大型砼箱梁高空預(yù)制技術(shù)分析

舒穩(wěn)

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,湖南長(zhǎng)沙 410004)

?

大型砼箱梁高空預(yù)制技術(shù)分析

舒穩(wěn)

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,湖南長(zhǎng)沙 410004)

摘要:湖南東常(東岳廟—常德)高速公路某大橋梁體是雙箱結(jié)構(gòu)的大型砼箱梁,采用箱梁高空預(yù)制技術(shù)進(jìn)行施工。文中分析了該技術(shù)的工藝原理,介紹了施工操作要點(diǎn)及質(zhì)量控制措施。實(shí)踐證明,采用大型砼箱梁高空預(yù)制技術(shù)能解決施工場(chǎng)地受限的問題,消除梁段預(yù)制過程中可能導(dǎo)致梁體開裂的各種關(guān)鍵因素,且無需大型吊梁、運(yùn)梁機(jī)械,操作簡(jiǎn)單、造價(jià)省、工期短。

關(guān)鍵詞:橋梁;砼箱梁;高空預(yù)制技術(shù)

目前,國(guó)內(nèi)對(duì)大體積砼箱梁一般采用支架分段現(xiàn)澆或整跨現(xiàn)澆法施工,由于梁體體積較大,收縮約束作用大,容易導(dǎo)致梁體開裂,并且整體現(xiàn)澆施工受現(xiàn)澆支架沉降、變形的影響大。若采取整體預(yù)制吊裝法施工,則需要較大的作業(yè)空間和大型運(yùn)梁、吊梁設(shè)備,造價(jià)高、施工復(fù)雜、工期難以保障。湖南東常(東岳廟—常德)高速公路某大橋采用分離式雙箱結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力砼箱梁,采用在高樁預(yù)制平臺(tái)預(yù)制的施工方案。

1 工程概況及工藝原理

該橋砼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段重約810 t,其余節(jié)段最大重量1 092 t(見圖1)。高樁預(yù)制平臺(tái)設(shè)置在32#墩墩頂,有24個(gè)節(jié)段箱梁在此完成(N1～N9、N18～N22、N29～N38)。

圖1 東常高速公路某大橋箱梁的一般構(gòu)造(單位:cm)

高空預(yù)制平臺(tái)技術(shù)的工藝原理:梁體澆筑時(shí),待澆梁段的后端設(shè)固定端模,另一端則為已澆好的前一梁段后端面,以該兩段的相對(duì)位置控制其線形變化和匹配接縫來確保拼接精度。當(dāng)后一梁段養(yǎng)生待強(qiáng)后,前一節(jié)段利用與預(yù)制平臺(tái)等高的移梁支架將預(yù)制好的節(jié)段用千斤頂牽引、滑移運(yùn)走,并把新澆梁段轉(zhuǎn)移到匹配梁段位置。如此周而復(fù)始,完成整橋的梁段預(yù)制。

2 施工操作要點(diǎn)

圖2 高樁預(yù)制平臺(tái)技術(shù)的施工流程

2.1 高樁預(yù)制平臺(tái)建設(shè)

高樁預(yù)制平臺(tái)支架結(jié)構(gòu)采用鋼管立柱支撐,立柱鋼管采用多點(diǎn)密布設(shè)置,并利用聯(lián)系鋼管將立柱鋼管連成一個(gè)整件。應(yīng)確?；A(chǔ)承載力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,以防沉降或不均勻沉降影響梁體的質(zhì)量。預(yù)制箱梁底板正下方的立柱鋼管頂處橫橋向設(shè)置2道分配鋼梁,作為承重鋼梁的支撐。順橋向設(shè)置若干個(gè)大剛度承重鋼梁,以有效控制其撓度變形,其中分配鋼梁上的2根承重鋼梁與移梁支架鋼梁共用,在承重鋼梁上鋪設(shè)工字鋼及鋼板,形成安全可靠的工作平臺(tái),上面設(shè)置箱梁滑移軌道、模板升降裝置及鋼筋預(yù)制區(qū)。工作平臺(tái)平面尺寸根據(jù)預(yù)制梁體的尺寸確定,并在岸側(cè)端設(shè)置1臺(tái)塔吊,作為鋼筋、模板等的吊裝設(shè)備。箱梁預(yù)制施工在高樁預(yù)制平臺(tái)上完成(見圖3)。

圖3 高樁預(yù)制平臺(tái)示意圖

2.2 模板工程

箱梁模板應(yīng)由專業(yè)加工廠定制,模板的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,且必須是安全可靠的定型鋼模。

