高速公路先张法预应力空心板梁施工技术
米晓华
（中铁五局安邵高速公路TJ1标第一项目经理部）
摘 要 ：先张法预应力空心板梁是高速公路桥梁工程中常用的梁体结构之一，空心板梁结构及工艺都较为简单且自重较轻便于梁架设。阐述先张法预应力空心板梁施工方法及工艺流程，详细论述其张拉力计算及每个重要环节施工技术方法等，针对相关问题的施工措施。
关键词 ：高速公路；先张法预应力 ；空心板梁
1、工程概述
安邵高速公路TJ1标K126+825沙坪Ⅰ大桥位于涟源市伏口镇李家村，为整体式桥梁，上部构造采用69×20m+3×50m+1×20m预应力砼先简支后连续空心板及简支T梁、简支空心板，桥长1554.8m。共有先张法20m空心板梁1400片，50mT梁36片；伏口互通跨线桥20m空心板梁132片；白毛江大桥20m空心板梁200片。预应力钢绞线采用《预应力混凝土用钢
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绞线》（GB/T5224-2003）标准的低松弛高强度钢绞线，其抗拉强度标准值Fpf×10MPa，松弛率0.035，松弛系数0.3。预制空心板梁及50mT梁混凝土采用C50砼，水泥采用高品质的强度等级为62.5、52.5及42.5的硅酸盐水泥，同一座桥的板梁采用同一品种水泥，质量符合GB175-1999标准，碎石最大粒径不宜超过20mm，以防混凝土浇筑困难或振捣不密实。 2、预应力空心板梁施工 2.1、场地布置及规划
沙坪梁场位于K124+160~K124+575段曲线路基上，全长415m，宽26m。办公室、宿舍、试验室、材料库房、料具房、浴室、厕所、发电房、机修房均采用厂制彩钢板活动房屋。施工用水采用湄江河河水，自来水管道需要敷设1.2Km，以满足施工生产用水需要。施工用电采用安装1台400KVA，并配备1台250kw发电机备用。为保障预制场坚实、稳定、平整、卫生、不积水，采用10cm厚C20#素混凝土对场地进行硬化。四周挖好临时排水沟，确保场内雨水或施工用水排放。
2.2、预应力空心板张拉台座设计
张拉台座由压杆、横向连续梁、端部重力墩、底板及端部横梁构成。
张拉台座主要受力构件为压杆，由C30砼浇筑，取其截面尺寸：边杆为45cm×50cm，中杆为50cm×+×2=1.64m；为保证台座刚度和稳定性设置了横向连续梁，由C30砼浇筑，其间距为5.0m（或5.5m），其截面尺寸为40cm×20cm；出于安全保守设计，台座端部设置了重力墩，由C15片石砼浇筑；底板为厚15cmC20砼，5cm厚C20砼细石砼台座面层；
台座长：（梁）4×+（梁间距）3×+（台座端部）2×1.4m+（重力墩）2×1.3m=89.5m；台座宽：槽宽[×2）×3]+压杆宽[××2] =6.82m。
物理力学指标：标准强度：fPK=1860Mpa；公称截面积：Ai=140mm2；张拉控制应力：σpk=1302Mpa；张拉控制力：Pk=1302×140/1000=182.28KN；超张拉103%应力：σcon =1341.06Mpa；每根钢绞线最大张拉力：σcon×Ai=187.75KN；每片中梁18根钢绞线张拉总计为：P=18×187.75=3379.5KN；每片边梁20根钢绞线张拉总计为：P=20×187.75=3755KN。
Nμ=ψγb（1/γc×RaA+1/γS×Rg＇Ag＇）
ψ—纵向弯曲系数，其中l取5m计；γb—结构工作条件系数，取0.95；γc—在混凝土强度设计采用值基础上的混凝土安全系数，取1.25；γs—在钢筋强度设计采用值基础上的钢筋安全系数，取1.25；Ra—混凝土抗压设计强度；Rg＇—纵向钢筋抗压设计强度；A—构件截面面积；Ag＇—纵向钢筋截面面积。
