铁路客专箱梁预应力施工工法

客运专线箱梁预应力施工工法 作者单位：中交一公局 作者： 王立国 一、 前言 目前，铁路客运专线大规模采用后张法预应力混凝土双线整孔简支箱梁作为主型梁。箱梁体积大、梁体重，为单箱单室梁，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚。客专箱梁具有刚度大、抗冲击力强、稳定性好、噪声小、便于维护保养等优点，但同时也具有结构复杂、工艺新颖、技术含量高、施工控制标准高等特点。不仅要保证高速运行的安全性，更重要的是要确保乘车的舒适性，桥梁结构以刚度控制为主，必须有足够大的竖向、横向刚度和良好的整体抗扭性，防止桥梁出现较大挠度和横向振幅。 在铁路客专箱梁预制中要求钢筋、模板、混凝土及预应力四大工序控制规范化、标准化、数据化。其中预应力施工是四大工序控制中的重中之重，客专箱梁后张预应力混凝土技术是通过橡胶抽拔棒抽拔成孔、穿筋、三阶段张拉、真空辅助压浆等工序为混凝土结构建立预应力体系满足设计要求。通过铁路客运专线后张预应力混凝土箱梁工程实践总结形成本工法。 二、 工法特点 （一）客专后张法预应力混凝土箱梁采用的橡胶抽拔棒抽拔成孔技术，既避免了波纹管的运输保管，又保证了成孔质量，还能降低工程造价。 （二）客专后张法预应力混凝土箱梁采取带内模预张拉，防止了箱梁早期裂缝的出现；初张拉吊出台位，提高了预制效率。 （三）张拉架设计合理，既方便施工，又降低劳动强度，提高工作效率。 （四）客专箱梁孔道压浆采取真空辅助压浆工艺，保证了孔道浆体密实度。 （五）客专箱梁梁体封锚混凝土采用C50干硬性补偿收缩混凝土，锚具、锚垫板、及外漏钢绞线采用聚氨酯防水涂料处理，设置钢筋网，封端后梁端底板及腹板满涂聚氨酯防水涂料进行防水处理。 三、 适用范围 本工法适用于铁路客运专线后张法预应力混凝土双线简支箱梁，其它土木工程中的后张法预应力混凝土构件可参照使用。 四、 工艺原理 在预制箱梁时，按设计要求预留出相应的孔道，待构件混凝土达到设计规定的数值时，穿入预应力钢绞线，用张拉机具进行张拉，并用锚具把张拉后的预应力钢绞线锚固在构件的端部。预应力筋的张拉力主要靠构件端部的锚具传给混凝土，使其产生压应力。张拉锚固后，在预留孔道内注入水泥浆，使预应力钢绞线不被锈蚀，并与构件形成整体，增加了构件刚度，有效的控制了构件的抗裂度。 五、工艺流程及施工要点 （一）工艺流程 预应力作业流程图 （二）施工要点 1.预留预应力筋孔道 箱梁底腹板钢筋绑扎时，按照预应力孔道坐标安装定位网片，定位网片钢筋使用Ф12钢筋在胎具焊接成型，定位网片安装间距50cm，与梁体钢筋焊接为一体，确保孔道位置正确平顺。每根孔道制孔采用的橡胶管分两段，每段长度为18米，中间接头位置外套铁皮管套接，套接长度不得小于30cm，并用胶带裹紧，防止漏浆。为保证橡胶抽拔管的刚度，从橡胶抽拔管中穿入钢绞线，并且胶管一端的钢绞线穿入另一端胶管的长度保证不小于1m。孔道位置允许偏差距跨中4m范围内≤4mm，其余≤6mm。见图1。

预应力筋进场检验 预应力筋下料、编束 抽拔棒安装 混凝土浇注 拔抽拔棒 孔道清理、穿束 砼强度60%松动内模预张拉 砼强度80%初张拉，提梁 砼强度、弹模、龄期三控终张拉

确定梁型 锚 具 检 验

张拉设备按期标定

终张拉24h后切割钢绞线 终张拉48小时内进行孔道压浆 梁端封锚 图1橡胶抽拔棒安装预留预应力孔道 2.橡胶抽拔管抽拔成孔 混凝土浇注完成后，橡胶抽拔管抽拔时间以孔道不变形、塌孔、裂纹和无抽拔事故为准。一般以手按混凝土不留凹坑即可抽拔。据施工经验，混凝土邻近环境温度和抽拔时间关系如下： 混凝土浇注环境温度与抽拔成孔时间控制表 （表1） 环境温度（℃） 抽拔胶管的时间（h） 30℃以上 4 30℃～20℃ 4～7 20℃～10℃ 7～10 拔管时间“宁早勿晚”，利用卷扬机抽拔时，捆绑处用粗绳连接，防止损伤胶管；拔管后，及时清除锚垫板喇叭口内残余水泥浆和压降孔填塞物，及时检查孔道有无堵塞、塌孔，如有异常及时处理；损伤和直径小于设计4mm的胶管不能继续使用。见图2。

