预应力箱梁预制施工技术

【摘要】公路工程项目具有工程量大、质量要求高、工期短等特点,而在桥梁工程(上部结构为预应力箱梁)的施工生产中,箱梁可以预制生产,与基础、下部构造等部位同时施工。由此,箱梁预制生产可以大大缩短工期,有了足够的施工生产时间,可以更有效地保证施工质量。所以,箱梁预制施工技术得到了越来越广泛的应用。

【关键词】箱梁 预制场 底模 预应力 混凝土压浆

1.预制场规划、建设

合理地进行预制场规划、建设是保证箱梁预制施工生产的最基本条件。根据施工现场、生活办公驻地、拌合站等位置,施工用地范围,箱梁长度,龙门吊跨度等确定预制场位置;根据合同文件及设计文件等要求确定预制场的建设规模;钢筋加工区、原材料存放区、存梁区、底模等位置选定;根据预制生产区与存梁区的位置及箱梁重量等确定龙门吊的轨道布置形式、起重吨位、运行速度;根据地基承载力,对预制场原地面处理、整平压实后硬化;做好排水设施。

(1)预制场平面位置规划、确定

根据施工现场、生活办公驻地、拌合站等位置,施工用地范围,箱梁长度,龙门吊跨度等确定预制场的平面位置。综合考虑各因素,力求做到预制场与施工现场距离适当,减小箱梁运输距离;与生活办公驻地临近,便于加强对预制箱梁施工的管理;尽量靠近拌合站,减少混凝土运输时间,便于混凝土连续浇筑。根据用地范围,箱梁长度,龙门吊跨度等精确确定预制场位置,放出控制边线。

(2)确定预制场建设规模

根据合同工期要求及设计文件等确定预制场建设规模。确定底模数量、模板数量及组合形式、钢筋加工区面积、原材料存放区面积、存梁台长度;根据预制生产区与存梁区的位置及箱梁重量等确定龙门吊的轨道布置形式、起重吨位、运行速度,以便选用最方便生产的龙门吊。

按照龙门吊厂家的使用说明及施工荷载等进行龙门吊基础开挖,采用扩大基础。基础下层可以回填卵石,用砂浆灌缝,上层浇筑混凝土。龙门吊应由厂家派专人进行安装、调试。

(3)模板、底模配置

根据设计文件规定的预制箱梁总数量,各类型箱梁(中跨中梁、中跨边梁、边跨中梁、边跨边梁)数量,确定所需模板数量及组合型式、底模数量,保证现场可以组织流水施工。

根据箱梁长度确定底模长度,为了便于堵头模板安装,底模长度宜大于箱梁长度0.4-1.0m,且居中对称布置。底模基础应超宽开挖,大于梁底0.4m左右,深度0.3m左右。由于箱梁张拉后,应力主要集中在两个端部,所以底模端部基础应做重点处理,将端部做成扩大基础,可按2.5m×2.0m×1.0m开挖,其中2.5m为箱梁纵向长度,2.0m为横向长度,1.0m为深度。基础浇筑C25混凝土,混凝土顶面可与原地面平齐,在基础端部混凝土中放置Φ12钢筋网片,以增强混凝土整体性,防止开裂,提高抗压强度。

按照设计要求设置预拱度值,预拱度一般采用二次抛物线设置,应注意抛物线为凹形曲线。确定底模长度、宽度后,从一端起点开始每米均在底模基础两侧的混凝土上钻孔打眼,植入钢筋。通过二次抛物线的计算,用水准仪、水平尺等测量植入钢筋的相对顶标高,切割多余长度钢筋。用钢筋将已植入的钢筋进行纵向横向焊接连接。将角钢(短边不宜小于5cm)焊接固定在钢筋顶。考虑到便于模板安装及预制场硬化厚度约10-15cm,钢筋顶距离底模基础混凝土的垂直高度宜为40cm。每50cm预埋直径为5cmPVC管,用于加固模板底部。支模板,浇筑C30混凝土,达到拆模强度后拆模,在角钢面上焊接厚度不小于5mm的钢板,保证钢板与角钢紧贴牢固。

底模之间净距应结合箱梁尺寸,模板尺寸确定,保证混凝土浇筑时混凝土运输车辆正常通行。

(4)场地硬化、排水设施

对预制场地基进行原位试验测试,包括载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验等。其中载荷试验测试所得数据最为可靠,标准贯入试验应用较为方便。

根据试验结果,可采用换填压实法提高地基承载力,以满足施工要求。场地换填整平压实后,控制整平度,浇筑10-15cm的C25混凝土。

切实做好预制场区的排水设施,保证原材料不受水的侵蚀、施工作业区处于干燥的环境。

2.原材料、半成品的质量控制

在预制箱梁施工中,原材料、半成品主要有水泥、粗细集料、外加剂、钢筋、波纹管、钢绞线、锚具等。原材料、半成品是箱梁实体的构成部分,其质量合格是保证箱梁质量的基础,必须在源头上控制其质量性能。严格控制原材料采购、进场验收程序。

