王金明

(中鐵十八局集團公司石武客運專線河南段項目部,河南駐馬店 463200)

1 概述

預應力混凝土連續(xù)梁以其結構整體性好、跨度大,減少橋面伸縮縫使行車變得舒適等特點,在橋梁工程中得到廣泛應用。預應力混凝土連續(xù)梁的施工方法一般有支架現(xiàn)澆、懸臂澆筑、懸臂拼裝等施工方法。懸臂澆筑法在大跨度連續(xù)梁,以及跨越大江大河、深谷等橋梁中具有很大的應用空間,但從目前鐵路客運專線橋梁來看,大部分連續(xù)梁都設計為中小跨度,因此,支架法現(xiàn)澆施工還是比較常見的。支架法現(xiàn)澆施工主要包括滿堂支架和貝雷梁鋼管柱式支架兩種。對于地勢陡峭、墩身較高的現(xiàn)澆預應力混凝土箱梁而言,采用滿堂支架施工不僅地基處理難度較大,安全性降低,而且材料、人員投入也較大,尤其在地面交通較繁忙的時候不能滿足地面通行要求。貝雷梁柱式支架是現(xiàn)澆箱梁施工中常用的一種支架形式,尤其在重荷載、高墩柱、大跨度、地面交通較繁忙的情況下,則是較為經(jīng)濟安全的一種支架形式。筆者結合石武客運專線駐馬店特大橋跨S333省道(32+48+32)m連續(xù)梁施工,重點從支架設計與預壓、球形支座及模板安裝、混凝土澆筑及預應力張拉和壓漿等方面介紹了鋼管貝雷梁柱式支架澆連續(xù)梁施工技術,對于客運專線同類型橋梁建設具有一定的指導意義。

2 工程概況

石武客運專線駐馬店特大橋跨S333省道(32+48+32)m連續(xù)梁,截面類型為單箱單室等高度,頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側加厚,橋面板寬12.0m,橋梁建筑總寬度為12.28m,梁高為3.25m,連續(xù)梁全長113.3m,計算跨度為(32+48+32)m,整個梁體混凝土體積達到1410m3,兩側設聲屏障,梁體沿箱梁中心線布置。

連續(xù)梁采用貝雷梁鋼管支架一次現(xiàn)澆法施工,梁的側模采用定型鋼模,底模采用竹膠板,內(nèi)模采用竹膠板剛性支撐,混凝土施工采用泵送混凝土。該地區(qū)主要為黃淮沖積平原,為第四系地層覆蓋,系江河、湖泊沉積形成,為粉土、粉質(zhì)黏土、黏土、粉細砂、砂礫石、卵石土層,軟土和松軟土分布廣泛,工程地質(zhì)條件較差。施工重點是支架法的地基處理、支架預壓、連續(xù)箱梁混凝土施工質(zhì)量控制及預應力張拉和壓漿。

3 地基處理及支架設計

3.1 地基處理

在橋梁樁基、承臺及墩柱施工完畢后進行地基處理工作,主要包括:

(1)清除地面上因旋挖成孔而廢棄的泥漿、泥渣等。支架四周開挖排水溝,水溝邊距支架不小于1m,嚴禁地表水沖刷、浸泡地基土;

(2)回填承臺基坑,用路基填筑的B組填料按路基填方要求處理鋼管立柱條形基礎下的地基。必須嚴格控制填土的含水量在最佳含水量附近,分層(松鋪層厚度小于30cm)振動夯實;

(3)將鋼管立柱條形基礎以下地基用碎石墊層(厚度為50cm)換填,并碾壓密實,使地基承載力不小于0.3MPa。S333省道上的鋼管立柱條形基礎直接在混凝土路面上進行澆筑。

3.2 支架設計

本連續(xù)梁采用貝雷梁鋼管支架一次現(xiàn)澆法進行施工,施工中為保證支架具有足夠的剛度和強度,施工前嚴格對支架進行了強度、剛度及穩(wěn)定性檢算。本連續(xù)梁采用鋼管柱作支撐,上設落架沙箱,其上為雙排I40a型鋼分配梁,分配梁上是18片貝雷片作承重梁,貝雷片間距在梁底腹板處適當加密,在翼緣板處間距適當調(diào)大;在貝雷片上橫橋向按間距25cm鋪設10cm×10cm方木,在其上布設厚2cm竹膠板作為底模。為了增強貝雷梁的橫向穩(wěn)定性,在貝雷片中間橫穿1根I10型鋼,沿順橋向間距約為2m,并用U形螺栓固定。貝雷梁鋼管柱支架橫斷面如圖1所示。

