25m预应力混凝土箱梁施工关键技术浅析

摘要：本文首先进行方案比选，确定25m跨径的桥梁适合采用预应力混凝土箱梁，结构形式为简支转连续；阐述了25m预应力混凝土箱梁桥的施工工艺，并对其关键技术做了详细分析。

关键词：预应力箱梁；简支转连续梁桥；关键技术；

中图分类号：U448.21 文献标识码： A

引言

人们在长期的工程实践及研究中为了克服混凝土抗拉强度低这一缺点，创造出了预应力混凝土结构。预应力结构可以充分利用材料特性（如混凝土的抗压性能和钢束的抗拉性能），提高构件刚度，增强结构耐久性。我国的预应力应用技术在公路桥梁领域发展已有30多年的历史，技术相对成熟，本文将对25m预应力混凝土箱梁的施工技术加以归纳与总结，对施工中的几点关键技术进行研究与探讨。

1.方案比选

1.1 预应力张拉方法

预应力根据张拉方式的不同分为后张法和先张法。

先张法是先张拉钢束，后浇筑构件混凝土的方法。预应力钢筋借助与混凝土的粘结力，以获得较好的自锚性能。先张法预应力工艺具有施工工序简单，节省材料，临时锚具可以重复使用，可以批量生产，维修养护工作量少，耐久性好，质量稳固等优点。缺点是适用范围有限，预应力钢束多为直线形，且需配备庞大的张拉台座。因此，先张法在我国一般仅用于生产直线配筋的中小型构件，折线配筋的先张法预制箱梁国内应用较少。

后张法是先浇筑混凝土构件，待混凝土达到强度后，再张拉预应力钢筋并锚固的方法。后张法预应力不需固定的台座设备，不受地点限制，适用施工现场生产大型预应力混凝土构件。其缺点是工序较多，工艺复杂，锚具不能重复使用，施工过程中预应力预留孔道易出现堵孔，孔道压浆密实度差等缺点，这些缺点会直接影响结构的耐久性。然而，后张法虽然缺点多多，但却可以在大跨结构中配合弯矩与剪力沿梁长度的分布而采用曲线配筋这一大优点而被广泛应用。

根据经济、美观、跨越情况，结合实际工程，也可选定预制与现浇交替使用的结构模式。

1.2 结构形式

先简支后连续梁桥同时具有连续梁桥和简支梁桥的特点，集二者优点于一身。简支梁桥属于静定结构，其构造简单，受力明确，施工方便，结构尺寸方便设计成标准化和系列化。有利于工厂化生产和机械化施工，适合大规模预制拼装。

然而，简支粱桥除优点外，也存在许多缺点：从运营条件讲，在简支梁桥的衔接处，挠曲线发生折点，不利于行车，一般处理办法是在简支梁的梁衔接处设置伸缩缝或桥面连续；对伸缩缝而言，其造价高，且易破坏，无法避免或改善行车的不舒适性；而桥面连续也较易破坏。从结构受力讲，简支梁的跨中正弯矩较大，导致梁需采用较大截面尺寸，同时结构自重增加，材料耗费量大。简支梁桥的缺点显著。

就连续梁桥特点而言：其适用较大跨径桥梁，构件长而重，不利于工厂预制机械吊装施工，而往往采用满堂支架现浇施工，工期较长。但是，连续粱桥桥面连续无断点，行车舒适，且由于支点处负弯矩的存在，使跨中的正弯矩值明显减小，从而减少结构材料用量及结构自重。

先简支后连续梁桥集简支梁和连续梁的优点于一身，克服了简支梁连续性差的弱点．同时也克服了现浇连续梁对支架和地基的要求，节省大量临时支架，优化受力结构，降低了高跨比，是一种先进的桥梁设计。先简支后连续预应力箱梁在高速公路桥梁中已逐步被推广应用。其施工特点主要有两个方面，一方面是简支变连续体系转换前湿接缝的施工；另方面一方面是简支变连续体系转换的施工。

