先张法桥面板施工技术.doc

先张法空心板施工技术
在辽中西互通式立交桥中的应用
姜 海 包 锋
（核工业西南建设集团公司，四川 成都 610021）
摘 要：文章介绍了先张法桥面板技术的施工流程，并结合辽中西互通式立交桥的建设，阐述了先张法桥面板技术在工程中的具体应用。
关键词：先张法；张拉台座；桥面板；施工技术
一、工程概况
辽中西互通式立交桥桥面板共有861片，跨径有6米～25米9种，板高有0.3米～1.25米10种，底板宽有0.99米、1.245米、1.295米、1.39米、1.49米、1.39～1.59米7种，板交角有15°～50°斜交和正交。
预应力筋采用高强度低松弛钢绞线，规格有φs12.7㎜、φs15.2㎜两种，标准强度Ryb=1860Mpa，控制张拉力σk=1395 Mpa，采用单根张拉和砂箱整体放松的方法施工，按设计规定待砼强度达成设计强度100%，且龄期满10天方可松张。板体砼标号为C30、C40、C50共3种。
二、张拉台座建设
桥面板均在预制场集中预制，预制场设在主线桥51#台下万子村附近的稻田内。场内建设有16线生产地膜， 2台MH20-22跨梁龙门吊，4个料场（均硬化及砌有隔离墙），2个水泥棚（分别储存P.O42.5水泥及P.Ⅱ52.5R水泥），1个盘圆钢筋拉直场地，1个钢筋半成品加工棚，1座砼搅拌系统，1个存放量为210片（20m板）的临时存梁区。具体详见附图-1。
张拉台座是先张法预应力工艺中的重要设备，本项目拟建重力式墩加压杆的两用台座，重力式墩为重要受力结构，压杆重要是为方便安装模板，同时也承受部分压力。它由压杆、端柱、台面及横梁、定位板等组成，根据桥面板的规格、数量和工期，拟建16线台座，南北各8线，其中南侧有4线长56.0m，其余12线长66.2m。考虑到底板宽变化较大为了满足进度规定，同时方便后期改建成139㎝、124.5㎝、129.5㎝、139～159㎝台面，建6线宽99㎝，10线宽149㎝。
1．压杆
压杆是支撑两端端柱的构件，它重要用于方便安装模板，同时也承受部分压力。压杆长度根据预制板长度而定，压杆长66.2m（56.0m），断面尺寸为60㎝×30㎝，主筋采用6Φ12钢筋，箍筋采用φ6@200，距端柱L/5范围内间距加密为100㎜，用C30砼浇筑，浇筑时应浇捣密实，以减小压缩变形，在其顶面每隔50cm埋置环形钢筋，以便于安装外模。由于压杆细长，除两端各设一道横墙外，中间另设横墙（断面40㎝×30㎝），间距为13m，将压杆连成整体，加强稳定，减少横向变形, 具体详见附图-4。
2．端柱
端柱是张拉台座的重要部分，所有施加的张拉力均由端柱承担。为了保证张拉时不超过规定的变形和位移，端柱应有足够的强度和刚度。端柱采用两段36号工字钢和钢板组合而成，为了增长其刚度沿高度方向加焊三道加劲板。详见附图-5。
端柱的组合应特别精细，焊接过程中应避免工字钢变形翘曲，安装位置必须准确，规定竖直，两端柱的受力面须在同一平面上，且垂直台座中心线，高度以控制的钢绞线标高为准。具体施工中，采用先在端柱位置浇筑基础砼，用水平仪控制高程、放线，再将两个端柱用钢筋点焊临时连接，使竖直面处在同一平面，然后再调整竖直面，使其垂直于水平面。定位准确后，最后浇筑基础及牛腿C30砼。
3．台面
台面基础应填平夯实，避免沉陷，然后在其上浇筑10㎝厚素砼，将基础封闭，以利隔水。台面宽度和预制桥面板宽度相同，并高出基础5㎝，便于安装边模板时夹住台面。布设间距200㎜×200㎜的钢筋网，浇筑C30砼，厚度为30㎝，抹平压光。在浇筑砼前，应反过来以端柱受力面重新拟定台座中心线（互相垂直），以端柱受力中心作为钢绞线标高，从而消除端柱在安装时的误差，以控制台面的中心线和标高，以保证钢绞线在桥面板中处在设计高度的同一水平面上。具体详见附图-2。
4．横梁
横梁是将预应力钢绞线的张拉力传给端柱的构件，用2I45b工字钢和钢板组合而成，长200㎝，宽49㎝，高30㎝。详见附图-5。
