成都二环路箱梁预应力工程施工工艺探讨

成都二环路箱梁预应力工程施工工艺探讨

王江

中铁八局集团桥梁工程有限责任公司四川成都610300

摘要：对成都二环路箱梁预应力施工全过程施工工艺进行探讨，采用穿束机穿束，二次张拉工艺、真空辅助压浆工艺等，介绍施工工艺过程、主要事项等，对提高箱梁预制台位周转速度、保证预应力工程施工质量能起到指导作用。

关键词：箱梁、二次张拉、初张拉、真空压浆

1、概况

随着我国国民经济的不断提升，城市道路的发展越来越成为制约城市经济发展的一项瓶颈，城市内的道路随着车辆的快速增加，越来越不堪重负，因此发展城市道路及快速道路成为各大主要城市的重要任务。成都市“两块两射两环”为解决城市交通拥堵状况提出了很好的方案，在这一项目施工中，箱梁预制及梁体预应力工程施工质量成为这一工程关键的控制点。

2、传统张拉施工工艺

市政工程及公路工程预应力工程一般采用传统张拉工艺，在生产台位进行一次张拉，在混凝土强度达到85%，凝期5天时进行张拉，张拉力按设计给定值进行张拉。张拉后在生产台位上进行切割钢绞线、压浆、封锚等工作，在压浆强度达到30MPa后进行箱梁移动。按照此种张拉工艺，箱梁在生产台位占用时间将达到8天以上，对生产台位周转非常不利，大大影响台位利用时间。

3、二次张拉工艺介绍

在成都市二环路箱梁预制中，在较短时间内需预制箱梁数量较多，为保证张拉质量和加快台位周转，我们尝试采用二次张拉工艺，缩短生产台位占用时间，加快台位周转，达到快速制梁目的。这一工艺在铁路箱梁、T梁施工中已普遍运用。

3.1工艺概述

箱梁在生产台位进行灌注，在达到设计强度70%强度后进行初张拉（3天），初张拉后将梁移出生产台位，在存梁台位上箱梁强度达到设计强度100%时进行终张拉，拉到设计规定值。在存梁台位进行切割钢绞线、压浆、封锚等作业，待压浆强度达到30MPa以上可以进行发运。按照二次张拉工艺，箱梁在生产台位占用时间为4天，将生产台位利用率提高一倍。

3.2制孔

预应力筋孔道的位置及材质要符合设计要求，并满足灌浆工艺的要求。制孔管要管壁严密不易变形，确保其定位准确，管节连结平顺。孔道锚固端的预埋钢板要垂直于孔道中心线。孔道成型后要进行检查，发现孔道阻塞或孔道内有残留物要及时处理。

箱梁孔道采用波纹管成形，在编架时将镀锌波纹管放钢筋骨架相应位置，灌注时震动棒不得碰触波纹管，波纹管定位采用网片钢筋进行定位，位置固定准确。

3.3穿束

在梁体强度达到规定脱模强度后可以进行脱模，在脱模后进行钢绞线穿束。不采用制束再穿束的模式，钢绞线穿束直接采用穿束机进行，不占用场地进行制束，对钢绞线不造成二次污染，长度根据孔道情况确定，两端各用一根固定尺寸的工装进行钢绞线外露长度确定，不浪费钢绞线，且钢绞线间不发生扭绞。采用切割机固定在穿束端进行钢绞线切割，一人在穿束端控制，一人在停止端控制，设置手动按钮控制钢绞线的进退，能起到很好的效果。不再使用卷扬进行穿束，安全风险减小，工效大大提高。

3.4初张

初张拉是指在梁体混凝土强度达到设计强度70%或设计规定强度时，为了加快生产台位的周转，同时防止在台位上存放时间过长出现裂纹而按照设计要求对梁体施加部分预应力所采取的一项工艺措施。在混凝土强度达到设计要求后要及时进行初张拉，初张拉后，梁方可吊离台位。初张采用2台100t千斤顶根据图纸确定的张拉顺序及规定张拉力进行张拉，初张目的是使张拉力能抵消梁体自重，使提梁机顺利将梁吊运到存梁台位。

3.4.1、预施应力具备的条件

1）千斤顶校正系数不大于1.05，校正周期没有超过一个月或使用次数没有超过200次；防震型1.0级的压力表的校正周期没有超过7d，并且在使用的过程中要完好无损，能正确显示读数。