图2橡胶抽拔棒抽拔成孔 3.预应力筋下料 钢绞线进场检验合格后，运至下料场地，装入防止钢绞线松盘的防护笼内。在下料平台上直线定出下料长度（复核图纸设计下料长度是否满足L=L0+2(L1+L2+L3),其中L0—孔道长度，L1—锚具高度，L2—张拉千斤顶支撑端面到槽型口外端面间的距离（包括工具锚高度），L3—长度富余量（取10cm），若满足按设计长度下料。）并在下料场地两端设置固定标志，每端由专人负责；切断前预应力筋应拉直，用砂轮切割机切断，严禁使用电弧切割。 4.预应力筋编束 预应力筋应梳整、编束，每隔1—1.5m绑扎铁线，编束同时每根钢绞线进行编号以便出现滑丝、断丝现象时在两端找到相对应的同根钢绞线方便处理，编束后应顺直不扭转。编束后的钢绞线按孔道编号分类存放，并用支架垫起，不得与地面接触，端部悬出长度不得大于1.5m，漏天存放时需覆盖防雨布。 5.预应力筋穿束 钢绞线穿束前，对编束后的钢绞线进行复查：钢绞线长度、每束根数和编束的质量是否达到要求；并注意在搬运过程中钢绞线不得出现死弯、不得沾上油渍和泥土；同时应对锚垫板周围的混凝土质量进行检查，若存在缺陷，应采取相应的措施进行加固补强处理，确保预应力的有效性，穿束采用卷扬机牵引穿束，穿束时先将一根钢绞线穿过预应力孔道，用特制钢环将整束钢绞线以及牵引钢绞线套好，其中一根或两根钢绞线端部上夹片打入钢环内，打紧后使用卷扬机牵引整束钢绞线穿入预应力孔道。 6.预应力筋张拉 ⑴ 张拉三阶段要求 客专箱梁预应力筋张拉分为三个阶段，即预张拉、初张拉、终张拉。预张拉应在梁体混凝土强度达到设计强度的60%(抗压强度30+3.5MPa)后进行，要求拆除端模，松动内模，进行带内模施工；以控制梁体早期收缩和温差裂纹，（见图3） 持续5分钟 持续5分钟

持续5分钟

初张拉应在梁体混凝土强度达到设计强度的80%（抗压强度40+3.5MPa）后进行，完成后即可出坑。达到缩短制梁台座占用时间，提高了预制效率；终张拉是混凝土强度达到设计强度的100%(抗压强度50+3.5MPa)，弹性模量达到35.5GPa，龄期不少于10天时进行。 ⑵ 张拉过程控制要求 图3 箱梁预张拉 张拉时要求两侧腹板对称张拉，最大不平衡束不超过1束，同束钢绞线由两端对称同步进行，张拉顺序按照设计要求进行，预施应力过程中两端司泵、量尺人员使用对讲机进行沟通，保证钢绞线两端伸长值基本相等，钢绞线实际伸长值与按预应力筋实际弹性模量计算的理论伸长值（预制梁试生产期间，至少对两件梁体进行预应力瞬时损失测试，确定预应力的实际损失，由设计方对张拉控制应力进行调整。正常生产后每100件进行一次损失测试。理论伸长值根据调整后的张拉控制应力计算。）相差不超过±6%,若超出范围，应查明原因，并采取措施予以调整，方可继续张拉。钢绞线回缩量每端不超过6mm。伸长值计算采用公式： ΔL= pp×L/Ay×Eg ，

pp=p×[1-e-(kL+µθ)]/ kL+µθ

式中：ΔL—预应力筋理论伸长值，cm； pp—预应力筋的平均张拉力，N； L—从张拉端至计算截面孔道长度，cm； Ay—预应力筋截面面积，mm2； Eg—预应力筋的弹性模量，MPa； P—预应力筋张拉端的张拉力，N； θ—从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad； k—孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数；（k取0.00174） µ—预应力筋与孔道壁的摩擦系数。（µ取0.565） 其中k、µ值经管道摩阻、锚口和喇叭口摩阻测试取得。 张拉程序如下：