在施工中横梁组合成的断面要方正，焊接钢板时应避免工字钢变形翘曲，中间缝宽4㎝，钢绞线由此穿过。横梁安装要力求水平，并使横梁高度的中点与钢绞线高度在同一高度，长度中心对准台面中心。
5．定位板
定位板是固定钢绞线位置的构件，用一块钢板按设计尺寸精确放线钻孔而成。孔径比钢绞线直径略大，便于穿钢绞线。
定位板必须在横梁固定后，才干在横梁上将定位板定位。定位时，用水准仪控制孔眼中心标高，使钢绞线轴线与孔眼中心在同一标高；用经纬仪控制其中点，使定位板中线与台面中心线重合。位置拟定后，定位板与横梁采用贴边围焊，使定位板与横梁形成整体。
三、张拉台座验算
按整体式台座进行受力验算，按最不利时即同时张拉8线考虑，即整体式台座总受力为P=1395×139×19×8＝29473.6KN。现浇C30混凝土，其允许轴心受压应力为[σa]=10.5Mpa，允许弯曲受压应力为[σw]=13.0Mpa，抗压强度设计值为fc=14.3 Mpa，容重r=25KN/m3；受力钢筋采用Ⅱ级钢筋，其允许抗压应力为[σs]=185Mpa，抗拉压强度设计值为fy=300 Mpa。
1、抗倾覆验算
根据牛腿构造图(附图-3)有：
G1＝2×4×22×25＝4400 KN L1=3.7m
G2=1/2(0.6+2.3)×1.7×22×25＝1355.8 KN L2=1.1m
平衡力矩Mp=∑GiLi=4400×3.7+1355.8×1.1＝17771.4 KN
倾覆力矩Mq=P×h=29473.6×0.247=7280 KN.m
抗倾覆安全系数K=Mp/Mq=17771.4/7280=2.4>1.5
故台座抗倾覆安全
2、抗滑移验算
台座抗滑移力N=N’+F+E+N抵
（1）求台面垫层抵抗力N’
台面垫层混凝土强度为C30，厚10cm，由此查资料有抵抗力为300KN/m，则台面垫层抵抗力为：
N’=300×22＝6600 KN
（2）求摩擦力F
中压杆为0.3×0.6m，边压杆为0.78×0.6m，总长66.2m，则压杆重力
G＝(0.3×0.6×66.2×7+0.78×0.6×66.2×2)×25=3634.5KN，砂土摩擦系数为0.4，则摩擦力F：
F＝μ（∑Gi+ G）=3756.1 KN
（3）求积极土压力E
E=(1/2)γh2KaB=0.5×18×22×0.301×22=238.4 KN
（4）压杆抵抗力N抵
压杆受到土体的约束，因此不考虑其长细比的影响，取稳定系数为1，则压杆抵抗力N抵：
N抵＝0.9(fcAc+fyAs)=0.9×[14.3×(300×600×7+780×600×2)+300×(678.24×9+452.4)]=30032.8 KN
抗滑移安全系数K
K＝N/p=(N’+F+E+N抵)/P=1.4>1.3
故抗滑移安全
3、压杆验算
（1）压杆受力N杆＝P-F-E-N’=29473.6-3756.1-238.4-6600=18879.1 KN
（2）压杆轴心受压应力σ＝N杆/Ac=18879.1×103/(300×600×7+780×600×2)=8.6 Mpa <[σa]=10.5Mpa
故压杆砼可以承受其压力。
4、牛腿验算
牛腿端柱采用2根I36b工字钢和4块边长为6cm×33cm加肋钢板组合成型钢，按集中荷载悬臂梁考虑。
P＝(1395×139×19)/2=1842.1KN
M=Pl=1842.1×0.247=455.0 KN.m
工字钢：
I1=2×16530×10-8m4＝33060×10-8m4
W1=2×919×10-6m3＝1838×10-6m3
A1=2×83.5×10-4m2＝167×10-4m2
加肋钢板：
I2=4×6×333/12＝71874×10-8m4
W2=4×6×332/6＝4356×10-6m3
A2=4×6×33＝792×10-4m2
有：
Ix= I1+ I2＝104934×10-8m4
