先张法预应力空心板施工工法
先张法预应力空心板施工工法
编制单位：中建市政工程有限公司
主要执笔人：杨志徐小飞黄东寅刘帆
1前言
目前，我国公路桥梁施工中，先张法预应力空心板梁具有造价低、构造简单轻巧、便于工厂化生产的特点，且运输安装方便，同时具备遭受破坏后易于修复等优点得到广泛应用。目前250省道邳州铁富至市区段改扩建工程预应力空心板生产采用框架式结构台座进行预制和整体张拉，其优点是一次可生产多片梁板，质量稳定，能加快缩短桥梁施工工期。
2工法特点
2.0.1 施工工艺简单、操作安全，质量可靠，可集中工厂化生产，加快桥梁施工进度。
2.0.2 通过一套整体张拉系统，包括传力柱、台座、钢铰线、连接器、连接器、螺母、精扎螺纹连接杆、锚固端钢横梁、张拉端钢横梁、活动钢横梁、限位钢板、千斤顶、张拉油泵、钢板、轨道，让千斤顶顶推活动钢横梁，使其沿轨道行走，通过精扎螺纹连接杆带动钢铰线，实现整体张拉。采用此工法施工，施工安全，可节省大量钢绞线。
3适用范围
本工法适用于长线台座生产先张法（预应力主筋采用直线型布置的钢绞线）预应力构件，既适用于工厂化预制，也可在施工现场制作承力槽生产。
4工艺原理
先将钢绞线放置于底座上，两端用联接器与精扎螺纹钢筋连接，精扎螺纹钢筋穿过钢横梁，固定端外侧用螺母拧紧；张拉端先将接长的精扎螺纹钢筋穿过固定钢横梁，拧上螺母后，再用联接器与张拉精扎螺纹钢筋连接，穿过活动钢横梁，外侧用螺母拧紧。安装后整体张拉钢铰线，浇筑梁板混凝土后，待混凝土强度达到不小于设计强度的95%且龄期不小于7天时，放张钢绞线，通过钢铰线的弹性回缩及其与混凝土的粘结作用，使混凝土获得预压应力的施工方法。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
5.2 操作要点
5.2.1 台座施工
1 根据空心板跨径、用地等综合因素，考虑台座设置的长度。
2 先张法台座采用传力柱（纵梁）、横向连续暗梁、底板、端部固定横梁、端部钢横梁连接
构成的框架箱式结构布置，使整个张拉台座形成一个整体。主要受力构件为传力柱（纵梁），其端部设重力式墩式台座，上加设牛腿，牛腿锚固钢筋伸至传力柱底部。为保证台座刚度和稳定性，在台座基础内每间距10.0m设置横向连续暗梁。传力柱、横向中系梁、端部重力墩、台座基础均为C30混凝土浇筑。钢横梁由2根I56工字钢和四周焊接2cm的钢板组成。施工完成后的台座要进行抗倾覆稳定性及强度验算，钢横梁要进行刚度验算，满足要求后方可投入使用。台座结构及整体张拉示意图如下：
图5.2.1 台座结构及整体张拉示意图
3 预制台座底板设置
预制梁台座基础在夯实的基础上，先整体浇筑10cm厚C30混凝土，然后再浇筑10cm厚C30钢筋混凝土台座基础，梁板预制台座高7cm，其上部5mm厚钢板作为预制梁板底模，底模两侧采用5＃角钢固定边线，角钢与预埋的钢筋牢固焊接，底模与角钢焊接形成一个整体。
4 传力柱设置
1）传力柱考虑为纯轴向受压构件，两端预埋2cm厚的钢板，传力柱的中线和钢绞线设在一个平面上。考虑两端传力柱受力最大，在两端一定范围内加密钢筋补强。
2）所有传力柱端部采用下沉式端系梁联接并固定，使其形成整体，防止张拉台座在最不利情况下的倾覆和滑移。端系梁采用钢筋混凝土结构。
3）为防止张拉过程中及张拉后的钢绞线断裂弹射，在传力柱梁顶每隔2m预埋钢筋环套，
张拉时用大直径钢管穿入套环，避免钢铰线断裂时反弹伤人。
