大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁懸澆施工質(zhì)量控制研究

楊開(kāi)放，孫春輝，牟雨龍，盧國(guó)營(yíng)，馬 勇

（中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100048）

引言

橋梁建設(shè)領(lǐng)域需要建設(shè)大量跨徑更大，撓度控制更精準(zhǔn)的工程[1]。近年來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如火如荼，在大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)橋梁中不斷升級(jí)工法建造技藝，在跨越江河湖海的高空施作橋跨結(jié)構(gòu)，懸臂澆筑的工藝方法應(yīng)運(yùn)而生，保證順利安全高效的施工是連續(xù)大跨徑橋梁需要把控的重要工程問(wèn)題。

1 工程概況

某海岸城市市政項(xiàng)目橋梁施工，主橋采用(70+120+70)m 跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，掛籃懸澆施工，邊中跨比值為0.583。箱梁采用C55 混凝土，單箱雙室斷面，頂板寬21.7 m，底板寬14.2 m，兩側(cè)懸臂翼緣板長(zhǎng)3.75 m；箱梁根部梁高H=7.1 m，跨中及邊跨現(xiàn)澆段梁高H=3 m，箱梁梁高按2 次拋物線變化，H/L=1/16.9；箱梁腹板厚度1～8 號(hào)塊為80 cm，9 號(hào)塊腹板厚為80～65 cm，10～12 號(hào)塊腹板厚為 65 cm，13 號(hào)塊腹板厚為65～50 cm，14～17 號(hào)塊腹板厚為50 cm；箱梁頂板厚28 cm；箱梁底板厚度變化采用2 次拋物線，由箱梁根部90 cm 漸變到跨中30 cm；邊跨現(xiàn)澆段底板厚度由30 cm 漸變到80 cm，腹板厚度由50 cm 漸變到65 cm。橋面采用3.0%單向橫坡，通過(guò)腹板高差形成。箱梁采用懸臂現(xiàn)澆施工法，設(shè)置支座的主墩應(yīng)采取相關(guān)措施懸臂施工。

2 箱梁施工

2.1 箱梁設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)箱梁的施工要求，進(jìn)行實(shí)際參數(shù)值控制，以最大化工程施工工藝的連續(xù)進(jìn)行，所采用主要為25 m 箱梁先交施工，其施工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 25 m 小箱梁存梁期上拱值及反預(yù)拱值設(shè)置表(單位：mm)

表1 中張拉及存梁天數(shù)均指混凝土齡期；此外所有數(shù)值為計(jì)算值，施工時(shí)，根據(jù)預(yù)制梁實(shí)測(cè)上拱值修正設(shè)置反預(yù)拱度。反預(yù)拱度需要考慮豎曲線的影響，根據(jù)豎曲線半徑調(diào)整反預(yù)拱度的設(shè)置值；反預(yù)拱度模型參考圓曲線或其它二次拋物線進(jìn)行施工[2]。

2.2 預(yù)應(yīng)力工藝

連線箱梁施工完成后，需要進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的施工，主要是預(yù)應(yīng)力張拉的工藝確定。對(duì)于管道的位置，必須嚴(yán)格按坐標(biāo)定位并用定位鋼筋固定，定位鋼筋與箱梁腹板箍筋點(diǎn)焊連接，嚴(yán)防錯(cuò)位和管道下垂，如果管道與鋼筋發(fā)生碰撞，應(yīng)適當(dāng)挪動(dòng)鋼筋位置。澆筑前應(yīng)檢查波紋管是否密封，防止?jié)仓炷習(xí)r阻塞管道[3]。箱梁混凝土強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的85%后，且混凝土齡期不小于7 d 時(shí)，方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，采用張拉力與引伸量雙控標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)制梁內(nèi)正彎矩鋼束錨下張拉控制應(yīng)力為0.75 Fpk=1 395 Mpa，預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)還需考慮鋼束與錨圈口之間的摩擦損失，錨口摩阻損失暫按3%考慮，即鋼束錨外張拉控制應(yīng)力為1 437 Mpa，錨口摩阻損失的具體數(shù)值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，任何時(shí)候錨外張拉控制應(yīng)力不得超過(guò)0.8 Fpk。預(yù)施應(yīng)力過(guò)程中，保持兩端的伸長(zhǎng)量基本一致，兩端伸長(zhǎng)量之差不宜大于5%。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼束張拉達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力時(shí)，實(shí)際引伸量值與理論引伸量值的誤差應(yīng)控制在±6%以內(nèi)。實(shí)際引伸量值需要扣除鋼束的非彈性變形影響。張拉的鋼筋伸長(zhǎng)兩端總和見(jiàn)表2。

表2 鋼筋張拉兩端伸長(zhǎng)總值(單位：mm)