(1)模板組成。模板系統(tǒng)由外模、內(nèi)模和底模組成。1)外模。側(cè)模采用整體鋼模結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)撐桿調(diào)整外模位置及角度;端模采用根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸加工的鋼模板。2)內(nèi)模。內(nèi)模采用組合鋼模散拼,平面部分采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸,異形部分根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸單獨(dú)加工。3)底模。底模采用大塊鋼模板,底?？傞L(zhǎng)度為8.0 m,總寬度為6.0 m,橫橋向分3塊。

(2)模板安裝和固定。安裝前先檢查模板的外觀質(zhì)量,對(duì)開裂破損的地方進(jìn)行整修。模板使用前必須清理、除銹、擦拭干凈并刷脫模劑。模板拼縫處加工成企口縫,便于拼裝咬合,在砼結(jié)構(gòu)面較復(fù)雜處的模板還需選擇一處或兩處鑲嵌木條作拆卸縫,便于模板拆卸。安裝時(shí),模板下部設(shè)置擋塊,上部用?20 mm對(duì)拉桿固定。模板接縫應(yīng)平齊無錯(cuò)臺(tái)、嚴(yán)密不漏漿。1)底模的安裝。先用塔吊將模板初步就位,然后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),利用千斤頂進(jìn)行調(diào)整。模板調(diào)整好后,按80 cm×80 cm的間距在槽鋼盒上放置鐵鍥塊進(jìn)行支撐。2)側(cè)模的安裝。頂升側(cè)模時(shí),先將上倒角與匹配梁及固定端模相應(yīng)位置對(duì)好,貼緊,穿好鉸接銷并上好限位板,然后頂升側(cè)模平穩(wěn)上升,并由專人在側(cè)模上方觀察側(cè)模與固定端模和匹配梁的接觸情況,防止施工中造成匹配梁偏位。側(cè)模調(diào)整完、經(jīng)檢測(cè)無誤后,將外側(cè)模調(diào)節(jié)撐桿固定,擰緊防滑螺帽。3)內(nèi)模的安裝。按照小倉人洞模、小倉模、中倉模、中倉人洞模、中倉腹板模、中倉頂板模的順序?qū)?nèi)模拼裝成型后,用螺栓將相鄰模板連接固定。因?yàn)橄淞后w型大,結(jié)構(gòu)面異常復(fù)雜,拼裝和拆卸模板耗時(shí)較長(zhǎng),小倉內(nèi)模制作2套,一套在使用時(shí),另一套就開始拼裝,輪換使用,從而大大縮短箱梁制作周期。內(nèi)模的定位必須精準(zhǔn)。內(nèi)模采用腳手架鋼管支撐,通過螺旋頂托將模板調(diào)整到設(shè)計(jì)尺寸固定。小倉模底部通過對(duì)拉螺栓與底模相連后才能更好地保證其不錯(cuò)位、不上浮,無需在其頂部進(jìn)行壓模固定。4)端模的安裝。端模安裝前,需通過測(cè)量在底模(或頂模)上用油漆畫出端模邊線樣,然后用塔吊將端模吊到設(shè)計(jì)位置進(jìn)行安裝。對(duì)于體積較大的端模,還必須在外側(cè)加焊剛性支撐固定,以防傾覆。

(3)模板拆卸。先松動(dòng)抽出對(duì)拉螺絲,然后用人工配合塔吊拆卸模板。拆模后及時(shí)清理、修整模板,并將模板、鋼管架、扣件、頂托、對(duì)拉桿等分類堆放整齊。拆模先從鑲嵌有木條的拆卸縫處開始,分兩次完成:1)模板在砼待強(qiáng)達(dá)到規(guī)范要求后方可拆除。常溫下一般砼澆筑完成24 h后開始拆除箱梁外側(cè)模、端模和內(nèi)模的豎向模板(如隔模板、腹板模等)及預(yù)應(yīng)力深埋錨盒,應(yīng)避免在烈日、冰凍、大風(fēng)等環(huán)境下拆模。2)箱梁左右幅支座之間的間距為21.2 m,箱梁自重、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段梁重約810 t,最大梁重約為1 259 t,在箱梁第一次張拉完成后才能開始頂板模和底板模的拆卸施工,防止梁件開裂。因鋼模較重,塔吊無法吊到箱室內(nèi)的模板,人工移動(dòng)模板較為困難,為此,利用支撐內(nèi)模的腳手架做成滑道,頂板模拆除后直接落在滑道上,能安全、省力、快速地將模板移出。大部分澆筑的箱梁基本在相差不大的位置,在拆卸底模時(shí),盡量保證底模和底模支撐系統(tǒng)的當(dāng)前位置,僅豎直降模,讓箱梁落實(shí)在移梁支座上,這樣能方便下一片梁的底模安裝(只需升上底模,稍作調(diào)整即可)。

