現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁施工技術(shù)在橋梁工程中分析應(yīng)用

摘要:本文結(jié)合工程實(shí)例，深入探討了現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁支撐體系的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算及支架預(yù)壓觀測，并結(jié)合施工流程，從多方面對(duì)現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述和總結(jié)。

關(guān)鍵詞:連續(xù)箱梁;支撐體系;現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼;真空灌漿;施工技術(shù)

中圖分類號(hào):U448.21+3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)12-0127-03

1引言

現(xiàn)澆箱梁具有整體性好、外形美觀、剛度大、可做成復(fù)雜形狀等特點(diǎn)，越來越多地被用于高速公路和城市道路高架橋?，F(xiàn)澆箱梁施工支撐體系設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)繁多，施工復(fù)雜，主要決定了現(xiàn)澆箱粱的施工質(zhì)量。所以，對(duì)連續(xù)箱梁支撐體系的設(shè)計(jì)與安裝以及現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼施工技術(shù)分析探討具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2工程概況

廣東東莞市某跨主線橋梁上部結(jié)構(gòu)為8~35m預(yù)應(yīng)力連續(xù)現(xiàn)澆混凝土箱梁，全橋長295.96m，每4跨為一聯(lián)。箱梁頂寬12m，底寬7m，高度為2m，為雙箱雙室，箱梁底距地面距離為4~1lm。橋墩結(jié)構(gòu)為柱式墩，樁基，橋臺(tái)為U型橋臺(tái)，擴(kuò)大樁基礎(chǔ)。

該工程特點(diǎn)為工程量大，全部箱梁均為現(xiàn)澆混凝土， 搭設(shè)支架安裝方木、 板材等的工作量較大;土質(zhì)情況不是很好， 地質(zhì)報(bào)告顯示 0~3. 7 m為中等壓縮性粘土， 3.7~13.65m為淤泥質(zhì)亞粘土， 土質(zhì)情況不很均勻。

3現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁支撐體系的設(shè)計(jì)與受力驗(yàn)算

由于大橋每跨35m，橫向12m寬，每跨混凝土數(shù)量為267.28m3砼分兩次澆注，檢驗(yàn)荷載按總荷載。鋼管支架采用48mm×3.5mm，其立桿在墩柱兩側(cè)0~6m范圍內(nèi)順橋向、橫橋向間距均為0.6m，立桿在墩柱兩側(cè)6~17.5m范圍內(nèi)順橋向、橫橋向間距也均為0.6m，大橫桿步距為1.5m，施工荷載按4.0kN/m考慮。滿堂鋼管支架布置圖如圖1、圖2所示。

鋼管支架搭設(shè)前，先將地基整平、夯實(shí)，然后砼硬化。再用10cm×20cm×2cm墊塊墊在立桿底下以提高地基承載面積。鋼材強(qiáng)度極限值取[σ]=215MPa，容許撓度值取[f]=3mm，彈性模量E=2.1×105N/mm2，慣性矩I=1.215×105mm4，抵抗矩W=5.078×103mm3，扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值Rc=8.5kN。

3.1強(qiáng)度計(jì)算(按6~17.5m范圍檢算)

ΣG=267.28/(35×12)×25×0.6×0.6=5.73kN;

ΣQ=4.0×0.6×0.6=1.44kN;

N=I.2ΣG +1.4ΣQ =1.2×5.73+1.4×1.44

=8.89Kn。

已知鋼管φ48×3.5 ; I=1.215×105mm4;

A=489mm2。

σ=N/An=8.89×1000/489=18.18MPa≤f=2l5MPa，強(qiáng)度符合要求。

3.2穩(wěn)定性計(jì)算

己知采用φ48×3.5，i=1.58cm，鋼管的步距為1.5m。

l0=1.55×1.5=2.325m;λ=2.325×100/1.58

=147.15;

查得 =0.320。

N/(ψA)=σ/ψ=18.18/0.320=56.81MPa≤f

=215MPa，穩(wěn)定性符合要求。

3.3扣件抗滑力計(jì)算

由R=8.89kN>Rc=8.5kN，不能滿足要求。施工中通過在每個(gè)接頭用2~3個(gè)扣件連接來滿足。

3.4立桿地基承載力計(jì)算

P=N/Ab=8.89/(0.1×0.2)=444.5kPa，方木墊塊一般壓應(yīng)力可達(dá)到12MPa，能滿足要求。

3.5 支架預(yù)壓及觀測

本橋梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，施工采用滿堂支架澆筑混凝土的方法。支架搭設(shè)時(shí)跨中預(yù)拱度按3cm設(shè)置，支座位置為零，按直線進(jìn)行分配。在搭設(shè)完支架后，進(jìn)行支架預(yù)壓，預(yù)壓方案如下:

