先张法预应力U形梁预制工艺
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摘要：
先张法预应力U形梁在城市轨道交通建设工程中开始推广应用，本文结合上海市轨道交通16号线U形梁预制工程，就工厂化预制U形梁所需要考虑的关键工艺进行简单的介绍。
关键词：
工艺流程高性能混凝土高精度模板先张法预应力
Abstract:
Pretensioned prestressed U beam in city track traffic construction project began to popularize application, the combination of Shanghai rail transit line 16 U beam prefabricated construction, on the factory prefabricated U beam need to consider the key technology were introduced.
Key word.
Process; high performance concrete; high precision template; prestressed by Pretensioning Method
中图分类号；TU378文献标识码：A 文章编号：
1 U形梁概述
轨道交通16号线工程是上海轨道交通网络中的一条连接市区与浦东新区临港新城的市域快线。线路起点龙阳路站，终点临港新城站，全长58.9 km，其中高架线长约45.2 km；地下线长约13.7 km。
高架区间中，桥跨上部结构和高架车站的轨道梁均采用先张法预应力混凝土单线U形梁。施工方法采用预制架设。
我公司承建本工程中预制U形梁总数为1476榀，标准跨长度30米，非标准跨长度22.45~35米不等。按断面形式分为4种：正线30米及以下跨度类型U形梁、正线35米跨度类型U形梁、车站中线U形梁和车站侧线U形梁。正线标准30米跨U形梁宽5540mm，高度1800mm，厚度250mm，重量约170吨。
30米及以下跨度U形梁采用先张法预应力形式，35米跨度U形梁采用先后张两种工艺结合的预应力形式。标准30米跨U形梁共布置先张预应力钢绞线84根，总张拉力达到1600余吨。正线35米跨度类型U形梁混凝土采用C60，其余均为C55。
2 U形梁预制施工难点
（1）U形梁种类繁多，有4种断面形式，200多种长度，导致模具设计和施工组织困难。
（2）U形梁耐久性要求高（100年），对混凝土有较高的耐久性要求，而且除防迷流筋外，其余钢筋均不得焊接，对钢筋绑扎的位置、间距和保护层厚度控制极为严格。
（3）U形梁为薄壁开口结构，梁体纵向承载主要由预应力承担，因此对先张预应力施工质量要求较高，对每根预应力索的应力控制非常严格。
（4）U形梁的梁体外观对混凝土表面色差和光洁度要求严格，对混凝土配比设计及施工、模板设计制作、产品保护及整修等均带来较大挑战。
3 U形梁预制总体工艺流程
U形梁制作工艺、检测流程图如下。
4 U形梁预制关键技术
4.1适应蒸养工艺的C55高性能混凝土
4.1.1混凝土性能技术指标
1）抗压强度
28天：Fck= 37MPa (C55，立方体试件fc28 =55MPa)
预应力筋放张：Fck= 23.5 MPa (强度等级相当于 C35，立方体试件fc =35MPa).
2）劈裂抗拉强度
放张强度： Ftk = 2.7 MPa。
3）弹性模量
放张时混凝土早期蒸养弹性模量3.4×104 Mpa。
28天达到TB10002.3《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》规定的3.6×104 Mpa。
4）耐久性指标：
电通量(56d电通量（C）)＜1000。
5）工作性能
坍落度：180mm±30mm
其他还应具备早强、大流动度、易密性等满足施工性要求。
4.1.2 混凝土配合比设计要求
1）选择高质量的砂、石，以充分保证砂填充石的间隙，水泥浆填充砂的间隙，保证混凝土的致密性。
2）掺加优质粉煤灰、矿粉等矿物活性掺合料以减少水泥用量，控制干缩变形，有利于混凝土的防裂要求，同时具有明显抑制混凝土的抗碱-骨料反应性能效能。
3）选用外加剂根据结构要求采用低含气量减水剂，采用聚羧酸系，其效能有：减水率高，保坍（落度）效果佳；有利于混凝土浇灌成型质量的保证，早期强度的发展，降低水胶比、减少混凝土收缩。
4）砼配合比设计应满足设计的强度等级和耐久性要求并满足施工要求。
4.1.3 配合比设计
坍落度：180mm±30mm
在充分进行一系列试配后，针对目前先张法蒸养工艺的特点，我们设计了上述配合比。长期使用实践表明，这一配合比完全满足各项工艺要求。
5 U形梁高精度模板工艺
U形梁预制适合采用全钢结构整体式模板，以尺寸精桷、安全可靠、拆装方便为设计原则，充分适合制梁施工条件。
5.1 模板系统设计方案概况