2）混凝土强度及弹性模量达到张拉设计要求。

3.4.2预施应力张拉程序

梁体混凝土强度达到35MPa时，按照设计图纸给出的张拉顺序对钢绞线束按照张拉程序进行张拉：0→0.2σk（测量起始伸长值）→预张拉控制应力（持荷静停5min，测量伸长值）→锚固→测量钢绞线回缩值及夹片外露量、夹片错台量。

3.5终张

终张拉指在梁体混凝土强度达到53.5MPa、且弹性模量达到3.55×104MPa时，对箱梁施加全部预应力的过程。在混凝土强度达到设计强度后，可以进行终张。终张通与初张方法基本一致，终张后12小时检查夹片是否错位、滑移等。在48小时内进行压浆。

3.5.1具备终张拉条件和注意事项

1）具备终张拉条件后方可进行全部预施应力施工，即混凝土强度和混凝土弹性模量要达到设计要求，混凝土龄期不低于7d。

2）终张拉时注意事项

终张拉时必须对初张拉过的钢绞线束按照设计预应力值补足张拉应力。终张拉在混凝土强度、弹性模量、龄期达到上述要求后必须及时进行。

3.5.2张拉工艺操作

张拉时采用两端同步、对称张拉，最大不平衡束不能超过1束，并符合设计规定的钢绞线束顺序。预施应力过程中要保持同束两端的伸长量基本一致。张拉应力以油表读数控制，以伸长值校核，钢绞线实际伸长值要在±6％计算伸长值允许偏差范围内。

3.6切割钢绞线

3.6.1终张拉完毕后的12h内要进行钢绞线锚固可靠性检查，主要检查有无滑丝、断丝、夹片内缩和夹片碎裂等异常现象，经检查确认合格后，方可进行切割钢绞线作业。采用砂轮机切割夹片外多余钢绞线，确保钢绞线外露长度（指从夹片端起计算）在30±5mm范围内，切割时不能损伤夹片、锚圈，严禁采用电弧切割和氧炔焰切割。

3.6.2钢绞线如发现滑丝超过要求，要及时报告主管技术人员进行换束处理。放松钢绞线时两端不得站人。

3.6.3切割钢绞线时需注意作业时两端用标识牌明示，两端不能有人员正对钢绞线束。切割人员只能站在侧面进行，严禁正对箱梁端头切割钢绞线。

3.7封锚

在钢绞线切割完成后，采用砂浆将锚具及钢绞线包裹，形成一个光滑的蘑菇头形式的锚头，待达到强度后进行压浆，确保压浆过程中，从钢绞线与锚具间缝隙处不漏浆，且保证管道真空压力。

3.8管道压浆

3.8.1管道压浆基本技术要求

1）预制梁终张拉完成后，在12h之后，48h之内（包括张拉后的观察时间、割锚时间）进行管道压浆，压浆越早越好。压浆过程中及压浆后3d内，梁体及环境温度不得低于5℃。当环境温度低于5℃时，要采取蒸汽养护等措施进行保温。

2）压浆用水泥强度等级为42.5级低碱普通硅酸盐水泥，从出厂日期起不得少于7天，也不超过3个月。水胶比不能超过0.34，且不得泌水。

3）预应力管道压浆采用真空辅助压浆工艺；压浆所采用的压浆泵必须是连续式；同一管道的压浆作业必须连续进行，一次完成。管道出浆口需装三通管，必须确认出浆浓度与进浆浓度一致时，方可封闭保压。压浆前管道真空度要稳定在-0.06MPa～-0.08MPa之间；浆体注满管道后，要在0.50MPa～0.60MPa下持压2min；压浆最大压力不能超过0.60MPa。

3.8.2管道压浆的基本原理

在孔道的一端采用真空泵对预应力孔道进行抽真空，使之产生-0.06MPa～-0.08MPa左右的真空度，然后用压浆泵将水泥浆从孔道的另一端压入，直至充满整条孔道，并加以0.6MPa的正压力，以提高预应力孔道灌浆的饱满度和密实度。

3.8.3管道压浆工艺流程

1）预应力管道真空压浆设备主要有：UBL3螺旋式灌浆泵、SZ-2水循环式真空泵、QSL-20空气滤清器及配件、水泥浆搅拌机、储浆罐、DN20控制阀、水存储罐。

2）压浆作业工艺流程图

准备工作→水泥浆的制备、存储→管道抽真空→压浆→清洗压浆设备

3.8.4压浆作业工艺操作过程

1）准备工作

①压浆前管道内要清除杂物及积水，同时检查压浆孔是否通畅，压浆工具是否完好、齐全，压浆设备要用清水进行试压（试压方法相同，仅把水泥浆改作清水）确认压浆各部分的可靠性，试压后应对试压管道内的清水进行清除干净。在试压后经确认所有设备、工具正常后，才能进行压浆作业。

