40李永强-杭州湾跨海大桥70m预应力混凝土箱梁梁场预制技术及质量控制要点.doc

中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 杭州湾跨海大桥70m预应力砼箱梁 梁场预制技术及质量控制要点 李永强 孙国安 李志敏 关红军 铁道科学研究院，北京 100081 提 要 本文介绍了杭州湾跨海大桥70m预应力砼箱梁的钢筋整体绑扎及吊装、模板拼装及吊装、混凝土浇筑与养护、预应力管道制作及后张法预应力张拉、真空辅助压浆等预制施工技术及质量控制要点。 关键词 杭州湾跨海大桥，后张法预应力，70m砼箱梁，预制施工技术，质量控制。 1概述 杭州湾跨海大桥是国道主干线同三线跨越杭州湾的便捷通道。大桥全长36km,其中长18.27km的上部结构采用70m预应力砼预制箱梁，总计540片，分布在大桥的南引桥、北引桥、中引桥，及南、北航道桥高墩区。70m预应力砼预制箱梁采用C50海工耐久高性能混凝土，标准段单片箱梁混凝土方量824.9m3，共计约46万立方米。全部70m箱梁均在海盐预制场预制，由两艘运架一体船吊运至桥位进行架设。箱梁设计参数详见表1，跨中截面如图1所示。 表1 70m预应力混凝土箱梁概况表 预制区域 数量 结构型式 预应力钢束及布置 北航道桥北引桥 14片 主梁顶宽15.8m，主梁底宽6.25m， 主梁梁高4.0m，梁侧悬臂3.9m 悬臂端厚20cm，悬臂根厚50cm， 顶板在箱室内跨度6.97m， 顶板厚度27cm～55cm， 桥面横坡2.0％，底板厚度25cm～40cm～65cm～95cm， 腹板坡度14.09， 腹板厚度50cm～70cm～110cm， 自重2140T中跨,2160T边跨。 腹板预制束15-22， 底板预制束15-19， 腹板合拢束15-12， 边跨底板合拢15-19， 中跨底板合拢15-12 顶板合拢束15-19， 顶板预应力束（15-4）按0.6间距布置。 北航道桥南引桥 28片 低墩区引桥中引桥 268片 南航道桥北引桥 20片 南航道桥南引桥 23片 低墩区引桥南引桥水中区 169片 低墩区引桥南引桥水中区加宽段 18片 主梁顶宽10.85m 主梁底宽4.4m 主梁梁高3.785m 李永强，男，1964.5出生，工学硕士，副研究员 图1 箱梁跨中截面图 杭州湾跨海大桥70m预应力砼箱梁预制场位于大桥北岸的浙江省海盐县。预制场共设制梁台座8个、存梁台座24个、横移滑道8对、纵移滑道1对、腹板钢筋预扎台座4个、顶板钢筋预扎台座4个、内模拼装台座4个。70m箱梁采用单幅整孔箱梁在台座上预制，通过横移滑道液压顶推横移、存梁台座存梁、轮轨台车纵移至出海栈桥、经栈桥横移至出海码头，由浮吊船吊运架设。70m预应力砼箱梁单片自重达2160t（边梁），为减少箱梁预制过程中台座的不均匀沉降，制梁台座两端箱梁支点位置采用φ1.5m钻孔桩，桩长65m ，台座中部采用条形基础，条形基础下为钻孔桩，直径φ0.8m，长29.1m，外侧两个条形基础为L形梁。 2 箱梁预制技术及质量控制 70m箱梁所采用的C50海工耐久性混凝土，具有良好的工作性能、较高的强度、海洋环境下对腐蚀的耐久性、不易开裂性。在施工过程中，试验实测砼28d抗压强度为51～70MPa，12周氯离子扩散系数为0.410－12～1.210－12m2/s。 箱梁预制中，钢筋制安技术的应用及保护层厚度控制、模板的制作安装、砼浇筑养护、预应力张拉等环节均对C50海工高性能耐久性砼的质量产生一定的影响。在70m箱梁预制施工中，针对各个环节的特点，应用新工艺，进行了质量控制，取得了很好的效果，特别是较好地防止了梁体砼的早期开裂。 