5.2.2 穿钢绞线
1 底模制作完后采用液体石蜡均匀涂刷。端模下部用方木垫起，端模上按设计的钢绞线间距预留空隙，以便穿钢绞线。浇注混凝土之前，用海棉将孔堵严，防止漏浆。
2 在放线时沿底模的纵向每隔2～3米横向设一条约4×4cm的小木方，预防钢铰线被底模的脱模剂污染，影响钢绞线与混凝土的粘结，钢绞线的长度保持一至，钢绞线的数量符合设计要求，小木方的厚度应该与钢绞线保护层的厚度等同，待钢绞线张拉后，部分小木方取出，各块板两端小木方不取出，用于控制钢绞线的混凝土保护层厚度。
3 钢绞线下料长度按下列公式计算：
L=L1＋L2+L3
L1—该长线槽所有布置预制板的累计长度
L2—该长线槽所有预制板两板之间的间距累计长度
L3—全槽两端板外端线以外与精轧螺纹钢的接点长度。
钢铰线依据以上长度引放后用机械切割的方式进行切断，待失效作用的硬塑料管按设计要求全部穿好后和对应的精轧螺纹钢连接杆用双拼连接器连接。
5.2.3钢绞线张拉
1 钢绞线进场后取样进行检测，确定计算弹性模量，计算出钢绞线达到设计预应力值时的伸长量。
2 标定后的张拉设备应统一编号，固定使用，防止混用，校顶频率按使用300次或6个月为一个周期，定期配套校顶。预应力锚具应仔细检查外观有无裂痕，并按规定抽样做复试。
3 放置钢铰线时采用小方木垫在底板上，使其脱离底板上的隔离剂，防止隔离剂沾污钢绞线，并防止钢绞线拉伤底板。
4 为了减少钢绞线的浪费，根据实际情况，配备精扎螺纹钢若干根，在张拉端和固定端采用双拼式套筒连接器连接钢绞线与精扎螺纹钢。
5 钢铰线在张拉端头集中下料，便于钢绞线穿入，下料长度测量准确后采用砂轮切割机切断。按设计要求套上失效硬塑料管，两端分别用胶带密封。
6 张拉工艺：钢绞线的张拉采用双控原则，即以张拉应力控制为主，以张拉伸长值校核为辅。张拉时，应预先用小型千斤顶逐根张拉，调整其初应力，确保同批钢绞线的顺直和张拉后
的初应力一致，再整体张拉。张拉程序：0～10%σ～20%σ～100%σ（持荷5分钟锚固），具体张拉如下：
1）0～10%σ：在张拉端钢横梁处用22吨穿心式千斤顶逐根进行初应力张拉。初应力取10%σ，把松驰的钢绞线拉紧。先两侧，后中间，逐根对称进行，严格控制油表读数，使每根钢绞线的张拉力相同。
2）10%σ～20%σ：初应力张拉结束后，拧紧螺母固定于张拉端钢横梁上。连接活动钢横梁后，然后同时启动张拉端2台活塞式千斤顶，匀速张拉到20%σ，量取这时钢绞线的伸长量△L1，即作为10%σ～20%σ阶段的伸长量，也作为0～10%σ阶段（初应力阶段）的伸长量推算值。
3）20%σ～100%σ：继续启动2台活塞式千斤顶，匀速张拉到100%σ，持荷5min，拧紧张拉端钢横梁处的螺母，量取20%σ～100%σ阶段钢绞线的伸长值△L2。张拉过程中，必须使活动钢横梁与固定钢横梁始终平行，以保证钢绞线有相同的伸长量，并且不使传力柱偏心受力。
4）钢绞线的实际总伸长量为△L=2△L1+△L2，实际伸长值与理论伸长值的偏差应控制在±6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。
7 张拉完成后8小时内严禁施工。
5.2.4 钢筋制作与绑扎
1 钢筋必须集中在钢筋加工棚内集中加工，按不同品种、规格，分批分别堆置整齐，不得混杂，并应设立识别标志，存放时间不宜超过6个月，采取下垫上盖的措施，防止水浸和雨淋。
