混凝土简支梁桥制造工艺指南

1.模板和支架

模板（formwork）是用于浇筑混凝土、形成结构形状和尺寸的临时性板件，而支架（falsework）是用于在现浇施工过程中支承梁体重力的临时性结构。模板和支架不仅控制梁体尺寸精度，影响施工进度和混凝土浇筑质量，还影响施工安全。因此模板和支架应满足以下要求：① 具有足够的强度、刚度和稳定性，能可靠地承受施工过程中可能产生的各种荷载；② 可保证被浇筑结构的设计形状、尺寸及各部分相对位置的准确性；③ 构造和制作力求简单，装拆既要方便又要尽量减少对构件的损伤，以提高装、拆、运的速度和增加周转使用的次数。

（1）模板的类型和构造

按制作材料划分，桥梁施工常用的模板有木模板、钢木结合模板、钢模板。按模板的装拆方法划分，有零拼式模板、分片装拆式模板、整体装拆式模板等。

木模板通常采用零拼式或分片装拆式，其周转使用率不高，耗费木材，不宜大量采用。如果将零拼的木板用埋头螺栓连接在型钢支架上，在木板上再钉一层薄铁皮，就形成钢木结合模板，这种模板可节约木材，降低成本，而且具有较大的刚度和紧密稳固性，可用于对外观要求不太高的混凝土结构。

为保证混凝土造型和外观质量，分片装拆式和整体装拆式钢模板的应用越来越普遍。图5.29所示为一种分片装拆式钢模板的结构组成。侧模由厚度一般为4～8mm的钢板、角钢做成的水平肋和竖向肋、支托竖向肋的支撑、斜撑、固定侧模用的顶横杆和底部拉杆以及安装在钢板上的振捣架等构成。底模通常用12～16mm的钢板制成，它通过垫木支承在底部钢横梁上。在拼装钢模板时，所有紧贴混凝土的接缝内都用止浆垫使接缝密闭不漏浆，止浆垫一般采用柔软、耐用和弹性大的5～8mm橡胶板或厚10mm 左右的泡沫塑料。

图5.29　钢模板构造

近年来，在较大跨度的整孔箱梁预制中，为提高生产效率、保证混凝土浇筑质量和减轻劳动强度，开始采用整体装拆式液压钢模板系统。箱梁的内外模板采用折臂伸缩技术，拆、装及定位采用液压技术，内模板可在底模上自动走行。图5.30所示为某高速铁路双线箱梁拟采用的液压内模结构。

图5.30　箱梁液压钢内模结构示意

1—固定支架；2—二级活动臂；3—一级活动臂；4—二级伸缩油顶；5—一级伸缩油顶；6—支架升降油顶；7—行走轮；8—支撑丝杠；9—支撑钢管；10—内侧模板；11—内侧圆弧模板；12—内下模板；13—内上侧模板；14—内上模板。

在模板就位前，应在模板内面涂刷脱模剂；拆模后应及时进行清理。

（2）临时支架

就地浇筑梁桥时，需要在梁下搭设临时支架来支承模板、浇筑的结构重力以及其他施工荷载。对于装配式的桥梁施工，有时也需要搭设简易支架或支墩作为吊装过程中的临时支承结构。

图8.12（a）为一临时立柱式支架，立柱在顺桥方向间距一般采用3～5m，靠墩台的立柱可设在墩台基础的襟边上；在横桥方向，立柱一般设在梁肋下。临时支架可采用木结构，也可采用工具式钢结构拼装，如贝雷梁、万能杆件、工具式钢管脚手架等。关于支架的更多论述见第八章。

2.钢筋工作

（1）钢筋整备

首先应对进场的钢筋通过抽样试验进行质量鉴定，合格的才能使用。抽样试验主要作抗拉极限强度、屈服点和冷弯试验。钢筋工作的特点是加工工序多，包括钢筋整直除锈、下料切断、弯制、焊接或绑扎成型等。

