预制箱梁施工问题及措施探析

摘要：随着我国交通需求量的增加和道路桥梁施工技术的快速发展，近几年许多大型连续桥梁都采用了预制箱梁技术，预制箱梁以其结构轻盈、建筑高度小、配筋少、施工速度快等优点，在国内高等级公路中普遍使用，但这种结构型式在施工中易出现一些质量通病。本文结合本人在预制箱梁施工中的实践，介绍分析了几点质量通病，并提出一些解决措施，以供同行参考。

关键字：预制箱梁；预应力；起拱；压浆

Abstract: With the rapid increase in traffic demand in China and the roads and bridges construction technology development in recent years, many large-scale continuous bridge with a precast box girder, precast box girder with its lightweight structure, building height, reinforcement, construction speed, etc., in the widespread use of high-grade highways, but this structure type is prone to some quality defects of construction. In this paper, I practice in the precast box girder, introduced several quality defects of analysis, and propose some solutions for peer reference.Keyword: precast box girder; prestressed; bagging; grouting

中图分类号：U448.21+3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

前言：预制箱梁是近年来在国内发展起来的公路桥梁中的一种新技术，具有结构受力合理、建筑高度小、跨度大、整体性好、重量轻、施工周期短、可工厂化预制生产、桥形美观等特点，已经广泛的应用于在高速公路和城市道路建设之中。

一、工程概况

本案例位于山东省青临高速第三合同段，施工部位为K12+986弥河大桥右幅21跨2#梁。本合同段共有30m后张法预应力混凝土组合箱梁216片，其中边梁72片，中梁144片，斜角均为25°,边跨梁长为29.581m，中跨梁长29.338m。箱梁结构钢筋采用符合GB1499.2-2007《钢筋混凝土用钢-热轧带肋钢筋》规定的HRB335钢筋和符合GB1499.1-2008《钢筋混凝土用钢-光圆钢筋》规定的HRP235钢筋；预应力钢筋采用抗拉强度标准值fpk=1860Mpa、公称直径d=15.2mm的低松弛、高强度钢绞线，其性能指标符合GB/T5224-2003《预应力混凝土用钢绞线》的规定；钢板采用符合GB700-2006《碳素结构钢》的规定；箱梁正弯矩采用M15-4、M15-5圆形锚具及其配件，负弯矩采用BM15-3、BM15-4扁形锚具及其配件，预应力管道均采用塑料波纹管；箱梁预制主梁、跨中横隔板、封锚均采用为C50混凝土。

二、预制箱梁施工中的问题与措施

（一）箱梁外观

箱梁施工中往往容易出现蜂窝、麻面、露筋、孔洞、内部不实等质量问题。

1.产生原因

1.1在混凝土振捣过程中不密实、漏振、未将混凝土内气泡充分引出而导致蜂窝。

1.2模板表面未清理干净或未满涂隔离剂而导致拆模后出现混凝土表面不平整现象。

1.3钢筋绑扎不牢或保护层垫块安置不规范，在混凝土浇筑过程中导致钢筋移位，致使保护层厚度不够，也易导致蜂窝和钢筋暴露在外现象。

1.4 混凝土入模时自由倾落高度过大，产生离析，结构接节点处石子粒径过大，振捣不仔细等容易出现内部不实。

2.解决措施

2.1对于数量不多的小蜂窝、麻面、露筋的混凝土表面，可用1：2水泥砂浆抹面修正。在抹面前在缺陷面处清洗、湿润、抹浆初凝后加强养护。

2.2对结构构件承载能力无影响的细小裂缝，可将裂缝处加以冲洗，用水泥砂浆抹补。当裂缝较大、较深时，应将裂缝附近混凝土凿成V型凹槽，扫净并湿润，先刷一道水泥砂浆，然后用1：2水泥砂浆分2~3层涂抹,总厚度在10~20mm，压实抹光，并加强养护。

