气囊内模制作空心板梁的质量控制

黄耀俭 张建东

空心板简支梁桥以其成本低、施工方便、吊装运输安全、自重轻、稳定性好、工期短等优点被广泛应用在高速公路桥、城市立交桥及路网工程中的大、中、小桥中的上部结构。特别在气囊内模的使用得到推广后，促进了空心板梁的工厂化施工，进一步降低了造价。气囊内模制作空心板梁，就是在预制板的预留空心部分用充气的气囊堵塞，经 3h～8h，待混凝土初凝后放气抽空。这种施工方法方便快捷且气囊内模这种材料周转使用次数较高、成本较低。但气囊内模容易偏移、上浮，使得气囊内模制作空心板梁难度增加，甚至造成空心板梁不合格。从宁台温高速公路和商丘—营廊集高速公路建设情况来看，该问题一直没有得到很好的解决。

1 控制气囊上浮与偏位的施工措施

1)混凝土配合比设计的要求。a.首先要保证其组成材料的质量;b.混凝土配合比设计的要求:为了使混凝土密实并达到设计强度，要求精心确定混凝土配合比，使粗细集料组成的矿物质混合料具有良好的级配，混凝土拌和物达到配合比要求的水灰比、坍落度，28 d强度符合设计要求。控制好混凝土的坍落度。2)气囊的体积大小对浮力大小起着重要作用，控制起来难度不大，首先要使气囊的几何尺寸严格符合设计要求，且长度适宜。其次是保证气囊位置准确，气囊应采取加密定位钢筋的措施。3)混凝土下料的速度宜缓，下料尽可能均匀，下料口的高度尽可能低，减小冲击反力。采用低频振动棒，振动时间不宜过长，一般混凝土开始泛浆，有少量气泡或没有气泡冒出即可。下料左右要均匀，振捣左右要同步。4)空心板采用长线法先张预应力台座制作时，在每个台座端头预埋钢铰线的定位钢板。定位钢板起精确定位及在克服气囊上浮时借力的作用。5)加作用力克服气囊上浮与偏移。例如:使用定位钢筋，顶部加压等。6)混凝土的浇筑的控制方法。先下底板混凝土，振捣;再穿气囊，两边同时分两层浇筑、振捣;纵向斜向分层浇筑。该方法相对先穿气囊浇筑法有以下优点:坍落度可放小，混凝土强度提高快，不会出现水泥浆带、混凝土死角，气囊不易偏位、上浮。

2 气囊内模上浮的空心板梁算例分析

本算例采用巴马—田阳(百色段)二级公路改建工程某标段气囊内模上浮的空心板的测量数据为依据。

2.1 截面最大弯矩及正截面抗弯承载能力计算

为计算简便，将实际的圆形开洞截面根据洞口面积、惯性矩及形心位置不变的原则换算成矩形开洞截面并最终转化成工字形截面进行截面承载能力计算。正截面抗弯承载能力根据顶板测量数据按以下四种情形分别计算:情形 1:空心板设计截面;情形2:仅空心板作为结构层，顶板厚度1.8 cm;情形3:仅空心板作为结构层，顶板厚度3.0 cm;情形4:结构层为顶板厚度1.8 cm的空心板+5 cm厚桥面铺装钢筋混凝土。

单片空心板梁截面抗弯承载能力验算结果如表 1所示。

表1 正截面抗弯承载能力结果比较

2.2 斜截面抗剪承载能力分析

由于斜截面的抗剪承载能力在混凝土强度、受力钢筋配置以及施加的预应力确定后，只取决于空心板的截面高度和腹板宽度。而现行规范并未考虑截面翼缘的影响，截面顶板厚度的改变对结构斜截面的抗剪承载能力的影响可予以忽略。因此，结构斜截面抗剪承载能力即使在顶板厚度减小时亦能满足原设计要求。当采取可靠措施使桥面钢筋混凝土铺装能参与结构作用而承载时，由于截面高度增大，会使结构的斜截面抗剪承载能力得到进一步的提高。

2.3 正常使用极限状态应力分析

1)该桥若只考虑空心板作为结构层，顶板厚度按原设计取为8.75 cm时。正常使用极限状态下结构不出现拉应力。跨中截面上缘最大压应力为8.3MPa，下缘最大压应力为0.4MPa。可见该桥是按照全预应力混凝土构件设计的。