钢筋整直根据钢筋直径的大小可采用不同的方法。对于直径在10mm 以上的钢筋一般用锤打整直，对于直径不到10mm 的钢筋，常用电动铰车或钢筋调直机通过冷拉整直（伸长率不大于1%），这样还能提高钢筋的强度和清除铁锈。

经整直的钢筋可借用钢筋冷拉和钢丝调直过程中除锈，或采用机械方法（钢丝刷或喷砂枪喷砂）进行除锈。钢筋经整直、除锈后，即可按图纸要求进行划线下料工作。

为了使成型的钢筋比较精确地符合设计要求，在下料前应计算图纸上所标明的折线尺寸与弯折处实际弧线尺寸之差值，同时还应计算钢筋在冷弯折过程中的伸长量。图5.31（a）示出通常设计图纸中标明的折线尺寸。图中（b）表示了实际弧线的展直尺寸，最后图（c）为扣除了加工伸长量的实际下料尺寸。

图5.31　钢筋下料尺寸

（a）钢筋设计图；（b）展直尺寸；（c）下料尺寸。

（2）钢筋弯制和接头

下料后钢筋可在工作平台上用手工或电动弯筋器按规定的弯曲半径弯制成型，钢筋的两端亦应按图纸弯成所需的标准弯钩（hook）。如钢筋图中对弯曲半径未作规定时，则宜按钢筋直径的15倍为半径进行弯制。对于较长的钢筋，最好在接长以后再弯制，这样较易控制尺寸。

钢筋的主要连接方法有：搭接法、闪光接触对焊、电弧焊（如搭接焊、帮条焊、坡口焊、熔槽焊等）、电渣压力焊、气压对焊、套管法等。搭接法现较少采用，焊接接头的传力性能较好，且省钢料，应用较多。除焊接外，还可采用机械连接方式，如套筒挤压、锥螺纹、镦粗或滚轧直螺纹套管接头等。

钢筋接头在构件截面内应尽量错开布置，且受拉主钢筋的接头截面积不得超过受力钢筋总截面积的50%。装配式构件连接处受力钢筋的焊接头可不受此限制。

（3）钢筋骨架的成型

装配式 T 梁的焊接钢筋骨架应在坚固的焊接工作台上进行。骨架的焊接一般采用电弧焊，先焊成单片平面骨架，再将它组拼成立体骨架。组拼后的骨架需有足够的刚性，焊缝需有足够的强度，以便在搬运、安装和浇筑混凝土过程中不致变形、松散。

实践表明，装配式简支梁焊接钢筋骨架在焊接后在骨架平面内还会发生两端上翘的焊接变形。为此，尚应结合骨架在安装时可能产生的挠度，事先将骨架拼成具有一定的预拱度，再行施焊。

对于绑扎钢筋的安装，应事先拟订安装顺序。对梁肋内钢筋，一般先放箍筋，再装下排主筋，后装上排钢筋。在钢筋安装工作中，为了保证达到设计及构造要求，应注意下列几点：

① 钢筋的接头应按规定要求错开布置。

② 钢筋的交叉点应用铁丝绑扎结实，必要时，亦可用焊接。

③ 除设计有特殊规定者外，梁中箍筋应与主筋垂直。箍筋弯钩的叠合处，在梁中应沿纵向置于上面并交错布置。

④ 为了保证混凝土保护层的厚度，应在钢筋与模板间间隔、错开设置水泥浆块、混凝土垫块、塑料垫块或钢筋头垫块。

⑤ 为保证及固定钢筋相互间的横向净距，两排钢筋之间可使用混凝土分隔块，或用短钢筋扎结固定。

⑥ 为保证钢筋骨架有足够的刚度，必要时可以增加装配钢筋。

3.混凝土工作(www.xing528.com)