×××2.5m的重力墩。压柱采用4φ20+4φ16钢筋，由此可得：
ψ=0.98 γb=0.95 γc=1.25 γs=1.25 Ra=17.5MPa A=2 2 ×
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Nμ××××10××455×10××10 故Nμ＞P，压杆满足轴向受力要求。
端部横梁其跨径为，按受均布荷载的简支梁考虑，其分布荷载q=3755KN/m，弯矩：M=1/8ql=1/8×3755×·m，剪力：查表：《钢结构—设计手册》，横梁取2工50C工字钢，满足受力要求。
1)根据现场的实际情况，将张拉台座设计为横向水平，纵向设2%纵坡，保证台座处于路面面层以下，待使用完毕废弃时可将其埋置于路面下，避免凿除台座浪费人力物力资源。
2)张拉台座采取分段浇筑施工，由台座中部向两端进行施工。先进行压柱和横系梁的施工，再进行两端重力墩的施工和端部横梁安装，最后进行台座底板施工。 3)在端部横梁与压杆端部接触面处设置厚2cm钢板，以防受力不均压坏压杆端部砼。
4)在端部横梁上安装预应力钢绞线定位钢板，钢绞线定位钢板由厚2cm钢板制成，定位钢板孔眼按设计图纸钢绞线的数量、间距进行加工，定位钢板按钢绞线的位置及保护层厚度进行安装，以确保钢绞线位置准确。 2.3、先张法预应力空心板梁预制施工 先张法空心板预制施工工艺流程
台座与张拉架制作 钢筋与预应力钢绞线制作下料 预应力钢绞线安装 单根张拉预应力至5% 钢筋安装 张拉预应力至100% 持载 模板安装 浇筑底板砼 安装内芯模 腹板与顶板砼浇筑 拆模 养生 放张 封端 移至存梁场或吊运安装。 钢筋制作与安装
钢筋下料、制作在钢筋加工场地进行，运至预制场装配成型，钢筋连接采用电弧焊搭接，钢筋下料时要合理配料，使之在成型焊接时能保证接头按规范要求错位。预制边梁时应预埋栏杆钢筋，护栏钢筋点焊在边板设计位置钢筋上。预制边跨梁时伸缩缝处预埋钢筋应焊接在顶板钢筋上。
加工钢筋的允许偏差不得超过下表： 项 目 受力钢筋顺长度方向加工后的全长 弯起钢筋各部分尺寸 箍筋各部分尺寸 允许偏差（mm） ±10 ±20 ±5 绑扎和焊接的钢筋骨架不得变形、机脱和开焊，钢筋位置的偏差不得超过下表：
检查项目 箍筋横向水平钢筋 钢筋骨架尺寸 保护层厚度 长 宽、高 允许偏差（mm） 0，-20 ±10 ±5 ±5
2.3.3设置预应力钢筋下料、安装与张拉
预应力钢筋的间距与保护层厚度应严格按照图纸设计要求，事先在后固定横梁和后移动横梁上钻孔定位，预留孔位要正确，安装时将预应力钢筋失效段套管穿入到位，预应力钢筋允许偏差应控制在规范规定值以内。 预应力钢筋的制备
对进场的钢绞线按要求进行检验，检验合格后才能投入使用。预应力钢绞线的下料长度，为4片梁的净长（含失效段）加两端的预留张拉用的长度和梁板间工作长度；预应力束的切断采用砂轮切割机，以保证切口平整，线头不散。禁止采用电弧切割下料。预应力钢筋在穿束前应排列理顺，穿束一般采用人工直接穿束。 预应力钢筋的安装
安装预应力钢筋前在台座顶摆放小枕木，间距不得大于1米，以防底模脱模剂对预应力钢筋造成污染；在后固定横梁与后移动横梁穿束前，应特别注意预应力失效段套管和中梁N9与边梁N10钢筋的安装，失效段套管必须采用塑料套管，张拉后将塑料套管的端口用铅丝扎紧封严，避免混凝土浆流入，影响失效质量。严禁用油毡或油布替代塑料套管包裹。
整体张拉选用YDT1960型千斤顶，2台公称张拉力为4000KN＞3755KN；单根张拉选用QYC230型千斤顶，公称抗拉力为200KN＞187.75KN，可以保证张拉工作的可靠性、准确性。张拉伸长值估算：△L=σcon÷Eg×L=1302÷×105）× YDT1960型千斤顶的行程为80cm＞60.58cm，可以满足要求。
