公路橋梁工程中現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)

孫相雨

（中交路橋南方工程有限公司，北京）

前言

現(xiàn)澆箱梁施作是公路橋梁工程中出現(xiàn)頻率較高的內(nèi)容。近幾年，各地快速公路橋梁數(shù)量持續(xù)增加，受區(qū)域建筑物高密度分布、周邊環(huán)境高度復(fù)雜等因素干擾，部分公路橋梁工程無法給現(xiàn)澆箱梁施作提供足夠的空間，常規(guī)箱梁二次澆注方法面臨重重困境，現(xiàn)澆箱梁施作周期顯著增加。因此，從箱梁現(xiàn)澆著手，探究空間受限情況下公路橋梁現(xiàn)澆作業(yè)技術(shù)具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 公路橋梁工程

一公路橋梁工程為雙層現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)，站臺(tái)梁為高2.5 m 的等截面混凝土。工程布置見圖1、圖2。

圖1 公路橋梁工程縱斷面

圖2 公路橋梁工程橫斷面

圖1 中，1 為高架橋梁現(xiàn)澆箱梁/地面橋現(xiàn)澆箱梁；2 為高架橋梁鋼箱梁/地面橋鋼箱梁；3 為高架橋梁現(xiàn)澆箱梁/地面橋現(xiàn)澆箱梁。如圖1 所示，地面橋現(xiàn)澆箱梁共10 聯(lián)。

圖2 中，1 為高架橋梁鋼箱梁，寬度為32.5 m；2、3、4 分別為地面橋現(xiàn)澆箱梁，寬度分別為17.5 m、11.3 m、6.8 m，為鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。由圖2 可知上部高架橋梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，與地面橋現(xiàn)澆箱梁凈空距離9.5 m±0.5 m，箱梁投影邊線、紅線之間距離小于等于3.8 m，現(xiàn)場(chǎng)可利用空間較小。

2 公路橋梁工程中現(xiàn)澆箱梁設(shè)置方案

2.1 支架大楞驗(yàn)算

根據(jù)公路橋梁工程現(xiàn)場(chǎng)可利用場(chǎng)地面積小以及箱梁布置密度高的特點(diǎn)，選擇一次性整體澆筑方式[1]。澆筑前根據(jù)方木、工字鋼均具有大自重、部件連接冗雜、進(jìn)場(chǎng)約束因素多且操作復(fù)雜的特點(diǎn)，選擇抱箍貝雷支架法，將抱箍安裝到橋梁墩柱上，借助2 個(gè)抱箍之間高強(qiáng)螺栓預(yù)先緊固力向抱箍、墩柱間壓力轉(zhuǎn)化，獲得承重必需摩擦力。在抱箍貝雷支架法應(yīng)用前，對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行計(jì)算，確定滿足箱梁結(jié)構(gòu)荷載的支架主楞。在橋梁端下大楞選擇抱箍貝雷時(shí)，支架大楞作用荷載為：

式中：q0為支架大楞作用荷載kN/m；L 為支架立桿縱向間距，1.2 m；G 為作用于支架的現(xiàn)澆箱梁重力，頂板位置、腹板位置、底板位置、翼緣板位置的重力分別為10.95 kN/m2、65.0 kN/m2、26.50 kN/m2、11.00 kN/m2；G0為包含防護(hù)附加構(gòu)件在內(nèi)的支架結(jié)構(gòu)自重，kN/m2；L0為竹膠板寬度，1.4 m；G1為施工者、施工機(jī)械工具、施工材料的荷載，kN/m2；G2為振搗混凝土荷載，kN/m2；G3為澆筑混凝土沖擊荷載；Gm為支架大楞自重，kN/m2。將已有數(shù)值代入式（1），得出支架大楞最大彎曲應(yīng)力小于支架抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，最大剪切應(yīng)力小于支架抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，滿足規(guī)范要求，可根據(jù)圖3布置抱箍貝雷支架。

圖3 公路橋梁現(xiàn)澆箱梁工字鋼主楞支架

圖3 中，1 為箱梁；2 為邊跨位置鋼管立柱；3 為碗口支架；4 為貝雷縱梁；5 為承重梁；6 為上下抱箍；7為墩柱[2]。整體受力由抱箍間經(jīng)支撐桿連接形成，單一上抱箍承受全部荷載，下抱箍則作為安全儲(chǔ)備，降低高空作業(yè)量，提高安裝拆卸效率，突破進(jìn)場(chǎng)材料限制。抱箍貝雷支架主要參數(shù)見表1。

表1 抱箍貝雷支架主要參數(shù)