① 预、初张拉： 0→初应力（0.2σcon）→σ预、初con 锚固 ② 未经预、初张拉的终张拉： 0→初应力（0.2σcon）→σcon 锚固 ③ 经过预、初张拉的终张拉： 0→初应力（σ预、初con）→σcon 锚固 张拉工艺如下： 工作锚具安装——千斤顶安装——千斤顶进油张拉——伸长值校核——持荷顶压——卸荷锚固 ——记录、计算实际伸长值——伸长值比较 钢绞线实测伸长值及钢绞线回缩计算方法： ① 每端张拉伸长值=总量距-起始距+控制应力下工具夹片外露—初始应力下工具夹片外露 ② 初张拉实测伸长值=（A端张拉伸长值+B端张拉伸长值）*[控制应力/（控制应力-初始应力）] ③ 未进行预、初张拉的钢绞线终张拉实测伸长值=（A端张拉伸长值+B端张拉伸长值）*[控制应力/（控制应力-初始应力）] ④ 预、初张拉过的钢绞线终张拉实测伸长值=（A端张拉伸长值+B端张拉伸长值）+预、初张拉伸长值 ⑤ 锚固时钢绞线回缩=（A端千斤顶限位板深度-A端工作夹片外露长度）+（B端千斤顶限位板深 度-B端工作夹片外露长度） 张拉达到控制应力σcon时持荷5分钟，持荷期间千斤顶及时补油，保证达到设计张拉力，绝对杜绝超张拉。卸荷锚固完成后，在工作夹片外3cm处做标记，24小时检查是否有滑丝、断丝现象，检查合格后，即可进行锚外钢绞线的切割，切割处距锚具40—50mm。见图5。

图5张拉过程控制 7.孔道压浆 终张拉完成24小时切割钢绞线后，使用砂浆（掺入早强剂）对钢绞线及锚具间各部位的缝隙进行封堵，保证在终张拉完成后48小时内完成真空辅助压浆。 ⑴ 浆体搅拌工艺 ① 搅拌前，先清洗施工设备。清洗后的设备不应有残渣和积水等， ② 浆体搅拌操作顺序为：首先在搅拌机中先加入实际拌合水用量的80%—90%，开动搅拌机，均匀加入全部压浆剂，边加入边搅拌，然后均匀加入全部水泥。全部粉料加入后再搅拌2min；然后加入剩余的10%—20%的拌合水，继续搅拌2min。 ③ 搅拌均匀后，现场进行出机流动度试验，每10盘进行一次检测，其流动度为18±4s，30min流动度不大于30s，满足要求即可进入储料罐。浆体在储蓄罐中应继续搅拌，以保证浆体的流动性。 ④ 不得在施工过程中由于流动度不够额外加水。 ⑵ 压浆工艺 压浆时，先进行孔道抽真空，孔道内的真空度稳定在-0.06MPa～-0.08MPa之间。真空度稳定后，就可以开始压浆。 ① 浆体压入梁体孔道之前，应先开启压浆泵，使浆体从压浆嘴排出少许，以排除压浆管路中的空气、水和稀浆。当排出的浆体流动度和搅拌罐中的流动度一致时，方可开始压入梁体孔道。 ② 压浆的最大压力不宜超过0.6MPa。压浆充盈度应达到孔道另一端饱满并于排气孔排出与规定流动度相同的浆体为止。关闭出浆口后，应保持不小于0.5MPa且不少于3min的稳压期。 ③ 压浆顺序先下后上，同一孔道压浆应连续进行，一次完成。从浆体搅拌到压入梁体的时间不应超过40min。 ④ 压浆过程中，每孔梁制作3组标准养护试件（40mm×40mm×160mm），进行抗压强度和抗折强度试验。并对压浆进行记录。记录项目应包括：压浆材料、配合比、压浆日期、搅拌时间、出机流动度、浆体温度、环境温度、保压压力及时间、真空度、现场压浆负责人、监理工程师等。 ⑶ 特殊要求 ① 浆体水胶比不应超过0.33。 ② 配制浆体拌合物时，水泥、压浆剂、水的称量应精确到±1%（以质量计）。 ③ 压浆时浆体温度应在5℃—30℃之间，压浆及压浆后3d内，梁体及环境温度不应低于5℃，否则应采取养护措施以满足要求。 ④ 浆体常规检验项目：初凝时间不小于4h，终凝时间不大于24h，出机流动度18±4s，30min流动度不大于30s，24h自由泌水率为0，7d和28d抗压及抗折强度、24h自由膨胀率必须符合现行铁路桥梁技术标准。 8. 预应力端部封锚 孔道压浆完成后，及时剔除封锚砂浆，并对锚具、锚垫板表面及外露钢绞线用聚氨酯防水涂