预应力混凝土0#块预压方案及经济比选

赵金秀ZHAO Jin-xiu

（中铁十七局集团第三工程有限公司，石家庄050081）

0 引言

预应力混凝土连续刚构桥普遍应用于我国高速铁路建设，施工过程中，为了保证连续梁在浇注砼后满足设计的外形尺寸及挠度要求，检验支架的整体稳定性及支架的实际承载能力，克服砼浇筑过程中支架的不均匀沉降，避免连续梁砼因支架不均匀沉降而出现裂缝，在浇筑连续梁砼前必须对0#块支架进行压载试验。预应力混凝土连续梁0#块支架的预压是预应力混凝土连续梁必不可少的一道关键工序，是预应力混凝土连续梁安全施工的第一步检验。

1 预应力混凝土连续梁0#块预压方法

1.1 实例选择

以常见40+64+40m 预应力混凝土连续梁为例。

图1 40+64+40m 预应力混凝土连续梁构造图

高速铁路客运专线40+64+40m 预应力混凝土连续梁0#块长度9m，混凝土体积170.434m3，钢筋混凝土容重取24×103N/m3，附加荷载取0#块重量的5%，按120%预压，那么总重G：

高速铁路客运专线40+64+40m 预应力混凝土连续梁底宽6.4m，梁面宽度12.2m。（图2）

图2 0# 段构造图

1.2 采用沙袋预压

1.2.1 计算过程

沙袋按立方体简化，棱长为1m，每个沙袋取1m3的重量12.8kN（沙的堆积密度1280kg/m3）。简化计算，不考虑沙袋间隙，每个沙袋的重量：

需要的沙袋重量N1：

采用沙袋预压0# 块，共需要沙袋403 个。梁底宽6.4m，顶宽12.2m，长度9m，每个沙袋按1m 立方体考虑，则每层（1m）可以放12×9=108 个，堆积高度403÷108 个/m=3.73m。考虑到沙袋堆积间隙与实际堆放状态，堆放形状为方棱台形，实际堆放高度为H=5m。（图3）

图3 沙袋预压

1.2.2 成本与工期

吨袋：N=5153.9kN÷12.8kN/个=402.6 个，取整数403个，每个吨袋20 元，费用F1=403×20=8060 元；

台班：采用25t 汽车吊，用时7 个台班，每个台班1000元，费用F2=1000×7=7000 元；

沙子运输费：沙子共需403m3，每方运输费用最低2元（1km 以内），费用F3=403×2×2=1612 元；

沙子损耗（如吨袋破损等）：损耗取5%，403m3×5%=20m3，沙采购价70 元/m3，费用F4=20m3×70 元/m3=1400 元；

人工费：3 人，7 天，每人工费75 元/人·天，费用F5=75×7×3=1575 元；

总费用F沙=F1+F2+F3+F4+F5=19647 元。

采用沙袋预压0#块，加载荷载需要3 天，卸载荷载时需要1.5 天，两天（48 小时）沉降观测，6.5 天完成0# 块预压。

1.2.3 采用沙袋预压的优点与缺点

优点：取材方便，吊装轻便、快捷。

缺点：预压位置不准确，存在“大水漫灌”现象突出；堆载高度过高，危险性高；受天气影响大（一旦下雨，沙子含水率上升，超出设计计算值，容易出现垮塌事故；若取沙子最大含水率来预算，沙含水会自动下落，预压重量减少，达不到预压效果）；沙袋吊装数量大，工期延长；费用较高（吨袋一次性）。

1.3 采用混凝土预制块预压

1.3.1 计算过程

混凝土预制块，棱长为1m，每块混凝土预制块取1m3的重量24kN（混凝土密度2400kg/m3）。简化计算，不考混凝土预制块之间间隙，每个混凝土预制块重量为：

需要混凝土预制块的块数N2：

采用混凝土预制块预压0#块，共需要混凝土预制块215 个。梁底宽6.4m，顶宽12.2m，长度9m，每个混凝土预制块按1m 立方体考虑，则每层（1m）可以放12×9=108 个，堆积高度215÷108 个/m=1.99m。考虑到混凝土预制块堆积间隙与实际堆放状态，堆放形状为方棱台形，实际堆放高度为H=3m。（图4）

图4 混凝土块预压

1.3.2 成本与工期

预制块：N=5153.9kN÷24kN/个=214.7 个，取整数215个，每个混凝土预制块305 元（综合单价），费用F1=215×305=65575 元；

台班：采用25t 汽车吊，用时7 个台班，每个台班1000元，费用F2=1000×7=7000 元；

运输费：混凝土预制块需要混凝土215m3，每方运输费用最低2 元（1km 以内），费用F3=215×2×2=860 元；

人工费：3 人，7 天，每人工费75 元/人·天，费用F4=75×7×3=1575 元；

总费用F砼=F1+F2+F3+F4=75010 元。

采用混凝土预制块预压0#块，加载荷载需要2.5 天，卸载荷载时需要2 天，两天（48 小时）沉降观测，5.5 天完成0#块预压。

1.3.3 采用混凝土预制块预压的优点与缺点

优点：混凝土预制块可以循环使用。

缺点：预压位置不准确，存在“大水漫灌”现象突出；费用高，尤其是预制块的制作。

1.4 采用整件钢材预压

1.4.1 计算过程

整件钢材的原材，长为12m，每件钢材的重量30kN（钢材密度7800kg/m3）。

每件钢材的直径D：

D=2×（3000÷7800÷12÷3.14）1/2=0.202m

根据整件钢材包装情况，每件钢材实体直径为0.3m。

简化计算，不考每根钢筋之间间隙，每件钢材的重量为：G3=30kN/件×1 件=30kN

需要钢材的件数N3：

N3=G÷G3=5153.9kN÷30kN/件=171.9 件，取N3=172 件

采用整件钢材预压0#块，共需要钢材件数172 件。梁底宽6.4m，顶宽12.2m，长度9m，每件钢材按直径0.3m，长度12m 考虑，则每层（0.3m）可以放9m÷0.3m/件=30 件，堆积层数172 件÷30 件/层=5.73 层。考虑到整件钢材的整体性，层数取6 层，实际堆放高度为H=6×0.3=1.8m。

