高速铁路40m跨度简支箱梁预应力工序施工关键技术

王建红

（中国铁路上海局集团有限公司上海铁路枢纽工程建设指挥部，上海 200000）

0.引言

后张法预应力混凝土简支箱梁具有受力明确、耐久性好、结构简单、施工速度快等诸多优点，因此被广泛应用在高速铁路桥梁结构中，其施工质量也直接影响高速铁路的舒适性和安全性。近年来，由于具有其跨越能力强、节约占地、节省投资等优点，高速铁路40m跨度简支箱梁在郑济、福夏、南沿江城际、沪苏湖等多条高速铁路得到了广泛应用，已逐步成为高铁桥梁的主要结构形式之一。因此对40m箱梁的施工技术，特别是最重要的预应力工序施工技术进行研究很有必要[1]。

1.40m箱梁预应力体系的设计特点及施工难点

1.1 设计特点

与目前广泛使用的32m箱梁相比，40m箱梁预应力体系在设计上有着显著的不同，例如锚具型号大、张拉力大、腹板预应力钢绞线束单列布置等，具体见表1。

表1 32m与40m箱梁预应力体系对比表

1.2 施工难点

正由于其特点，40m箱梁预应力工序的施工质量控制难度大、技术要求高、效率低，主要表现在：

（1）管道定位精度要求高。箱梁预应力损失与预应力孔道长度、管道摩擦系数和管道偏差系数成正比，40m箱梁的预应力孔道长度大，为了减少预应力损失，必须严格控制管道定位精度。

（2）千斤顶及锚具重量大，钢绞线根数多，导致安装难度大，作业人员劳动强度高，施工效率低。

（3）张拉控制精度要求高。梁体跨度越大，梁体线形控制的要求越严格，对梁体张拉力值、钢绞线伸长值及不同步率的控制误差要求越高。

2.40m箱梁预应力工序施工技术要点

2.1 定位网片制作及安装

（1）采用专用胎具进行定位网片的焊接，胎具制作精度要满足要求，保证定位网钢筋位置误差不超过±2mm，网眼尺寸误差不超过±3mm。

（2）网片钢筋需双面焊接牢固，避免在混凝土振捣过程中网片开焊导致预应力管道偏移。

（3）腹板和底板定位网片建议整体焊接、整体安装，避免分开焊接和组装可能导致的定位精度不合格。

（4）在钢筋绑扎胎具上对每种型号网片位置进行精确定位，网片在对应位置与底腹板钢筋焊接牢固，保证上下垂直，定位网片在沿梁长方向的定位误差±10mm。

（5）必要时可考虑加大定位网片钢筋直径（可采用φ12mm），并采用定位网片自动焊接设备进行网片制作，以提高定位网片精度和焊接质量。

2.2 预应力孔道成型

40m箱梁底板和腹板预应力孔道分别采用φ90与φ120的橡胶抽拔管成型，因此在定位网钢筋直径较小、橡胶抽拔管较重的情况下，为确保管道定位精确，须采取以下措施：

（1）穿管采用专用穿管机进行，穿管速度应灵敏可控，穿管时前方专人引导，避免橡胶抽拔管穿错或撞歪定位网片。

（2）每个定位网片处橡胶抽拔管必须与定位钢筋绑扎牢固，防止混凝土振捣过程中橡胶抽拔管上浮或偏移。

（3）相邻管道的橡胶抽拔管在跨中接头的位置应错开，并采用塑料布和薄铁皮包裹严密，防止错台和漏浆。

（4）橡胶抽拔管内应满穿一根钢绞线并保证钢绞线顺直。

（5）拔管采用专业厂家生产的拔管机进行，不建议使用卷扬机、装载机等设备拔管。同时控制好拔管时间，一般在混凝土浇筑完成后6h～8h，避免拔管过早造成塌孔或过晚橡胶管断裂。

2.3 钢绞线制束穿束

（1）为保证钢绞线在管道内不产生交叉缠绕和扭曲，造成同一束中各根钢绞线应力不均匀，避免预应力损失过大或造成断丝现象，应采用整束穿束工艺。

（2）钢绞线束中各根钢绞线应梳理平顺，长度一致，并分别编号。目前常用的制束方法有人工制束、机械制束和购买成品束，其优缺点见表2。

表2 钢绞线制束方法对比表

（3）穿束可采用3T卷扬机牵引或穿束机整束穿束。

2.4 预应力张拉

箱梁预应力张拉分为3个阶段：当混凝土强度达到设计值的60%，进行预张拉；当混凝土强度达到设计值的80%，进行初张拉；当混凝土强度和弹性模量达到设计值的100%，且龄期不小于10d，进行终张拉。

（1）张拉设备选型：根据40m箱梁预应力体系的设计特点并结合施工要求，预应力张拉采用铁路桥梁自动张拉系统，该系统包括力传感器系统、位移传感器系统、智能张拉控制系统、数据管理系统。由1台主机和3台辅机通过总线型数据线串联实现信号的同步通讯，再配以500T液压千斤顶4台，可实现箱梁预应力张拉施工全过程自动化[2]。