混凝土工作包括混凝土配制、运送、浇筑、养护和拆模。

（1）混凝土的配制

混凝土一般应采用机械搅拌，上料的顺序，一般是先石子、次水泥、后砂子。人工搅拌只用于方量不大的塑性混凝土或半干硬性混凝土。不管采用机械或人工搅拌，都应使石子表面砂浆饱满，拌和料混合均匀、颜色一致。人工拌和应在铁板或其他不渗水的平板上进行，先将水泥和细骨料拌匀，再加入石子和水，拌至材料均匀、颜色一致为止。如需掺入添加剂，应先将添加剂调成溶液（对可溶性添加剂），再加入拌和水中，与其他材料拌匀。在整个施工过程中，要注意随时检查和校正混凝土的流动性或工作度（又叫坍落度），严格控制水灰比（water-cement ratio），不得任意增加用水量。

混凝土添加剂（外加剂）指是能明显改善混凝土的物理化学性能，提高混凝土的强度和耐久性的外加制品，其种类较多，适用情况各异。例如，为提高干硬或半干硬性混凝土的和易性，减少混凝土的单位用水量，提高混凝土强度并且节约水泥用量，可在混凝土中掺加高效早强减水剂；为延缓混凝土的初凝时间，可掺加缓凝型减水剂；为提高泵送混凝土的流动性，可掺加泵送剂。还有其他用于防水、防冻、抗碱等的添加剂。

（2）混凝土的运送

混凝土应以最少的转运次数、最短的距离迅速从搅拌地点运至浇筑位置。当采用车辆运送时，要防止道路不平整导致混凝土因颠簸振动而发生离析、泌水和灰浆流失现象，一经发现，必须在浇筑前再次搅拌。

采用泵送混凝土时，输送管道的定位及接头应牢固可靠，防止“爆管”。当输送距离较远时，需注意管道两端混凝土坍落度的变化。夏季或冬季施工时，管道应有降温或保暖措施，防止“堵管”。

（3）混凝土的浇筑

混凝土的浇筑（casting）方法直接影响到混凝土的密实性和整体性，对混凝土的质量影响很大。因此，必须根据混凝土的拌制能力、运距、浇筑速度、气温及振捣能力等因素，认真制订混凝土的浇筑工艺。

当构件的体积较大，一次连续浇筑不能完成时，需预定结合缝，分次浇筑。在一次连续浇筑中，当构件的高度较大时，为了保证混凝土能振捣密实，应采用分层浇筑法。浇筑层的厚度与混凝土的坍落度及振捣方式有关，在常规情况下，用插入式振捣器振捣时，浇筑层厚度为振捣器作用部分长度的1.25倍；用平板式振捣器振捣时，浇筑厚度不超过20cm。薄腹T 梁或箱梁的梁肋，当用侧向附着式振捣器振捣时，浇筑层厚度一般为30～40cm。采用人工捣固时，视钢筋疏密程度，通常取浇筑厚度为15～25cm。

分层浇筑时，应在下层混凝土开始凝结之前，将上层混凝土浇筑捣实完毕。在此情况下，上下层浇筑时间间隔不宜超过1～1.5h，也可由试验资料来确定容许的间隔时间。如果在浇筑上层混凝土时下层混凝土已经凝结，则要待下层混凝土具有不小于1.2MPa强度时，经将结合面凿毛处理后才可继续浇筑上层混凝土；当要求结合面具有不渗水性时，应在前层混凝土强度达到2.5MPa 后，再浇筑新混凝土。

对大体积（各向尺寸大致在2m 以上）混凝土，在制订浇筑方案时应注意混凝土水化热的不利影响。水化热会产生混凝土内外温差，这可能导致较大的温度应力并引起混凝土开裂。施工中可以采取的技术措施包括：选择优质混凝土原材料，优化混凝土配合比，选择合理的结构型式和分缝分块方式，采用水管冷却（在混凝土内埋设水管，通过低温水循环排出混凝土内部热量）等方法降低混凝土温度，或采用外部保温方式减少混凝土内外温差。