2)在空心板顶板厚度取 1/4跨截面的实测最小厚度 1.8 cm时。a.若只考虑空心板作为结构层，正常使用极限状态下跨中截面下缘出现拉应力，其值为0.6MPa≤0.8Rbl=2.4MPa，上缘最大压应力为13.1MPa≤0.6Rba=21.0 MPa。因截面有拉应力出现，因此不满足原设计的全预应力混凝土构件要求，但使用阶段的应力满足预应力混凝土A类构件的要求。b.若考虑空心板上 5 cm厚的水泥混凝土作为结构层，则结构内不出现拉应力。跨中截面上缘最大压应力10.3 MPa，下缘压应力为0.1MPa，使用阶段的应力满足原设计的全预应力混凝土构件要求。c.若考虑空心板及10 cm厚的水泥混凝土作为结构层，则结构内不出现拉应力，跨中截面上缘最大压应力8.5MPa，下缘压应力为0.5MPa，使用阶段的应力满足原设计的全预应力混凝土构件要求。

3)在空心板顶板厚度取 1/2跨截面的实测最小厚度 3.0 cm时。a.若只考虑空心板作为结构层，正常使用极限状态下跨中截面下缘出现拉应力，其值为0.6MPa≤0.8=2.4MPa，上缘最大压应力为12.3 MPa≤0.6=21.0MPa。因截面有拉应力出现，因此不满足原设计的全预应力混凝土构件要求，但使用阶段的应力满足预应力混凝土A类构件的要求。b.若考虑空心板上5 cm厚的水泥混凝土作为结构层，正常使用极限状态下跨中截面下缘出现拉应力，其值为0.1MPa≤0.8=2.4MPa，上缘最大压应力为10.0MPa≤0.6=21.0MPa。因截面有拉应力出现，因此不满足原设计的全预应力混凝土构件要求，但使用阶段的应力满足预应力混凝土A类构件的要求。c.若考虑空心板上 10 cm厚的水泥混凝土作为结构层，则结构内不出现拉应力。跨中截面上缘最大压应力8.3MPa，下缘压应力为0.3MPa，使用阶段的应力满足原设计的全预应力混凝土构件要求。

2.4 正常使用极限状态挠度分析

预应力混凝土空心板桥在短期荷载下出现挠度最大值为在顶板厚度取1.8 cm情况下的7.7mm，小于规定的限值L/600= 33mm，符合要求。

2.5 建议的维修加固方案

1)将桥面 10 cm钢筋混凝土桥面铺装的混凝土标号由原设计的C 40提高至C50。2)浇筑桥面10 cm钢筋混凝土桥面铺装之前，必须将预应力空心板板顶面凿毛并予以清洗干净。3)将预应力空心板顶面原本为加强相邻板块之间横向整体性的 25 cm高的耳筋(N 13)改作为结合面的抗剪钢筋使用。为此将其在空心板顶面以上 8 cm处与邻板耳筋相对弯折并搭接，弯折处顺桥向设置贯穿全桥的 2φ12架立筋。4)为增强层间抗剪，每块板顶面沿横向在两耳筋之间的 1/3及 2/3分点处钻孔用环氧树脂胶植φ14的剪力钢筋，该钢筋锚于空心板顶板深度不小于 7 cm，凸出板顶面高度为8 cm，顺桥向间距为20 cm，并尽可能与原耳筋纵向交错布置。5)在每一空心板顶面企口缝处布置附加的钢筋网片充当原耳筋的作用即增强上部结构的横向联系。

3 结语

通过巴马—田阳(百色段)二级公路改建工程 2座大桥、4座中桥、2座小桥的工程实践证明，文中所提气囊上浮与偏位控制措施是正确、有效的。该工程共使用气囊内模板制作空心板梁534片，合格率达 100%，优良率达 95%。实际施工比原计划施工时间缩短 50 d，平均每片板梁降低造价 350元。

对气囊上浮的不合格空心板梁计算分析发现，气囊上浮对截面承载能力的影响较小。当采取可靠措施能使空心板顶面上钢筋混凝土桥面铺装作为结构层参与受力，则气囊内模上浮的空心板梁的安全性和使用性可以得到保证。

[1] 黄大能.新拌混凝土的结构和流变特征[M].北京:中国建筑工业出版社，1983.

[2] JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范[S].

[3] JTJ 058-2000，公路工程集料试验规程[S].

[4] JTJ 023-85，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].