

(3)相邻跨和整联连续张拉架和千斤顶大距离移动工装设计加工技术。相邻跨和整联连续张拉作业是在箱内施工，梁体箱内设计高度仅有1.4 m，张拉齿块距离梁顶仅有0.5 m张拉位置每组都不相同，张拉一组需要移动一节梁的长度距离，底板齿块导致底板无法用小车移动张拉设备，张拉设备重约500 kg，常规作业无法移动，仅靠人工很困难，效率低下，且危险很大；现场施工空间和位置局限性很大，张拉架没有受力点，且无空间安装，导致无法用常规张拉架安装和移动张拉千斤顶；此类工况没有可借鉴施工经验，作业前必须借鉴张拉架施工难题，故针对此全新施工工况进行研究，设计出了专用的连续张拉架和高空滑移横向移动工装。

(4)张拉架操作关键技术要点。①和设计院沟通，在张拉齿块位置预留直径40 mm的预留孔，保证千斤顶吊绳可延伸到桥面，其预留位置距离齿块距离为钢绞线施工长度一半，且与张拉孔位于统一轴线；②用钢管和扣件组装三角支撑架，钢管直径40 mm,高度1.2 m,支撑架轻便可拆装，实现人工可方便移动；③配置1 t倒链和钢丝绳，倒链悬挂在三角支架上，钢丝绳通过预留孔吊装张拉千斤顶。

(5)横向移动工装关键技术要点。①利用既有张拉架、设计预留孔、倒链、钢丝绳；②用两个3 m长8#槽钢两端焊接，槽钢间缝隙为15 mm,设置吊环，与张拉架设设备连接，以槽钢为轨道安装滑轮，滑轮下安装两端带吊钩的钢丝绳，悬挂千斤顶，通过张拉架升降控制千斤顶上下高度，通过槽钢轨道滑轮实现纵向移动，操作方便高效，施工安全[5]。自制张拉架见图1。

图1 自制张拉架

(6)相邻跨和整联连续张拉作业施工环境改善技术。连续张拉作业是在箱内作业，张拉空间高度仅有1.4 m，空间狭小；广州地区终年气温高，箱内温度在40℃以上，无法长时间作业，施工环境恶劣，无法连续施工，导致施工效率低下，人员身体健康无法保证；由于先简支后连续结构没有打的施工预留孔，既有预留孔最大直径仅为40 cm，导致常规的大功率通风降温设备不能使用。为了保证能实现正常时间连续作业，提高施工功效，必须攻克施工环境不适合施工的难题。通过现场研究，自主设计研发了箱内降温技术。

(7)箱内降温技术要点。①通过热工计算，和空调厂家联系，在既有空调的基础上进行改造，制作了适用于本工程的空调设备，空调设备出风口设计为圆形，且预留安装大通风管的要求，其功率满足保持箱内稳定20℃的要求，每个作业面配置1台；②购置专用设计的通风管，通风管与空调出风口连接，将冷风通过前面施工预留孔进入箱内；③设计空调移动小车，实现降温空调可便携移动的要求。

3)预应力工程其他施工技术。“先简支后连续”预应力工程的施工技术要求、引用规范、张拉设备选用、设备标定周期、工具锚、工具夹片、限位板、张拉力确定、伸长值计算、张拉作业流程、安全和质量注意事项和常规预应力工程一样[6]，本文不再赘述。

2 压浆与封端施工技术

1)“先简支后连续”压浆的施工特点。“先简支后连续”压浆施工作业是高位压浆，为了方便施工，原材料和压浆设备在桥下作业，且压浆作业时一端的作业空间仅有20 cm，简支预应力束、相邻孔跨连续预应力束和整联预应力束的压浆时间间隔很长，孔道在每个阶段拼缝处的施工质量会严重影响到压浆施工质量，拼缝多，质量难以控制，这一系列的施工特点导致“先简支后连续”压浆作业与常规简支梁压浆施工工艺有其独特之处。

2)“先简支后连续”压浆施工关键技术点。根据“先简支后连续”压浆的施工特点，本工程压浆作业与常规作业不同的技术如下。

(1)不得采用常规简支压浆设备，要采用改装的大功率压浆设备，提前和设备厂家联系沟通。压浆设备的功率和压浆管的选用要考虑桥梁与设备高差和156 m长孔道的压力损失，根据最高墩计算高和长孔道差导致的负压力影响，保证设备功率和压浆管质量必须满足最高墩的施工需要，如果按常规作业选用设备，功率不足则会导致压力不足，严重影响施工质量，按常规作业选用压浆管，会因管道压力过大导致爆管引发危险。