2.3当蜂窝比较严重或露筋比较深时,应凿掉附近不密实混凝土和骨料，用清水洗刷干净并充分湿润后，再用比原混凝土强度高一级的混凝土填补并仔细捣实。

2.4对于孔洞，可将孔洞处疏松混凝土和骨料凿掉，孔洞顶凿成斜面，用水刷洗干净，保持湿润72h后，用比原混凝土强度等级高一级的细石混凝土分层捣实，然后加强养护。

（二）箱梁起拱

1.起拱产生的机理

预应力混凝土箱梁起拱由两部分组成，一是预应力产生的弹性上拱fe，二是混凝土徐变产生的上拱。预应力弹性上拱是梁体在张拉时瞬时产生的上拱度f同梁体脱离台座后梁自重作用产生的梁自重挠度δ叠加。根据线弹性理论：

fe=f+（-δ），其中：f=ML2/8EI，δ=5qL4/384EI

注：L —梁跨度

M—张拉产生的预加负弯距

E—梁体混凝土弹性模量

I—梁截面惯性矩

q—梁单位长度自重

计算表明，对于一种类型的箱梁，梁长和梁截面惯性矩是一定值，自重挠度δ要比f小得多，故弹性上拱fe主要受预加负弯矩M和混凝土弹性模量E控制。

2.起拱产生的原因

2.1梁体混凝土强度未达到设计要求的强度时就进行张拉。

2.2张拉应力控制不准，实际张拉力超过设计值，或超张拉值偏大，使得张拉产生负弯矩M偏大。

2.3梁体混凝土强度不够，使得混凝土弹性模E偏小。

2.4混凝土的徐变影响。

2.5从箱梁预制到浇完横向湿接逢时间太长。

3.解决措施

3.1严格控制预应力钢绞线张拉时梁体混凝土的强度。

3.2张拉应力实行“双控”，即张拉力和钢绞线的延伸量同时控制。

3.3减少混凝土徐变变形。

3.3.1在混凝土配合比设计方面，预制混凝土理论配合比为：水泥：砂：碎石：水：减水剂=497：738：1061：154：6.46（kg/m3），水灰比为0.31，砂率为0.41。本工程在施工过程中根据实际粗、细集料的含水率进行了修正，得出适用于本工程的施工配合比。

3.3.2在原料选用方面，本工程中混凝土原材料中水泥采用高品质的42.5等级的硅酸盐水泥（散装），粗集料为连续级配碎石、细集料为天然中粗砂，石料必须水洗、砂料必须过筛，碎石采用锤击式破碎生产，最大粒径不得超过20mm，拌和用水采用地下饮用井水，外加剂采用山东建筑科学研究院生产的NF-AⅢ高效减水剂。

3.3.3在施工工艺方面，本工程混凝土浇筑采用“斜向分段、水平分层、连续浇筑、一次形成”的方法，按照先底板、再腹板、最后顶板、从底向上、左右对称、逐段逐层、从一端向另一端呈梯状的顺序施工。具体施工工艺不再详细介绍。

3.3.4加强梁体混凝土养护，为了准确测定梁体混凝土强度，必须按规范要求制作足够的试件，一部分与梁体同条件养生，为预应力张拉提拱依据；另一部分进行标准养护，作为梁体质量评定的强度依据。

箱梁起拱偏大的原因不是单一的，在施工过程中应当具体分析原因，采取相应的措施，确保每一片梁质量都达到规范要求。

（三）预应力钢束张拉偏差

预应力钢束张拉时往往存在钢束张拉实测伸长值超过计算理论伸长值±6%的问题。如平弯、竖弯的长钢束其伸长值比设计值偏小；短钢束的伸长值偏大。

1.预应力张拉程序及张拉量

1.1张拉程序

张拉时应从两端同时、左右对称进行张拉，具体张拉程序为：0初应力100%σcon（持荷2min锚固）卸荷至零。

1.2张拉量

张拉控制应力σcon按设计要求：

有粘结σcon=0.75×fptk；

张拉控制力N=σcon×AP；

张拉理论伸长量LL=PPL/APEP；

注：fptk——预应力筋的抗拉强度标准值（MPa）

N——张拉端的最大张拉控制力(N)

LL——预应力筋的张拉伸长值(mm)

PP——预应力筋的平均张拉力（N）

AP——预应力筋的截面面积（mm2）

EP——预应力筋的弹性模量（N/mm2）

L ——预应力束张拉时的有效长度(mm)

