李振波 杨娜
中国水利水电第十一工程局 河南郑州 450001
摘要：通过对预应力空心板的预制生产步骤、技术，工艺流程等施工经验的总结，详细介绍了预制场地布置、模板加工、施工方法、施工工艺、张拉台座设计的施工技术。先张法预应力预制空心板施工技术不但缩短了施工周期，节约了投资，控制了施工安全，而且便于现场管理。
关键词：先张法；预应力；空心板；施工技术
1工程概况
飞仙关水电站右岸泄洪闸设计为5孔，闸顶高程EL630.80m，闸顶结构设计为“T”型门机轨道梁、“U”型引张线沟和先张法预应力混凝土空心板。施工顺序为现浇混凝土闸墩到顶面，吊装预制的空心板就位，最后施工桥面铺装层。预应力板主要技术指标：跨径：15m，单孔净跨：14m，板长：14.96m，板高：0.80m；荷载标准为公路一II级。
2施工布置
预制场周边采用围墙防护安全措施，拟建砖砌围墙与原营地生活区及机修厂工作区隔离开。预制场内划分出预制区、存梁区等。预制区浇筑3块独立的张拉长线台座，平行布置方式，每条张拉底板可同时生产空心板5片。整个预制场理论上满负荷可同时生产空心板15片。
3先张法台座的设计与施工
3.1先张法台座的设计
先张法施工前得先建立临时张拉台座。而台座是生产先张法预应力混凝土梁板的主要构件，用于承受张拉预应力钢筋时的反力。台座的稳定性、可靠性、安全性、经济性直接影响到先张法预制场正常顺利的运转。本工程先张法预制台座拟采用墩式台座。墩台及台座均采用C30混凝土浇筑。
墩式台座，由承力台墩、台面与横梁三部分组成，一块台座纵向总长度组成为83.76m，台座的布置及各部位具体尺寸见下图。台座张拉端与锚固端端头采用墩头加大加深的型式，以防止张拉台座在完成钢铰线超张拉时（即台座的最不利受力时）倾覆与滑移。
空心板预制先张法受力台座的结构应符合下列规定：
（1）承力台座须具有足够的强度和刚度，其抗倾覆安全系数应不小于1.5，抗滑移系数应不小于1.3。
（2）钢横梁须有足够的刚度，受力后挠度应不大于2mm。
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墩式台座形式图
3.1.1承压底板的设计
泄洪闸预应力空心板钢绞线为φs15.2，截面面积为140mm2，张拉控制应力为1302MPa。取1#板计算，最大张拉力N=1302*140*17=3099KN。底板砼拟采用C30，底板厚度通过混凝土抗压强度来计算，考虑到轴心力作用点上偏心的有利因素和底板基层对底板的约束作用，构件稳定系数ψ取为ψ=1。即底板的受压承载力按照下式计算：
N≤fccb（h-2e0）
h= （3/2）N/ fccb =1.5*3099/（0.95*15*103*2.24）=0.145m，根据施工实际情况底板厚度h取值为15cm。
3.1.2钢横梁强度、挠度计算
钢衡梁拟采用双Ⅰ56a工字钢，按照单跨简支梁进行计算，跨度l=1.24+0.5=1.74m，按承受均布荷载进行计算，受力范围为跨中，C=1.13m，单个工字钢承受均布荷载3099/（1.13*2）=1371.25KN/m。
Ⅰ56工字钢截面参数：I=65585.6cm4；W=2342.31cm3；
最大弯矩Mmax=0.125qcl（2-c/l）=0.125*1371.25*1.13*1.74*（2-1.13/1.74）=455.17KN·m。
正应力σ=Mmax/W=455.1*106/2342310194.3=194.3N/mm2＜205 N/mm2，满足要求。
最大挠度f=qcl3（8-4*（c/l）2+（c/l）3）/（384EI）