张拉前的准备工作：张拉机具与锚具配套使用，使用前进行校验，校验时千斤顶与压力表配套校验，并加以编号，防止在使用过程中发生错误。预应力张拉时采用两台千斤顶在一端同时张拉或单根张拉，张拉控制应力为1302MPa。实施张拉时，千斤顶的张拉作用线与预应力筋的轴线重合一致。
张拉的施工工艺如下：0→初应力（бcon）→（бcon）→бcon（持荷2min锚固） 实际伸长值的计算方法： △L=△L1+△L2
△L1－从初应力至控制应力间的实测伸长值(㎝)； △L2－初应力时的推算伸长值(㎝)。 理论伸长值的计算： △L=(PP×L)/(Ag×Eg)
PP－预应力筋的平均张拉力(N) L－预应力钢材长度(㎝)
Ag－预应力筋截面面积(mm2) Eg－预应力筋弹性模量(N/mm2)
бcon为张拉时的控制应力（包括预应力损失在内）；在一端两台千斤顶同时张拉，两台千斤顶升降压、划线、测伸长、插垫等工作同步一致；预应力的张拉控制应力符合设计要求。
张拉应力控制
张拉时，用应力控制方法张拉，并以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值控制在±6％以内，否则暂停张拉，待查明原因并采取措施加以调整后，方可继续进行张拉。
实际伸长值的量测，预应力筋张拉时，在将预应力拉至10%的应力时，应量测一个初始值，再拉到初应力的1倍量测一个实际伸长值ΔL1作为0到初始应力的伸长值，待拉至张拉控制应力时量测一个实际伸长值为ΔL2，总的伸长值ΔL应为ΔL1和ΔL2之和，并与理论伸长值进行比较。 张拉程序
采用精轧螺纹钢螺丝杆锚具，拧动端头螺帽，调整预应力筋长度，使每根预应力筋受力均匀。施加5%的应力，将预应力筋拉直，锚固端和连接器处拉紧，在预应力筋上选择适当的位置刻上标记，作为量测延伸量的基点。
张拉分以下三种情况进行：
①一端固定，一端单根张拉时，张拉顺序由中间向两端对称进行，当横梁与承力支架可承受一侧张拉的安全要求时，也可从一侧进行张拉。单根张拉吨位不可一次张拉至张拉应力。
②一端固定，一端采用两台千斤顶多根张拉时，千斤顶必须同部顶进，保持横梁平行移动，预应力筋均匀受力，分级加载至张拉应力。
③一端单根张拉，一端多根张拉时，先张拉单根预应力筋，由延伸量和油表压力读数双控，施加30%—40%的张拉应力，使预应力筋受力均匀后顶锚锚固端，再进行多根预应力筋张拉至张拉应力。
持荷2min，使预应力筋完成部分徐舒，完成量约为全部量的20%—25%，以减少预应力钢丝锚固后的预应力损失。锚固前，应补足或放松预应力筋的拉力至控制应力。量测、记录预应力筋的延伸量，并核对实测值与理论计算值，其误差应在+6%的范围内，若不符合规定应找出原因及时进行处理。张拉满足要求后，锚固预应力筋、千斤顶回油至零。 模板制作与安装
空心板梁侧模板采用分片拼装式大块钢模板，内芯模采用专业厂家生产的钢模，其几何尺寸应完全满足内腔设计要求，侧模板采用5mm厚A3#角钢。侧模板在加工厂加工成型，运至预制场后，人工配合龙门吊进行组装，沿着划在台座上的红油漆定位线精确定位模板；侧模板间上口采用ø12圆钢螺栓固定，以保证梁板横向宽度，并用缆风绳紧系在事先预埋在张拉架纵梁钢筋环上，防止浇筑时模板移位，两侧模板下部用可调节伸缩杆支撑在张拉架纵梁上；模板安装前将预应力钢筋失效段套管调整到位。模板安装后，施工作业班（组）、现场技术人员、质检部技术人员分对模板内几何尺寸、安装的可靠程度、斜交角等进行自检，自检时应特别注意曲线段梁板长、短边或斜交桥梁斜交角的检查，斜交桥梁板，还应增加对梁体顶面对角线长度的控制，合格后报监理工程师抽检。内芯模在底板混凝土浇筑后开始安装，安装时采用卷扬机将拼装好的成块钢模牵引就位后，安装固定。 混凝土浇筑