2.2 模板強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)公路橋梁中簡(jiǎn)支混凝土、站臺(tái)梁高度一致的特點(diǎn)，在支撐架間距無差異時(shí)，選擇較大載荷。根據(jù)《混凝土模板用膠合板》（GB/T17656）關(guān)于15 mm 厚竹膠板的參數(shù)，得出竹膠板參數(shù)見表2。

根據(jù)表2 參數(shù)，計(jì)算模板強(qiáng)度，計(jì)算公式如下：

表2 現(xiàn)澆箱梁用模板參數(shù)

式中：q 為模板強(qiáng)度，kN/m。代入以上數(shù)據(jù)后，得出q小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，無法滿足現(xiàn)澆箱梁作業(yè)要求。基于此，選擇菲林板與不銹鋼復(fù)合模板（靜曲強(qiáng)度順紋方向45 MPa，橫紋方向52 MPa，密度0.9 g/cm3），在脫離安裝機(jī)械的情況下，人工便捷控制混凝土外觀質(zhì)量。

3 公路橋梁工程中現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)

3.1 抱箍貝雷支架施作

因公路橋梁工程中抱箍貝雷支架各部位焊接縫隙承受較大荷載，初期加工可選擇雙面坡口對(duì)稱焊接處理板件間T 型接頭，進(jìn)而利用偏向側(cè)板的單面坡口焊接法處理角接頭。處理后，將300 mm×500 mm 鋼筋混凝土柱、300 mm×800 mm 鋼筋混凝土梁分別設(shè)置到圓筒結(jié)構(gòu)外側(cè)桁架部位、上弦桿部位，規(guī)避鋼結(jié)構(gòu)支撐桁架無錨固段導(dǎo)致的截面尺寸偏大、附加荷載威脅原公路橋梁箱梁結(jié)構(gòu)問題[3]。

在鋼結(jié)構(gòu)支撐桁架錨固的基礎(chǔ)上，以桁架結(jié)構(gòu)安裝精度為重點(diǎn)，先將2 榀桁架設(shè)置到原定位置，再開展等荷載堆載試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。確定桁架變形小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，按照表2 參數(shù)，規(guī)范施作抱箍貝雷支架。

表3 荷載下桁架變形

3.2 支架預(yù)先壓載

因公路橋梁下凈空變化高度小、不同高度調(diào)整要求高，傳統(tǒng)履帶吊裝成捆鋼筋逐跨預(yù)先壓載的方式受2 側(cè)高壓線干擾，作業(yè)過程易間斷。基于此，借鑒樁基靜載小沙袋預(yù)先壓載經(jīng)驗(yàn)，利用40 kg/袋小沙袋預(yù)先壓載支架，并利用彩條布均勻包裹，確保預(yù)先壓載重量與設(shè)計(jì)重量一致。在堆載預(yù)壓次日，進(jìn)行沉降效率計(jì)算，確定支架預(yù)先壓載前期、支架預(yù)先壓載至總重量60%、支架預(yù)先壓載至總重量80%、支架預(yù)先壓載至總重量100%、加載穩(wěn)定（支架預(yù)先壓載至總重量100%持續(xù)24 h 后）幾個(gè)階段支架結(jié)構(gòu)沉降值[4]。沉降觀測(cè)期間，需要順著公路橋梁線路布置控制點(diǎn)，相鄰控制點(diǎn)之間距離為5.0 m，逐點(diǎn)觀測(cè)，確定每天支架沉降值小于1.5 m 且維持3 天后，卸除支架荷載，反之則繼續(xù)預(yù)壓。

3.3 基于BIM的模板拼裝

因公路橋梁工程中現(xiàn)澆箱梁模板為菲林板與不銹鋼復(fù)合模板，表面高度光滑，選擇BIM+公路橋梁工程道路中線測(cè)量技術(shù)，先確定現(xiàn)澆箱梁控制樁號(hào)，再經(jīng)平面圖中軸圓曲線測(cè)量中樁坐標(biāo)，最終經(jīng)箱梁截面圖進(jìn)行頂板坐標(biāo)、邊樁坐標(biāo)、底板坐標(biāo)的測(cè)量計(jì)算。得出結(jié)果后，輸入Rhioceros7 軟件內(nèi)，根據(jù)規(guī)范指引完成建模，得出三維模型見圖4。