1.3截面选择

在实际工程中，国内对25m跨径的桥梁结构，既可以采用空心板梁结构，也可以采用小箱梁结构。空心扳梁的使用效果虽较好，但其经济指标普遍偏低。

根据国内外发展趋势及经济比较，小箱梁则在平米混凝土含量、平米钢绞线含量上均有较大程度的降低，效率指标提高了将近20%，见表1。

表1预制钢筋混凝土梁经济指标比较表

经济指标 小箱梁 空心板梁

混凝土（m3/m2） 0.13 0.67

钢绞线（kg/m2） 13.1 26.4

普通钢筋（kg/m2） 82.8 76.8

吊装质量（t） 78.9 50

效率指标 0.55 0.456

2.工程概况

某高速公路上一座特大桥全长450km，桥梁上部设计为25m先简支后连续后张预应力箱梁。全桥共划分为4联，最长5跨一联，最短3跨一联．共有预制梁144片。25m箱梁梁高140cm，梁底宽100cm，中板梁顶宽240cm，边板梁顶宽285cm，底板厚18cm，腹板厚18cm，底板厚18cm。

图1 中板梁标准断面构造图

图1 边板梁标准断面构造图

3.施工工艺

制作底模——底板及腹板钢筋绑扎一一正弯矩波纹管定位一一立侧模端模——支立内模一一绑扎顶板钢筋一一负弯矩波纹管定位一一混凝土浇筑一一拆模养生——穿正弯矩钢绞线一一张拉正弯矩钢绞线——压浆一封锚——架梁——体系转换——浇筑湿接缝——施工桥面铺装、栏杆。

4.关键技术

4.1模板制作

首先搭设工作平台。压实地面，采用30cm厚砂浆片石做基础，上铺20cmC25混凝土打造工作平台。底模采用6mm厚钢板，宽0.9m，长26m，两侧各埋设一条5cm槽钢，钢板焊在槽钢上，注意钢板焊缝要用砂轮打平，这种底模平整度好，坚固，侧面顺直，侧模与底模之间不漏浆，并在每片梁端头2m范围内加钢筋网，防止张拉过程中，因应力集中导致底模断裂。为控制混凝土桥面铺装层厚度，每个底模顶部均设置13mm反拱度并按二次抛物线布置。

模板制作安装及拆卸。模板分侧模、芯模、封头模板，均为定型钢模板。每次模板安装前，用砂轮磨光机和棉布，将表面铁锈油渍清理干净，露出金属光泽。然后涂一层色拉油做脱模剂。芯模每块1m．在外拼接后，用龙门吊吊运入模，侧模支立分五次进行，每块5m，用龙门吊或吊车吊运每块侧模靠在一起拼装，连成整体。拆模时间不得小于48小时。外模拆除，由龙门吊配合，内膜拆除由人工拆除。

4.2混凝土

混凝土配合比需严格控制，首先通过试验确定合理配合比；其次，在混凝土拌合过程中，精确控制混凝土原料使用配料用量，配料称重系统经计量部门检定合格，减水剂先用电子称称量，确保配合比准确；第三，控制混凝土的拌和时间不少于90S．并随时检查混凝土坍落度。

混凝土浇筑应斜向分段、水平分层、连续浇筑一次形成的施工方法。底板混凝土浇筑：底板混凝土从端头和顶板预留工作孔下料，用插入式振动棒振捣均匀，做到不漏振、不过振。底板浇筑4—5m，立即浇筑腹板混凝土。腹板混凝土浇筑：腹板浇筑采用对称分层下料方式．由龙门吊从梁一端向另一端水平分层浇筑，每层厚度不大于30cm，斜向坡度不大于1：3，先用插杆，插捣，再用插入振捣棒振捣，每处振捣时间20S为宜．当混凝土不再沉落、不出气泡、表面泛浆，再浇上层混凝土。当腹板混凝土分层坡脚到达底板4—5m后，再向前浇底板4—5m以此类推进行浇筑。当混凝土浇筑接近另一端时改从另一端向相反方向顺序下料在距梁端2—3m处浇筑合龙。顶板混凝土浇筑：浇筑完腹板后，紧跟浇筑顶板混凝土，浇顶板时，注意控制顶板厚度、平整度及坡度，且顶板混凝土浇筑后要拉毛。