钢筋和模板安装完毕，经自检合格、监理工程师检查验收并签认后进行混凝土的浇筑施工。水泥采用水泥，用量不超过500kg/m3。混凝土在伏口互通拌和站集中拌制，水平运输采用混凝土搅拌运输车，垂直运输采用龙门吊提吊斗起吊入模。振捣全部采用插入式振捣。混凝土应尊循先进行底板混凝土浇筑，再腹板对称浇筑，后顶板浇筑；整个浇筑应采用水平分层，纵向分段的浇筑方式，浇筑方向从梁的一端循序渐进至另一端，在接近另一端时为避免梁端混凝土产生蜂窝等不密实现象，改从另一端向相反方向投料，在该端4～5m处合拢。分层下料、振捣，每层厚度不超过30cm，上层混凝土必须在下层混凝土振捣密实后浇筑，以保证混凝土有良好的密实性，上层浇筑必须在下层混凝土初凝前进行，保证接缝处混凝土的良好结合。浇筑到梁顶后及时整形、收浆、拉毛。封端时应在板两端底部中心附近封端处，用PVC管设置一直径1.0cm排水孔，排水孔进水口应不高于空心板底板顶部。 混凝土养生
混凝土浇筑完成后，适时收浆拉毛后尽快用土工布覆盖和保湿养护。一般在常温下混凝土的洒水养护时间不少于7天。当气温高于5℃时对混凝土实施洒水养生，在混凝土收浆后对梁顶采用麻袋或土工布覆盖，养护时经常洒水，使其保持潮湿状态。当气温低于5℃时，对梁体加设棚罩保温，如温度过低可在棚罩内生煤炉增温，使棚罩内气温高于5℃，然后对梁实施洒温水养护，使梁体经常处于保温湿状态。 模板拆除
模板拆除遵循先支后拆，后支先拆的顺序；非承重侧模板应在混凝土强度能保证其表面及棱角不致因拆模而受损坏时方可拆除，一般在混凝土强度达到以上时方可拆除侧模板。其拆模程序为：①先排尽气囊气体，使气囊与梁体处于分离状态，再用卷扬机辅
以人工缓慢拉出内芯模。②拆除侧模顶部横向拉杆和与张拉架纵梁间缆绳，再拆除两侧模与张拉架纵梁间支撑，后移开拆除两端模。③拆除与待拆模板相邻的接缝处螺栓，清除渗进缝内的水泥浆，以消除或减少模板间的粘结力。④吊移存放。模板与梁体移出一定的空隙后，再起吊，避免直吊时模板和梁体碰撞；然后吊运到存放处，清洗、维修、涂油保养以供下次使用。 放张与预应力筋切割
①先张法构件放张前，必须先拆除模板，并采用混凝土（或砖砌）对板端孔芯进行封闭，以免造成对角线部位的倒角处出现裂缝。②放张时混凝土强度不得低于设计强度的85%。③采用千斤顶整体放张时，为防止突然放张板端混凝土必将出现局部崩裂或梁板两端腹板与底板间出现剪切缝，宜分四次逐级进行，每次放张吨位分别为施张吨位的40%、30%、20%、10%，且最后一级放张时应在5分钟内缓慢慢速进行。④预应力筋放松后，宜采用切割机、锯断或剪断方式切割，严禁用乙炔—氧气或电弧焊切割；长线段台座切割顺序，应从放张端开始，逐次切向另一端。
预应力切割后，用龙门吊将梁体移运至存梁区或直接安装，以便进行下一片梁预制；如将板梁放入存梁区，其存梁时间不得超过90天。 3、结语
先张法预应力混凝土空心板梁具有造价低、施工方便、工艺较简单、应用广泛等优点。根据高速公路的现场实践和学习，总结出先张法预应力混凝土空心板梁的施工工艺流程及施工技术方法，重点掌握施工中控制的要点，在以后的施工中，总结出更多的、更好的知识为施工生产提供更大的帮助。 参考文献 ：
[1 ] 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）． [2 ] 《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）．
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