高速铁路桥梁预应力混凝土施工工艺研究

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摘要：本文以高铁桥梁预应力混凝土的施工为切入点，结合桥梁结构相关理论和预应力混凝土特性，探讨施工工艺的相关问题。

【关键词】：高铁桥梁；预应力混凝土；施工工艺

一、预应力混凝土结构特点

预应力混凝土，（prestressed concrete）通过张拉钢筋（索），使钢筋混凝土结构在承受外荷载之前，受拉区的混凝土预先受到一定压应力的混凝土。预应力混凝土的使用是为了避免钢筋混凝土结构过早出现裂缝，因而设法在混凝土结构中承受使用荷载前，通过施加外力，从而减少结构受到的拉应力，甚至处于压应力状态之下，从而推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。

二、预应力混凝土在高铁桥梁中的优势特性

预应力混凝土具有很多优点：其一，刚度大，抗裂性好。对构件施加预应力，使得裂缝的出现大大推迟，因而提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。桥梁结构在列车的高速运行下承受着较大的动力、冲击和及强烈的振动．若桥梁结构无良好的动力性能则易引发车桥共振，造成灾害。因此桥梁结构除满足一般的强度要求外，还需有足够的刚度，严格限制结构变形，保证其稳定性和桥上轨道的高度平顺状态。其二，构件的抗剪能力得到提高。施工实践证明，锚栓的作用往往由纵向预应力钢筋发挥，因而使构件斜裂缝的出现与开展受到阻碍，又由于预应力混凝土梁的曲线钢筋（束）合力的竖向分力将部分地抵消剪力。其三，构件的耐疲劳性能得到提高。由于高速铁路的特殊性，桥梁结构必须具有足够的强度和刚度，必须保证可靠的稳定性和保持桥上轨道的高平顺状态，使高速铁路的桥梁结构能够承受较大的动力作用，具备良好的动力特性。高速列车的运营要求较高，能用于检查、维修的时间有限。由于钢筋具有强大预应力，因此可以在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小，进而抗疲劳强度得到了提高，这对承受动荷载的结构来说是很有利的。其四，受压构件的稳定性得到提高。当受压构件长细比较大时，在受到一定的压力后便容易被压弯，就会因稳定失衡而遭到破坏。如果对钢筋混凝土柱施加预应力，将纵向受力钢筋紧拉，不但预应力钢筋本身不容易压弯，还可以帮助周围的混凝土提高抵抗压弯的能力。

三、预应力混凝土在高铁桥梁中的施工

（一）施工前的准备工艺

1．混凝土原材料的选定。选用低水化热与含碱量偏低的水泥，避免使用早强水泥与高C3A含量的水泥；使用优质粉煤灰、矿物渣等矿物掺合料或复合矿物掺合料，一般矿物掺合料为耐久混凝土的必需组分；选用坚固耐久、粒型良好、级配合格的洁净骨料；限制单方混凝土中胶凝材料的最高用量，尤其对混凝土骨料的级配及粗骨料的粒型要求，胶凝材料的总量也不能过高，且要减少混凝土胶凝材料中的硅酸盐水泥用量。

2．配筋混凝土配合比设计。经检验合格后的混凝土原材料需根据环境等级的不同来设计混凝土配合比。混凝土配合比设计需经业主、监理及咨询单位签署意见方可使用，需根据桥梁各部位的环境侵蚀作用等级、及相关的规定要求来对桥梁承重结构混凝土的最低强度等级及配合比进行设计。

3．混凝土的搅拌。选择合适的水泥强度等级要根据混凝土的强度要求，以及水胶比，而高效减水剂及其它掺加剂，能够赋予混凝土较好的和易性，从而将坍落度控制在规定范围之内。粗、细骨料含水率的情况多遍，现场试验工程师需据此对施工配合比做相应的调整。要核实使用原材料与配合比通知单是否相符，检查砂石的质量情况，数量是否足够。混凝土拌合物塌落度45min损失不宜大于10％，混凝土自搅拌加水至入模时问不得超过45min，以及入模前含气量应控制在2％一4％等。

4．混凝土的养护。混凝土的养护工艺主要是通过蒸汽养护、浇水保湿养护、喷洒养护液等养护措施，浇水养护中应该注意水资源的循环利用，蒸汽养护中应注意蒸汽管道的布置，出汽口的朝向，温度场的均匀性，注意混凝土的静养、升降温、脱模温差的控制等。喷洒养护液养护中应注意养护液喷洒的均匀性和密度，养护液的选择应注意不要造成混凝土外观和颜色的损伤。