表2 中N1-N5 為孔道預(yù)應(yīng)力管道穿束點(diǎn)位。管道內(nèi)的鋼絞線需滿足：

（1） 所有鋼絞線的張拉雙控指標(biāo)中，以引伸量為主，引伸量允許誤差在±6%以內(nèi)，每一截面的斷絲率不得大于該截面總鋼絲數(shù)的1%，且不允許整根鋼絞線拉斷。預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用主要參數(shù)：鋼束松弛率0.03；孔道摩阻系數(shù)0.2（塑料波紋管）；孔道偏差系數(shù)0.0015；一端錨具變形及鋼束回縮值0.006；彈性模量E=1.95×105 MPa；單根鋼絞線截面積A=140 mm2；此外塑料波紋管的孔道摩阻系數(shù)需要結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，如與參數(shù)取值不一致，需要做出相關(guān)預(yù)應(yīng)力鋼束的調(diào)整。

（2） 所有預(yù)應(yīng)力管道必須采用塑料波紋管，預(yù)應(yīng)力管道必須設(shè)置塑料內(nèi)襯管時(shí)允許澆筑混凝土，內(nèi)襯管外徑可比波紋管內(nèi)徑小3 mm～4 mm。管道與管道間的連接及管道與錨具喇叭管的連接確保其密封性，選擇與錨具相匹配的塑料波紋管。

所有預(yù)應(yīng)力管道的定位必須準(zhǔn)確牢固，管道軸線必須與墊板垂直?？v向預(yù)應(yīng)力管道位置的偏差不得大于1 cm，橫向預(yù)應(yīng)力管道不得大于0.5 cm；在每一梁段混凝土澆筑后應(yīng)立即檢查每一管道是否漏漿和堵管。在穿鋼絞線前應(yīng)用高壓水沖洗和檢查管道。

（3） 塑料波紋管的接長(zhǎng)時(shí)，采用卡箍套管接長(zhǎng)，也可采用熱熔焊接，避免擴(kuò)孔；橫向接管部位交錯(cuò)布置，嚴(yán)禁在同一斷面相鄰管道同時(shí)接長(zhǎng)，且不允許將被接管外露，只允許接管外露；鋼束和粗鋼筋張拉完畢，及時(shí)采用真空壓漿工藝灌漿，排氣孔設(shè)置于管道最高處，壓槳前應(yīng)用壓縮空氣或用高壓水清除管道內(nèi)雜物。在24 h 內(nèi)壓漿，要求管道壓漿密實(shí)，水泥漿的水灰比不得大于0.4，強(qiáng)度等級(jí)不小于C40，允許摻膨脹劑，吸漿要求飽滿密實(shí)。

2.3 懸臂澆筑工藝

懸臂掛籃技術(shù)要求掛籃自重不得大于最重梁段自重的0.4 倍，同時(shí)掛籃應(yīng)設(shè)有調(diào)整±6 cm 豎向撓度的功能，以便調(diào)整立模標(biāo)高[4]。進(jìn)行掛籃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意掛籃后支點(diǎn)預(yù)埋件的安裝和設(shè)計(jì)。掛籃的前吊帶應(yīng)設(shè)有調(diào)整標(biāo)高的功能，任何梁段混凝土的澆注全部要求從懸臂端部向根部順序澆注，在澆筑梁段混凝土過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)調(diào)整由于梁段自重在掛籃上產(chǎn)生的撓度，避免產(chǎn)生豎向裂縫。掛籃縱梁不允許采用貝雷梁或萬(wàn)能桿件，力求增加掛籃剛度，并進(jìn)行試壓測(cè)定撓度和強(qiáng)度滿足使用要求后方可允許使用。

此外，在確保承載能力和剛度的前提下，掛籃盡可能輕型化和行走方便，掛籃自重加全部施工荷載應(yīng)控制在650 kN 以下（掛藍(lán)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)材料、工藝等情況選取合適的安全系數(shù)）。懸澆掛籃在0、1#梁段上安裝完畢后，應(yīng)進(jìn)行預(yù)壓測(cè)試，并記錄預(yù)壓時(shí)的彈性變形曲線，以盡可能消除非彈性變形和獲得標(biāo)高控制的數(shù)據(jù)。

由于臺(tái)城河主跨120 m，跨度較大，需要對(duì)主橋施工的全過(guò)程進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變、撓度監(jiān)測(cè)控制，并根據(jù)實(shí)際的施工荷載、施工周期、材料特性、施工溫度等計(jì)算出每一節(jié)梁段的立模標(biāo)高，以指導(dǎo)下一步的施工。如圖1 所示。

圖1 大垮預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁立模高度及撓度差

由圖1 可知，需要對(duì)實(shí)際橋跨的撓度曲線進(jìn)行驗(yàn)算，在實(shí)際施工時(shí)，立模高度的確定來(lái)源于撓度曲線的設(shè)置，需考慮撓度差的存在，在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，由于需要的撓度與結(jié)構(gòu)受力后發(fā)生的撓度有偏差，只要在撓度差范圍內(nèi)，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系就是可以接受并且可以繼續(xù)施工。

