CN102828468A - 高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法 - Google Patents

Abstract

高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法，施工方法依次为：施工场地预制，定型钢模板制作，制作试验段优化混凝土配合比，底板、腹板钢筋制做安装，外侧模板安装，预应力孔道波纹管安装，定型内模板安装，锚具安装，顶板钢筋安装，混凝土浇筑及养护，预应力钢束穿孔、张拉，以及预应力孔道灌浆、封锚。有效降低混凝土产生的水化热温度；确保高温干燥环境下箱梁无裂缝，表观达到清水混凝土效果；有效预防预应力孔道成孔率低、及高温条件下箱梁外壁混凝土漏振、开裂等质量问题，能够有效避免高温干燥环境下，高强度混凝土薄壁箱梁预制过程中出现的漏振、开裂等质量问题，表观质量达到清水混凝土效果。

Description

高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法

技术领域

本发明涉及国际专利分类专利分类E01D桥梁技术，尤其是高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法。

背景技术

预制箱梁在桥梁工程中普遍应用，目前预应力箱梁制作施工主要是传统做法，包括：通过预制拼装式定型钢模板或木模板控制箱梁内外界面尺寸；在底板、腹板钢筋绑扎完成后安装外侧定型模板；敷设预应力孔道并经验收合格后放入定型内模板；安装挡头板及锚垫板；安装顶板钢筋；混凝土浇筑并定期洒水养护；混凝土强度达到设计允许的拆模强度后拆除内模及外模；穿入预应力钢绞线并安装锚具，在达到设计允许的张拉强度后采用千斤顶进行预应力筋张拉；在张拉合格后的48小时内完成对预应力管道的注浆工作；采用无收缩混凝土对预应力梁头进行封锚。相关专利文献较少。比如：

中国专利申请号201010297694一种先张法预应力钢筋砼预制梁，包括梁体和埋设于所述梁体中作为主筋的预应力钢绞线，所述梁体设置有箍筋，所述箍筋的部分伸出所述梁体的上表面，其特征在于：所述梁体的侧壁上沿纵向设置有多个支模孔，所述梁体的端部在所述钢绞线伸出部位成形有缺口。又如，中国专利申请号201110296849预制钢筋混凝土箱涵。包括箱涵本体，所述箱涵本体的一端设承口、另一端设插口，所述承口端外套设有一部处于承口端外的钢圈，所述钢圈内圆与承口端外圆之间设从两者间隙处向外延伸出的柔性密封接口。