在各原材料进场前应取样做检测试验,选择优质原材料进场。原材料等进场后应按照不同类别做原材料、半成品的见证取样试验,以再次检验进场原材料、半成品是否符合设计及规范要求。

3.确定各类型箱梁预制施工顺序

根据合同及设计文件、箱梁安装顺序、各类型箱梁数量等确定各类型箱梁的预制施工顺序。合理确定其施工顺序,可以最大限度的周转循环利用模板、底模;有效利用存梁台,合理控制存梁期;以最便捷的方式进行箱梁安装,缩短工期。

4.钢筋加工及安装、波纹管定位、锚垫板定位

(1)钢筋加工及安装

钢筋进场后按规格型号分类堆放,下设垫木,并覆盖。在使用前应清除表面浮锈,不得使用锈蚀严重的钢筋。在钢筋加工区进行钢筋半成品的加工制作,并将不同类型的半成品分类存放,标记清楚。

在底模上涂刷脱模剂,每隔2m放置一根方木,以免污染钢筋。进行底腹板钢筋安装,骨架成型后在底模上放置混凝土保护层垫块,梅花形布置,间距1m,端部应适当加密;将方木抽出,由垫块支撑受力;进行构造钢筋的安装,绑扎或焊接,钢筋直径≧12mm宜采用焊接方式连接,单面焊接长度≥10d,双面焊接长度≥5d,d为钢筋公称直径。两侧腹板钢筋绑扎垫块。

在底板钢筋上绑扎垫块、焊接支撑内模的支撑钢筋,间隔不大于2m,用以保证钢筋保护层厚度,防止底板上层混凝土漏筋。

(2)波纹管定位

预应力管道宜采用金属波纹管,在底腹板钢筋安装完成后,按设计要求进行牢固定位,宜采用#形定位筋,直线段每1m一个,曲线段每0.5m一个,防止损伤波纹管。波纹管接头用30cm长的套管连接,并用胶带缠裹密封。

在浇筑混凝土前,用直径略小于波纹管内径的硬质塑料管插入波纹管中,避免波纹管受损变形、进浆堵塞。

(3)锚垫板定位

按设计要求对锚垫板定位,锚垫板后放置Ф12光圆螺旋钢筋,以增强锚固段混凝土的抗压强度。锚垫板定位时应使压浆孔位置朝上。

5.模板拼装

模板宜采用定型钢模板,龙门吊配合人工进行拼装。先拼装侧模板(外模板),有跨中横隔板的箱梁,侧模板拼装时应由跨中横隔板处开始向两端拼装。通过底模预留孔穿拉杆,固定模板底部。然后吊装事先拼装成型的内模板,注意控制非连续段模板尺寸及就位位置。再安装堵头模板,按照设计尺寸,确保锚垫板与堵头模板垂直紧贴;留出眼孔,使腹板水平钢筋穿出,且保证足够的焊接长度。最后将侧模板上口按照箱梁设计宽度固定,从两侧模板顶用线锤吊线,调整模板使其居中对称。

在模板上均匀地涂刷优质脱模剂。模板拼装时应严格控制错台,保证错台在容许范围之内。为防止漏浆,在底模角钢上贴薄泡沫条,在施工中随时检查有无脱落损坏,及时更换;模板拼缝处贴双面胶。

6.顶板钢筋、顶板负弯矩预应力管道、锚垫板及预埋件安装

侧模板上口固定后,进行顶板钢筋、顶板负弯矩预应力管道、锚垫板及预埋件等安装。顶板钢筋层之间焊接钢筋支撑,保证两层钢筋层距,下层钢筋绑扎垫块。精确牢固地对负弯矩管道、锚垫板定位安装,严格控制管道位置,并牢固定位,锚垫板后钢筋应加密;管道接头用30cm长套管连接,并用胶带缠裹密封,防止浇筑混凝土时进浆。根据箱梁类型,确定预埋件型号、数量及安装位置。

应重点控制内模上浮,保证箱梁结构尺寸。选用优质工字钢,下设支撑点支撑在内模上,工字钢与侧模板连接固定牢固。

7.混凝土浇筑

在施工准备阶段进行混凝土配合比设计试验,确定最高效优质经济的施工配合比。在混凝土拌合过程中,注意集料含水量的变化,按照选定的配合比对水、集料等用量做出准确地调整。

(1)混凝土拌合及运输

箱梁预制一般采用高强度混凝土,应使用强制式搅拌机进行拌合,充分保证拌合时间及拌合强度。拌合站操作人员随时观察混凝土的和易性、流动性等指标,并做坍落度试验,保证混凝土的品质。