(2)由于梁端空间仅有30 cm，压浆施工作业面狭小，常规长度的压浆管无法施工，必须针对现场实际设计加工，加工的长度要小于20 cm，否则压浆管无法安装对接。

(3)出浆口处的三通出浆软管必须比常规长，保证能引入箱内接浆桶内。

(4)孔道存在多个接缝，在压浆施工前必须检查孔道拼缝质量，如果孔道拼缝处有缝隙，必须在作业前进行处理，否则压浆作业质量会无法保证，为了保证孔道质量，采用拼缝管道密封圈技术，并且严格控制胶拼技术，详细技术要求见节段胶片施工技术。

3)“先简支后连续”压浆施工其他技术要求。根据“先简支后连续”压浆的施工浆体理论配合比配制、浆体拌制、压浆应用规范、施工技术参数、压浆工艺、试件留置、孔道密实度检测、质量和安全要求均和普通压浆工艺相同，本文不再赘述，如有需要，查阅相关设计和规范即可。

4)“先简支后连续”封锚施工特点。“先简支后连续”架设施工工艺的封锚设计与常规封锚设计完全不同，连续张拉孔道锚垫板处混凝土没有封锚槽口，是一个光滑的平面，此平面设计为空间角度，设计封锚混凝土与张拉齿块面平行加厚，此设计导致施工存在两大难题：一是模板设计和加工困难；二是全断面封锚要用全断面模板，模板支立后密切顶板，混凝土无法进行浇筑。简支张拉孔道的封锚与普通简支梁封锚也不相同，受施工工序影响，其封锚是在梁体架设完成后施工，此时的施工空间只有10 cm的梁缝，此工况的施工存在两大难题：一是无操作空间，人无法进入进行支立模板和绑扎封锚钢筋；二是由于空间狭小，混凝土只能从桥面浇筑，支立模板后导致混凝土无法浇筑施工。这类施工工况没有现有经验借鉴，属于全新施工课题。为了解决这两类封锚施工难题，联系现场实际进行科研公关，最终设计了针对此类工程的专用模板和施工封锚工艺。

5)“先简支后连续”封锚施工关键技术。顶板连续张拉齿块封锚施工技术如下。

(1)专用模板设计加工。设计与设计平面空间角度相同的模具，模板为三片拼装结构，且设计锚固用耳板，材料为3 mm厚钢板，模板轻便，便于拆装。

(2)模板固定措施。先将模板安装到位，用人工临时固定，然后在模板锚固耳板处后植入膨胀螺栓，用膨胀螺栓进行固定，解决无固定点施工难题。

(3)封锚混凝土浇筑技术。封锚混凝土不得使用干硬性封锚混凝土，要使用流动性封锚混凝土，坍落度在220±20 mm。在预制施工时齿块封锚正上方顶板预留施工孔，施工孔直径为10 cm，保证混凝土能浇筑和振捣，在封锚完成后一同将施工孔封堵，解决混凝土无法浇筑难题。

6)边跨锚槽封锚施工技术。

(1)可伸缩专用模板设计加工技术。根据现场施工情况，设计可伸缩对称两面模板，模板为钢模板，钢板厚度3 mm,四边用3 cm角钢加筋，模板四角用对拉可伸缩螺杆固定，伸缩螺杆直径3 cm，螺杆为两端与模板固定，中间为活动调节部分，调节部分按照60°安装旋转杆件，形状为“米”字，用专用加力杆可实现远距离松紧。模板顶部设计耳板，可与梁顶设计横梁固定，模板轻便，可人工搬运和拆装。

(2)模板安装技术。封锚施工工况是相邻两孔梁架设完成，将设计横梁支撑在两孔梁梁面，将收缩的模板悬挂到位，然后用加力杆将模板下部伸缩螺杆伸长，同时直接将顶部伸缩螺杆伸长，待将模板与梁体密切顶紧为止，模板支立完成。在桥面先将模板安装到位，用人工临时固定，然后在模板锚固耳板处后植入膨胀螺栓，用膨胀螺栓进行固定，解决无固定点施工难题。

(3)封锚混钢筋绑扎技术。封锚钢筋必须在梁体出厂架设前进行绑扎完成，绑扎时间最好为出厂的前一天，不得过早，否则钢筋会出现锈蚀问题，也不得架设后绑扎，架设后就无法进行绑扎。

(4)封锚混凝土浇筑技术。封锚混凝土不得使用干硬性封锚混凝土，要使用流动性封锚混凝土，坍落度在220±20 mm。在预制施工时锚槽正上方顶板预留施工孔，施工孔直径为10 cm，保证混凝土能浇筑和振捣，在封锚完成后一同将施工孔封堵，解决混凝土无法浇筑的难题。