（4）混凝土的养护和拆模

混凝土中水泥的水化作用过程，就是混凝土凝固、硬化和强度发育的过程。它与周围环境的温度、湿度有着密切的关系。当温度低于15℃ 时，混凝土的硬化速度减慢；而当温度降至－2℃ 以下时，硬化基本上停止；在干燥的气候下，混凝土中的水分迅速蒸发，一方面使混凝土表面剧烈收缩而导致开裂，另一方面当游离水分全部蒸发后，水泥水化作用也就停止，混凝土即停止硬化。因此，混凝土浇筑后即需进行适当的养护（curing），以保持混凝土硬化发育所需要的温度和湿度。

目前在桥梁施工中采用最多的是在自然气温条件下（5℃ 以上）的自然养护方法。此法是在混凝土终凝时，在构件上覆盖塑料薄膜、草袋、麻袋等，定时洒水，以保持构件经常处于湿润状态。自然养护法的养护时间与水泥品种以及是否掺用外加剂有关。一般情况下，用普通硅酸盐水泥的混凝土为7d 以上；用矿渣水泥、火山灰质水泥的为14d 以上。每天浇水的次数，以能使混凝土保持充分潮湿为度。在一般气候条件下，当温度高于15℃ 时，前三天内白天每隔1～2h 浇水一次，夜间至少浇水2～4次，在以后的养护期间内可酌情减少。在干燥的气候条件下，或在大风天气中，应适当增加浇水的次数。

自然养护法比较经济，但混凝土强度增长较慢、模板占用时间也长，特别在低温下（5℃以下）不能采用。为了加速模板周转和施工进度，在预制工厂内，可采用蒸汽法养护混凝土；在现场，可添加早强剂（通长3～4d养护后即可拆模）。

混凝土经过养护，当强度达到设计强度的50% 时，即可拆除梁的侧模；达到设计吊装强度并不低于设计强度的70% 时，就可移梁或进行下道工序，如施加预应力。

4.预应力工作

现简要介绍与后张法施加预应力有关的材料、设备和工艺过程。

（1）预应力技术的材料和设备

预应力技术指预应力的锚固张拉体系。一种体系只适合于一种或两种预应力钢筋，并配有专门的张拉设备、接长装置（连接器）和孔道成型方式。

预应力钢筋主要包括钢绞线（常用者为7丝）、钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝）和精轧螺纹钢筋。7丝钢绞线的抗拉强度取值为1770～1960MPa，各类钢丝的为1470～1860MPa，精轧螺纹钢筋的可达980MPa。

锚具、夹具是锚固预应力钢筋的装置。在后张法结构中，为保持预加力并将其传递给混凝土的永久性锚固装置，称为锚具；在施加预应力过程中，能将千斤顶（或其他张拉设备）的张拉力传递给预应力钢筋的临时或永久性锚固装置，称为夹具。对大多数预应力体系而言，两者并无本质区别。

国外主要的预应力体系包括：① 法国Freyssinet体系，主要生产可锚固12根钢丝或钢绞线的锥形锚系列，锚固多根钢绞线的群锚系列；② 瑞士VSL体系，主要生产钢绞线群锚系列；③ 德国Dywidag体系，为粗钢筋预应力体系；④ 瑞士BBRV体系，主要生产钢丝束镦头锚系列。

国内生产的预应力张拉锚固体系包括：① 粗钢筋预应力体系，有冷轧螺纹锚（轧丝锚）和精轧螺纹钢筋张拉锚固体系；② 镦头锚体系，有DM型、LM型系列；③ 锥形锚体系，有可锚固12～24丝7mm 钢丝的钢质锥形锚系列；④ 钢绞线群锚体系，有XM型、QM型、OVM型、YM型、XYM型、B&S型、TM型、STM型等。