2 钢筋搭接采用电弧焊，两钢筋轴线一致，单面焊焊接长度应≥10d，双面焊焊接长度应≥5d，接头的截面面积占总截面面积不得超过50%。
3 钢筋交叉点采用直径0.7mm～2.0mm的铁丝扎牢，绑扎采取逐点改变绕丝方向的8字形方式交错扎结，中间平直部分的交叉点可交错绑扎，但绑扎的交叉点宜占全部交叉点的40%以上，铁丝丝头不应进入混凝土保护层内。
4 梁板侧面不设垫块，垫块应具有足够的强度和密实性，底面所布设的数量应不小于3个/m2。钢筋绑扎前注意安放预埋钢板。
5 钢筋绑扎顺序为：钢绞线张拉后，先安装底板横向水平钢筋，安装腹板及顶板钢筋。5.2.5侧模安装
空心板侧模板要由专业的模板公司进行设计和加工。模板要求采用厚度5mm的钢板制作的整体大块模板。模板分节制作，在预制场连接成一个整体，以减少安装、拆除模板的时间和加
强外观质量。各类模板均采用准入制度。
1 侧模应设计为包底模，上部应布设100cm间距的对拉螺栓。侧模下口处，用可调节底托在传力柱和侧模之间填塞撑紧；上口采用对拉螺杆加固，对拉杆的螺母起到内撑外紧的作用；然后利用传力柱上预埋的套环钢筋，用花篮螺栓将整体模板固定在传力柱上。
2 边梁带挑檐侧模要求采用整体钢板一次压制成型，包括半圆滴水线条。
3 侧模脱模剂严禁采用废机油和机油，要求采用液体石蜡。涂刷脱模剂后不能立即浇注混凝土时应及时用塑料薄膜粘贴覆盖。
4 端模下部用方木垫起，上面按设计的钢绞线间距预留孔径，考虑张拉时钢铰线的移动，孔径可按实际直径扩大2～4mm，以便穿钢绞线。浇注混凝土之前，用海棉将孔堵严，防止漏浆。
5.2.6 底板混凝土浇筑
1 混凝土板梁的浇注方法按其工艺的要求采取一次性浇注，即先浇注底板混凝土，振捣密实抹平后安装充气胶囊，固定后再浇注腹板及顶板混凝土。
2 混凝土浇筑采用龙门吊吊料斗入模，混凝土浇筑要求充分保证混凝土的密实，采用插入式振捣器振捣。振捣时严禁振捣器碰到钢绞线及其它预埋件，每一振点的振捣延续时间宜为20～30s，以混凝土停止下沉、不出现气泡、表面呈现浮浆为度。
5.2.7 充气胶囊安装
底板混凝土浇筑完成后，立即穿放胶囊，胶囊使用前充分检查，认为无漏气现象方可使用。胶囊安放后进行充气，气压控制在5kg/cm2，充气后严格检查控制胶囊上浮的钢筋是否完备，无误后方可继续浇筑腹板及顶板混凝土。
5.2.8 腹板及顶板混凝土浇筑
1 腹板及顶板混凝土浇筑必须在底板混凝土初凝前完成。腹板混凝土浇注时必须对称进行，严防胶囊偏位。混凝土浇筑由一段向另一端对称浇筑，顶板同时并行施工。梁板分层浇筑，且每层厚度不宜大于25cm。顶面混凝土初凝后进行板顶刷毛，深度不小于6mm。在浇注混凝土的同时制取混凝土试件，为放张提供强度参考。
2 在浇筑混凝土时设专人检查模板和预埋件的稳固及变形情况，发现问题即时处理。顶板钢筋上设下压横杆，连接至底座固定，以防止混凝土浇筑时钢筋发生上浮。
3 对板梁底部倒角表面的气泡现象，在振捣混凝土时，应注意该部位混凝土振捣方法。在浇注底板混凝土先浇至倒角下口约2cm，混凝土振捣采用“快插慢提”的方法将气体排出，用
插入式振动棒振捣密实后，再用橡胶锤锤击模板外侧数遍，以达到排除倒角处混凝土内气泡体的目的，以减少板梁倒角外表气泡现象。
4 锚栓孔处裂缝：由于留置锚栓孔的模板块与侧模板焊接为一整体的钢模板，因此在混凝土硬化收缩和侧模板受混凝土水化热的影响而膨胀时，锚栓孔处产生剪切力而造成裂缝。解决办法，在锚栓孔的模板块外表粘贴一层3mm的橡胶海张绵板即可。