圖1 貝雷梁鋼管柱支架橫斷面

為保證既有公路正常通行,在主跨(8號～9號墩)間搭設車行及人行門洞,設置2個行車門洞,行車門洞總寬15.6m,凈高6.4m,行車門洞鋼管立柱中心間距為5.2m,以保證每個行車門洞有3.5m×5.5m(寬×高)行車凈空;每個過人門洞鋼管立柱中心間距為2.6 m,使行人凈空達到2.0m×5.5m。連續(xù)梁中間門洞鋼管立柱共5排,每排共設置9根鋼管立柱,鋼管立柱上下各焊接1塊600mm×600mm×20mm鋼墊板,鋼墊板和鋼管間用厚1.5mm鋼板加設4道加勁肋,以增強鋼管端部承載能力,鋼管柱高5.28m。鋼管立柱上設置落架砂箱,其上安放2根I40a型鋼作為分配梁,分配梁上順橋向按60cm間距布置I40a型鋼作為承重梁,承重梁上橫橋向按間距25cm鋪設10cm×10 cm方木,其上布設厚1.5cm竹膠板作為底模。所有承重梁工字鋼均連續(xù)鋪設,在排架上焊接接長,接頭位置應錯開。貝雷梁鋼管支架縱斷面見圖2。

圖2 貝雷梁鋼管柱支架縱斷面

3.3 支架預壓

為了消除支架及地基的非彈性變形并得到支架的彈性變形值。根據(jù)設計要求,每跨均進行預壓。為減少對箱梁底模板的損傷,在支架搭設完成并鋪設完方木、楞木,未鋪底模前即對支架進行預壓,預壓采用在支架頂面堆碼鋼筋的方式,鋼筋的重力須達到箱梁荷載的1.2倍,用吊車吊裝,荷載分布與箱梁荷載分布相同,先從跨中處開始加載,然后逐步推進到墩身。加載完成后,連續(xù)進行沉降觀測,直到沉降趨于穩(wěn)定,不再下沉為止,時間一般為5d。

梁體預壓前,支架按照設計高程調(diào)整,確保支架各桿件均勻受力。預壓后梁體基本消除預壓荷載作用下基礎塑性變形和支架各豎向桿件的間隙等非彈性變形。通過預壓,觀測計算得出支架彈性變形數(shù)值,調(diào)整梁底高程。梁底立模高程=設計梁底高程+設計預留拱度+支架彈性變形值。

4 球形支座與模板安裝

4.1 球形支座安裝

本連續(xù)梁支座安裝采用重力灌漿方式,安裝前鑿毛支座安裝部位的支承墊石表面,清除預留孔中的雜物,安裝灌漿用模板,用水將支承墊石表面浸濕。灌漿用模板可采用鋼模,底面設1層4mm厚橡膠防漏條,通過膨脹螺栓固定在支承墊石頂面,見圖3。

圖3 支座重力灌漿示意(單位:cm)

采用重力灌漿方式,灌注支座下部及錨栓孔處空隙,估算漿體體積,備料充足,一次灌滿。灌漿口不低于梁頂面,實際灌注體積數(shù)量不應與計算值產(chǎn)生過大的誤差,防止中間缺漿。灌漿過程應從支座中心部位向四周注漿,直至從模板與支座下支座板周邊間隙處觀察到灌漿材料全部灌滿為止。待強度達到20MPa之后,拆除鋼模板,檢查是否有漏漿處,必要時對漏漿處進行補漿,擰緊下支座板下套筒螺栓。

4.2 模板安裝

模板安裝順序依次為:底模、側模、內(nèi)膜及端模。

(1)底模安裝。底模采用 15mm厚的高強竹膠板,安裝前先放出底模中心線,然后直接將竹膠板釘在貝雷梁頂?shù)姆侥旧?為保證竹膠板之間接觸嚴密,在竹膠板之間用單面膠條填塞。

(2)側模安裝。側模根據(jù)設計箱梁的截面形式采用定型鋼模板,在鋼筋加工場預制,加工的模板必須有足夠的強度、剛度和平整度。模板在使用前必須進行除銹,并用堿性洗液對模板進行清洗,晾干后均勻涂抹BT-20模板漆。安裝時認真調(diào)整接縫,每節(jié)背面用連接螺栓緊固,定型鋼模板接縫處設置單面膠,避免漏漿。側模安裝好之后,在側模底部按縱向1m的間距設置φ20mm的對拉鋼筋,將側模連成整體。