2.3 鋼筋的加工安裝和預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)

所有鋼筋根據(jù)型號(hào)或編號(hào)在50 cm高的水泥架墊上分類堆放整齊,并做好防潮、防污染、防混雜措施。根據(jù)箱梁設(shè)計(jì)圖制定下料單,進(jìn)行鋼筋下料成型,按照施工圖紙進(jìn)行綁扎。

(1)鋼筋加工。鋼筋加工前,必須就原材料尺寸對(duì)比圖紙中的鋼筋尺寸進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算,在保證符合設(shè)計(jì)要求的前提下,按照盡量減少鋼筋接頭的原則統(tǒng)籌安排定制鋼筋下料單,以節(jié)約成本、提高施工效率。按照箱梁鋼筋的安裝順序?qū)Σ煌课坏匿摻钸M(jìn)行加工,保證鋼筋能及時(shí)加工,及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)安裝。

(2)鋼筋安裝。鋼筋安裝分為平臺(tái)預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)綁扎兩部分。平臺(tái)預(yù)制是指在箱梁砼養(yǎng)生待強(qiáng)到箱梁底模安裝時(shí),通過平臺(tái)上的鋼筋制作模架(角鋼制作成“目”或“田”字形,上刻有尺寸,簡(jiǎn)單實(shí)用),分別制作箱梁的腹板鋼筋、底板下層鋼筋、隔墻鋼筋和人洞鋼筋等。底模完成后,用塔吊將預(yù)制好的鋼筋吊到設(shè)計(jì)位置(吊裝預(yù)制鋼筋的同時(shí)在其下方綁好保護(hù)層墊塊),再通過現(xiàn)場(chǎng)綁扎完成所有鋼筋安裝。鋼筋綁扎前由測(cè)量人員復(fù)測(cè)模板的平面位置及高程,鋼筋綁扎和焊接嚴(yán)格按施工、設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行,當(dāng)通氣孔、預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)與鋼筋發(fā)生沖突干擾時(shí),可適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置。

(3)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)。該橋箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系,包括縱向預(yù)應(yīng)力鋼束和預(yù)應(yīng)力鋼筋、橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋。1)縱橫向預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的加工及安裝。布設(shè)波紋管前按設(shè)計(jì)規(guī)定的管道坐標(biāo)進(jìn)行放樣,設(shè)置定位鋼筋,定位鋼筋的間距不得大于0.5 m(曲線管道宜適當(dāng)加密)。波紋管用U形定位鋼筋固定使其在砼澆筑期間不產(chǎn)生位移。對(duì)用波紋管成孔的預(yù)應(yīng)力鋼筋孔道,向波紋管孔道中穿入鋼管以增強(qiáng)剛度,防止?jié)沧r(shí)偏移變形。在澆筑砼時(shí),定時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鋼管,以保證孔道的暢通,鋼管在砼澆筑完成后抽出。在澆筑下一節(jié)段箱梁時(shí),鋼管應(yīng)伸進(jìn)上一節(jié)段孔道不少于20 cm,以保證孔道的順接?？v向預(yù)應(yīng)力鋼筋的波紋管,在匹配梁處應(yīng)注意安放縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋連接器的預(yù)埋管。預(yù)埋管直徑10 cm,長(zhǎng)80 cm,居中套著波紋管,兩端封堵后,緊貼匹配梁,通過頂板鋼筋用U形鋼筋將其固定。安裝縱橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí),對(duì)扁型波紋管采用人工穿束,對(duì)于根數(shù)較多的預(yù)應(yīng)力鋼絞線采取整束卷揚(yáng)機(jī)牽引的方法。2)豎向預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的加工及安裝。腹板處分布有2層豎向預(yù)應(yīng)力,豎向預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)等在平臺(tái)上安裝成型(見圖4)。鋼管、螺旋鋼筋與上、下錨墊板焊接牢固,波紋管兩端用海綿和膠帶封堵密實(shí),用上、下螺帽擰緊。在預(yù)制腹板鋼筋時(shí)將豎向預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)用U形定位鋼筋固定在腹板鋼筋上,緊貼著上、下錨墊板下部各設(shè)一道Ⅱ形架力筋,以保證在澆筑砼時(shí)豎向預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)不下墜和松散變形。所有豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的進(jìn)漿、出漿孔均設(shè)在頂板,縱向同層相鄰2個(gè)豎向預(yù)應(yīng)力管道要形成壓漿回路。