圖2 給出了項(xiàng)目的箱梁斷面結(jié)構(gòu)，特別注意預(yù)留孔道以及結(jié)構(gòu)中心線的位置，在對(duì)位合模過(guò)程中，需要準(zhǔn)確將模板定位到指定位置，進(jìn)行鋼筋綁扎和現(xiàn)澆筑混凝土的施工。在掛籃懸臂中，監(jiān)控量測(cè)工作不能缺少，必須實(shí)時(shí)進(jìn)行。

圖2 連續(xù)箱梁橫斷面及預(yù)應(yīng)力筋穿束圖

3 質(zhì)量控制

3.1 掛籃抗風(fēng)措施

（1） 長(zhǎng)懸臂施工狀態(tài)避開(kāi)臺(tái)風(fēng)季節(jié)且采取臨時(shí)連接措施，加強(qiáng)主梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性。

（2） 兩個(gè)單T 連接盡可能同步，特別在長(zhǎng)懸臂澆筑階段。在單T 完成前提早做好邊跨和中跨的合攏準(zhǔn)備工作，以便邊跨合攏后能立即進(jìn)行中跨合攏，以利安全。

（3） 7 級(jí)以上風(fēng)速時(shí)不得移動(dòng)掛籃，同時(shí)將掛籃穩(wěn)妥的固定于已澆梁段上。

（4） 在橫向抗風(fēng)的設(shè)計(jì)中，要防治由于橫向變形導(dǎo)致的掛籃整體穩(wěn)定性缺失，在實(shí)際施工中，根據(jù)不同掛籃位置的實(shí)際工況，進(jìn)行剪切力的監(jiān)控測(cè)試[5-6]，測(cè)試出行進(jìn)中的掛籃的不同部位的剪切力和效應(yīng)的反應(yīng)狀態(tài)，分別用Qu和Qj代表，并將二者的比值確定出，以刻畫(huà)在收到各向風(fēng)力作用時(shí)，掛籃的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定儲(chǔ)備情況，以Qu/Qj表示。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 掛籃各部位抗剪切效應(yīng)測(cè)試值（單位：kN）

通過(guò)表3 的測(cè)試可以看出，在不同墩頂上的掛籃，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性儲(chǔ)備均在1 以上，這表明實(shí)際施工中的掛籃是穩(wěn)定的。在N1 孔道附近的掛籃相對(duì)穩(wěn)定值最小，但也保持有7%的結(jié)構(gòu)響應(yīng)空間。對(duì)于正常的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，達(dá)到95%以上的穩(wěn)定性即可確保結(jié)構(gòu)的整體安全。因此，基于本項(xiàng)目的懸臂掛籃是安全可靠的。

3.2 合龍段質(zhì)量控制

合龍段的施工，全程采用高程位移監(jiān)測(cè)，通過(guò)安裝混凝土應(yīng)變計(jì)進(jìn)行掛籃現(xiàn)澆。對(duì)合龍段兩端澆筑的梁端進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)變形控制，通過(guò)對(duì)應(yīng)變的分析，可以導(dǎo)出應(yīng)力狀態(tài)，得出圖3 所示的結(jié)果。

圖3 合龍段兩側(cè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比柱狀圖

經(jīng)過(guò)圖3 的監(jiān)測(cè)顯示，在合龍段施工前后，必須做好梁端的頂板控制。對(duì)于邊跨中的支架現(xiàn)澆段混凝土需要比合龍段早14～20 d 澆筑；單T 完成后將掛籃拆除，部分掛籃材料堆放在T 的懸臂端，其重量與中孔端掛籃重平衡；余下的所有正彎距束，先張拉長(zhǎng)束，后張拉短束，并將最先張拉的最短鋼束補(bǔ)充到設(shè)計(jì)噸位。在合龍施工中，一端掛籃前移，將掛籃自重平均分配到兩懸臂端上，拆除另一端掛籃，然后安裝合龍段剛性支撐，在當(dāng)天最低溫度時(shí)澆筑合龍段混凝土。

4 結(jié)論

大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁懸澆施工已經(jīng)非常普遍，在實(shí)際工程中出現(xiàn)的如撓曲線變形不一致、剛度偏位以及懸澆合龍施工中都容易出現(xiàn)較大的質(zhì)量問(wèn)題，本研究通過(guò)全面綜合的分析，將大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋的懸臂現(xiàn)澆施工的質(zhì)量管控進(jìn)行系統(tǒng)研究。得知：設(shè)計(jì)撓度和實(shí)際工程撓度的撓度差，通過(guò)不斷觀測(cè)及懸臂段堆載預(yù)壓的方式進(jìn)行整改調(diào)整，逐步解決橋梁遇到的問(wèn)題和質(zhì)量通病。本研究總結(jié)的技術(shù)控制要點(diǎn)可以為類似工程提供質(zhì)量控制辦法，并能夠?yàn)閼冶蹪仓椒ǖ倪M(jìn)一步施工提供案例參考。