(3)內(nèi)模安裝。內(nèi)模也采用15mm厚的高強竹膠板,由于箱梁內(nèi)部齒塊較多,內(nèi)模的制作必須嚴格按照設計圖進行,保證預應力孔道位置的正確。為方便箱梁底板混凝土的振搗,內(nèi)模底板不安裝竹膠板。在內(nèi)模竹膠板背部設置10cm×10cm方木骨架,間距不大于60cm。在箱梁里面設置橫向和豎向都帶頂托的鋼管支撐,將頂托直接頂?shù)街衲z板背部方木骨架上,鋼管支撐橫豎向間距不大于60cm。

5 混凝土澆筑

在混凝土澆筑前,項目部專門召開了跨S333省道連續(xù)梁澆筑方案專家論證會。從理論上說,混凝土澆筑應該從跨中部位往梁端墩柱方向澆筑,這是為了避免后期澆筑的混凝土引起的支架下沉對先期澆筑混凝土產(chǎn)生影響。通過試驗室的數(shù)據(jù)得知,C50混凝土的初凝時間在7～8h,因此只要保證在混凝土初凝時間之內(nèi)澆完一跨的混凝土,就可以不采用上述的澆筑方式,而改為從梁端往跨中的澆筑方式,這種澆筑方式便于施工人員、機械等方面的組織和安排,便于施工。

5.1 設備投入

所使用混凝土由1號、2號拌和站同時生產(chǎn),其中1號拌和站額定生產(chǎn)能力為90m3/h,實際生產(chǎn)混凝土能力不少于40m3/h,2號拌和站額定生產(chǎn)能力為120 m3/h,實際生產(chǎn)能力不少于60m3/h,拌和站生產(chǎn)能力能夠滿足施工需要。每個拌和站配備足夠的混凝土運輸車保證混凝土的運輸供應。在7號、8號墩和9、10號墩之間各配置2臺泵車,總共投入4臺泵車,每臺泵車實際澆筑能力不小于30m3/h,能夠滿足澆筑需要。

5.2 人力及小型機具

澆筑共分2個作業(yè)面,每個作業(yè)面安排振搗工30人,收面工10人,其他輔助工30人,包括模板工16人(負責在澆筑過程中檢查和加固模板)、串動鋼絞線12人(負責在澆筑過程中拉動鋼絞線,以免漏漿堵塞波紋管)、電工2人。施工過程中根據(jù)人力情況配備足夠的φ30mm和 φ50mm振搗棒,并配備充足的振搗棒備用。

5.3 混凝土澆筑

梁體混凝土澆筑采用從梁體兩端向跨中連續(xù)推進,水平分層、斜向分段、兩側對稱、連續(xù)澆筑的方式。澆筑時同一斷面先澆筑底板,然后腹板、頂板,最后澆筑箱翼緣板和橋面。澆筑過程中混凝土坍落度的控制要根據(jù)現(xiàn)場試驗來決定,底板和腹板坍落度控制在20 cm左右,頂板坍落度控制在17cm左右。

(1)分別從7號墩、10號墩開始從梁腹板兩側(每側1臺泵車)對稱均勻下料,振搗與下料交替進行。澆筑梁端腹板混凝土,腹板兩側混凝土應對稱下料,以防內(nèi)模受側壓、偏壓過大而發(fā)生偏移。下料過程中,應嚴格分層,分層厚度不超過30cm,尤其是波紋管以下的混凝土;腹板兩側采用φ50mm振搗棒振搗混凝土至密實,振搗時間一般控制在20～30s,以混凝土表面層不再下沉、泛漿且不再有大量氣泡冒出為準;因錨墊板后部鋼筋較密和腹板下部波紋管較多,則采用φ30mm振搗棒振搗,確保該處混凝土振搗密實;振搗過程中,特別注意波紋管起彎段的振搗質(zhì)量。同時,在箱內(nèi)腹板兩側倒角處采用φ50mm振搗棒振搗腹板底部及腹板內(nèi)外翻向底板的混凝土,振搗倒角處混凝土時,振搗力度要適中,不宜長時間振搗。澆筑示意見圖4。

圖4 混凝土澆筑示意(單位:m)