以现有技术在箱梁预制过程中产生裂缝又几乎是不可避免的，在先进的试验研究设备面前，比如常发现尚未受荷的混凝土和钢筋混凝土结构中存在的肉眼不可见的微观裂缝，对此现有技术常以后续补救措施弥合这些微缝，比如，常见的粘着裂缝是指骨料与水泥石的粘接面上的裂缝，主要沿骨料周围出现；水泥石裂缝是指水泥浆中的裂缝，出现在骨料与骨料之间；骨料裂缝是指骨料本身的裂缝。在这三种裂缝中，前两种最多，骨料裂缝最少。而产生微裂的原因可按混凝土的构造理论加以解释：即视混凝土为骨料，水泥石、气体、水分等所组成的非匀质材料，在温度、湿度变化条件下，混凝土逐步硬化，同时产生体积变形。这种变形是不均匀的，水泥石收缩较大，骨料收缩较小，水泥石的热膨胀系数大，骨料较小，它们之间的变形不自由，于是产生相互的约束力，这种应力引起粘着微裂和水泥石变裂，只是肉眼见不到。当混凝土承受荷载并逐渐增力时，微裂开始扩展并增加，扩展成可观裂缝甚至构件完全破坏。值得注意的是温度、收缩原因引起的变形裂缝比较突出，其结构特征是在混凝土内部的结构要求变形，当受到约束和限制时产生内应力，应力超过混凝土抗应力值后产生裂缝，裂缝出现后变形得到满足，内应力松弛，这种裂缝对承载力影响小，但对耐久性损害大。根据有关调查资料，工程实践中结构物属于由温度、收缩、不均匀沉陷变形引起裂缝的约占80％，属于荷载引起裂缝的约占20％左右；同时，根据混凝土基本物理力学性质理论也有相同的分析，混凝土的收缩变形实践证明，大部分混凝土结构裂缝的原因是由于温度、湿度等变形引起，而湿度变化引起的裂缝又占主要部分，这从混凝土的结构可以看出，混凝土的重要组成部分是水泥和水，通过水泥和水的水化作用，形成胶结材料，将松散的砂石骨料胶合成人工石体混凝土。在混凝土大量的空隙、粗孔及毛细孔里面，存在大量水分，水分的活动影响到混凝土的一系列性质，特别是产生“湿度变形”的性质对裂缝控制有重要作用。箱梁的体积不大，属于薄壁结构，控制混凝土的收缩裂缝不应按照大体积混凝土的要求采取措施。虽然薄壁结构由于化热引起的温度上升很底，但是混凝土本身收缩很大，特别在环境气温变化与收缩共同作用对于薄壁结构尤为不利，况且，由于浇筑的薄壁厚度不均等原因，因而或多或少地存在应力集中的问题。其原因归纳如下：泵送混凝土水泥用量较多、砂率偏高、骨料粒径偏小、水灰比增加、采用泵送剂，导致收缩及水化热增加；混凝土强度等级日趋提高混凝土强度等级的提高，导致水泥用量增加、砂率偏大、骨料粒径偏小等都使水化热及收缩增加；结构约束力不断增大结构形式的日趋复杂，常采用超静定结构和现浇施工，这种结构形式有显著约束作用，对各种变形作用必然引起较大的约束应力；忽略结构约束在结构设计中，经常忽略构造钢筋重要性。这种钢筋要求细而密，对收缩裂缝有约束作用；混凝土的抗拉性能不足人们关心是混凝土的抗压强度优先于抗拉强度，所以对材料抗拉性能的级配研究很少；养护方法不当泵送混凝土的较大湿度收缩变形要求有适应它的养护方法，不只是洒水，而要温控养护；结构截面的突变不可忽视在箱梁这种薄壁结构设计中，顶板与肋板相连的变截面位置，往往有二层的预应力管道，它是整个截面抗拉最薄弱的地方，很容易在那里出现纵向裂缝。

公知技术中，随着超宽度、大跨度桥梁道路工程在路桥工程中的广泛应用，为多跨连续预应力箱梁装配式结构出现渐多，而箱梁预制是决定整个结构施工质量的关键。

对于高温干燥环境下，高强度薄壁箱梁预制时以减少和避免裂缝为目的的施工控制方法却少见公开。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法，使用该工法能够有效保证预制箱梁在高温环境干燥下的施工质量。

本发明的发明目的是通过如下技术措施实现的：施工方法依次为：施工场地预制，定型钢模板制作，制作试验段优化混凝土配合比，底板、腹板钢筋制做安装，外侧模板安装，预应力孔道波纹管安装，定型内模板安装，锚具安装，顶板钢筋安装，混凝土浇筑及养护，预应力钢束穿孔、张拉，以及预应力孔道灌浆、封锚。

本发明的有益效果是：采用“双掺”法优化混凝土配合比，应用预应力孔道内置PVC管，增强孔道强度，确保成孔率100％；浇筑前采取凉棚遮阴、洒水等措施对模板表面、钢筋进行降温，并选择混凝土浇筑时间应避开高温时段，有效降低混凝土产生的水化热温度；确保高温干燥环境下箱梁无裂缝，表观达到清水混凝土效果；有效预防预应力孔道成孔率低、及高温条件下箱梁外壁混凝土漏振、开裂等质量问题，具有施工简单、快捷、易于掌握，适用于混合结构施工中高温干燥环境下，高强度薄壁箱梁施工，能够有效避免高温干燥环境下，高强度混凝土薄壁箱梁预制过程中出现的漏振、开裂等质量问题，表观质量达到清水混凝土效果，克服了由于混凝土浇捣过程中预应力孔道变形、破损、密封不严导致孔道阻塞的质量通病，有较高的应用推广价值。