5 板面的横向裂缝多数是属于混凝土收水硬化而产生的表面裂纹。这种裂缝的控制如采取二次压面工艺后，立即进行养护，提供一个较好的养护条件，可以解决。握压抹的时间：第一遍应在混凝土收水并开始初凝时，以可踩出脚印但不下陷时压抹；第二遍应在混凝土初凝后，终凝前压抹，压抹时能明显的感觉到混凝土的干塑性为好。
5.2.9 先拆胶囊后拆侧模
1 拆充气胶囊：混凝土浇注毕后，待混凝土进入终凝后有一定的强度后先缓慢放气，胶囊过早拆除会引起梁板顶部砼的横向或纵向裂缝，过晚就可能抽拔不出来，必须及时抽拔胶囊。拔出的胶囊用水将表面的水泥浆清洗干净，置于阴凉处，以利下次使用。
2 侧模板拆除：混凝土浇筑完成，达到一定强度后即可拆除模板，以加速模板的周转。但拆除时间不可过早，以防混凝土结构损坏、变形。拆模时要防止混凝土受到振动、损坏。对已拆模的空心板应在混凝土达到设计要求的强度后，方可承受全部计算荷载。
5.2.10 养护
养护是混凝土浇筑成型后，使其表面维持适当温度和湿度，保证内部充分水化，促进强度不断增长的重要环节，对于混凝土质量有很大影响，因此，必须按照规定养护。混凝土浇筑完成并初凝后，梁板采用土工布+草袋+塑料布方式覆盖保湿养生。
1 混凝土的洒水养护时间，应根据空气的湿度、温度和水泥的品种、外加剂等情况，酌情延长或缩短，在台座上养护时间不少于7天，每天洒水次数，以能保持混凝土表面经常处于湿润状态为度；移梁堆放后，继续养护时间不少于7天。
2 梁体表面养护采用人工洒水，方式为先覆盖土工布，再铺上草袋子，最后加盖塑料布进行覆盖保湿养生。空心板芯内两侧采用砖块砌筑后，再向芯内注水养生。养生期结束后，必须放干梁体内的养护水后方可封头。
3 混凝土养护过程要注意以下事项：
1）混凝土养护用水技术条件和拌合用水要相同；
2）当气温低于5°C时，要覆盖保温，不得向混凝土面或覆盖物上洒水。
3）在混凝土强度达到2.5MPa以前，不得使空心板承受行人、运输工具、模板、支架及其他各种外部荷载。
5.2.11 放张
1 养护终止后立即对同期养护试件做抗压度试验及弹性模量试验，证实达到放张条件后放张。放张采用整体分级放张法，放张顺序为：60%σcon→20%σcon→0，且最后一级放张应在5分钟内缓慢进行。钢绞线放张后，用砂轮切割机对齐梁头切断，切割时从放张端开始逐段切向固定端，由两侧对称从外向内逐根切断，然后涂上丹红防锈漆二道。
2 放张后对梁板进行以下观测：
1）预制板的上缘、端部及其它部位是否发生裂纹；
2）预应力失效措施是否可靠；
3）钢绞线有无滑动迹象；
4）板的反拱值发展是否与设计相符。
如发生上述情况，应查明原因，确保改进措施可靠后方可成批生产。
5.2.12 凿毛
采用高频振动凿毛机对空心板腹板进行凿毛处理，一方面凿除腹板表面浮浆，露出粗骨料，以加强相邻梁板间铰缝混凝土的结合质量；另一方面将没有外露的预埋绞缝钢筋全部凿出，使之符合规范要求。
5.2.13 移梁存放
空心板梁出梁用两台30吨龙门吊移至存梁区，在两端支座中心线下放置30×30cm枕木垫块。空心板梁堆放不得超过三层，以免造成支点局部承压不足而存款，存梁时间不宜超过60天，否则可能产生过大的反拱度。梁板堆放好后对梁板喷涂统一的标识和编号。
6 材料与设备
6.1 主要材料
6.1.1 水泥