Wx= W1+ W2＝6194×10-6m3
A= A1+ A2=959×10-4m2
则：
弯曲应力：σ＝M/ Wx =73.46MPa<[f]=315 MPa
剪应力：τ＝p/ A =19.2MPa<[τ]=185 MPa
挠度：fmax＝pl3/(3EIx)=0.44mm<l/400=0.62mm
故牛腿满足规定
5、横梁验算
钢横梁采用2根I45b工字钢和4块截面尺寸为2cm×42cm加肋钢板组合成型钢，按均布荷载简支梁考虑。
q=（1395×139×19）/2=1842.1KN/m(计算跨径为2m)
M＝1/8ql2=921KN.m
工字钢：
I1＝2×33760×10-8m4=67520×10-8m4
W1＝2×1500×10-6m3=3000×10-6m3
A1＝2×111×10-4m2=222×10-4m2
加肋钢板：
I2＝4×2×423/12=49392×10-8m4
W2＝4×2×422/6=2352×10-6m3
A2＝4×2×42=336×10-4m2
有：
Ix=I1+I2=116912×10-8m4
Wx=W1+W2=5352×10-6m3
A=A1+A2=558×10-4m2
则：
弯曲应力：σ＝M/ Wx =172.1Mpa<[f]=315Mpa
剪应力：τ＝(1/2)ql/A=33Mpa<[f]=185Mpa
挠度：fmax=5ql4/(384EIx)=0.65mm<l/400=5mm，且<2mm
故横梁满足规定
四、预应力施工
1．张拉设备检查
张拉前，为了保证张拉力的准确性，将千斤顶、油压表、电动油泵编号配套一起校验，进行“油压值—输出力”的标定，测出油压表与油压千斤顶的实际作用力之间的关系，拟定校准方程。
2．预力筋伸长值计算
㈠ 梁场结构设计及钢绞线有效长度计算
⑴ 结构设计

①夹片锚具（厚50㎜） ②横梁（宽490㎜） ③台座（长66200㎜或56000㎜） ④砂箱（长400㎜＋180㎜砂子） ⑤定位板（厚20㎜）
⑵ 有效长度计算
① 66.2米台座：L=66200+490×2+50×2+20×2+400+180=67900㎜
② 56.0米台座：L=56000+490×2+50×2+20×2+400+180=57700㎜
㈡ 计算数据和公式
1.ΔL=ΔL1+ΔL2=PpL/ApEp
ΔL—钢绞线总伸长量
Pp—钢绞线张拉力
Ap—钢绞线截面面积
Ep—钢绞线弹性模量
L—钢绞线有效长度
ΔL1—初应力以下钢绞线伸长量
ΔL2—初应力以上钢绞线伸长量
2.计算数据
①φs15.2㎜钢绞线：
Ap=139㎜2 Ep=202Gpa Pp=σ×Ap=1395Mpa×Ap
②φs12.7㎜钢绞线：
Ap=98.7㎜2 Ep=202Gpa Pp=σ×Ap=1395Mpa×Ap
㈢ 理论伸长值计算
① 66.2米台座：
ΔL= =PpL/ApEp=1395×139×67900/139×2.02×105=469㎜
② 56.0米台座：
ΔL= =PpL/ApEp=1395×98.7×57700/98.7×2.02×105=398㎜
㈣ 张拉控制伸长值（按规定取0—6%）
①66.2米台座：469～497㎜
②56.0米台座：398～422㎜
㈤ 油表读数计算（以φs15.2㎜钢绞线为例）
根据规定钢绞线采用单根张拉，以及拟采用10%σ为初应力，20%σ与10%σ伸长值差值为初应力以下推算值，计算10%σ，20%σ，σ张拉力相相应的油表读数。
⑴张拉力
①10%σ：F=σAp×10%=1395×139×10%=19.39KN
②20%σ：F=σAp×20%=1395×139×20%=38.78KN
③100%σ：F=σAp=1395×139=193.9KN
⑵油表读数
根据千斤顶检查报告的校准方程，P=-3.3×10-5F2+0.235347F+0.388799（06148千斤顶，401油表）；P=-4.1×10-5F2+0.240583F-0.45453（06148千斤顶，620油表），将各级张拉力分别代入校准方程计算相应的油表读数，计算结果见下表：