（2）张拉操作要点。

1）上锚具前将锚垫板及锚口积灰清理干净，避免钢绞线入锚折角过大，从而导致预应力损失。

2）将千斤顶与张拉台车连接好，并用数据信号线联通主机与辅机，然后通电调试，保证设备正常运转。

3）千斤顶安装调整：①首先套上限位板，检查工作锚“入槽”（入锚垫板上面的槽）。②使钢绞线束穿过千斤顶，然后安装工具锚及工具夹片，最后打紧工具夹片。③调整张拉前的“三同心”，即预留管道、锚具和千斤顶位于同一轴线上；如何保证三同心：工作锚具一端入锚垫板上的槽，另一端入限位板的槽，限位板入千斤顶对顶套的槽，即可保证张拉三同心。

4）调整对中后，启动自动张拉设备，打开操作界面，选择对应梁型，按照设计张拉顺序点击自动张拉，系统将会根据张拉工艺对钢绞线施加应力，当张拉到控制应力后，在控制应力作用下持荷5min，然后回油、锚固、退顶，完成张拉作业，如图1所示。

图1 自动张拉作业

（3）终张拉完成后，在工作锚外钢绞线上做记号，24h后检查确认无滑丝、断丝现象，方可进行钢绞线束切割，切割时采用砂轮角磨机作业，确保剩余钢绞线长度为30mm～40mm[3]。

2.5 孔道压浆

（1）在终张拉完成24h之后，48h之内完成孔道压浆施工。为保证孔道压浆施工质量，应采用全自动智能压浆设备。

（2）应使用压浆帽，压浆帽设计要合理，与锚垫板及工作锚密贴严密，确保在压浆过程中不漏浆。

（3）压浆采用真空辅助压浆工艺，真空泵抽真空使预应力孔道内真空度达到-0.06MPa～-0.08MPa，并保持稳定后，开始进行压浆作业，当孔道另一端流出的浆体流动度满足（18±4）s要求时，关闭出浆口阀门，在0.5MPa～0.6MPa的压力下保压3min，如图2所示。

图2 自动压浆作业

（4）压浆过程中应时刻关注管道有无漏浆、串浆现象，如有要及时进行处理，待处理完成后重新进行压浆。

（5）每个孔道压浆结束后，检查压浆孔浆液是否饱满，否则，应人工进行补浆，确保管道压浆饱满密实。

2.6 封锚

（1）封锚前对锚穴进行凿毛处理，凿毛深度5mm～10mm，凿毛面积不低于总面积的75%，并用水将锚穴清理干净。

（2）为加强封锚混凝土与梁端的连接，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。

（3）对外露钢绞线及锚具要涂抹水泥浆进行防锈处理。

（4）为保证封锚混凝土密实无空鼓，建议采用模板浇筑工艺，采用30型插入式振捣棒，并用橡胶锤辅助振捣的方法进行振捣，封锚混凝土面与梁端面应平齐，无明显错台，然后用塑料薄膜覆盖养护14h。

2.7 梁端防水

（1）防水涂料要严格按照生产厂家的规定进行拌制，采用精密电子秤精确计量，电动手持搅拌机充分搅拌均匀。

（2）防水涂料涂刷前，必须对梁端混凝土基面进行处理，对气泡、蜂窝进行修补，铲除表面杂物。

（3）为保证防水层厚度不小于1.5mm，防水层涂刷遍数一般不得少于4遍，每遍应涂刷均匀，防止出现挂流现象。

2.8 特别注意事项

（1）40m箱梁预应力张拉作业，工作锚和工具锚的安装是影响作业时间的最关键因素。为了避免工作锚与工具锚之间钢绞线拧绞，施工时可采取自制钢绞线 “梳子”等方式，来提高工具锚安装效率，减轻劳动强度。安装工具锚时，先将钢绞线“梳子”按照锚具孔的位置分开，形成锚具孔对应形状，待工具锚与钢绞线对应后，将“梳子”取下，使用方便快捷，如图3所示。

图3 钢绞线“梳子”

（2）40m箱梁终张拉结束后，有部分箱梁的梁端箱内下倒角位置出现细微裂纹，经分析判断为受张拉应力影响产生的应力裂纹。经实践，通过在梁端下倒角处增加倒角钢筋，提高梁端下倒角处混凝土的抗拉能力，可解决此问题。

（3）冬期施工时，应按要求做好压浆、封锚工序的保温养护工作。压浆前1d及压浆后3d，梁体及环境温度不得低于5℃，封锚混凝土应保温保湿养护不少于14d。

3.结语

与32m箱梁相比，40m箱梁的预应力工序质量控制难度更大，技术要求更高，在施工过程中要认真做好技术和质量管控。一是要积极应用智能张拉、全自动压浆等自动化智能化工艺和设备；二是也要做好细节管理；三是要积极开拓创新，提高作业效率和质量水平。

本文基于工程实例，借鉴32m箱梁预应力工序施工的成熟经验并结合40m箱梁预应力体系的特点，对40m箱梁预应力工序施工关键技术进行了研究，解决了施工中存在的一些问题，提高了箱梁质量，并总结了一定的经验，对类似工程具有一定的借鉴指导作用。