3.5.1預(yù)壓

選取1/4跨(9m)作首次預(yù)壓，預(yù)壓采用等載預(yù)壓，預(yù)壓觀測點(diǎn)采用在支架上方掛線錘和支架下部劃油漆標(biāo)記，共設(shè)置20個(gè)觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)布置為:①橫橋向沿腹板、底板位置分別設(shè)置3點(diǎn)、2點(diǎn);②順橋向每2m設(shè)置1點(diǎn)。

3.5.2加壓荷載

①荷載計(jì)算。梁體自重:267.28/35×9

×25=1718.2kN(砼自重取25kN/m3);模板自重:2.5KN/m2×63 m2=157.5kN;振搗混凝土產(chǎn)生的荷載:3.5kN/m2×63m2=220.5kN;預(yù)壓荷載=1718.2+157.5+220.5=2096.2kN

②預(yù)壓材料:預(yù)壓材料采用沙袋

③預(yù)壓記錄加載時(shí)，按照總荷載的40%、70%、100%分級(jí)進(jìn)行。在壓載過程中采用水準(zhǔn)儀實(shí)施全天候跟蹤觀測支架的變形情況并作好記錄，待支架不再發(fā)生沉降，預(yù)壓過程即告結(jié)束，記錄成果見表1。在進(jìn)行壓載施工中，要邊進(jìn)行壓載，邊觀測支架的變形情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停止壓載作業(yè)，及時(shí)查找原因，處理正常后再進(jìn)行壓載。

4現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁施工技術(shù)

4.1鋼筋加工與安裝

1)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求鋼筋骨架的制作和吊放的允許偏差為:主筋間距±20rnm;箍筋間距±10mm;骨架徑±10mm，骨架傾斜度±0.5%;保護(hù)層厚度±10mm;骨架中心平面位置20mm。

2)鋼筋制作之前先做好加工平臺(tái)，保證鋼筋籠的平直。鋼筋籠主筋采用雙面搭接焊，焊縫長度不小于5d;加強(qiáng)筋和螺旋筋采用單面焊接，焊縫長度不小于10d。主筋在孔口搭接時(shí)采用雙面搭接焊。焊接寬度應(yīng)不小于0.8d，焊縫厚度不小于0.3d，并且把焊渣清除干凈。焊縫表面光滑，焊縫余高應(yīng)平緩過渡，弧坑應(yīng)填滿。

3)鋼筋焊接接頭50%不應(yīng)在同一截面上，應(yīng)錯(cuò)開布置，其錯(cuò)開長度不小于35d。主筋和加強(qiáng)筋連接部分使用電焊點(diǎn)焊牢固即可，禁止傷到主筋。加強(qiáng)筋放置平直，以免成型的鋼筋籠出現(xiàn)扭曲的現(xiàn)象。

4)綁扎鋼筋前在臺(tái)座底模上用經(jīng)緯儀配合鋼尺準(zhǔn)確標(biāo)出梁軸線、主筋位置、箍筋中心線位置、變截面位置、橫隔板及梁端位置線，將底模清掃干凈，涂上脫模劑，并在底板模型兩邊緣安裝止水膠帶，然后在底板上每隔一定距離放置塑料墊塊保護(hù)層，確保梁體底板鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度符合設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)需要從加工間內(nèi)領(lǐng)出經(jīng)檢驗(yàn)合格的各種不同規(guī)格的鋼筋，按照施工設(shè)計(jì)圖紙擺放腹板及底板鋼筋并綁扎成型，然后將預(yù)留孔道所用的根據(jù)梁型設(shè)計(jì)需要而卷制的波紋管按圖紙所給坐標(biāo)尺寸安放于骨架內(nèi)，每隔50cm加設(shè)一道直徑Φ8定位鋼筋將波紋管其牢固地定位于鋼筋骨架內(nèi)部。并經(jīng)質(zhì)檢人員及監(jiān)理工程師檢查合格后，進(jìn)行側(cè)模安裝。為保證梁體內(nèi)鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，在鋼筋骨架外側(cè)綁扎3cm厚的塑料墊塊。

4.2模板安裝

模板安裝前，先將模型清掃干凈，剔除焊渣及混凝土結(jié)塊，均勻地涂抹脫模劑，安裝止?jié){膠帶，然后進(jìn)行模板安裝。安裝過程中，要保證模板的接縫嚴(yán)密平順，板面局部平整度用3m直尺檢查不能大于1mm，板面及板側(cè)撓曲度嚴(yán)格控制在±1mm范圍內(nèi)，輪廓線條應(yīng)流暢順直無波折。側(cè)模安裝完畢后再安裝端頭模型，端頭模型安裝要保證預(yù)留鋼筋能從模上眼孔順利穿出模外，安裝完畢，檢查整片梁模的豎直度、線型及凈空尺寸，在滿足要求的條件下，進(jìn)行頂板上梳形板的安裝，緊固模型上下拉桿及插打底部楔子，使模型支撐穩(wěn)定牢固，經(jīng)質(zhì)檢人員及監(jiān)理工程師檢查合格后進(jìn)行行車道板鋼筋及預(yù)留預(yù)埋鋼筋的綁扎安裝。