附图说明

图1是本发明施工方法的工艺流程示意图

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：

如图1所示，施工方法依次为：施工场地预制，定型钢模板制作，制作试验段优化混凝土配合比，底板、腹板钢筋制做安装，外侧模板安装，预应力孔道波纹管安装，定型内模板安装，锚具安装，顶板钢筋安装，混凝土浇筑及养护，预应力钢束穿孔、张拉，以及预应力孔道灌浆、封锚。

本发明采用定型钢制单片外模板与芯模，在使用前进行编号、组装。外模顶部及底部一定间距设对拉螺杆一处，两侧外模上口均匀对称焊接门形模板加固筋，门型加固筋内穿足够强度方钢管配合定位栓钉进行紧固，同时在每根钢方管与内模顶之间均匀设置2处钢制圆柱形限位块。

本发明为保证箱梁混凝土的浇筑质量，箱梁批量生产前，采用实验室试配混凝土在现场浇筑试验段；同时，采用“双掺”法优化混凝土配合比，确保高温条件下混凝土和易性、强度、耐久性，能够满足设计及施工要求。

本发明根据混凝土运输距离、坍损、初凝时间来确定单榀箱梁混凝土运输设备数量、单车运输量，分析浇筑过程中的不利条件和可能造成缺陷的原因，确定施工工艺。

前述中，应力孔道采用金属波纹管成孔，同时在波纹管内穿入通长PVC管并对端头进行封堵，敷设预应力波纹管时，按钢束设计坐标准确定位，采用“井”形定位钢筋固定。另外，采用合适尺寸的接头管将金属波纹管接长后敷设。

前述中，混凝土浇筑前采取凉棚遮阴、洒水等措施对模板表面、钢筋进行降温，选择浇筑时间避开高温时段；浇筑结束后，及时覆盖毛毡保湿，上部采用与箱梁同长且灌满水的条形塑料水袋，上扎针眼缓慢滴水，使混凝土在养护期内表面保持湿润状态；内模拆除后，用毛毡覆盖两端头，并对箱室两端用砖砌封堵严密，箱室内灌水养生。

前述中，预应力筋张拉采取两端张拉，张拉力与伸长量双控方法；完成张拉后，压浆时在出浆孔设置控制阀、引流管和回收容器，对出浆孔灌浆料实现控制、引流和回收。

本发明中，具体施工工艺包括：

1、对预制场进行整体规划，施工生产区以制梁胎座为中心，存梁区与制梁台座之间设置专门的模型修整区，在预制场临边设置预应力钢束加工制作区，设置运梁环形通道及场地排水设施等。胎膜制作前对场地进行平整碾压，确保地基承载力满足要求，防止侧模下沉。胎模采用混凝土与型钢、钢板组合制作。

2、按照图纸尺寸定做定型钢模板，并在模板上编号标记拼装顺序。

3、通过制作4m箱梁试验段，“双掺”法优化混凝土配合比，确保高温条件下混凝土和易性、强度、耐久性能够满足设计及施工要求，并制定出一套完整的浇筑工艺。

4、在胎膜上标出箱梁底板钢筋位置线并绑扎成型，绑扎时采用临时支架先行固定，在腹板箍筋上梅花状设置钢筋支撑，同时安装箱梁支座预埋件，埋件的锚筋应焊接牢固，复核箱梁两端支座预埋钢板。

5、外侧模板安装前，在模板表面均匀涂刷无色脱模剂，外模板顶部及底部一定间距设对拉螺杆一处，采用圆钢对拉加固，双螺帽拧紧。对侧模板安装角度要进行严格控制，在上口全长范围内每隔一定间距用顶丝进行内撑外顶。在侧模底部根据振捣器影响范围安装数台附着式振捣器。