2.1 钢筋整体制安技术及质量控制 2.1.1 为了保证钢筋安装的工程质量和缩短施工周期，箱梁底板腹板钢筋在特制的底腹板钢筋胎具上进行整体绑扎，顶板钢筋在特制的顶板钢筋胎具上进行整体绑扎，然后分别整体吊装入模。在胎具上绑扎钢筋应满足以下要求 1 胎具的各部尺寸严格按照钢筋绑扎规范要求进行制作。 2 测量定出胎具上钢筋骨架的纵横向中心线、墩中心线控制点。 3 胎具底侧面平整，保证保护层厚度的准确均匀。 4 胎具上的钢筋间距控制槽应均匀布置。 2.1.2 为了保证钢筋的保护层厚度,在钢筋与模板之间设置特种塑料垫块,垫块应与钢筋连接牢固,并按照梅花形错开布置，底板及翼缘板底面间隔不大于0.8m，腹板处不大于1.2m。要求在钢筋易变形和受力较大的地方，对保护层垫块适当加密。 2.1.3 钢筋加工及安装的质量要求 钢筋加工及安装应符合公路工程桥涵施工技术规范的要求。钢筋绑扎时,其扎丝头不能过长且均须进入钢筋骨架区域内,不得外伸至保护层内。 2.1.4 箱梁钢筋整体吊装 钢筋安装分底腹板和桥面板钢筋两部分。采用两台120t龙门吊及特制钢筋吊架分别将钢筋骨架抬吊至制梁台位上安装。底腹板及桥面钢筋骨架应有足够的刚度，共设吊点276个，吊点设置在外层骨架钢筋上。起吊时应在钢筋骨架内穿入钢管作分配梁，将吊钩直接挂在钢管上，以免造成钢筋变形或脱钩。 由于桥面钢筋纵横向平面尺寸较大，为提高钢筋骨架的刚度，桥面横向应加设焊接骨架。焊接骨架可在上下层受力钢筋间焊接忖铁形成，忖铁采用直径不小于Φ12钢筋，间距不大于1.0m。焊接骨架钢筋间距顺梁长向不大于3.0m。 2.2 模板制安技术及质量控制 2.2.1 钢模板制造应符合以下的要求 1 钢模板面板厚度分别为14mm底模、10mm侧模、8mm内模。钢模板具有足够的强度、刚度和稳定性,能可靠地承受施工中的各种荷载,以保证结构物各部尺寸、形状准确。模板的全长及跨度考虑反拱度及预留压缩量。采用标准化、系列化、通用化的模板。 2 模板板面平整、接缝严密不漏浆。模板与混凝土接触面的面板焊缝应打磨平整，不应有焊疤、凹坑、烧伤等现象。 2.2.2 箱梁钢模板安装 1 底模安装 预制场共设底模8套，每个制梁台座一套。底模底部加劲肋与台座条型基础预埋钢板焊接连接。钢底模在正常使用时，应随时用水平仪检查底板的反拱及下沉量，不符合规定处均应及时整修。及时清除底板表面与橡胶密封条处的残余灰浆，均匀涂刷隔离剂。 2 侧模板安装 预制场共设侧模4套，每两个制梁台座共用一套，侧模在台座间利用侧模移动台车在侧模轨道上进行移动。安装前检查板面是否平整、光洁、有无凹凸变形及残余粘浆，模板接口处应清除干净。侧模安装完后，用螺栓联接稳固，并上好全部拉杆。调整其它紧固件后检查整体模板的长、宽、高尺寸及不平整度等。钢模安装应做到位置准确，连接紧密，侧模与底模接缝密贴且不漏浆。 3 端模安装 预制场共设端模4套，每套端模由6段拼装而成，各段之间利用螺栓连接，利于模板拆除和控制变形。安装前事先将预应力锚垫板安装，确保锚垫板与砼面密贴平整。端模安装采用龙门吊及人工配合施工。 4 内模安装 预制场共设内模4套，与侧模成对配置，内模为液压分段式结构，在内模拼装台座拼装，采用龙门吊整体吊装入模。安装前应先检查模板是否清理干净，是否涂刷了隔离剂。在内模拼成整体后用宽胶带粘贴各个接缝处以防止漏浆。内模安装完后，检查钢筋保护层厚度及各部位尺寸。内模拆除采用分段收缩拆除，箱内铺设轨道，使用卷扬机牵引脱出。 2.3 箱梁海工耐久性砼浇筑技术及质量控制 2.3.1 混凝土的拌制 混凝土的拌制使用三台搅拌站，每台搅拌站的额定生产能力为100m3／h。混凝土采用强制式拌和机拌和，搅拌时间不少于120s。减水剂采用溶剂型，加入减水剂后，混凝土拌和料在搅拌机中继续搅拌的时间不得少于30s。混凝土拌合物中不得掺用各种氯盐。 