浅析30m预应力小箱梁施工技术在公路工程中的应用

摘 要：某公路工程段采用30 m先简支后连续预应力混凝土小箱梁施工工艺，本文是作者结合该工程实例，从设计与施工等方面对该技术进行了阐述和分析，论证了该技术的实用性，值得推广。

关键词：小箱梁 预制设计 施工工艺 质量控制

前言

高等级公路或城市主干道对行车舒适性要求很高。通过在某公路工程中，30 m小箱梁采用30 m先简支后连续预应力小箱梁结构，论证了先简支后连续预应力小箱梁结构既有施工便捷的优点、又有行车舒适性的优点。

1、30m小箱梁

小箱梁截面挖空率比空心板截面大，而抗扭刚度又比T梁大十几倍至几十倍，因此，本次设计采用了小箱梁结构形式。小箱梁梁高1．6 m，现浇桥面板0．1 m，梁间距3．25 m，边跨采用36根φ15．2钢绞线，中跨采用28根φ15．2钢绞线。横断面布置见图1。小箱梁断面形式见图2。

图1 半幅横断面布置图(cm)

图2 小箱梁断面形式 (cm)

为防止现浇桥面板的干缩影响其与预制梁体的结合，预制梁悬臂端设一个小斜面。另外，箱梁均设置端横隔梁，在二期浇筑后连续结构时一起浇筑。

2、后连续的实现

一般而言，由简支梁状态转化为连续梁状态常规做法有以下几种：

1)将主梁内的普通钢筋在墩顶连续。

2)将主梁内纵向预应力钢束在墩顶采用特殊的连接器进行连接。

3)在墩顶两侧一定范围内的主梁上布设局部预应力短束实现连接。

第一种方法虽然简单易行，但在使用中常在墩顶负弯距区发生横向裂缝，影响桥梁的正常使用，增加维护费用。

第二种方法效果最好，但施工很困难，故一般也不采用。

第三种方法不仅施工可行，而且具有第二种方法的优点，同时还克服了仅采用普通钢筋连续容易开裂的问题。因此我们采用预应力束来实现先简支后连续的结构方案。

具体的先简支后连续预应力混凝土小箱梁施工工艺流程为：

1)先预制小箱梁，待混凝土达到设计强度的90％且满足养护时间后，张拉正弯矩区预应力钢束，压注水泥浆并及时清理箱梁底板通气孔。

小箱梁顶板负弯矩钢束的钢波纹扁管，应在预制小箱梁时预埋。

2)设置临时支座并安装好永久支座(联端无需设临时支座)，逐孔安装主梁，置于临时支座上呈简支状态，及时连接桥面板钢筋及端横梁钢筋。

临时支座可采用硫磺砂浆制成。硫磺砂浆内应埋入电热丝，体系转换时采用电热法解除临时支座。临时支座顶面标高应与永久支座顶面标高相齐平。

3)连接连续接头段钢筋，绑扎横梁钢筋，连接小箱梁顶板负弯矩钢束的钢波纹扁管并穿束。

在日温低时，浇筑连续接头、中横梁及其两侧与顶板负弯矩束同长度范围内的桥面板。永久支座顶面直接与接头混凝土底部浇筑在一起。达到设计强度的80％且满足养护时间后，张拉顶板负弯矩区预应力钢束，并压注水泥浆。

顶板钢束的张拉由每联的两侧向中间进行。现浇接头段混凝土可采用微膨胀水泥。

顶板负弯矩钢束采用两端张拉，并采取逐根对称均匀张拉。接头施工完成后，浇筑剩余部分桥面板湿接缝混凝土。剩余部分桥面板湿接缝混凝土应由跨中向支点浇筑。

浇筑完成后拆除一联内的临时支座，完成体系转换。解除临时支座时，应特别注意严防高温影响橡胶支座的质量。

4)连接顶板钢束张拉预留槽口处钢筋后，现浇调平层混凝土，喷洒防水层，进行护栏、桥面铺装施工及伸缩缝安装。

3、结构计算

30 m先简支后连续预应力混凝土小箱梁结构采用平面杆系有限元程序计算。

设计时先根据梁体截面的截面特性，结合桥梁断面进行单梁的横向分布系数计算。跨中采用刚接板梁法计算，支点附近采用杠杆法计算，桥面板按单向板和悬臂板计算。

通常的横向分布理论都是在简支梁结构中推导出来的，在连续结构中应用，准确率多高，还需要验证。因此，用MIDAS／Civil2006有限元程序建立了空间块单元模型，计算对比了汽车荷载的效应，结论是采用上述两种横向分布系数计算方法基本上能满足工程设计的精度要求。

4、小箱梁的施工及质量控制

4、1 模板工程

根据施工方案和现场条件，预制箱梁的模板采用混凝土水磨石底座，侧模和内模采用定型钢模，以保证梁体具有较好的外观质量。其中，底模的制作在施工现场进行，影响其质量的因素较多，是预制梁模板质量控制的重点。该桥底模的制作方法为：按照施工方案的平面布置，放出基础线后，挖除距地表面20 cm以内的土，并将松散的土石清理干净，然后浇筑C25混凝土至地面(混凝土浇筑时，在基础中按20 cm×20 cm的间距预埋φ12的短钢筋，加强基础和底座的连接，同时防止底座混凝土开裂)。待基础混凝土达到一定的强度后，放出底模外边线，并做凿毛处理，然后立侧模浇筑厚度为35 cm的C30混凝土。在底模内距顶面15 cm处，每隔1 m设置一根5 cm×10 cm方钢作侧模底对拉杆预留孔，并且在底模顶部沿两侧边线位置全长埋设4号槽钢，作为侧模的拼接边线。槽钢里侧通过底座预埋焊接固定，两块槽钢之间每隔1 m用φ 12钢筋焊接加强支撑；槽钢槽口朝外，模板组拼时，在槽口内夹进与槽钢内径相当的φ 450胶管，以保证侧模和底板结合紧密，防止箱梁混凝土浇筑时在底、腹板交角处漏浆。底座混凝土强度达到要求后，须将混凝土顶面凿毛，深度不小于5 cm，用空压机吹风清理干净，涂刷一层净水泥浆之后再用无砂大孔混凝土浇注顶面且略高于槽钢顶面1～2 mm。在新浇注的混凝土强度达到80％左右时。用磨光机进行磨平处理，以达到施工规范要求的平整度。