=4551.7*113*1743*（8-4*（113/174）2+（113/174）3）/（384*206*105*65585.6）
=0.0344cm＜l/1000=0.174cm，且小于2mm，满足要求。
3.1.3台座整体稳定计算
台座发生倾覆时，倾覆点应为传力墩与底板接触面上反力作用点的位置，取距离底板上面1/3板厚处，按此确定倾覆点比底板上面处为旋转点更偏于安全。
抗倾覆力主要包括：台座自重，台座后被动土压力；倾覆力为N=3099KN；
抗倾覆弯矩
Mk=311.5*3.4254+1.17*2.24*0.5*γH2Kp=1067+1.17*2.24*0.5*17*1.52*3.69=1252KN·m；
倾覆弯矩Mc=N*（0.057+0.05）=331.6KN·m；
抗倾覆系数K= Mk/ Mc=1252/331.6=3.77＜1.5，满足要求。
3.1.4传力牛腿设计
（1）受拉配筋
单个牛腿宽度为500mm，薄弱面厚度h=1600mm，fmc=16.5MPa，fy=310MPa，钢筋保护层取50mm，有效高度ho=h-a=1550mm。
薄弱面弯矩M=3099*0.057/2=88.32KN·m
M=fmc*b*x*（ho-x/2），解得x=7mm＜ζ0h0=0.544*1550=843mm；
fmc*b*x=fyAs；16.5*500*7=310* As；As=186.29mm2；
u=As/（bh0）=186.29/（500*1550）=0.024%＜umin=0.15%；
按最小配筋率进行计算，As=500*1550*0.0015=1162.5mm2.
选用5Φ20mm钢筋。
（2）抗剪配筋
V=3099/2=1549.5KN＜0.7fcbh0=0.7*15*500*1550=8137.5KN，按照规范要求配置构造筋。
（3）牛腿抗裂强度计算
P=3099/2=1549.5KN＜β*b*h0*ft/（0.5+h1/h0）=0.8*500*1550*1.5/（0.5+57/1550）=1732KN
满足要求！
3.2先张法预应力台座的施工
（1）预制场基础的处理
预制场需先整平压实。在台座开始施工前，先用反铲将机修厂场地表层开挖、整平，该部位的场平以3#营地地坪面为参照，浇筑C15地坪混凝土；台座采用C30混凝土浇筑，台座厚度15cm，高出场坪面，这样就能使在雨天及养生用水可以顺利地排出台座，并引向周边设置的排水沟，避免积水于台座周围，影响施工作业。
长线台座表面铺设同宽度、厚5mm的钢板，以确保放张时预应力板顺利受压起拱。
（2）台座两端张拉墩台的施工
台座的张拉端及锚固端均采用墩台式（墩式台座的设计计算详见附件说明）；墩台体型及配筋设计等详见附图所示。墩台混凝土强度标号采用C40。在张拉端台座与放张千斤顶接触的牛腿位置，应预埋厚2cm的钢板，钢板上应焊接钢筋伸入牛腿内部，使千斤顶所受的张拉力能均匀地传到墩台上，使该部位不会因局部应力过大而产生混凝土破坏。锚固端在墩台上预埋焊接固定钢横梁的钢板，所有预埋钢板的位置均应预埋准确。
（3）台座的使用情况监控
台座在所有的混凝土强度达到100%后，才能进行预应力空心板梁的生产。在生产阶段，当一个台座满负荷生产时，应对台座的起拱度、轴线变形及位移量进行观测，并对张拉端及锚固端的纵向滑移进行观测。从预制场进行空心板梁生产到完工结束，台座、张拉端及锚固端的起拱度、轴线变形及位移量应不大于3mm，台座不允许产生裂缝，确保能满足正常生产和使用安全。
4空心板预制及张拉