4.3混凝土施工、

4.3.1混凝土澆注。

因加了外加劑JF-1，起緩凝作用推遲了混凝土的初凝時(shí)間。整片梁澆注時(shí)間為2.5h，故采用斜向分層澆注法，從梁的一端往另一端澆注，在最后5m左右時(shí)，從另一端自然澆注與之融合后再逐漸水平往上澆。每澆注完成一段混凝土后，即對(duì)混凝土頂面進(jìn)行拉毛處理。保證混凝土不會(huì)因?yàn)楸砻媸湛s而產(chǎn)生裂紋。

4.3.2搗固

搗固是控制梁體質(zhì)量的關(guān)鍵工序，對(duì)梁體腹板下部及底板，搗固采用高頻率低振幅震動(dòng)器為主，腹板上部附以插入式搗固器作輔助補(bǔ)充，震動(dòng)器必須在模型兩邊對(duì)稱交錯(cuò)布置，平行震動(dòng)，并嚴(yán)格控制振動(dòng)時(shí)問。只能在灌注混凝土位置振動(dòng)，避免出現(xiàn)漏振及空振模板，腹板上部采用插入式震動(dòng)棒搗固時(shí)要插搗均勻，震動(dòng)棒不能觸及腹板內(nèi)鋼筋骨架中的波紋管，以免波紋管被振破裂漏漿，影響后續(xù)張拉及壓漿工作。梁體頂板在澆注過程中要進(jìn)行二次收漿，以防止出現(xiàn)沉陷裂紋。

4.3.3養(yǎng)護(hù)

澆注完混凝土后高溫(20℃以上)季節(jié)在1~2h后往頂板及模型腹板上灑水，使混凝土表面保持絕對(duì)濕潤，避免梁體腹板及應(yīng)力集中區(qū)域因水化熱過大、溫度過高而引起不均勻收縮裂紋。低溫(20℃以下)季節(jié)灌注混凝土完畢后立即用蓬布或是塑料彩布將梁體全部包裹密封，并在其內(nèi)升火燒水以保證梁體混凝土強(qiáng)度增長所需溫度和濕度的供給。

4.3.4拆模

模型拆除時(shí)，先將底部固定鐵楔子及上部拉桿約束給予解除、拆卸，再取出模型塊之間的連接螺栓，用千斤項(xiàng)在梁頂面向外頂模型，讓其自動(dòng)脫離混凝土面后向下墜落，再用吊車移至另一已綁扎完腹板鋼筋的臺(tái)座進(jìn)行立模作業(yè)。

4.4預(yù)應(yīng)力施工

4.4.1波紋管鋪設(shè)

采用預(yù)埋金屬波紋管成孔工藝。波紋管采用現(xiàn)場卷制的方法，用厚1mm的非鍍鋅鐵皮卷制而成，金屬波紋管的直徑根據(jù)預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)所需鋼絞線的股數(shù)而定，卷制出的波紋管要求無損傷，不變形。波紋管加工好后，置于現(xiàn)場存放棚內(nèi)，下部每隔2m設(shè)置一根方木，并離地30cm以上存放，四周設(shè)置排水溝，防止波紋管進(jìn)水銹蝕。需分節(jié)接長的波紋管，接頭管用直徑比波紋管直徑大10mm的波紋套管套接，套管長20~30cm，將待接的兩根波紋管從兩端對(duì)稱地?cái)Q入套管后，再用止水膠帶纏繞、密封好，以防止制梁時(shí)水泥漿進(jìn)入管內(nèi)。在綁扎鋼筋骨架時(shí)，根據(jù)波紋管道直徑的大小用8鋼筋焊成一長寬均與管道直徑等同的方形定位骨架，且沿梁長方向每隔50cm設(shè)一道，焊在構(gòu)造鋼筋上，使波紋管在澆注混凝土?xí)r不上下左右移動(dòng)，保證管道位置的準(zhǔn)確性。

4.4.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉及錨固

張拉前應(yīng)把鐵架緊靠在梁兩端，千斤頂用一50kN鏈條葫蘆懸掛于鐵架工字鋼的走行滑輪掛鉤上，并在距千斤頂1.5~2.0m處安設(shè)防護(hù)板，以防止錨具夾片飛出傷人。在張拉作業(yè)前應(yīng)對(duì)千斤頂、油壓表及油泵進(jìn)行校驗(yàn)標(biāo)定，并根據(jù)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，找出其線性關(guān)系，張拉時(shí)按線性關(guān)系進(jìn)行配套使用。