圖4 豎向預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)示意圖

(4)鋼筋安裝及預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)施工注意事項(xiàng)。1)嚴(yán)格按要求制作預(yù)制鋼筋,采用梅花形點(diǎn)焊形成骨架,在吊裝時(shí)穿入鋼管,吊點(diǎn)設(shè)置在鋼管上,保證在吊裝時(shí)預(yù)制鋼筋不會(huì)松散、變形;2)鋼筋綁扎時(shí)應(yīng)注意普通鋼筋與波紋管、預(yù)埋件的位置關(guān)系及安裝順序;3)分部鋼筋安裝完成后,應(yīng)對(duì)模板進(jìn)行清理,以保證砼外觀質(zhì)量;4)盡量不要在波紋管附近進(jìn)行電焊和氧割,無法避免時(shí)應(yīng)采取防護(hù)措施;5)在模板上焊割接鋼筋時(shí),須對(duì)模板進(jìn)行隔離保護(hù);6)砼結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋排列較密時(shí),應(yīng)適當(dāng)調(diào)整普通鋼筋位置,留出振動(dòng)泵活動(dòng)空間,便于振搗;7)整片箱梁的鋼筋、模板安裝好后,還應(yīng)注意臨時(shí)施工安全護(hù)欄、拆?？?、張拉吊頂孔的預(yù)留;8)預(yù)應(yīng)力穿束完成后,要將預(yù)應(yīng)力管道口和錨盒內(nèi)進(jìn)行封堵,并將裸露在外的鋼絞線進(jìn)行包裹,防止水泥漿漏入堵塞錨頭和波紋管,影響預(yù)應(yīng)力束的張拉;9)縱向波紋管內(nèi)的鋼管拆除時(shí)間應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整,避免塌孔或抽拔鋼管困難。

2.4 預(yù)制箱梁砼澆筑要點(diǎn)

(1)澆筑時(shí),下料應(yīng)均勻、連續(xù),不要集中猛投以免產(chǎn)生砼的阻塞,在鋼筋密集處啟動(dòng)插入式振搗器輔助下料。

(2)澆筑過程中派專人檢查模板、鋼筋、預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)及各種預(yù)埋件的位置和穩(wěn)固情況,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

(3)澆筑過程中隨時(shí)檢查砼的坍落度和干硬性,嚴(yán)格控制水灰比,不得隨意增加用水量,前后臺(tái)密切配合,以保證砼的質(zhì)量。

(4)砼澆筑完成后應(yīng)排除頂面浮漿,并及時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)沖洗干凈。

(5)控制砼的內(nèi)部與表面溫差,溫差值不能大于25℃。砼澆筑完成后,開啟水循環(huán)散熱系統(tǒng),設(shè)專人定時(shí)測(cè)溫?fù)Q水。當(dāng)砼體內(nèi)外溫差接近20℃時(shí),對(duì)循環(huán)水進(jìn)行部分更換,每次換水只調(diào)整5℃左右,防止循環(huán)水驟然降溫。當(dāng)循環(huán)水溫度與外界環(huán)境溫度基本持平時(shí)關(guān)閉循環(huán)散熱系統(tǒng)。

(6)砼澆筑完成后,及時(shí)在頂板表面覆蓋塑料薄膜和土工布,并由專人灑水養(yǎng)生,以能保持濕潤(rùn)狀態(tài)為宜。

2.5 預(yù)應(yīng)力張拉及移梁、調(diào)梁

箱梁內(nèi)設(shè)置了橫、縱、豎三向預(yù)應(yīng)力,箱梁預(yù)應(yīng)力張拉分4次進(jìn)行:

(1)在箱梁砼強(qiáng)度達(dá)到90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,張拉頂板和底板橫向預(yù)應(yīng)力束及腹板豎向預(yù)應(yīng)力束和部分橫隔板束,張拉力為設(shè)計(jì)張拉力的50%。因?yàn)槌瑢挿淞盒熳兇?一次性張拉至100%后做匹配梁會(huì)影響成橋線形,誤差的累積甚至?xí)?duì)梁體結(jié)構(gòu)造成影響。張拉后拆除箱梁頂模及底模,將新澆箱梁通過移梁千斤頂牽引滑移到匹配梁段位置。為確保后期拼裝的成橋線形,測(cè)量人員需對(duì)匹配梁頂?shù)目刂泣c(diǎn)進(jìn)行觀測(cè),根據(jù)測(cè)量結(jié)果和監(jiān)控指令決定是否在移梁支點(diǎn)加強(qiáng)鋼板下方安放4個(gè)三向千斤頂對(duì)箱梁的三維位置進(jìn)行調(diào)整。

