大跨度變截面預應(yīng)力箱梁施工技術(shù)探究

摘 要：文章介紹大跨度變截面預應(yīng)力箱梁分段施工中，支架模板、混凝土澆筑以及預應(yīng)力的施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：支架設(shè)計;混凝土澆筑;預應(yīng)力施工

中圖分類號：U448.215 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）17-0139-02

1 工程概況

石鼓山人行廊橋工程位于石鼓山東側(cè)橫跨渭河，是一座人行景觀橋。全長675.23 m，共分三聯(lián)，第一聯(lián)與第三聯(lián)為引橋部分，第二聯(lián)為主橋部分。其中引橋部分第一聯(lián)為5×35 m預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，第三聯(lián)為32.5 m預應(yīng)力混凝土簡支箱梁，均采用單箱單室截面，梁高為1.8 m，底板寬度為4 m，橋面寬度為6.5 m。第二聯(lián)主橋部分上部為43.13+5×78.63+29.7 m變截面預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁根部梁高4.5m，底板厚0.65 m；跨中梁高2.0 m，底板厚0.25 m，梁高和底板均按1.8次拋物線變化。

橋梁下部結(jié)構(gòu)為柱式橋墩結(jié)構(gòu)，引橋部分為獨柱無蓋梁，主橋部分為雙柱加蓋梁，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁頂設(shè)置承臺。

第二聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用C55混凝土，縱向預應(yīng)力鋼束采用фs15.2，鋼絞線標準強度fpk=1860 MPa，箱梁豎向預應(yīng)力采用JL32高強度精軋螺紋鋼，標準強度930 MPa，沿腹板雙肢布置。

2 主橋箱梁支架設(shè)計

設(shè)計要求僅在施工梁段設(shè)支架支撐，該段鋼束張拉后，即可以拆除該段支架。但考慮到梁體的穩(wěn)定性，施工中我們采取墩梁臨時固結(jié)措施，該跨梁體一旦合攏，臨時固結(jié)即可拆除。基于此方案，我們對支架進行設(shè)計驗算。由于主橋位于攔河壩實體處，支架基礎(chǔ)條件優(yōu)良，因此我們的支架驗算不包括基礎(chǔ)承載力驗算。

2.1 荷載計算

由設(shè)計圖紙中箱梁各段重量可以看出，0號塊最大為219.84 t，1號塊次之為154.01 t，但由于0號塊段位于蓋梁頂處，故不需要進行支架驗算，我們?nèi)?號塊段處的荷載值進行支架驗算。

①箱梁荷載。1號塊長6.5 m，重量154.01 t，取安全系數(shù)r=1.2，以全部重量的1.2倍作用于底板上計算單位面積的壓力（只考慮底板，不考慮兩側(cè)翼緣板則更加安全）。F1=1 540.1×1.2/（4×6.5）=71.08 kN/m2。

②施工荷載：取F2=2.5 kN/m2。

③振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：取F3=2.0 kN/m2。

④箱梁芯模：取F4=1.5 kN/m2。

⑤竹膠板：取F5=0.1 kN/m2。

⑥方木：取F6=7.5 kN/m3。

2.2 支架受力計算

在１號塊處支架排距取0.6×0.6 m，步距取1.2 m，橫梁為10×10 cm的方木，跨徑為0.6 m，間距為0.6 m，縱梁為10×10 cm的方木，跨徑為0.6 m，中對中間距為0.2 m。碗扣支架立桿設(shè)計承載力30 kN/根。

①立桿承重計算。每根立桿承受砼和模板以及施工荷載的重量為：N1=0.6×0.6×（71.08+2.5+2.0+1.5+0.1）=27.78 kN；縱梁施加在每根立桿重量：N2=0.6×3×0.1×0.1×7.5=0.135 kN；橫梁施加在每根立桿重量：N3=0.6×0.1×0.1×7.5=0.045kN；每根立桿總承重：N=N1+N2+N3=27.78+0.135+0.045=27.96 kN<30 kN。則立桿承重滿足要求。

②支架穩(wěn)定性驗算。立桿長細比λ=L/i=1200/（0.25×■）=77。由長細比可查得軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.732，立桿截面積A=π×（242-20.52）=489mm2，由鋼材容許應(yīng)力表查得容許應(yīng)力[σ]=145 MPa，則立桿軸向容許荷載[N]=[σ]×φ×A=145×0.732×489=51.9 kN>27.92 kN。所以，支架穩(wěn)定性滿足要求。