底模制作过程中的各项控制指标为：①预埋槽钢的高程偏差不大于2 mm和顺直度不超过1 mm／20m；② 底模顶面的平整度不大于3 mm，表面致密无气孔；③底模面设下拱度设不超过梁长的0．1％，且沿梁端至跨中平顺过渡。

侧模和内板采用工厂定制钢模，面板采用5 cm厚的优质冷轧钢板制作，以确保模板板面光洁、平整。为了减少模板接缝，达到美观的效果，模板按每6 m一节制作。该桥使用的钢模在侧模加固的处理上，改变以往设横、纵向肋带的做法。只设纵向肋带。横肋采用6．3号槽钢、间距25 cm的加固方式，其目的是在保证模板刚度的情况下，减小肋带与面板之间的焊接量，以避免由于焊接点过多而使面板产生变形。

内模面板采用3 mm厚钢板制成，每节长1．25 m。肋带用3 mm钢带形成网格(20 cm ×20 cm)，直接与面板相焊接，并附以伞架式的活动钢支撑杆；两块模板之间在法兰连接处，作成锐角(或钝角)，以方便拆模。内模上下部均留有活动板条，以便及时检查底板混凝土的浇注情况，防止板底出现漏振或空洞。

4、2 混凝土工程

1)小箱梁50号混凝土的配比严格按照质检站测定的配合比执行。混凝土的拌制采用计量配料机进行现场拌制。混凝土拌合料每盘过秤，严格控制混凝土配合比。准确控制用水量，砂石中的含水量应仔细测定后从用水量中扣除，严禁在混凝土出机后再加水。添加的高效减水剂宜采用后掺法，如制成溶液加入，应在用水量中扣除这部分溶液用水。

2)小箱梁混凝土分三次浇筑，先浇筑梁底板混凝土。底板混凝土浇筑时应比实际尺寸稍厚，安装内模后才能使内模底下混凝上密实不留空洞。然后浇筑小箱梁两侧腹板和端部混凝上(与底板混凝土浇筑时间间隔不得超过90 min)。再拆除内模，安装好顶板模板并绑扎完顶板钢筋后，最后才浇筑顶板混凝土。混凝土的振捣要充分，以保证混凝土的密实性。在振捣时，应防止振捣棒直接打击波纹管和台座表面，防止波纹管移位或变形漏浆和梁底表面麻点。梁端构造钢筋较多，且在张拉阶段局部受压，所以

宜用小号振捣棒严密捣实。

3)小箱梁顶板混凝土浇筑施工完成12 h或混凝土强度达到拆除外模的强度要求后可拆除两侧外模和端模。预制梁的养生可采用麻袋润湿养生或在梁表面喷洒养护剂等养生措施。

4、3 预应力工程

预制小箱梁张拉工序质量控制的重点， 包括预应力管道的成孔质量控制和钢绞线张拉质量控制两个内容。该桥采用波纹管预埋成型管道的方法。具体的工艺方法是：混凝土浇筑注之前，将连接好的波纹管穿人钢筋骨架。依照设计的坐标直线段每1m 、曲线段每0．5 m设置一道“井”字形钢筋进行定位。“井”字形钢筋的内径略大于波纹管外径（不超过l cm)，外侧留出足够的长度，在核对好管道的中心位置后，将其与骨架钢筋通过点焊或绑扎固定。为保证波纹管在浇筑时不会因漏浆而造成堵管，定位完成之后，在波纹管中插入一根外径比波纹管内径略小(5 mm)的塑料管。在混凝土浇筑时塑料管来回抽动，确保预应力管道的成孔质量。

预应力张拉工序主要有穿索、张拉和压浆三个施工过程。张拉工序开始之前，要对箱梁试块作抗压试验和对梁体作实体回弹检测，验证其是否达到设计要求的控制强度。穿索前需要对钢绞线进行编号。检查管道是否通畅、清洁，达不到要求时，采用合理的清理方式使穿索顺利。实际施工过程中采取张拉应力和预应力索的伸长量双控的方法，张拉过程可以简述为以下流程：

0―10％δk―持荷2 min锚固

其中δk为0．75 Rybo

张拉的实测伸长量同计算伸长量的偏差不大于正负6％ 。

张拉完成之后要尽快进行压浆施工，水泥浆水灰比应控制在0．40～0．45之间，其强度不低于30 MPa。

施工中采用活塞式压浆泵，压浆从孔道的一端向另一端进行，具体效果以达到另一端饱满出浆为止。

5、结束语

30 m先简支后连续预应力混凝土小箱梁结构兼具简支结构施工便捷的优点和连续结构行车舒适性好的优点，又具有良好的经济性，确实是一种合理、先进的结构形式，值得应用推广。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。