(2)在新澆箱梁達(dá)到拆模強(qiáng)度時(shí),將匹配梁中已張拉到50%的預(yù)應(yīng)力束張拉到設(shè)計(jì)應(yīng)力,然后將箱梁移到存梁位置。

(3)梁段在支架上存放一段時(shí)間,最大限度減小成橋后砼收縮、徐變變形,然后將箱梁移至拼裝位置進(jìn)行拼裝。

(4)完成縱向拼裝后張拉剩余的橫隔板束。

2.6 施工材料與設(shè)備

主要施工材料見表1,施工設(shè)備見表2。

3 質(zhì)量控制措施

(1)所有原材料和機(jī)具設(shè)備的施工、檢驗(yàn)與驗(yàn)收均按現(xiàn)行規(guī)范及有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

(2)對(duì)于預(yù)制鋼筋片、大體積拼裝成型的模板,在吊裝前用鋼管加以支撐、固定,防止其在吊裝過程中松散、變形。

(3)為防止匹配梁位置出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象,安裝模板時(shí)用油壓千斤頂頂推模板使其緊貼匹配梁梁體。

(4)砼澆筑完成養(yǎng)護(hù)期間設(shè)專人值班測(cè)定砼內(nèi)部與表面溫度,溫差一旦接近25℃,及時(shí)向上級(jí)匯報(bào)同時(shí)采取相應(yīng)措施。

(5)箱梁頂板模和底模在第一次張拉完成后才能拆除,防止箱梁梁體砼因自重沉降造成裂縫。

表1 主要施工材料

表2 主要施工設(shè)備

4 結(jié)語

東常高速公路某大橋砼箱梁采用在高樁預(yù)制平臺(tái)預(yù)制的方案,24個(gè)節(jié)段砼箱梁,平均施工周期為12 d,最短僅9 d。該工程通過科學(xué)的施工工藝、嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐論證,大型砼箱梁采用在高樁預(yù)制平臺(tái)預(yù)制的方案具有如下優(yōu)勢(shì):1)采用空中預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行梁段預(yù)制,解決了場(chǎng)地受限的問題,且不需要大型運(yùn)梁和吊梁設(shè)備;2)制梁與移梁、拼梁互不干擾,形成工廠式流水線作業(yè),與傳統(tǒng)技術(shù)相比,其工作效率更高,有利于縮短施工時(shí)間,優(yōu)化箱梁施工周期;3)與傳統(tǒng)技術(shù)相比,消除了相鄰梁段因齡期不同而產(chǎn)生的收縮差,從而消除了裂縫,可有效解決大型砼箱梁施工易產(chǎn)生砼收縮裂紋的問題;4)箱梁的所有施工作業(yè)內(nèi)容有效組合、統(tǒng)籌按排,避免了施工周期性的閑、忙時(shí)段的出現(xiàn),使箱梁施工始終保持緊湊、有序、高效的頻率,在預(yù)制平臺(tái)和緊靠平臺(tái)周邊塔吊工作半徑范圍內(nèi)完成箱梁所有施工。

參考文獻(xiàn):

[1]劉永燈.預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁混凝土澆筑技術(shù)[J].山西建筑,2009(17).

[2]張?jiān)?高支架上超寬PC箱梁節(jié)段拼裝施工的質(zhì)量控制[J].公路工程,2010,35(4).

[3]王英.城市橋梁預(yù)制箱梁節(jié)段拼裝關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].成都:西南交通大學(xué),2011.

[4]李云祥,李洪偉.后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工要點(diǎn)解析:西泉眼水庫壩下交通橋[J].黑龍江水利科技,2010(3).

[5]崔德勝.公路橋梁工程預(yù)制梁施工管理的探討與實(shí)踐[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2011.

[6]閆仙麗,李青寧.曲線箱梁橋的空間傳遞矩陣[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào),2014,35(10).

[7]陳禮彪.下白石特大橋豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋施工工藝與測(cè)試[J].公路,2003(9).

[8]涂兵.混凝土收縮預(yù)測(cè)模型及拼寬橋梁結(jié)構(gòu)的收縮效應(yīng)[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2013.

[9]袁任重,姜友生,丁望星,等.荊岳長(zhǎng)江公路大橋南邊跨主梁施工技術(shù)[J].交通科技,2010(5).

[10]孫建平.京承高速公路潮白河大橋施工關(guān)鍵技術(shù)[J].鐵道建筑,2005(7).

收稿日期:2016-01-13

中圖分類號(hào):U445.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1671-2668(2016)02-0179-05