2.张拉偏差原因

2.1张拉时，没有配套使用校验的千斤顶和油表。

2.2波纹管局部出现弯曲、弯折，线形不顺直，张拉时由于钢绞线应力损失过大，而使伸长值不足。

2.3计算理论伸长量时，预应力钢铰线弹模取值不准。由于弹模离散较大，不太稳定，可能导致实测伸长量与理论伸长量误差较大，超出规范要求。

2.4实际张拉伸长量量测值含工作夹片至工具夹片间钢绞线伸长值。

3.解决措施

3.1千斤顶在规范要求的张拉次数和时间内，以及在进行维修后必须校验，每次校验后要重新计算油表读数。

3.2波纹管定位必须准确，若钢筋位臵与波纹管位臵冲突，首先保证波纹管坐标准确、线形顺直，对钢筋位臵适当调整。

3.3扩大钢铰线检测频率，每批钢铰线都要取样做弹模试验，及时调整钢铰线理论伸长量。

3.4正确测量预应力筋的引伸量，考虑工作夹片至工具夹片间钢绞线伸长值的修正值。

图1张拉示意图

（四）孔道压浆

普通压力压浆工艺往往存在浆体不致密、收缩大、管道不饱满等问题，这主要是由于水泥浆质量不稳定、封锚不密实而导致漏浆；波纹管堵管，导致张拉伸长量有误，压浆压不过。真空压浆是解决上述问题的最新施工工艺。

1.真空辅助压浆原理

压浆前，先用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道中的真空度达到负压0.1MPa左右，然后在孔道另一端用压浆泵以一定的压力将搅拌好的水泥浆体压入预应力孔道。真空辅助压浆的关键是要保证管道及锚固体系的密封性，能保证管道内形成一定压力的负压。

图2压浆作业流程示意图

2.压浆材料与设备

本工程压浆材料与设备均符合真空压浆要求，原材料采用山东淄博山铝水泥有限公司P.O42.5水泥，山东建筑科学研究院NC-L1孔道压浆剂，地下饮用水。水泥浆理论配合比为水泥：压浆剂：水=1342：188：470（kg/m3）。浆体的技术性能要求见下表。

压浆设备：JB180灰浆搅拌机、HB-3压浆机及真空机各1台及配套设施。

表1 预应力孔道压浆浆体的技术性能

试验项目 允许范围

流动度(s) 30～50

水灰比（W/C） 0.3～0.4

泌水性 小于水泥浆初体积的2%，四次连续测试结果的平均值小于1%，拌和后24h水泥浆的泌水应能重新全部被浆体吸回。

膨胀率（%） ＜2

强度（MPa） 7d强度＞40MPa，28d强度≥50MPa

初凝时间（h） ≥6

腐蚀性 浆体对钢绞线无腐蚀

抽真空度（MPa） -0.06～-0.1

3.真空压浆技术要点

3.1整个连接管路如果不能承受1MPa的正压力和0.1MPa的负压力，说明管路气密性不好，必须及时检查更正，合格后方能进入下一道工序。

3.2浆体搅拌时，水、水泥和外加剂的用量必须按配合比严格控制。

3.3灌浆剂自拌制至压入孔道的延续时间，视气温情况而定，一般不超过60～90分钟（浆体流动度不大于30秒）。浆体在使用前和压注过程中应连续搅拌。对于因延迟使用所致的流动度降低的浆体，不得通过加水来增加其流动度，应予以废弃。

3.4压浆过程中及压浆后48h内，结构混凝土的温度不得低于5℃，否则应采取保温措施。当气温高于35℃，压浆宜在夜间进行。

3.5压浆完毕，应用自来水将搅拌机、压浆泵以及压浆管道清洗干净，以防止浆体硬化堵塞压浆管或压浆孔

结论：预制箱梁施工需要严格的质量控制，针对箱梁外观缺陷、起拱、张拉长度易偏差、漏浆等质量通病，在材料方面，要严格合理的选择施工原料；在施工工艺方面，严格按施工规范施工。这样才能将预制箱梁的质量问题降到最低，消除质量隐患，使得预制箱梁这种结构型式得到更广泛的应用。

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