1.4.2 成本与工期

台班：采用50t 汽车吊，用时7 个台班，每个台班4000元，费用F1=4000×7=28000 元；

运输费：钢材常用定尺为12m，需采用大型板车运输，每辆挂车可以运输60t，需要运输9 个车次，每个车次最低费用800 元，费用F2=800×9×2=14400 元；运输费用不含二次倒运；

人工费：6 人，7 天，每人工费75 元/人·天，费用F3=75×7×6=3150 元；

总费用F钢=F1+F2+F3=45550 元。

采用整件钢材预压0#块，加载荷载需要2 天，卸载荷载时需要2 天，两天（48 小时）沉降观测，6 天完成0# 块预压。

1.4.3 采用整件钢材预压的优点与缺点

优点：费用低。

缺点：预压位置不准确，存在“大水漫灌”现象突出；对施工便道要求高，便道需满足大型重车的荷载与转弯要求。

1.5 采用预应力预压

1.5.1 计算过程

在承台或墩顶预埋锚筋，通过竖向钢绞线或精轧螺纹钢反拉方式对支架加载。

采用PSB980Φ32 精轧螺纹钢，有效截面面积804.2mm2，单根精轧螺纹钢承受75%的极限荷载，单根精轧螺纹钢可承受的重量G4：

需要PSB980Φ32 精轧螺纹钢的根数N4：

采用预应力预压0# 块，需要精轧螺纹钢的根数为8.72 根。考虑到结构对称性，精轧螺纹钢N4取12 根。

图5 支架预压原理示意图

图6 支架预压现场布置图

1.5.2 成本与工期

千斤顶：采用65t 穿心式千斤顶，对称预压需要4 台千斤顶，每台千斤顶2200 元，费用F1=2200×4=8800 元；

精轧螺纹钢：墩身高度取10m，承台顶部预埋精轧螺纹钢2m，精轧螺纹钢长度为12m，需要运输精轧螺纹钢总长度144m，PSB980Φ32 精轧螺纹钢每米重6.31kg，144m×6.31kg/m=908.64kg，取0.91t，PSB980Φ32 精轧螺纹钢价格每吨6000 元，费用F2=0.91×6000=5460 元；

人工费：4 人，2 天，每人工费75 元/人·天，费用F3=75×4×2=600 元；

其他费用：小型材料构件（螺母、连接器、垫板、接长油管等），取F4=1500 元。

总费用F预=F1+F2+F3+F4=16360 元。

采用预应力预压，加载时需要0.5 天，卸载时需要0.5天，两天（48 小时）沉降观测，3 天完成0#块预压。

1.5.3 采用预应力预压的优点与缺点

优点：费用低、安全系数高（司泵员接长油管，远离预压现场）、可按照梁体结构准确预压。

缺点：对技术人员的技术能力和施工人员的操作能力要求高，精轧钢预埋位置要精确。

2 预应力混凝土连续梁0#块预压方法比较

2.1 成本比较

采用沙袋预压0#块，费用F沙=19647 元；采用混凝土预制块预压0#块，费用F砼=75010 元；采用整件钢材预压0#块，费用F钢=45550 元；采用预应力预压0#块，费用F预=16360 元。以上混凝土连续梁0#块预压成本最高的是混凝土预制块预压方法，为75010 元；成本最低的是采用预应力预压方法，为16360 元。

2.2 工期比较

采用沙袋预压0#块，工期Q沙=6.5 天；采用混凝土预制块预压0#块，工期Q砼=5.5 天；采用整件钢材预压0#块，工期Q钢=6 天；采用预应力预压0#块，工期Q预=3 天。以上混凝土连续梁0#块预压工序工期最长的是沙袋预压方法，为6.5；工期最短的是采用预应力预压方法，为3 天。

2.3 安全性比较

采用沙袋预压、混凝土预制块预压、钢材预压0#块的方法，不可避免均用到起重机械，起重机械及起重机械操作是安全监控的重点；以上三种预压方法，均是堆载试验，属于高空作业范畴；机械及机械操作、施工人员的安全系数是比较的。采用预应力预压0#块方法，不需要大型机械；预应力操作时，可以接长张拉油泵油管，大大降低施工人员的安全性，提高施工人员的安全系数。

3 结论与建议

①沙袋预压、混凝土预制块预压、钢材预压、预应力预压0#块，这四种方法，预应力预压法在施工成本、施工工期与安全性上都明显优于其他三种方法。②预应力预压法关键控制要点：1）控制预埋在承台顶部或墩身顶部精轧螺纹钢的位置；2）加载时注意观测支架的变化，按照程序逐级加载；3）精轧螺纹钢的连接器要对称连接；4）采用预应力预压连续梁0#块，承台是按刚性来考虑的；对于承台纵向长度小于对应连续梁0#块长度的，不建议采用预应力预压0#块；若采用，需对承台纵向宽度予以补长，由此产生的成本应予以考虑并综合比较后才能予以定夺。