水泥要求必须采用甲供或甲控水泥，同一座桥梁板应采用同一厂家同一批次的水泥。水泥进场应向监理工程师提交货单抄件，说明生产厂家，水泥的品种、标号、出厂日期与数量，连同厂家质量试验报告等合格证书。
6.1.2 中粗砂
中粗砂要求采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净，含泥量小于2%、粒径小于5mm的河砂。
6.1.3 碎石
碎石要求采用质地坚硬、洁净、级配合理、粒形良好、吸水率小，含泥量小于0.5%的碎石。原材料应有足够的存量，保证同一结构物混凝土颜色基本一致。
6.1.4 外加剂
外加剂应与水泥有良好的相容性。经过具备相关资质的检测机构检验并附有检验合桥证明的产品，且质量符合现行国家标准的规定。外加剂使用前应进行复验，复验结果满足要求后方可用于工程中。外加剂的品种和掺量应根据使用要求、施工条件、混凝土原材料的变化等通过试验确定。
6.1.5 钢筋、钢绞线
钢筋、钢绞线规格应符合设计要求；钢筋每60吨为一取样单位，进行拉伸和弯曲性能试验；各项指标必须符合国家标准GB1499.2-2007及GB1499.1-2008的规定。钢绞线进场后每60吨为一批次，每批次抽取三组样品进行试验，各项试验指标达到GB/5224-2003标准，即标准强度Fpk=1860Mpa,弹性模量Ep=1.95×105Mpa，Ⅱ级松弛，单根钢绞线公称直径Φs15.2mm，公称面积140mm2。
6.2 主要人员
先张法预应力空心板施工投入的主要人员如下表。
6.2-1 主要人员配置表
6.3 主要设备
先张法预应力空心板施工投入的主要设备如下表。
6.3-1 主要设备配置表
7 质量控制
7.0.1 空心板在施工中要按照设计及规范要求进行施工及质量控制（应适当提高外观质量标准）。施工中严格控制空心板几何尺寸及底、顶板厚度及钢筋保护层厚度。通过检测混凝土标准试件强度，评定空心板混凝土强度，并对28天龄期已到的空心板进行超声回弹综合法检测混凝土强度以确定其混凝土强度是否达到设计要求。
7.0.2 进场原材料首先按试验规范抽检频率进行抽检，检验合格者用于施工生产，不合格清理出场，确保工程实体质量。
7.0.3 钢筋焊接要满足《钢筋焊接及验收技术规范》JBJ18-2012的要求，钢筋安装要满足上述规范中的要求。钢筋加工、焊接人员经过专业培训，持特种作业人员操作证，上岗前进行焊接工艺试验，焊接试件经检验满足要求后方可正式上岗。
7.0.4 钢绞线的制作及张拉过程中的质量控制应满足规范及设计要求。
7.0.5施工配合比不得随意调整。
7.0.6成品检验结果要满足《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011、《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004的规定。如下表。
7.0.6-1 钢丝、钢绞线先张法实测项目
注：L为钢束长度。
7.0.6-2 梁（板）预制实测项目
8 安全措施
8.0.1在工程施工前，组织相关人员进行安全培训，学习有关先张法空心板梁的技术及安全规定。在每次张拉前要安排专人进行钢绞线、千斤顶、张拉台座、钢横梁等设施进行检查，发现问题及时处理。
8.0.2 张拉现场应设置“张拉区域，请勿靠近”、“施工重地，闲人免进”等警示标牌，进场人员必须戴安全帽。
8.0.3张拉操作前，周围应设置的警戒标志，并设专人照应现场安全。