在后张预应力混凝土梁桥中，钢绞线群锚体系应用广泛，图5.32所示为锚具结构及张拉过程示意。

（2）孔道成型

在现浇或预制后张预应力混凝土主梁时，需先按照设计图纸位置，预留出预应力孔道，待混凝土浇筑完毕并达到规定强度后，再穿束张拉。形成孔道的材料，可采用铁皮管、橡胶棒、金属波纹管和塑料波纹管。

早期使用的铁皮管用白铁皮卷制而成，其刚度小，施工中容易压瘪和穿孔。将橡胶棒放置在设计位置，在混凝土未完全凝固前将其抽出，就形成孔道；但橡胶棒不易拔出，容易拉断而堵孔，且孔道的摩阻系数大。金属波纹管是采用约0.3mm 厚、30mm 宽的钢带，用卷管机在现场制作的圆管或扁管（与扁平锚配合使用）。这种管子的抗渗漏、耐压、强度、柔韧性等指标优于铁皮管，一度在桥梁工程中普遍采用。塑料波纹管由高密度聚乙烯材料挤出成型的单壁波纹管（圆管及扁管），在实际使用中需辅以各类塑料连接件。与传统的金属波纹管相比，其具有良好的耐腐蚀性和密封性，强度高刚度大，抗冲击抗渗透，摩阻系数小等优点。

在高速铁路预应力混凝土简支梁预制中，现多采用橡胶棒成孔。

（3）张　拉

在预应力张拉前，需完成以下工作：① 用压力水清孔，并观察孔道有无串孔现象（防止漏浆或造成其他孔道的堵孔），吹干孔道内水分。② 对较短的钢束，可用人工直接穿束；对较长的钢束，可用卷扬机牵引穿束或采用钢绞线穿束机穿束。③ 按施工规范的要求检查千斤顶和油泵，标定配套使用的千斤顶和油压表，保证张拉质量和精度。

图5.32　钢绞线群锚体系

预应力张拉是预应力梁施工中的关键工序，必须严格遵循有关施工规范和操作规程。所采用的千斤顶等设备、张拉程序以及具体操作方法与预应力体系（预应力钢筋和锚具类型）有关。这里仅对图5.32（b）所示的张拉过程作一简要说明。

钢绞线群锚体系的张拉过程分为以下几步：① 张拉前的准备，包括清理锚垫板和钢绞线表面，安装锚环和夹片；② 安装张拉设备，包括千斤顶定位，顶紧位于千斤顶后方的工具夹片；③ 张拉，即向千斤顶张拉缸供油直至设计油压，并测量钢绞线伸长量；④ 锚固，张拉缸回油，位于锚环内的工作夹片自动锚固。在张拉完成后，即可封锚（包括卸除千斤顶，切除多余钢绞线，孔道压浆，锚固端用混凝土封平）。

（4）压　浆

压浆就是用灰浆填满孔道内的所有空隙，其目的是防止预应力钢筋锈蚀，保证预应力钢筋与混凝土的握裹力，减少预应力损失。灰浆材料的水泥、水灰比、强度等应符合有关规范的要求。压浆所用设备为压浆泵，水泥浆自调制至压入孔道的间隔时间不得大于40min，压浆速度应平缓而不中断，压力控制在0.7MPa 以下。

压浆工艺有一次压浆法（用于不长的直线孔道）和二次压浆法（用于较长的孔道或曲线形孔道）。所谓二次压浆，就是按规定从一端完成一次压浆后，保持灰浆压力30min，再从另一端重复一次压浆。从目前的过程实践看，常规的压浆工艺，很难达到使孔道密实、饱满的要求。近年来发展的塑料波纹管及真空压浆新技术，较好地解决了这一问题。其基本原理是：在塑料波纹管孔道的一端采用真空泵对孔道进行抽真空，使之产生－0.1MPa 左右的真空度，然后用压浆泵将水泥浆从孔道的另一端压入，直至充满整个孔道，并施加不小于0.7MPa 的正压力，以确保预应力孔道灌浆的饱满度和密实度。