4.3预应力钢束

箱梁预应力束均采用Φs15.2高强度低松弛（Ⅱ级松弛）七股型钢绞线，其应符合图纸要求及《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T 5224-2003）中270级的规定。

钢绞线主要技术要求应符合如下规定：

钢铰线公称直径：15.2mm

截面面积：140 mm2

抗拉强度标准值：fpk =1860 Mpa

弹性模量：E=1.95×105MPa

钢筋松弛率：≤0.03

波纹管布设。将短钢筋焊接成井字形，用其作为波纹管的定位钢筋。严格控制定位钢筋的坐标，将短定位筋与箱梁纵向钢筋焊接．可防止波纹管上下浮动。钢束直线段定位钢筋间距为0.5m，曲线段应增设加强钢筋。

钢绞线经试验检测合格后，方可下料。下料长度除梁体内钢束长度外，还应包括伸入千斤顶的工作长度及夹片的预留长度。在施工中应采取措施保证锚垫板预埋精度，包括位置、断面角度准确，防止锚垫板面与钢束中心线不垂直，张拉时因偏心力而产生弯矩，影响结构安全。

混凝土达到设计强度90%，且龄期不小于7天，方可张拉预应力。25m预制预应力箱梁正负弯矩区的钢束均采用两端张拉，张拉应两端同时进行。张拉控制应力为0.72fpk=1399.2Mpa。张拉时应采用张拉力与伸长值双项控制。张拉千斤顶的量程不应小于张拉控制力的1.2倍，且张拉时分步加载。

预应力钢束穿束张拉压浆应在24h内完成，且搅拌水泥浆后，应在30—45min范围内压入孔道，水泥浆在使用过程中要连续搅拌。水泥浆标号不得低于梁体标号。压浆顺序从下到上，过程需缓慢、均匀、连续进行。压浆最大压力控制在0.5-0.7MPa，孔道内浆体饱满，另一端出浓浆后关闭出浆口，待压力稳定、不小于0.5MPa，至出浆口端泌清水为止，压浆结束。压浆后水泥浆强度达到40MPa时，箱梁方可吊装。

压浆后先将锚具周围冲洗干净，凿毛梁体混凝土，架设钢筋网，浇封锚混凝土，封锚混凝土强度不得低于梁体混凝土强度8O％，长期外露的锚具要采取防锈措施。

4.4 普通钢筋

钢筋表面应洁净，使用前将表面油渍、漆皮、鱼鳞锈等清除干净，钢筋应平直、无局部弯折，成盘和弯曲钢筋要采用冷拉法调直。箍筋末端应设置弯钩，弯钩长度应符合规范要求。钢筋的焊接和绑扎接头须设在内力较小处，且错开布置。钢筋单面焊焊缝≥10d，双面焊缝长度≥5d，焊缝宽度≥0.7d，且不小于10mm。焊接厚度≥0.25d，且不小于4mm。钢筋骨架必有足够刚度和稳定性，以便在运送、吊装和混凝土浇筑时不松动和不变形。边梁钢筋骨架绑扎时，按设计要求预埋防撞护栏的连接筋。混凝土保护层厚度为满足设计要求，可以在钢筋骨架与模板间放置水泥砂浆垫块，砂浆垫块数量为4块/米。

4.5构件养护

混凝土浇筑完毕后，立即用塑料薄膜覆盖。内外模拆除后，先贴上塑料薄膜，再洒水养护。设专人负责，箱梁需湿养7天。当气温低于5℃时，为冬季施工，需采取保温措施，且要加长养护天数。

4.6桥梁架设

预制箱梁梁场一般设在桥台后、桥区红线内，或者设在桥梁侧面，台座均沿纵桥向布置，根据施工环境及施工条件的不同，预制小箱梁的架设方法也不同。常用的方法有跨墩龙门吊架设法，双导梁架桥机架设法，简易单导梁架设法，人字扒杆架设法等几种预制梁架设方法。本文主要介绍应用范围广，适用能力强的双导梁架桥机架设法。