再張拉的過程中我們應(yīng)當(dāng)按照設(shè)計(jì)要求，14d齡期、混凝土達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后對(duì)箱梁進(jìn)行張拉?，F(xiàn)場張拉時(shí)應(yīng)該對(duì)張拉設(shè)備及對(duì)鋼絞線進(jìn)行全面檢查，同時(shí)對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格檢查。嚴(yán)防因?yàn)樵O(shè)備失誤而造成不必要的事故。

4.4.3封錨及孔道檢查

張拉完成后切除外露多余的預(yù)應(yīng)力筋，在灌漿前的24---，48h，張拉端凹入部位用細(xì)石混凝土填實(shí)，灌漿孔、排氣孔(抽真空管)由一端帶螺紋的渡鋅水管引出。

檢查灌漿孔、排氣孔是否暢通，若是堵塞，則必須疏通。如孔道有異物需用水沖洗干凈，然后用高壓風(fēng)把孔道中的水吹干，嚴(yán)禁在孔道有積水的情況下進(jìn)行抽真空灌漿。

4.4.4真空灌漿

按要求把漿體拌制好，設(shè)備連接安裝就位后即可開始灌漿作業(yè)，見圖3。首先是對(duì)管道進(jìn)行抽真空處理，直到真空度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)(-0.09~0.07MPa)，將水泥漿加到灌漿泵中打出一部分漿體，待這些漿體的濃度一樣時(shí)，將輸漿管接到孔道的灌漿管上，啟動(dòng)灌漿泵，開始灌漿。灌漿過程中保持真空泵的開啟狀態(tài)，當(dāng)觀察到空氣濾清器有漿體經(jīng)過時(shí)，關(guān)掉真空泵。關(guān)掉真空泵后，繼續(xù)保持灌漿泵的壓力(0.5~0.7MPa)，并持壓1~2min后封閉進(jìn)漿口，完成灌漿作業(yè)。

灌漿作業(yè)要連續(xù)，一次完成，順序由上至下，且每一孔道壓漿應(yīng)緩慢、均勻。如果中斷壓漿，應(yīng)將孔道漿液沖洗干凈。壓漿的最大壓力宜為0.5~0.7MPa;當(dāng)孔道較長或采用一次壓漿時(shí)，最大壓力宜為1.0MPa。壓漿時(shí)先估算水泥漿的體積用量與實(shí)際用量是否相符。壓漿后應(yīng)從檢查孔抽查壓漿的密實(shí)情況，如有不實(shí)，應(yīng)及時(shí)處理和糾正。壓漿時(shí)，每一工作班應(yīng)留取不少于3組的70.7mm×70.7mm7×0.7mm立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，檢查其抗壓強(qiáng)度，作為評(píng)定水泥漿質(zhì)量的依據(jù)。

5結(jié)論及建議

綜上所述，由于在施工過程中進(jìn)行了嚴(yán)格的設(shè)計(jì)驗(yàn)算及質(zhì)量控制措施，本工程施工在質(zhì)量和進(jìn)度等方面完全達(dá)到和超過了預(yù)期目標(biāo)，取得了良好的施工效果，現(xiàn)將現(xiàn)澆箱粱施工心得及建議小結(jié)如下:

1)在砼澆筑前，需要對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，并根據(jù)實(shí)測變形值與理論計(jì)算值的比較結(jié)果，檢驗(yàn)支架的強(qiáng)度情況。

2)在施工前，要對(duì)支架進(jìn)行強(qiáng)度、變形量和穩(wěn)定性驗(yàn)算，保證支架不會(huì)出現(xiàn)問題。

3)現(xiàn)澆連續(xù)箱梁由于自重大、體積大，澆筑過程中的穩(wěn)定性控制難度較大。宜采用支架模板一體化設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行支架預(yù)壓工作，嚴(yán)格控制支架變形，在澆筑過程中一定要對(duì)稱進(jìn)行并加強(qiáng)支架模板穩(wěn)定性的觀測和監(jiān)控。

4)盡量縮短前后兩次混凝土澆筑的時(shí)問差，宜控制在5至10d，同時(shí)嚴(yán)格按規(guī)范要求處理施工縫。施工縫應(yīng)留在腹板與翼板結(jié)合處，第一次澆注砼面應(yīng)比翼緣板底高2cm，這樣可保證梁體美觀。

5)真空壓漿對(duì)提高管道漿體的密實(shí)性有顯著效果，但不能對(duì)真空進(jìn)行絕對(duì)化的理解，無論用什么樣的真空機(jī)，受管道密閉性，抽真空機(jī)的工作效率，操作因素等的影響，管道內(nèi)總是會(huì)有殘余空氣，因此即使采用真空鋪助壓漿技術(shù)，也一定要在恰當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置排氣孔。

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