（二）预应力混凝土施工过程中的工艺研究

1．预应力混凝土施工。混凝土施工工艺主要流程如下：混凝土配合比～ 混凝土的搅拌一混凝土的运输～ 混凝土的浇筑一混凝土的质量检查一混凝土养护。首先要根据混凝土的强度要求选择合适的水泥强度等级，水胶比，高效减水剂及其他掺加剂，使混凝土必须具有较好的和易性，坍落度在规定范围之内。其次是混凝土配料必须按试验室通知单进行，并应有试验人员值班。配料应采用自动称量系统计量。开盘前要校核电子秤及其他计量器具，根据施工配合比确定每盘混凝土用料，并由试验人员复核；混凝上浇筑采用混凝土输送泵连续浇筑，一次成型或多次成型；浇筑底板混凝士时，为防止底板混凝士超厚，当混凝土浇筑到高于底板混凝土时，改用从内模顶的浇筑混凝土孔灌注底板混凝土，振捣采用插入式振动棒振捣；灌注中不得用振动棒推移混凝土以免造成离析。浇筑过程中，设专人检查模板、钢筋，发现螺栓、支撑等松动应及时拧紧和打牢。发现漏浆应及时堵严，钢筋和预埋件如有移位，及时调整保证位置正确。

2．预应力张拉施工。张拉工艺的基本流程是制束―穿束一预张拉一初张拉一终张拉一锚具外钢绞线切割。按设计尺寸下料后，编束时应先将钢绞线理顺，并尽量使各根钢绞线松紧一致。预应力钢绞线安装，在梁体混凝土强度达到张拉要求后进行。预施应力按预张拉、初张拉、终张拉三个阶段进行。张拉前，应清除管道内杂物和积水。当梁体混凝土强度达到设计值的80％，且侧模板拆除后，进行初张拉；当混凝土强度达到设计强度的50％，此时箱梁带模预张拉，但模板应松开，不应对梁体压缩造成障碍，张拉数量、张拉力、张拉顺序符合设计要求。梁体混凝土强度、弹模达到设计值、龄期不少于10d后进行终张拉；张拉数、张拉力、张拉顺序符合设计要求。

3．孔道留设及压浆。孔道留设是后张法预应力混凝土构件制作中的关键工序之一。预留孔道的尺寸与位置应正确，孔道应平顺；端部的预埋垫板应垂直于孔道中心线并用螺栓或钉子固定在模板上，以防止浇筑混凝土时发生走动；孔道的直径一般比预应力筋的外径（包括钢筋对焊接头的外径或需穿入孔道的锚具外径）大10-15 mm，以利于预应力筋穿入。孔道留设的方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋波纹管法等。孔道压浆包括这些步骤：预应力筋张拉后，应及时进行孔道压浆，多跨连续有连接器的预应力筋孔道，应张拉完一段灌注一段。孔道压浆宜采用水泥浆。水泥浆的强度应符合设计要求，设计无要求时不得低于30Mpa；压浆后应从检查孔抽查压浆的密实情况，如有不实，应及时处理。压浆作业，每一工作班应留取不少于3组砂浆试块，标养28d，以其抗压强度作为水泥浆质量的评窟依据；压浆过程中及压浆后48h内，结构混凝土的温度不得低于5℃，否则应采取保温措施。当白天气温高于35℃时，压浆宜在夜间进行；埋设在结构内的锚具，压浆后应及时浇筑封锚混凝土。封锚混凝土的强度等级应符合设计要求，不宜低于结构混凝土强度等级的80%，，且不低于30Mpa；孔道内的水泥浆强度达到设计规定后方可吊移预制构件；设计未要求时，应不低于砂浆设计强度的75%。

4．预应力构件施工。这一施工工艺包括先张法和后张法两种。先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。因此要在混凝土灌筑之前，先将由钢丝钢绞线或钢筋组成的预应力筋张拉到某一规定应力，并用锚具锚于台座两端支墩上，接着安装模板、构造钢筋和零件，然后灌筑混凝土并进行养护。当混凝土达到规定强度后，放松两端支墩的预应力筋，通过粘结力将预应力筋中的张拉力传给混凝土而产生预压应力。

先张法示意图

后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。先张法以采用长的台座较为有利，最长有用到一百多米的，因此有时也称作长线法。后张法是先灌筑构件，然后在构件上直接施加预应力的方法。一般做法多是先安置后张预应力筋成孔的套管、构造钢筋和零件，然后安装模板和灌筑混凝土。为了保护预应力筋不受腐蚀和恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力，预应力筋与套管之间的空隙必须用水泥浆灌实。预应力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土达到强度后，用千斤顶将预应力筋张拉到要求的应力并锚于梁的两端，预压应力通过两端锚具传给构件混凝土。为了方便施工，有时也可采用在预应力筋表面涂刷防锈蚀材料并用塑料套管或油纸包裹的无粘结后张预应力。这是因为水泥浆除起防腐作用外，也有利于恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力。

参考文献：

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【2】王锡荣，混凝土钻孔灌注桩施工技术[J].科技资讯，2010（15）

【3】徐美庚王风葛，高速铁路预应力混凝土简支桥梁徐变上拱控制初探[J].中国铁路，1999（11）

【4】陈成就，浅析混凝土技术在高速铁路桥梁中的应用――以预应力混凝土为例[J].科海故事博览：科技探索，2010（10）

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