该法基本使用所有桥梁架设环境。架桥机由专业的设计厂家生产。架桥机由两条平行的主导梁、两道横移轨道梁及两个纵移导轮系统组成；横移轨道设置在主导梁下方，前后各一道；主导梁上面有两个纵移天车，天车用来提取转移预制梁；并配套若干辆运梁台车。

架桥机架设法的关键步骤为：预制场移梁、喂梁进架桥机、架桥机横移落梁、架桥机带梁过孔。梁场设置在桥台台后，移梁时多采用龙门吊将箱梁吊上两台运梁台车，也可采用千斤顶顶起法将梁上运梁台车。先在轨道上横移，再用相同方法上纵移轨道台车。运梁台车到架桥机尾部后，用前天车吊起预制梁的前端，与后面的运梁台车同步前移，当后起吊点移到后天车位置时，用天车吊起预制梁的后端，完成喂梁。启动架桥机横移系统，架桥机带梁横移到需架设的位置，把预制梁落下放在临时支座上完成1片梁的架设，本跨其他箱梁架设以此类推。一跨箱梁架设完成后，移下一跨的1片梁到架桥机尾部，架桥机前天车吊起预制梁的前端作为配重，启动架桥机纵移系统，与后运梁台车同步前移，使架桥机前支腿移道另一个盖梁（台帽），完成过孔。也可架桥机靠自身的重量保证过孔时悬臂状态下的平衡，完成直接自行过孔。

4.7体系转换

先简支后连续桥的梁为预制后张法预应力混凝土梁，在桥上进行体系转换。施工工艺流程为：安装临时支座——梁板安装就位要准确——对旧混凝土凿毛处理——湿接缝钢筋安装——墩顶钢筋安装——安装永久性支座——安装负弯矩区波纹管及预应力束——浇筑墩顶和湿接缝混凝土——待接头混凝土达到设计强度，张拉墩顶预应力——预应力束压浆——落梁、拆除临时支座，完成结构体系转换。

由体系转换流程可知：新旧混凝土连接的处理；临时支座和永久支座的准确安装；连接钢筋和预应力钢束的施工质量是顺利完成结构体系转换和保障工程质量的关键。

4.7.1 新旧混凝土连接的处理。相关试验资料表明：新旧混凝土连接处结构的抗拉强度与接触面的处理方法息息有关，C40混凝土结构面经凿毛处理，其弯曲抗拉强度可达到1.25MPa（设计抗拉强度为1.65MPa）。因此，对湿接缝的既有结构面需进行凿毛处理，对箱梁翼缘板的铰缝务必在预制场内凿毛洗净，以减少高空作业，并保证新老混凝土粘接质量。

湿接缝部位新旧接合最易成为结构的薄弱环节，新旧混凝土强度必须达到—致连成整体，一般桥面湿接缝采取一次浇筑。

4.7.2 对于搁置主梁的临时支座，其强度和刚度必须保证主梁在架设过程中不破损，基本不发生支座沉降。可采用砂箱作为临时支座，用硬模板条围成方箱，四周用拉杆细栓箍紧，箱内装砂，侧边钻孔设置临时阀门，高度可比永久支座略高3～5cm，以便体系转换时拆除；在浇筑主梁连续接触面的混凝土前，应用塑料膜或薄钢板覆盖永久橡胶支座表面，对其进行保护，并仔细检查各支座的平整度。

4.7.3 湿接缝混凝土经养护达到强度后，即可对支点负弯矩区的顶板扁锚预应力钢束张拉，对半幅桥面而言，先中间，后两边，对称张拉作业，当此项工作结束后，才能浇筑桥面湿接缝混凝土和桥面铺装混凝土，不能倒置。

5.结论

本文透过对比分析预应力张拉方法的优缺点，先简支后连续结构特性的深度剖析，及对25m预制箱梁施工关键技术的阐述，发现先简支后连续梁桥的虽然施工工程量小，但工序烦琐且专业性强，每道工序都会影响整座桥梁的质量及桥梁的使用寿命，因此，在施工过程中，应把好质量关，按顺序逐一进行，保证成桥状态结构体系受力状况满足设计和规范要求。

参考文献

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