先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋，并将张拉的预应力筋临时锚固在台座钢梁上，然后浇筑板梁混凝土，待混凝土强度达到不低于混凝土设计强度值的85%，且混凝土龄期不小于7d，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时，放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结，对混凝土板梁施加预应力的施工工艺。
预制外模板采用组合定型钢、木模板；内模采用充气橡胶芯模（定制6条芯模、5条循环，1条备用），钢筋采用加工厂集中加工。空心板张拉、预制、养护等工序完成后，混凝土强度达到100%后先吊装移位堆存，进行下一组空心板预制施工。
（1）模板
先张法台座的混凝土底板作为空心板梁的底模，台座底板上铺设5mm厚A3钢板，保证底板的平整光滑，预应力放松后，梁体中段拱起。
端模预应力筋孔的位置要准确，安装后与定位板上对应的力筋孔要求均在一条中心线上。由于施工中实际存在的偏差，力筋张拉时筋位有移动，制作时端模力筋孔可按力筋直径扩大2mm～4mm。先张法制作预制板梁，预应力钢筋放松后板梁压缩量为1‰左右，为保证梁体的外形尺寸，侧模制作要增长1‰。
（2）预应力筋制作
将下好料的钢绞线运到台座一端，钢绞线穿过端模及塑料套管后在其前端安引导装置，以利于钢绞线沿直线前进。引导工具利用钢管加工而成，前端做成圆锥形状。穿束前各孔眼应统一编号，对号入座，防止穿错孔眼。预应力施工采用群张群放的施工方法。确定的张拉施工工序为：钢绞线下料→穿钢绞线→安装锚具→张拉钢绞线→锚固。两端梁体以外部分采用Φ25精扎螺纹钢（需经计算复核）与钢绞线通过连接器相连。
1）钢绞线下料与铺放
钢绞线采用砂轮机下料。表面清洁无损伤及锈蚀的钢绞线，用切割机下料。下料时钢绞线两端用铁丝绑紧防止散开。钢绞线下料长度考虑台座长度、横梁宽度、锚夹具厚度、千斤顶长度、张拉伸长值、外露长度等因素。
台座表面在铺放预应力筋前应涂刷隔离剂，应选用非油质类模板隔离剂，隔离剂不得污染预应力筋，以免影响预应力筋与混凝土的粘结。如果预应力筋受到污染，应使用适当的溶剂加以清洗。
2）钢绞线穿束
绑完梁体底板钢筋后开始穿钢绞线。按计算长度下好料的钢绞线头部用干胶带缠紧，穿失效管。失效管长度按图纸钢绞线失效长度进行下料，其直径比钢绞线直径略大2～3mm。穿钢绞线时，头部要有引导工具，用一根钢管，前端做成圆锥形状。穿束前，按设计图纸检查定位板孔眼，其位置偏差控制在5mm以内。各孔眼统一编号，对号入座，严防穿错。
3）安装夹片
夹片要保持清洁和良好的润滑状态。新的工具锚夹片第一次使用前，预应力夹片背面涂上润滑脂，以后每使用5～10次，将夹片表面及锥头锥孔内重新涂一层润滑脂，以防夹片在退锚时被卡住。安装夹片时，可用工具套管将其均匀打紧并使其外露部分一致。
4）钢绞线张拉
张拉前，应先安装定位板，检查定位板的力筋孔位置和孔径大小是否符合设计要求，然后将定位板固定在横梁上。在检查预应力筋数量、位置、张拉设备和锚具后，方可进行张拉。
张拉前，应对台座、横梁及各项张拉设备进行详细检查，符合要求后方可进行操作。张拉采用双千斤顶群张法，张拉设备的张拉力一般取预应力筋总张拉力的1.5倍为2324.07KN（1549.38KN×1.5），本工程选用3000KN的千斤顶2台，另配1台200KN小千斤顶供初张拉。
张拉之前检查每根钢绞线张拉端夹片是否夹紧。固定端（放张端）固定螺母、连接器是否拧紧；经过校验的千斤顶空载运行1～2次后要检查表、泵、顶、油管是否配套，接法是否正确。