圖4 公路橋梁模板三維模型

圖4 中，側(cè)模、底模均選擇菲林板，在已安裝底模上釘設(shè)防滑木（長(zhǎng)50 cm×寬20 cm×厚2 cm），相鄰防滑木之間距離大于25 cm 但小于35 cm，為箱梁邊模安裝提供足夠空間。箱梁底板邊界設(shè)置木條（厚18 mm×寬10 mm）。木條設(shè)置完畢后，再次放出底板標(biāo)高，準(zhǔn)備進(jìn)行側(cè)模安裝；在側(cè)模背部安裝方木（長(zhǎng)10 cm×寬10 cm），相鄰方木之間距離為15 cm，并根據(jù)側(cè)模背部方木頂固要求，增設(shè)加固用方木，加固用方木之間距離為60 cm。對(duì)于圓弧位置，先將模板釘設(shè)到上部高度超出設(shè)計(jì)高12.5 cm±2.5 cm，再利用寬10 cm、2 mm 厚不銹鋼板處理圓??；側(cè)模安裝完畢后，利用局部具備延展性能雙壁波紋管配合φ16 mm 鋼筋、φ10 mm 螺紋鋼，有效焊接內(nèi)模[5]。進(jìn)而將對(duì)拉螺桿距離底部27.5 cm±2.5 cm、距離頂部27.5 cm±2.5 cm，配合同側(cè)φ14 mm 螺桿加固箱梁。箱梁加固后，將2 根φ12 mm 鋼筋安裝到底部，配合最外側(cè)箍筋，完成箱梁鋼筋安裝。

3.4 一次性整體澆筑

面對(duì)常規(guī)公路橋梁現(xiàn)澆箱梁二次操作存在的工期滯后、作業(yè)難度大、大規(guī)模設(shè)備布置難等問題，應(yīng)用一次性整體澆筑思路進(jìn)行作業(yè)優(yōu)化，優(yōu)化后作業(yè)流程見圖5。

圖5 一次性整體澆筑作業(yè)

如圖5 所示，公路橋梁工程箱梁分二次澆筑時(shí)以腹板與翼板折角位置為分界線，首次施作底板、腹板，待兩者強(qiáng)度與設(shè)計(jì)要求相符后鑿毛腹板進(jìn)行頂板施作[6]。而公路橋梁工程箱梁一次性整體澆筑是一次性完成底板、腹板、頂板澆筑，減少1 次混凝土泵車與汽車吊進(jìn)場(chǎng)、禁燒混凝土接縫鑿毛環(huán)節(jié)，無施工縫，在縮短工期、減少設(shè)備投入的同時(shí)，獲得更加優(yōu)良的外觀條件。

3.5 預(yù)應(yīng)力張拉

根據(jù)作業(yè)要求，在狹小空間內(nèi)應(yīng)用后張法預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)。技術(shù)應(yīng)用時(shí)，先將張拉槽預(yù)先設(shè)置到簡(jiǎn)支箱梁端部，再利用擠壓錨方法張拉梁端部，擴(kuò)大作業(yè)空間，解決狹小空間現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉問題[7]。

具體操作時(shí)，預(yù)先安裝張拉槽、端頭模，提前準(zhǔn)備穿束孔位，規(guī)避鋼絞線穿束、張拉槽安裝矛盾問題。若張拉槽模板、鋼筋仍然存在沖突，則適當(dāng)錯(cuò)開截?cái)噤摻睿摻钛由斓綇埨勰０鍍?nèi)部。同時(shí)，預(yù)先在跨左側(cè)、右側(cè)張拉槽頂部設(shè)置天窗，為張拉工具進(jìn)出提供渠道。狹窄空間內(nèi)公路橋梁現(xiàn)澆箱梁張拉工具為250 t 及以上穿心式千斤頂（含配套油泵）。

在張拉槽模板施作完畢后，經(jīng)內(nèi)徑90 mm 金屬波紋管穿束縱向預(yù)應(yīng)力筋。為確定波紋管位置與設(shè)計(jì)方案相符，需在借用φ12 mm 定位網(wǎng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)U形卡完成重要部位劃定，加密操作，形成順直線性，進(jìn)而從已架設(shè)剪支梁端部出發(fā)，經(jīng)2 孔相鄰現(xiàn)澆箱梁端部穿入，從系桿拱連續(xù)梁端部穿出。最終，選取相鄰空間，直接利用擠壓錨錨固，錨固后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉。

4 結(jié)論

綜上所述，現(xiàn)澆箱梁施作現(xiàn)場(chǎng)可利用場(chǎng)地不夠?qū)拸V，加之箱梁結(jié)構(gòu)高密度分布，對(duì)澆筑、吊裝作業(yè)提出了較大的難題。一次性整體澆筑方法可在滿足狹小空間內(nèi)箱梁現(xiàn)澆作業(yè)要求的同時(shí)，盡可能減少大規(guī)模設(shè)備應(yīng)用頻次與現(xiàn)場(chǎng)干擾因素，規(guī)避箱梁模板、混凝土與鋼筋二次進(jìn)場(chǎng)、吊裝矛盾，配合菲林板與不銹鋼復(fù)合模板系統(tǒng)，為現(xiàn)澆箱梁的高質(zhì)量、高效率施作提供充足保障。