6、预应力孔道采用金属波纹管成孔，采用合适接头管将金属波纹管接长后敷设，逐根进行水密性检查，并对渗漏点进行密封。同时在波纹管内穿入通长PVC管并对端头进行封堵，防止孔道阻塞。保证波纹管线型平顺，采用“井”形定位钢筋固定。

7、内膜采用定型芯模。在使用前进行试组装、编号，人工配合汽车吊组装内模，控制内模安装位置。在两侧外模上口均匀对称焊接门形模板加固筋，内穿足够强度方钢管配合定位栓钉进行紧固，用以保证箱梁上口截面尺寸，同时在每根钢方管与内模顶之间均匀设置2处钢制圆柱形限位块，方管与门形筋之间用楔铁楔紧，防止内模上浮。

8、将锚垫扳用螺栓固定在槽口上，波纹管从锚垫板内穿过，挡头板就位后，调整螺旋筋位置与锚垫板紧密结合，密封波纹管与锚垫板之间的缝隙。

9、进行顶板钢筋绑扎。

10、钢筋验收合格后准备进行混凝土浇筑。浇筑前采取凉棚遮阴、洒水等措施对模板表面、钢筋进行降温，选择混凝土浇筑时间应避开高温时段。

混凝土运输至现场后，进行坍落度、含气量检测，达到要求后，采用装载机直接接料入仓，纵向连续分层浇筑，先底板、后腹板、顶板的浇筑顺序，并一次浇筑完成；分层浇筑厚度控制在400mm以内，采用附着式振动器、振动棒配合振捣，严禁过振、漏振；内模顶板、底板设置活动板作下料孔兼观察孔，逐段进行浇筑并及时封堵孔板；浇筑的同时人工抽动波纹管内的PVC管直至混凝土初凝，将PVC管抽出；顶板混凝土采用***式和平板式振捣器配合使用，振捣密实并拉毛；混凝土浇筑结束后，及时覆盖毛毡保湿，上部采用与箱梁同长且灌满水的条形塑料水袋，上扎针眼缓慢滴水，使混凝土在养护期内表面保持湿润状态；内模拆除后，用毛毡覆盖两端头，并对箱室两端用砖砌封堵严密，箱室内灌水养生，养护时间为14天。

11、预制箱梁混凝土达到设计强度的85％且混凝土龄期大于7天后方可进行预应力张拉；钢绞线按设计长度加工作长度确定下料尺寸，采用砂轮切割机切割；

按设计顺序采用两端张拉，张拉力与伸长量双控。张拉程序为：

安装工作锚→安装限位板→安装千斤顶→安装工具锚→10％σ_k初张拉，并量初始伸长值→20％σ_k2倍初张，并量伸长值→100％σ_k张拉并量伸长值→张拉缸回油、拆工具锚→关闭油泵、张拉缸顶压缸复位→依次卸下工具锚、千斤顶；预应力钢绞线实际伸长值与理论伸长值的误差应控制在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。施工人员同时做好张拉记录。

12、终张拉结束后，在48小时内进行波纹管真空压浆，压浆前用洁净压力水冲洗孔道，并吹干。压浆时在出浆孔设置控制阀、引流管和回收容器，对出浆孔灌浆料实现控制、引流和回收。保持稳定压力进行压浆，待出浆口留出浓浆后持压1min后关闭阀门。

本发明中，附着式与***式振捣器配合振捣，毛毡覆盖、条形蓄水袋微喷保湿养护、箱室内灌水养生技术；封锚采用无收缩混凝土，混凝土强度等级提高一级；将锚垫板表面的粘浆和锚环外部清理干净，同时检查无漏压浆的波纹管后，进行封锚并与梁体混凝土良好接合，及时养护。