②密封用Ο型圈要合格，无断裂、缺损。管道出气孔、进浆孔与外界是否密封，管道出气孔与进浆孔之间是否通畅，锚头密封盖是否封闭严紧。

③按照上图示的把各压浆设备连接好，确保接头安全、密闭，不漏气。

④搅拌筒、存浆筒内用清水润湿，但不积水，无混凝土残碴。水泥浆过筛网无大洞，固定牢固。

⑤在水存储罐中存储好第一盘水泥浆需要的用水量（存储量至少能配制压满一根管道用水泥浆的用水量），水量一定要准确无误。安装好制浆罐与存浆罐之间的过滤网，不得有漏洞。

2）水泥浆的制备

按照检测中心试验室的配比要求进行水泥浆的制备，任何操作人员不得用任何理由更改水泥浆的配比要求。计量好毎盘浆体需使用的水、水泥和灌浆剂，向搅拌机中倒入2/3的拌和水，全部倒入灌浆剂，搅拌2min，然后将全部水泥缓慢倒入，全部倒入后搅拌4min，然后倒入剩余拌和水，继续搅拌5min，包括入料时间整个搅拌过程约15min。搅拌完毕后，测试稠度（流动度），将浆体放入下层储料桶，进行下一盘浆体的搅拌。

3）抽真空压浆

在即将搅拌好第一罐水泥浆时把待压浆的第一根管道抽成真空。待达到真空要求后，开启相应进浆阀门进行压浆，待另一端出浆浓度与进浆端一致时，开始保压。在保压的过程中，如果压力下降要用点动的方式补压，始终保持压力在0.6MPa以上。拆除阀门3后端的压浆头螺帽前的卸压作业一定要做，并且开启阀门2时不能让卸压阀嘴对准任何人，只有在阀门1、3关闭的情况下才能拆除阀门3后端紧相连的压浆头螺帽。保压3min结束该管道压浆作业，进行一下根管道压浆。

4）质量要求及注意事项：

①在压浆后约1小时内（具体要根据水泥浆的终凝时间试验确定）所有的阀门不得打开，以拆卸压浆联接管时确认无水泥浆返溢为准，要通过试验确定。

②压浆过程（指同一根管道的压浆过程）一定要连续进行，中途不应停顿。

③水泥浆搅拌结束至压入管道时间间隔不能超过40min，必要时用流动度测式议检查水泥浆流动度是否满足要求，不满足要求的不能用于压浆。

④及时清理制浆罐与存浆罐之间的过滤网上的水泥结块。

⑤制备好的水泥浆，其流动度小于25s，30min后流动度小于35s；

⑥如因故障而使正在进行的管道不能正常进行时，要立即对该管道进行高压水冲洗，然后重压，并且做好记录。

⑦日最高气温高于35℃时，要避开最高温度或在夜间进行压浆作业，温度低于5℃时不得压浆。

8）压浆管道不超过30m，持压时压浆最大压力不超过0.60MPa。压浆用的胶管一般不超过30m，若超过30m，则要搬动压浆设备到合理的位置。

9）水泥浆污染梁体后要立即用清水冲洗干净，梁端在压浆完毕后，水泥浆能冲洗掉之前及时用水清洗干净。

10）压浆的过程中一定要遵照规定要求的顺序由下往上逐根依次压浆，防止漏压。

11）冬季压浆时要采取保温措施，在压浆前要做好防温下降的措施确保在压浆的过程中和压浆完成后使箱梁所处的环境温度不低于5℃，严禁在低于5℃的环境条件下压浆，对压浆后的箱梁所处环境在水泥浆强度未达到20MPa之前不能低于5℃。

3.9封端

3.9.1封端混凝土基本要求

混凝土要采用强度等级为C50无收缩混凝土，28天混凝土抗压强度不得低于53.5MPa。

3.8.2工艺流程

梁端锚圈处理→绑预制钢筋网→灌无收缩混凝土→抹面→洒水养护。

1）梁端处理：梁体端模脱模后，及时将锚圈附近的混凝土凿毛，凿毛要全面，均匀分布，确保新老混凝土结合紧密，相邻两个凿毛点中心距离不能大于2cm。同时清除干净锚垫板上混凝土，确保锚垫板上的螺丝孔丝扣完好，能拧紧螺杆；锚板讫口上无水泥浆残留。