8.0.4 张拉区域内非作业人员不得入内。严禁围观和闲杂人员进入张拉操作区，以防钢绞线崩断夹具滑脱伤人。工作开始之前，认真检查油管及油管接头张拉设备的油管不准有扭结，如发生扭结现象，应及时卸压予以处理。油路接头应严密不漏油。张拉工作中，司泵人员应精力集中，精心操控，缓慢均匀地给压，司泵人员与持千斤顶地操作人员应密切配合、协调操作。张拉端采用砖墙防护，人员不得站在台座两端或进入台座。
8.0.5 张拉操作人员不宜频繁更换，应保持相对稳定和训练操作。
8.0.6 前期施工的场地平整硬化、搅拌站安装调试，必须注意机械的操作安全，防止机械对人造成伤害。拒绝非施工人员进入。
8.0.7 涉及上下作业时，应有安全人员实施监督施工。
8.0.8 钢筋的绑扎工作应在张拉结束8小时后进行，以策安全。后续施工时必须严格保护钢铰线，已拉张的钢铰线上严禁站人，钢筋绑扎时禁止使用电焊作业。钢筋必须安装在预力张拉之前，主要目的是为了防止钢铰线断裂飞出伤人，特别注意钢筋不要绑扎在钢铰线上。
8.0.9 浇注混凝土时，振动棒不得撞击钢铰线。
8.0.10 龙门吊支拆模板、浇注混凝土、吊运梁板等必须设专人指挥龙门吊的操作并以配备以示警铃及哨子提醒施工人员注意安全。应经常检查其性能，特别是液压系统及起吊绳。起吊重量应符合相应起吊角度和高度要求。高处起吊应掌握风力情况，当风力大于6级时，应停止起吊作业。
8.0.11 龙门吊通过技术质监部门的检查标定并颁发合格证书登记后投入使用，操作人员持证上岗。
8.0.12 夜间施工要灯火通明，光线不足不准施工。
9 环保措施
9.0.1 建立环境保护领导小组，明确分工和职责，做到施工的同时环境保护兼顾，同时有人抓、有人管。
9.0.2 生活垃圾、施工垃圾及时清理是，集中堆放，运至环保部门或业主指定的堆放点。
9.0.3 生活污水、施工污水经过净化后再排放。严禁直接排放河、塘中。
9.0.4 对各种机械设备进行经常性保养，尽量控制机械作业所产生的噪音、废气等的污染。进行有噪音危害的施工要努力降低噪音，并尽量避免夜间作业。
9.0.5驶出施工现场的车辆进行清理，避免携带泥土。
10效益分析
10.0.1 由于本工法采用精轧螺纹钢连接系统，其重复使用次数多，节省钢绞线5.8万元。10.0.2本工法采用槽式台座长法线施工，施工进度比其它形式的预制梁施工提高5倍以上。10.0.3 由于本工法采用整体张拉，千斤顶和油泵使用频率降纸，减少了故障，延长了使用寿命，节省了标定费用。
10.0.4 采用此工法预制，解决了现场用地紧、成品构件运输及安装等方面的困难，同时解决了混凝土板的安全施工和成型质量问题.
10.0.5最重要的是我公司熟练掌握了此项工艺技术，为将来在此类工程施工中打下了坚实基础。
11 应用实例
250省道邳州铁富至市区段改扩建工程沙沟中桥、黄泥沟大桥、白果路及苹果路小桥采用先张法预应力混凝土空心板，共363片，其中10m空心板147片，20m空心板216片。施工采用一端整体张拉，根据施工场地及施工工期要求，确定预制区布置施工台座6槽，每槽生产10m 空心板5片或20m空心板3片，按每星期周转1次计，6槽台座可生产10m空心板30片或生产20m空心板18片，整个生产过程中预制台座安全稳定性好，梁体质量合格，满足了现场施工进度的需求，有效保证了集中生产的施工质量、进度和大大节约了成本，为推动了整个工程的规范标准化施工打下了坚实的基础。
台座
钢绞线张拉钢筋绑扎
腹板凿毛养生