开盘前应准确掌握天气预报情况，对各种不利气候有相应的准备措施，如冬、夏季的施工措施、砂石料保温或降温措施、搅拌用水的升温和降温措施、雨天的防雨措施等。在不同季节施工条件下，混凝土的温度控制应满足下列要求 1 冬季混凝土出拌合机温度不低于15℃，入模温度不低于10℃。 2 夏季施工时应保证砼的入模温度不超过30℃。 2.3.2 混凝土的运输及布料 箱梁预制采用拌和站拌和、运输车运输、输送泵输送、布料机布料的施工技术，其中砼运输车8台、输送泵5台、布料机4台。混凝土的供应能力以保证混凝土的连续浇筑为标准。泵送布料混凝土施工应符合下列规定 1 在浇筑混凝土开始之前，先泵送一部分水泥砂浆，以润滑管道。而后，最先泵出的混凝土应废弃，直到排出质量一致的、和易性好的混凝土为止。 2 布料机分两侧对称布置，同一侧两台布料机布料范围应重叠不得出现布料死角。 2.3.3 混凝土的浇筑 1 混凝土采用连续浇筑。浇筑时采用斜向分段，水平分层的方法浇筑。水平分层厚度控制在30cm以内，先后两层混凝土的间隔时间不超过初凝时间。下梗肋部分两端加厚段及锚块的混凝土必须充分翻浆，只有充分翻浆才能保证下梗肋部分密实。一般情况下坍落度应在18～20cm，下雨过后钢筋及模板表面处于湿润状态，混凝土的坍落度应控制在15～17cm以内。气温在10℃以下时坍落度应不大于18cm。 2 灌筑底腹板混凝土时出料口不得正对波纹管，也不宜对着外模翼板。在混凝土灌注至翼板前应及时清除掉粘附在翼板上的水泥浆，以避免翼板底部形成干灰、夹渣及麻面。 3 混凝土灌注入模时下料要均匀，布料与振捣相配合，混凝土的振捣与下料交错进行。底板灌注完成后，分别向跨中对称灌注腹板混凝土，防止两边混凝土面高低悬殊，造成内模偏移。 4 梁体混凝土采用插入式振动器振捣。标准断面振捣两棒，加厚断面振捣三棒。 5 梁体混凝土采用一次性连续灌注成型。单片梁混凝土灌注时间一般为8h～10h。 2.4 箱梁混凝土的收浆养护技术及质量控制 2.4.1底板内砼应在翻浆振捣完成后尽快收浆，在砼初凝前要完成收浆，底板厚度以底板的预埋钢板为标准进行控制。顶板砼采用大跨度振动桥收平，并利用收浆平台人工抹平。 2.4.2 箱梁混凝土浇筑完成，待初凝后，立即用土工布覆盖桥面。在桥面高边一侧及箱内布设水管，保证土工布和箱底湿润。箱梁腹板内外侧、翼板下侧及底板下侧在脱模后，立即用Masterkure 128养护剂进行养护。该材料对混凝土具有较好的水份保持和清洁作用，使用后效果很好，桥面及底腹板外侧和翼缘板下侧没有出现裂纹。通风孔在成孔器拔出后，用湿棉纱将孔填塞。 梁体拆模后养护时，箱梁表面应予以覆盖，洒水次数以混凝土表面潮湿为度，养护天数当环境相对湿度小于60时应洒水养护14天。箱梁的内室降温较慢，应自然养生7天以上。当昼夜平均温度低于5℃或最低温度低于-3℃时应按冬季施工办理，采取保温措施。 2.5 箱梁预应力体系施工技术及质量控制 2.5.1 箱梁预应力管道安装 1 塑料波纹管在布管安装前，按设计规定的管道坐标在胎具上进行放样，设置定位钢筋，波纹管应固定在定位钢筋上用铁丝扎紧。定位网应焊接和定位牢固使其在混凝土浇筑期间管道不产生位移。固定波纹管用的定位钢筋的间距不大于0.8m，对于曲线管道宜适当加密，定位钢筋的间距不大于0.5m。 2 波纹管安装完毕后，检查其位置是否正确，误差应在杭州湾跨海大桥专用施工技术规范规定范围内，波纹管曲线应圆顺，端部的预埋钢垫板应垂直于孔道中心线。否则须进行调整直至符合要求为止。波纹管与锚垫板的连接应用同一材料同一规格连接头连接，连接后用密封胶封口。 3 横向预应力波纹管安装完后，检查压浆孔、抽气孔、排气孔是否畅通，检查合格后将压浆孔、抽气孔、排气孔用封盖封住，防止灌注混凝土时水泥浆滲入造成孔道堵塞。 4 所有管道的压浆孔、抽气孔应设在锚座上，排气孔应设在锚具的附件上。