2）绑预制钢筋网：将锚具上的砂浆凿掉，固定钢筋网片时可利用锚具安装孔连接一端带螺纹一端带钩的短钢筋，使之与封锚钢筋连为一体，然后准备封锚。

3）浇筑无收缩混凝土：按试验室配比通知单搅拌混凝土，并分层捣实、抹平，封锚后混凝土不得凸出或凹进梁端面。确保新老混凝土结合部无肉眼可见的缝隙，敲击无空腹声。

4）自然养护：梁体表面用湿的草袋或麻袋紧贴覆盖，并在其上覆盖塑料薄膜，表面要能保持混凝土表面充分潮湿。

4、工艺对比

4.1设备和人员

采用传统张拉压浆，只需一次张拉，可节省张拉设备和人员，采用二次张拉施工工艺，增加了一次张拉过程，二次张拉增加了张拉设备和人工用量。

4.2生产台位

1）采用一次张拉，在生产台位上张拉后，箱梁受力后产生上拱，梁端受力较大，梁端支座预埋板以外混凝土受压严重，易产生裂纹、造成掉块。生产台位基础在在张拉后全部由端头受力，台位易变形，端头底模板下沉。生产台位设置数量多。

2）采用二次张拉，在生产台位进行初张拉，其余施工过程全部在存梁台位进行。进行初张拉后，梁体上拱值不大，梁端不会产生由于梁体上拱端部受力产生的裂纹，生产台位基础也不会发生变形，底模板基本不产生变。生产台位设置数量减半。

4.3场地布置

1）一次张拉所用工序基本在生产区完成，存梁区只负责存梁，所有作业人员全部在生产区施工，切割钢绞线、压浆均在生产台位进行，工序间作业易交叉，安全风险大。压浆在生产台位，影响生产，污染生产台位。存梁区不需布置水电管路。生产区面积加大，存梁区面积缩小，存梁数量减少。

2）二次张拉后工序主要在存梁区完成，终张、切割钢绞线、封锚、压浆、封端等，使编架、灌注、模板工序与预应力工序有明显分界，人员施工作业减少交叉，降低安全风险。压浆统一在存梁区进行，统一管理，使场地文明施工得到有效实施。存梁区需布置水电管路。生产区面积较小，存梁区面积加大，存梁数量增多。

4.4质量保证

1）一次张拉时，强度达到85%，龄期5天可进行张拉，张拉后立即进行压浆、封锚等作业，对钢绞线回缩无时间观察。采用普通压浆工艺，压浆密实度和饱满度不能保证。

2）二次张拉时，强度达到100%，龄期7天，且混凝土弹性模量达到设计值再进行终张拉，张拉后12小时检查夹片错台、钢绞线回缩等，能充分发现问题并解决，确保预应力效果。采用真空辅助压浆工艺，能保证压浆密实度和饱满度，且压浆速度快。

5、技术经济效果

以市政项目部为例，生产2388片箱梁，按班产18片计算。

按一次张拉工艺，需生产台位18×8=144个，生产台位和底模投入360万元。生产区占地面积大大增加，门吊轨道线、生产区地面硬化、门吊投入等也需增加。基建投入增加预计100万元以上。以上各项费用总计460万元。总存放箱梁400片。

按照二次张拉工艺，需台位18×4=72个，生产台位和底模投入180万元。二次张拉增加张拉设备10万元以下，人工费增加40万元，水电管路预计增加20万元（采用活动电缆线和固定水管），以上各项总费用250万元。总存放箱梁600片。

6结束语

通过比较，采用二次张拉工艺较一次张拉工艺在场地、费用等方面均能产生良好的经济效果，且质量能得到保证，同时，我公司在采用二次张拉和真空辅助压浆工艺上已具有成熟技术，在铁路梁场普遍使用。因此，在成都二环路建设中，箱梁预制采用二次张拉工艺经与设计监理沟通，得到一致同意，梁场施工时也邀请设计、监理及质监站领导到现场指导，我梁场采用的二次张拉工艺能够达到技术要求，质量稳定。通过3片箱梁静载试验全部合格，也说明我梁场采用的二次张拉工艺完全能满足施工和技术要求。

作者简介：王江，（1974-3---），女，汉族，高级工程师，1997年毕业于重庆建筑大学，混凝土制品，工学学士，研究方向：混凝土制品工艺。