③構(gòu)造措施。支架外圍四周設(shè)剪刀撐，內(nèi)部沿橋梁縱向每4排立桿搭設(shè)一排橫向剪刀撐，橫向剪刀撐間距不大于5 m。

3 主橋箱梁模板設(shè)計

從經(jīng)濟角度考慮，我們選擇了竹膠板鏡面板作為主橋箱梁模板。

3.1 底模組成

箱梁底模采用高強度竹膠板，板厚t=15 mm，面板尺寸為1.2 m×2.4 m，面板直接釘在縱橋向的方木上，方木間距為200 mm，所以驗算模板強度采用b=200 mm平面竹膠板。

①模板的力學性能及截面幾何特性。彈性模量 E=0.1×105 MPa；截面慣性矩 I=bh3/12=20×1.53/12=5.625 cm4；截面抵抗矩 W=bh2/6=20×1.52/6=7.5cm4；截面積 A=20×1.5=30 cm2；容許拉應(yīng)力 [σ]=11 MPa。

②模板受力計算。取1#塊段的荷載組合進行受力計算：F=F1+F2+F3+F4=71.08+2.5+2.0+1.5=77.8kN/m2，q=F×b=77.8×0.2=15.56 kN/m，跨中最大彎矩M中=（qL2）/8 =15.56×0.22/8=0.0778 kN·m，彎矩拉應(yīng)力σ=M中/W=0.0778×103/7.5=10.37MPa<[σ]=11MPa，竹膠板的彎曲拉應(yīng)力滿足要求；撓度驗算：竹膠板可看作多跨等跨連續(xù)梁，按均布載荷作用連續(xù)梁進行計算，最大撓度為f =qL4/（150EI）=（15.56×0.24×103）/（150×0.1×1011×5.625×10-8）=0.0003 m=0.3 mm，規(guī)范容許撓度[f]=L/500=200/500=

0.4 mm，則f<[f]，撓度滿足要求。

綜上所述，底模竹膠板受力滿足要求。

3.2 外模結(jié)構(gòu)

箱梁外側(cè)模板固定在豎向100×100 mm方木上，由于主橋根部箱梁截面較高，腹板底部壓力大，無法使用傳統(tǒng)的反拉桿加斜支撐來頂緊箱梁腹板外模。為此我們采用了對拉桿，將箱梁腹板的外模與內(nèi)模對拉，從而固定腹板外模，豎向方木的間距外模仍取20 cm，對拉桿直徑為16 mm，間距為0.6×0.6 m，對拉桿承載力約為6 t/根，且外側(cè)模承受的荷載小于底模，故其承載力也滿足要求。箱梁翼緣板面板固定在橫向50×100 mm方木上，方木間距為30 cm，箱梁腹板兩側(cè)支架升高后，將翼緣板面板頂緊。由于荷載較小，故可不進行承載力計算。

3.3 內(nèi)模結(jié)構(gòu)

主橋連續(xù)箱梁內(nèi)模均采用方木做骨架支架，竹膠板做面板，箱梁腹板內(nèi)模與腹板外模的固定方式一樣用100×100 mm方木，間距0.3 m作為骨架，然后與外模對拉。內(nèi)模頂板同樣采用100×100 mm方木，間距0.3 m作骨架，最后用“#”字形鋼管支架豎向鋼管將頂板頂緊，橫向鋼管將腹板內(nèi)模頂緊?！?”字形鋼管支架縱向間距1.2m。

內(nèi)模底板，除箱梁底板倒角處加蓋模板外，其余2 m水平處開口設(shè)置，不封底模，這樣做有利因素是：可防止內(nèi)模上浮，頂板厚度偏??；有利于底板混凝土的散料和振搗。不利因素是：底板混凝土量不宜控制，可能會導致大量混凝土從腹板涌入底板，而無法控制。

在權(quán)衡利弊之后，我們選擇了這種不封底模的內(nèi)模結(jié)構(gòu)。

4 混凝土澆筑工藝

我們采用主梁的底板、腹板、頂板一次澆筑的施工工藝。由于主橋采用的是懸澆配束，分段施工，因此混凝土澆筑也必須是對稱施工。

①混凝土制備。C55混凝土澆注采用泵車泵送，故碎石粒徑不易過大，因此碎石選擇了5～16 mm規(guī)格，這種規(guī)格碎石對鋼筋較密的構(gòu)件也較適宜；砂率控制在40%左右；水泥品種為P.O52.5R，采用高標號水泥，主要為了保證混凝土強度，同時降低水泥使用量，水泥用量為418kg/m3，水灰比為0.38。為了降低水化熱，減少構(gòu)件的收縮裂縫，在C55混凝土中我們摻加了粉煤灰，摻量為水泥重量的25%。從施工情況來看，在夏季6 d左右時間，同條件試塊強度已經(jīng)超過設(shè)計強度標準值。