用混凝土运输车运输混凝土,进入底模之间的预留车道。混凝土到达预制场,浇筑前再次做坍落度试验,时刻检查混凝土的各项指标。

(2)混凝土入模及振捣

由混凝土运输车向料斗中放料,龙门吊起吊料斗入模。混凝土须进行对称浇筑,浇筑过程应连续,一气呵成。

混凝土浇筑顺序(纵向:从一端开始)为:2/3底板—1/2侧板――1/3底板――1/3顶板――1/2侧板――2/3顶板,浇筑以45°向前推进。

混凝土振捣宜采用附着式高频振捣器和插入式振捣棒组合。合理控制高频振捣器间距、振捣强度及振捣时间,避免漏振、过振。附着式高频振捣器以振捣底腹板混凝土为主,插入式振捣棒辅助振捣腹板和顶板混凝土。注意控制顶板混凝土厚度。顶板浇筑完成后人工整平,做拉毛处理。

每一片箱梁均应制作试块,试块分为试验室标准条件养护和现场同条件养护。各条件养护试块制作不少于3组,3块一组。

(3)混凝土养护、拆模

混凝土终凝后应立即进行洒水覆盖养护,养护期≥7d。混凝土浇筑完成后,视温度条件拆模。温度≥25℃,8h后可以拆内模,先拆除骨架、支撑,再拆顶板倒角模板,最后拆腹板底板模板,分成小块运至箱梁外面。温度≥25℃,24h后可以拆侧模,边梁翼缘板处模板拆除时间应适当延长。

内模拆除后及时打磨、拼装,均匀涂刷脱模剂,便于周转利用。

8.钢绞线穿束、预应力张拉、封锚

(1)钢绞线穿束

按照图纸设计钢绞线长度、工作段长度计算钢绞线下料长度,进而控制下料长度,既可以满足正常施工,又不至于浪费材料。钢绞线下料应采用砂轮锯切割,不得使用电弧焊等方法切割。

箱梁养护期结束且混凝土强度达到张拉要求后,把钢绞线编扎成束、编号。穿束前先用空压泵将孔内的杂物和积水清理干净,由箱梁一端穿入,端头应放置套管或用胶带等缠裹,以减小穿束时阻力。安装锚具,准备张拉。

(2)预应力张拉

张拉设备应提前校定。根据专业校定单位出具的线性方程,换算张拉力与油表度数的关系,张拉力通过油表读数控制。按照图纸设计,正确计算张拉力与伸长量的关系。两端同时对称张拉,采用张拉力与伸长值双控。张拉应力为主,伸长量为辅,伸长量误差为±6%,对未达要求的钢束应及时停止张拉,检查分析其原因,做出正确调整。对于低松弛预应力钢绞线严禁进行超张拉。

其中:бx=0.75f

pk

=1395MPa

张拉程序为:0—→初应力б×10%—→б×20%→б×100%(持荷5min锚固)

总伸长量=△L

1

+△L

2

=(L

- L

)+(L

-L

)= L

+ L

- 2L

注明:L

为千斤顶张拉至10%张拉控制力时,量测的钢绞线伸长值

      L

为千斤顶张拉至20%张拉控制力时,量测的钢绞线伸长值

     L

为千斤顶张拉至100%张拉控制力时,量测的钢绞线伸长值

张拉结束后实际测量起拱值,与设计值比较。正确严格的张拉操作后箱梁起拱值应与设计值吻合一致。

(3)封锚

钢绞线张拉完成后及时切割外漏钢绞线,保证外漏长度≥4cm。用拌合箱梁混凝土的同品种水泥,和成水泥膏,将锚具及切割后外漏钢绞线包裹严实,养护。

非连续段应按照设计要求,放置钢筋,浇筑与箱梁同强度同品质的混凝土,及时养护。

9.孔道压浆

封锚达到设计及规范要求强度后,及时进行压浆作业。水泥浆强度与箱梁混凝土强度相同。压浆前做水泥浆稠度试验,判断已拌制水泥浆是否满足压浆要求。

压浆前可先压入清水,清除孔道内的杂物,湿润孔壁。再吹入压缩空气,排除孔道内杂物和积水。压浆时将预先按配合比拌制好的水泥浆经过筛网注入压浆机,从箱梁一端压入,泵压控制在0.5-0.7MPa,当另一端连续排出浓浆时关闭,稳压2min,再加压一次,封闭出浆口。两次间隔时间以先压的水泥浆既泌水又未初凝为宜。压浆顺序为从下向上依次进行。

制作水泥浆试块,不少于3组,一组3块,现场同条件养护。养护7d后测定其抗压抗折强度。强度达到设计要求,便可以移动箱梁进行箱梁安装施工。为了缩短工期,加快进度,也可以张拉结束后将箱梁吊放至存梁台,在存梁台上压浆,养护。

10.施工过程中的发现

在某时间某温度进行预应力张拉,张拉结束后,箱梁起拱。起拱值会随温度变化而变化。温度降低时起拱值会减小;温度升高时起拱值会增大。温度低于张拉时温度,起拱值小于张拉结束后的起拱值;温度高于张拉时温度,起拱值大于张拉结束后的起拱值。此现象在日温差较大地区尤为明显。

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