为减少横梁变形的因素对张拉力不均的影响。初调的顺序应由两侧向中间对称进行。两边对称分级张拉。张拉时先将一边一根钢绞线张拉到15%σcon做好量测伸长值标记，继续张拉到30%σcon量测伸长值，此值作为0～15%σcon理论伸长值的计算值△L1，当继续张拉到75%σcon时停止张拉。一是检验钢绞线预应力与应变是否对应；二是遵循分级对称的原则张拉另一边钢绞线；三是检查各连接锚固部位是否有异常情况。当每根钢绞线张拉到75%σcon时，再继续对称张拉到100%σcon量测伸长值△L2，钢绞线实际伸长值△L实=△L1+△L2。钢绞线实际伸长值与理论伸长值进行比较，其误差控制在±6%以内。
（3）混凝土施工
浇筑前再次检查模板外形尺寸，模内是否清洁，钢绞线是否滑丝，失效管是否裹紧。检查各种预埋件等是否无漏。运到工地的混凝土坍落度要符合要求，不离析，和易性良好。为防止芯模上浮，加钢筋控制气囊上浮。
振捣以插入振捣器振捣为主，附着式振捣器振捣为辅。混凝土浇筑采用水平分层斜向分段的连续浇筑方式，从梁的一端顺序向另一端推进。分段长度6m~10m，分层下料厚度不超过30cm，上层混凝土必须在下层混凝土初凝之前覆盖，以保证接缝处混凝土的良好接合。浇筑到顶板后，及时整平、抹面收浆。
（4）拆模
梁体混凝土浇筑完毕后一般4～5小时可抽出芯模（不宜过早，防止顶部砼坍落）。当梁体砼强度不低于2.5Mpa（一般气温条件下2～3天）时可拆除侧模。拆模后仔细观察梁体混凝土表面有无裂缝、气泡、漏浆现象。如有，经监理工程师许可后方可处理。梁体混凝土继续覆盖洒水，养护7天，同条件下试块满足梁体混凝土设计强度的85%，方可放张。
（5）放张
当梁体混凝土达到设计要求时方可放张。放张采用千斤顶群放。放张时遵循对称、均匀、分级、缓慢的原则，不得骤然放松。具体操作如下：放张前先检查锚固板上各钢绞线是否已在原位上锚固好，千斤顶位置要选好，再打油，张拉到100%σcon（注意不要超张，防止钢绞线绷断），此时拧动放张端锚固螺母，慢慢回油，放松。放松顺序为：100%σcon →80%σcon→40%σcon→0。
（6）安全操作注意事项
张拉时，千斤顶后面不得站人，以防应力钢绞线拉断或锚具弹出伤人，高压油泵有不正常情况时，应立即停机检查；当钢绞线实测伸长值与理论计算值相差超过6％时，应停止张拉，查明原因。
（7）封端
管道压浆等强后可移梁存放，将梁端清洗干净，按设计要求的断面尺寸，用同标号的混凝土将所有锚头封闭，完成梁的预制。
5空心板的出槽与存放
（1）板的出槽
梁板放张后，及时凿出铰缝钢筋。端部多余钢绞线头用砂轮机切割。由于梁底摩擦力作用钢绞线仍有残余应力，因此先从放张端切割逐次切向另一端。钢绞线切断后，用1：2水泥砂浆包封。用吊车将梁板吊运出槽。吊运时要注意吊点位置，放置在指定场所存放。
（2）板的存放
板梁出槽后及时剔除预埋钢板表面浮浆以及梁体上混凝土残渣和其他杂物。然后用砼封好两端，封端混凝土达一定强度后，用红油漆对梁板进行标识。标明孔号、生产日期、梁板编号，并对梁板外观尺寸进行测量，误差在规范之内。梁板堆放场地的地基要进行处理，防止沉陷。堆放高度不宜超过三层，下垫方木支撑点要放在梁体支座位置处。
为了防止预制空心板上拱度过大，以及预防空心预制板与现浇桥面层由于龄期差别而产生过大收缩差，存梁期按设计要求控制不大于90天。在存梁期内，加强观测，检测空心板的累计上拱度不能超出规范和设计图纸要求；如出现空心板上拱度超过计算值8mm，则采取措施进行控制。
6总结
先张法预应力混凝土空心板施工过程中，通过对台座的设计，钢绞线张拉、模板、钢筋、混凝土浇筑及养护等工序的控制，最终取得了良好的施工效果，加快了施工进度，也保证了施工安全，为先张法预应力混凝土空心板施工技术积累了经验。