本发明操作简单，施工方便，通过制作箱梁试验段，“双掺”法优化混凝土配合比，确保高温条件下混凝土和易性、强度、耐久性能够满足设计及施工要求；应用预应力孔道内置PVC管，增强孔道强度，确保成孔率100％；浇筑前采取凉棚遮阴、洒水等措施对模板表面、钢筋进行降温，并选择混凝土浇筑时间应避开高温时段，有效降低混凝土产生的水化热温度；采用附着式与***式振捣器配合振捣，毛毡覆盖、条形蓄水袋微喷保湿养护、箱室内灌水养生技术，确保高温干燥环境下箱梁无裂缝，表观达到清水混凝土效果；通过在出浆孔设置控制阀、引流管和回收容器，对出浆孔灌浆料实现控制、引流和回收减少了材料浪费和环境污染。可以广泛的用于建筑施工领域，具有广阔应用前景。

本施工技术适用于高温干燥环境下的高强度混凝土预应力箱梁预制，操作简便，使用效果好，达到设计的要求，保证了施工质量，有较高的应用推广价值。

Claims (7)

1.高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法，其特征是：施工方法依次为：施工场地预制，定型钢模板制作，制作试验段优化混凝土配合比，底板、腹板钢筋制做安装，外侧模板安装，预应力孔道波纹管安装，定型内模板安装，锚具安装，顶板钢筋安装，混凝土浇筑及养护，预应力钢束穿孔、张拉，以及预应力孔道灌浆、封锚。

2.如权利要求1所述的高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法，其特征在于，外模顶部及底部一定间距设对拉螺杆一处，两侧外模上口均匀对称焊接门形模板加固筋，门型加固筋内穿足够强度方钢管配合定位栓钉进行紧固，同时在每根钢方管与内模顶之间均匀设置2处钢制圆柱形限位块。

3.如权利要求1所述的高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法，其特征在于，箱梁批量生产前，采用实验室试配混凝土在现场浇筑试验段；同时，采用“双掺”法优化混凝土配合比，确保高温条件下混凝土和易性、强度、耐久性。

4.如权利要求1所述的高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法，其特征在于，应力孔道采用金属波纹管成孔，同时在波纹管内穿入通长PVC管并对端头进行封堵，敷设预应力波纹管时，按钢束设计坐标准确定位，采用“井”形定位钢筋固定；另外，采用合适尺寸的接头管将金属波纹管接长后敷设。

5.如权利要求1所述的高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法，其特征在于，混凝土浇筑前采取凉棚遮阴、洒水等措施对模板表面、钢筋进行降温，选择浇筑时间避开高温时段；浇筑结束后，及时覆盖毛毡保湿，上部采用与箱梁同长且灌满水的条形塑料水袋，上扎针眼缓慢滴水，使混凝土在养护期内表面保持湿润状态；内模拆除后，用毛毡覆盖两端头，并对箱室两端用砖砌封堵严密，箱室内灌水养生。

6.如权利要求1所述的高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法，其特征在于，预应力筋张拉采取两端张拉，张拉力与伸长量双控方法；完成张拉后，压浆时在出浆孔设置控制阀、引流管和回收容器，对出浆孔灌浆料实现控制、引流和回收。

7.如权利要求1所述的高温干燥环境下高强薄壁箱梁预制裂缝控制施工方法，其特征在于，预制箱梁混凝土达到设计强度的85％且混凝土龄期大于7天后方可进行预应力张拉；钢绞线按设计长度加工作长度确定下料尺寸，采用砂轮切割机切割；按设计顺序采用两端张拉，张拉力与伸长量双控；张拉程序为：

←安装工作锚→安装限位板→安装千斤顶→安装工具锚→10％σ_k初张拉，并量初始伸长值→20％σ_k 2倍初张，并量伸长值→100％σ_k张拉并量伸长值→张拉缸回油、拆工具锚→关闭油泵、张拉缸顶压缸复位→依次卸下工具锚、千斤顶；预应力钢绞线实际伸长值与理论伸长值的误差应控制在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。

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