单位：MPa
千斤顶编号
06148
油表编号 张拉力（kN）
401
620
10%σ
4.9
4.2
20%σ
9.5
8.8
100%σ
44.8
44.7
3．预力筋下料及安装
预应力筋安装前，应先将桥面板底板钢筋绑扎好，支座预埋钢板安装完毕，台面清理干净，作失效段的PVC管按设计长度下料备好，此外，成捆钢绞线放置张拉端附近用钢管架固定。穿钢绞线时应从一端的定位板穿入穿向另一端，凡设有失效段的钢绞线应将PVC管穿入后再将钢绞线穿入另一端的定位板。
夹具在张拉过程中起到临时锚固的作用，放松后取下反复多次使用，为了放松后能方便取出夹具，在夹片表面涂少许黄油（地板腊），再装入锚环。夹具一般先装固定端，夹片距钢绞线端头5㎝，三个夹片装入锚环要齐平，用弹簧围成一整体。张拉端用力将钢绞线大体拉直后，预留20㎝左右，以保证安装锚环后千斤顶可以夹住钢绞线，用砂轮机切断钢绞线，钢绞线端头要大体齐平，再装入锚环。
4. 预力筋张拉
钢绞线张拉采用穿心式液压千斤顶单根张拉的方法施工。张拉时严格按照从中间到两边对称进行张拉，以张拉力为重要控制，以伸长值复核，按规定伸长值偏差控制在0—6%之间，若超过此范围应停止张拉，待查出因素后方可继续张拉。
钢绞线张拉极其容易发生安全事故，操作人员必须站在安全区内操作，台座两端严禁站人，并在压杆预埋环形钢筋内，横向穿入φ16钢筋，将钢绞线压住，一般先张拉到80%，等芯模安装完毕后，在砼浇筑前再张拉到100%，以防备夹片滑脱钢绞线卷起，发生安全事故。
钢绞线张拉程序按照施工规范规定，低松弛钢绞线，具有自锚性能的夹具，采用0—初应力—σ（持荷2min锚固）,实际操作采用：
10%σ以下调直—10%σ①—20%σ②—σ③ （持荷2min锚固）
①—尺量千斤顶行程L1
②—尺量千斤顶行程L2，松千斤顶，作标记
③—尺量20%σ到σ段钢绞线伸长量L3
钢绞线实际伸长值ΔL=L3+（L2-L1）×2
5．预力筋放松
设计规定：空心板砼强度达成设计强度100%，且龄期达成10天，可以放松预应力钢绞线。
钢绞线放松系统采用砂箱，即在钢绞线张拉前预先在砂箱内装入18㎝的干细砂，待放张时，将砂箱内干细砂缓慢放出，横梁回缩，从而达成钢绞线放松目的。
钢绞线放松时，2人各拿1钢尺，同时打开砂箱盖让干细砂缓慢流出，用钢尺量砂箱回缩量，报出读数，以控制横梁两端同步回缩，防止因回缩不同步，部分钢绞线受力过大，损坏砼。砂箱内干细砂所有放出，钢绞线放松完毕。钢绞线放松过程中一定要缓慢，且连续。张拉端的构件位移较大，锐角端部砼容易被崩掉，采用加设钢筋的措施加以保护。
钢绞线切割：按照设计图纸钢绞线编号从小到大，对称切割，即先切断无失效段的钢绞线，再切断失效段短的钢绞线，最后切断失效段最长的钢绞线。有失效段的钢绞线一般都是带力的状态下切断，为了避免钢绞线崩断损坏端部砼，以及钢绞线回缩，采用二次切割的办法，先在离构件不小于50㎝切断钢绞线，再帖着构件端部切断钢绞线，钢绞线切割采用砂轮机切割，不得采用氧气或电弧切割。
五、桥面板预制
1．钢筋绑扎
在底板及腹板钢筋绑扎之前，将底模钢板打磨除锈，涂刷机油，垫小木板，再按设计图纸布设钢筋及绑扎，支座预埋钢板也在此时安装牢固。待穿完钢绞线，模板安装完毕，再绑扎顶板钢筋，绑扎时钢筋主筋根数，间距以及保护层等，要符合设计图纸规定。伸缩缝预埋筋、边板防撞墙预埋筋，也在顶板钢筋绑扎时一起安装。
2．模板安装
外模采用厂家加工钢模板，芯模：13m以上桥面板采用厂家加工钢模板，顶面采用木板加铺铁板，13m及其以下桥面板采用充气胶囊，端头模板采用钢模板，模板规定有足够的强度、刚度和稳定性。