(2)在內(nèi)模頂部預留窗口,窗口間距約3m,底板混凝土不足部分從頂板窗口補足。

(3)待底板混凝土澆筑長度達到30m左右或澆筑底板混凝土時間達到1.5～2.0h時,梁體兩端7號墩用1號泵車、10號墩用4號泵車分別開始澆筑剩余的腹板混凝土(澆筑時間以下料振搗時底板不再泛漿為準)。同時,分別用2號泵車、3號泵車向大、小里程繼續(xù)澆筑底板混凝土。

(4)澆筑頂板混凝土時,頂板混凝土易先澆筑兩側翼緣板混凝土,再澆筑中間混凝土,混凝土坍落度控制在17cm左右,坍落度太小振搗后不易收面,過大混凝土泌水大、混凝土面有浮漿。

(5)箱梁底板和頂板表面要求收面平整。加強抹面人員責任心,現(xiàn)場技術人員跟班作業(yè)。抹面采用木抹子和鐵抹子,要求表面平整,不允許出現(xiàn)混凝土表面高低不平,不能有松散的石子和腳印。頂板表面要進行二次收漿抹面。在完成二次收漿抹面后,及時覆蓋土工布并灑水養(yǎng)生,防止混凝土表面產(chǎn)生裂紋。

經(jīng)過精心組織和合理安排,本連續(xù)梁的澆筑施工開始于2009年10月28日上午9點30分,澆筑完成時間為10月28日23時30分,澆筑時間約 14h,澆筑非常成功,創(chuàng)造了我國客運專線(32+48+32)m連續(xù)梁澆筑時間最短的紀錄。

6 預應力張拉與壓漿

當梁體混凝土強度及彈性模量達到90%,且齡期大于10d時方可進行預應力的張拉工作,混凝土強度確定以現(xiàn)場同期養(yǎng)護的試塊的抗壓強度為準。張拉前要進行管道摩阻試驗,根據(jù)試驗所得的摩阻系數(shù)計算實際張拉伸長值。張拉時側模的連接螺栓必須松開,以免張拉時阻礙梁體的滑動。預應力筋張拉采用張拉應力和伸長值進行雙控,并以油壓表的讀數(shù)為準,實際伸長值與理論伸長值的差值控制在6%以內(nèi),否則暫停張拉,查明原因并采取措施予以調(diào)整,方可繼續(xù)張拉。張拉作業(yè)順序依次為:安裝錨具和千斤頂、初張拉至控制應力的10%、測量初始伸長值、張拉到控制應力的 100%、測量伸長值、持荷5min、測量伸長值、比較實測伸長值與計算伸長值、回油自錨,退出千斤頂、檢查滑絲。張拉作業(yè)完成后,及時進行孔道壓漿和封錨施工。

7 結語

石武客運專線駐馬店特大橋跨S333省道連續(xù)梁的成功澆筑表明,貝雷梁鋼管支架現(xiàn)澆施工方法施工過程安全,對地基的要求也沒有滿堂支架現(xiàn)澆施工那么嚴格,特別是在地面交通較繁忙時能滿足通行要求。

[1] 李松報,李陸平.灄水特大橋連續(xù)梁支架現(xiàn)澆法施工技術[J].鐵道標準設計,2008(4):51-54.

[2] 李 波,尹希林.武廣鐵路客運專線白馬特大橋(32+48+32)m連續(xù)梁支架現(xiàn)澆施工技術[J].鐵道標準設計,2008(4):19-21.

[3] 陳保忠.大跨度連續(xù)箱梁支架法現(xiàn)澆施工技術[J].鐵道標準設計,2009(9):63-66.

[4] 陳安伍,趙 忠.武廣客運專線群力特大橋跨京廣鐵路連續(xù)箱梁支架施工技術[J].鐵道標準設計,2008(11):42-44.

[5] 楊 超.四十里峪大橋無落地支架現(xiàn)澆箱梁施工技術[J].鐵道標準設計,2009(9):60-63.

[6] 劉海鷹.支架現(xiàn)澆連續(xù)梁混凝土施工技術[J].鐵道建筑技術,2008(增刊):137-139.

[7] 衛(wèi)青元.大跨度預應力混凝土連續(xù)梁梁式支架現(xiàn)澆施工技術[J].鐵道建筑技術,2009(5):94-98.

[8] 中鐵第四勘察設計院.新建鐵路石武客運專線鄭武段(橋參)Ⅰ-1[Z].武漢:2009.

[9] TZ213—2005,客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南[S].

[10] 孫新峰.支架現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)梁施工[J].山西建筑,2007,33(12):281-282.