模板采用全钢结构、整体式设计方案，整套模板由底模、外模、内模、内模支撑、内模移动系统和端模五大类组成，另外包括外模斜撑、内模斜撑及水平撑、外模间拉杆、内外模间拉杆、地梁等附件。详见下图。
5.2 底模
标准底模分为三段，两端为支座段，中间为梁身段，安装于基础地梁之上。而可调节底模除上述的分段方式之外，还需考虑到梁长及梁宽变化对底模的特殊要求。
5.3 外模
根据U形梁的特点，外模分为外模A（外腹板外模）和外模B（内腹板外模），分别安装于模板外侧和内侧。与底模相对应，外模亦有梁身段与支座段之分。在梁身段与支座段的交界处底部，应设置放张活络块，以利放张与脱模。
5.4 内模
由于U梁截面内外侧不同，因此，内模亦分为内模A和内模B，分别对应外腹板内模和内腹板内模。针对每一梁型，在整个梁长范围，内模是等截面的。
内膜通过移动机构进行安拆，每套内模移动机构包括4根内模横梁和每根横梁上的两套移动机构组成。
5.5 端模
端模采用嵌入式结构，即相嵌于内外模之间，梁长由端模位置控制。
端模必须与内外模配合良好，才能有效防止浇捣时的漏浆现象。因此所有的端模面板都必须由数控切割机床加工，包括所有的钢索孔，保证端模与内外模间的配合精确以及钢索孔的位置精准。
6 U形梁先张法预应力施工技术
6.1 先张预应力台座布置
由于我公司生产基地现有张拉台座的张拉立柱间距无法满足U形梁先张钢绞线布置范围要求，因此需对原有张拉系统进行改造：增加了两根被动张拉横梁及主、被动张拉横梁之间的传力拉杆，先张钢绞线全部锚固在被动横梁上，整体张拉时，4台500t千斤顶顶推主动张拉横梁带动被动横梁一起平移，从而实现对先张钢绞线的张拉与放张。
为控制张拉应力误差满足设计要求，在主张拉端根据先张钢绞线布置在中间及两侧共选择5根特征钢绞线在其工具锚上安装应力传感器，可以采集实际锚下应力数据从而对张拉控制应力进行调整。
在4台整体顶推千斤顶处安装4个位移传感器，可以实时采集各个千斤顶运行的位移数据，从而可以采取针对措施控制千斤顶同步。
6.2 张拉工艺流程
U形梁先张采用分步张拉，张拉工艺流程如下：0——逐根初调至0.15Fpk——两端整体顶推至约0.6Fpk——逐根张拉至设计值（应力传感器数据复核）、锚固——混凝土浇筑、养护——放张——切割
张拉流程细化如下：
7 钢筋工程
为满足U形梁要求，钢筋采用专用高精度胎模进行绑扎。此槽形钢筋笼绑扎胎膜架已申请国家专利，申请号为：201020521878.7。
绑扎胎模由若干胎膜架及纵向管组成，每榀胎膜架均按预设位置固定在专用钢筋绑扎平台上，纵向间距约2.5米。纵向管采用Φ35无缝钢管，按U梁断面钢筋形状放置，外皮钢管固定在胎膜架上，内皮钢管可拆卸，钢管的放置即可保证钢筋笼形状，又可以保证钢筋保护层厚度。钢筋绑扎胎模如下图：
钢筋绑扎胎膜安装及工作图
钢筋骨架的绑扎顺序
底板下层钢筋、腹板外层钢筋定位绑扎——底板上层钢筋定位绑扎——腹板内层钢筋定位绑扎——顶板钢筋绑扎——两支承端及其它钢筋绑扎——安放先张钢绞线、波纹管（35m梁）、定位钢筋预绑——绑扎保护层垫块——钢筋骨架验收
8 U形梁养护
U形梁以蒸汽养护为主，如进度条件允许，也可以采用自然养护方式。
蒸汽养护须严格分静停、升温、恒温、降温等四个阶段进行：
静停时间根据气温不同应控制在6～10小时。
升温阶段每小时升温不得大于20℃，直至上升到55℃。当室外平均温度低于10℃时，则初始升温速率应控制在6℃/h以内，直至达到10℃，并应考虑适当提高蒸汽养护温度或延长养护时间。
恒温阶段养护温度应保持在55±5℃，持续养护24±3个小时；因故停止供汽时，应做好记录，后续养护时间顺延。
降温时降温速度不得大于30℃/h，拆模时梁体表面温度与自然环境温度应不大于15℃，否则应让梁体带模延时降温。
蒸汽养护时间根据季节变化可进行适当调整。
在U形梁混凝土浇筑完成后，须及时覆盖，蒸养空间应完全密闭，且需保持一定的蒸汽循环空间。
进汽管安装在两侧外模及内模内侧框架上，进汽管的喷气孔朝向U形梁槽内，避免蒸汽直接喷向梁体混凝土，同时有利于蒸汽在蒸养空间内循环。
测温仪表在U形梁槽内及两侧分别设置，蒸养期间值班员应注意温控仪表的准确性与灵敏度，调节控制养护罩内温度的均匀性，并做好实测温度记录。
混凝土试件与主梁同条件养护，放置位置避免蒸汽直接喷射，并应将试件进行覆盖，避免水分蒸发。
在混凝土强度达到设计要求时，方可开始停汽降温。
U形梁进入堆场需进行7d 洒水自然养护。
9 结束语
本工程通过对先张法预应力U形梁预制工艺的研究，较好地解决了预制施工的各项难点，针对各个关键施工工艺，制定了科学合理的技术解决方案和质量控制措施，保证了预制施工进度及施工质量。上海市轨道交通16号线U形梁预制工程的顺利实施为扩大U形梁在我国城市轨道交通领域的应用积累了成功的经验。
个人简介
本人祝林盛，男，1982年7月生，武汉理工大学毕业，获材料科学与工程专业学士学位，现系上海市建筑构件制品有限公司磁悬浮制梁厂技术质量科副科长，中级工程师，从事大型预制构件生产8年。