压浆管、排气管的最小内径为20mm。 2.5.2 预应力张拉 预应力张拉采用张拉架施工技术，张拉架分层布设，千斤顶采用电葫芦安装拆卸。当梁体达到张拉强度后，按照以下要求进行张拉。 1 70m箱梁预应力筋张拉分初张拉及终张拉两阶段。当混凝土强度达到25MPa时进行初张拉。混凝土强度及弹性模量达到设计强度的85％以上时方可进行终张拉，终张拉时须对初张拉的预应力束进行补拉。 2 张拉顺序2V2-2Z2-2V1-2Z1-2V4-2Z3-2V5-2Z6。 3 在箱梁批量预制前，应按公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）附录G-9的规定，测定锚圈口及孔道摩阻损失，根据实际测试结果对张拉控制应力予以调整。 2.6 预应力孔道真空压浆技术及质量控制 2.6.1 预应力终张拉完成后3天内压浆，孔道灌浆采用真空辅助灌浆工艺进行。为使水泥浆达到所须的浆水特性，可在浆体中加入化学添加剂，添加剂应具有减水、缓凝、阻锈、微膨胀和增加浆体和易性等作用，配合比为水泥添加剂水＝10.110.335。浆体的性能达到水泥浆的泌水率＜2；浆体流动度在14～18s；浆体膨胀率＜5；初凝时间应＞3h,终凝时间应＜24h；压浆时浆体温度不超过35C。 2.6.2 压浆设备 1 水泥浆拌和机能制备具有胶稠状的水泥浆。对于纵向预应力管道，以0.7MPa的恒压作业。 2 水泥浆泵采用排液式，泵及其吸入循环完全密封，以避免气泡进入水泥浆内。它应能在压浆完成的管道上保持压力，且装有一个喷嘴，该喷嘴关闭时，导管中无压力损失。 2.6.3 压浆 1 张拉施工完成后，清水冲洗，高压风吹干，然后封锚，抽真空，压浆，搅拌机及储浆罐的体积大于所要压注的一条预应力孔道体积。 2 水泥浆的强度符合设计规定不低于35MPa。 3 水泥浆应由精确称量的强度等级不低于42.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥和水组成。所用水泥龄期不超过一个月。 4 当气温或箱体温度低于5℃时，不进行压浆。 5 按真空辅助压浆工艺，当浆体从孔道抽真空端流出时，应在孔道两端进行排废作业，然后在0.7MPa下保压2分钟。管道内水泥浆在注入后48h内，结构混凝土温度不得低于5℃，否则应采取保温措施。当白天气温高于35℃时，压浆一般在夜间进行。在压浆后两天，检查注入端及出气孔的水泥浆密实情况，需要时进行处理。 2.7 箱梁竣工测量及编号 箱梁张拉、压浆完成后进行竣工测量，竣工尺寸满足杭州湾跨海大桥专用施工技术规范及杭州湾跨海大桥专项工程质量检验评定标准的要求时，箱梁预制施工质量合格。在箱梁上测放出临时支座纵横向中心线位置，用墨线弹出中心线，便于架梁时控制箱梁位置。在箱梁的侧面喷出箱梁的编号及箱梁制造完成时间，方便箱梁架设管理。 3 结论 杭州湾跨海大桥70m后张法预应力砼箱梁，在梁场预制施工中，使用高性能耐久海工混凝土，采用钢筋整体制安及吊装技术、新型整体钢模板技术、大型混凝土拌制运输布料浇筑技术、大型箱梁混凝土养护技术、预应力二次张拉裂纹控制技术和真空辅助压浆技术，成功实现了大型箱梁的高效批量生产。梁体外观质量和内在质量均得到有效控制，尤其是成功地解决了超大体积混凝土箱梁容易产生表面裂纹的难题。70m后张法预应力砼箱梁预制施工的工程实践，为我国后张法预应力砼箱梁的预制增添了实用的新技术。 参考文献 [1] 公路工程桥涵施工技术规范JTJ041-2005。北京人民交通出版社，2005 [2] 公路工程质量检验评定标准。北京人民交通出版社，2005 [3] 杭州湾跨海大桥专用施工技术规范。2005 [3] 杭州湾跨海大桥专项工程质量检验评定标准。2005