②混凝土澆注、搗實。由于腹板較高，我們澆注腹板時采用分層澆注，每層厚度控制在500 mm以內(nèi)。澆注底板時從箱梁腹板下料，使用插入式振動器振搗，由于是泵送混凝土，坍落度比較大，流動性大，而箱梁底板為一個傾斜面帶有一定坡度，再加上底板模板為開口式，故在澆注0#、1#塊時底板混凝土很容易溢流，難度較大。為此我們嚴格控制混凝土塌落度為180 mm，使混凝土的流動性達到便于施工程度。同時我們采取了將兩個塊段交替施工的辦法，先給一側(cè)塊段的底板布料，然后人工使用鐵耙散料；再給另一側(cè)塊段的底板布料，人工散料，這樣將兩個塊段底板澆注時間錯開，每個底板施工中都有一個時間間歇，由于時間間歇作用使混凝土的流動性將降低，底板振搗也會更易操作。

5 預應(yīng)力施工

主橋預應(yīng)力分為縱向預應(yīng)力與豎向預應(yīng)力，均為后張法施工。張拉預應(yīng)力筋時，我們采用“先縱向后豎向”的原則。主橋合攏時我們則采用“先小合攏后大合攏”的原則。

①孔道留設(shè)?？椎懒粼O(shè)為預埋金屬波紋管，預埋波紋管法的優(yōu)點是可以將波紋管設(shè)置成設(shè)計需要的各種形狀預埋在箱梁內(nèi)。缺點是波紋管一但漏漿會造成堵管，鋼絞線便無法穿入，只能開倉處理。對此我們采取兩種措施可防止該問題發(fā)生。第一種對于塊段澆筑完成后可以張拉的T束和F束我們提前穿入鋼絞線，在澆筑混凝土完成后，活動鋼絞線破壞漏入波紋管內(nèi)的凈漿，使其無法堵住波紋管。第二種，對于合攏后才能張拉的Z束與HZ束，我們在澆筑前穿入塑料管，澆筑完成后抽出塑料管，這樣可以維持孔道形狀并防止凈漿堵管。從最后的使用效果看金屬波紋管出現(xiàn)的問題比較多，塑料波紋管替代金屬波紋管仍是一種大趨勢。

②預應(yīng)力筋張拉。主橋縱向預應(yīng)力鋼筋采用ФS15.2鋼絞線，強度標準值為1860 MPa，錨下控制應(yīng)力為0.75 fpk即為1 395 MPa，最大配束為每束19根鋼絞線，張拉力為371 t。為此我們選擇了400 t的千斤頂。除了邊跨合攏束為單端張拉外，其他鋼束均為雙端張拉。

③孔道灌漿。水泥漿設(shè)計強度為M40。我們采用P.O42.5水泥，摻加減水劑，膨脹劑。施工時水泥漿水灰比為0.33，稠度為15 S。為使孔道水泥漿飽滿密實我們采用真空輔助壓漿工藝。該工藝與以往的普通壓漿工藝相比具有許多優(yōu)點。普通壓漿對于不光滑的孔道容易產(chǎn)生空洞，而真空輔助壓漿則很容易填補空洞，使孔道漿飽滿密實。真空輔助壓漿工藝如下：首先沖洗孔道→在孔道兩側(cè)分別安裝真空嘴和壓漿嘴→打開真空嘴關(guān)閉壓漿嘴，進行抽真空作業(yè)→待真空值為-0.08 MPa時，打開壓漿嘴進行灌漿作業(yè)，灌漿壓力維持在0.6 MPa左右→待真空泵管道內(nèi)出現(xiàn)水泥漿后關(guān)閉真空泵，拆除真空嘴→封堵出漿孔，壓漿機持荷1 min后封堵進漿孔。

6 結(jié) 語

懸澆配束，支架施工，在國內(nèi)橋梁工程施工中，為數(shù)不多，可借鑒的經(jīng)驗少之又少，為此工程項目部對該工程第二聯(lián)主橋的施工技術(shù)進行了一些有益的探索，積累了一些經(jīng)驗，對以后類似工程施工有一定借鑒作用。

參考文獻：

[1] 童金虎，陳小兵.大跨度預應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋設(shè)計初探.交通標準化，2005，(12).