底板及腹板钢筋绑扎好及钢绞线张拉到20%，并经监理检查合格后，安装外模，外模与台面接触部分，用高级特种胶带粘贴，以防漏浆，两侧用12mm螺纹钢筋作成弯勾与压杆环形钢筋连接，两外模顶面用钢管做拉杆连接，两外模底面用钢管与压杆支撑连接，稳定外模。外模初步安装好，安装芯模钢模板，用预先按设计尺寸预制好的混凝土垫块，支垫芯模底面和侧面，铺设芯模顶面木板及铁板。校核模板，保证构件的结构尺寸，使顶面倒角棱线在一条直线上。端头模板安装，必须保证构件的交角及长度尺寸，模板要竖直，避免构件端头倾斜。钢模板安装，接缝必须严密，模板表面打磨干净，涂刷脱模剂，接缝处用胶带或海绵填塞严密，安装牢固，以防砼浇筑时变形。充气胶囊作芯模时，在底板砼浇筑完毕再安装，安装时应符合下列规定：
① 充气胶囊在使用前应通过检查，不得漏气，安装时应有专人检查钢丝头，钢丝头应弯向内侧，胶囊涂刷隔离剂，每次使用后，应妥善存放，防止污染、破损老化。
② 从开始浇筑砼到胶囊放气时止，其充气压力保持稳定。
③ 浇筑砼时，为防止胶囊上浮和偏位，应采用有效措施，加以固定，并应对称平衡进行浇筑。（现采用的措施：定位钢筋由设计的φ6改为φ10，底部弯勾勾在底板钢筋上并点焊，间距不大于30㎝，端头应加密到15cm。），模板安装详见下图：
3．砼浇筑
砼浇筑前，将钢绞线张拉到100%σ，检查伸长值是否符合规定，经监理检查钢筋和模板合格后，尽快浇筑砼，以减少预应力损失。砼由搅拌系统搅拌，用料斗及轨道平车运至浇筑部位处，用龙门桁车电动葫芦提高入模进行浇筑。6-13m桥面板，用充气胶囊作芯模，先浇筑底板砼，待胶囊安装好再一次性浇筑腹板及顶板；16-25m桥面板，先浇筑底板和腹板砼，底板砼由专人负责振捣和抹平，再浇筑顶板砼，本次振动棒插入到腹板底避免出现施工接缝。砼浇筑完毕，等砼收干后进行顶板表面二次抹面，起到增长表面粗糙和防止开裂纹作用。
为了保证砼质量，避免振捣局限性，或蜂窝麻面现象，施工时必须注意以下几点：
⑴严格混凝土配合比及配料装置的计量
⑵严格混凝土塌落度（7-9㎝）及和易性
⑶由专人负责混凝土振捣，防止过振、漏振或振捣局限性，保证混凝土的密实度，减小预应力损失。
⑷为了提到混凝土初期强度，添加北四达BH-F20高效早强减水剂
⑸严格控制原材料，使各材料符合规定
4.模板拆除
模板拆除期限应符合以下规定：
① 非承重侧模板应在混凝土强度能保面及棱角不至于因拆模而受损坏时方可拆除，一般应在混凝土强度达成2.5Mpa时，方可拆除侧模板。
② 芯模应在混凝土强度能保证其表面不发生塌陷和裂纹现象，方可拆除。
③ 采用充气胶囊作芯模时，胶囊放气时间应经实验拟定，以混凝土强度达成能保证构件不变形为易。
④模板拆除后，应维修整理，打磨干净，涂刷隔离剂，分类妥善存储。
混凝土抗压强度达成2.5Mpa时，所需要的时间可参考下表：
砼强度（Mpa）
水泥品种及强度等级
需要时间（h）及硬化时昼夜平均温度（℃）
5
10
15
20
25
30
35
40
42.5矿渣水泥
22
10
9
7
6
5
5
52.5普通水泥
15
11
9
8
6
5
4
52.5硅酸盐水泥
14
9
7
6
4
4
4
5.养护
砼模板拆除之后，尽快进行养护，底板采用关水养护，顶板及腹板采用覆盖土工布洒水养护，养护应设专人负责，避免砼处在干湿交替状况，养护时间一般不少于7天。冬季施工时还应采用冬季施工措施来养护。
参考文献
[1] 交通部第一公路工程总公司. 公路施工手册桥涵（下册）. 北京：人民交通出版社，1999.11
[2] 张俊义. 桥梁施工常用数据手册. 北京：人民交通出版社，2023.8
[3] 路桥集团第一公路工程局. 公路桥涵施工技术规范. 北京：人民交通出版社，2023.10
作者简介：
包锋，男，1981年12月出生于广西浦北县，中国共产党党员。2023年6月毕业于重庆交通学院土木工程专业，学制4年。现就职于核工业西南建设集团公司。
联系地址：成都市滨江中路18号1栋
邮 编：610021
联系电话:

附图-1
附图-2
附图-3
附图-4
附图-5