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        后張預應力連續(xù)箱梁整體一次澆筑施工工藝

        2014-10-20 06:40:04王紅彥
        水科學與工程技術 2014年4期
        關鍵詞:內模壓漿張拉

        王紅彥

        (河北省邢臺市水務局,河北 邢臺 054000)

        1 工程概況

        南水北調中線干線一期工程總干渠邢臺段邢臺市區(qū)外跨渠橋梁工程中宅陽北橋,總干渠樁號K134+733.643,與總干渠水流方向夾角103.66°,跨徑為16m+26m+16m,橋梁為全長64m的雙幅雙柱式現(xiàn)澆箱梁橋。下部結構為樁柱式墩臺,鉆孔灌注樁基礎;上部結構為后張預應力連續(xù)箱梁,三孔一聯(lián),單箱三室結構形式,頂面寬13m,底寬9.5m,高1.4m,單幅橋面凈寬12m,防撞護欄寬0.5m,中央分隔帶寬2m?,F(xiàn)澆箱梁是該工程的特殊工序,是施工網絡圖的關鍵線路,采用快捷的施工方法是保證工期的重要措施。

        2 方案確定

        2.1 連續(xù)箱梁施工方案

        箱梁澆筑有兩種方案:①傳統(tǒng)的分次澆筑,即在頂板與腹板頂部設施工縫,分二次澆筑,先澆筑底板、腹板,后澆筑頂板;②精加工內模,一次性澆筑完畢。方案比較如表1。

        表1 方案比較

        2.2 支架方案

        該橋為三跨一聯(lián)連續(xù)箱梁,橫跨南水北調總干渠,為328省道原址上跨橋,橋址地勢平坦,梁底距地面2.85m,地基承載力良好穩(wěn)定,無通車要求,箱梁施工時,渠道渠堤已施工完成,支架方案設計不得破壞渠堤。

        方案1:滿堂碗扣式支架。優(yōu)點:功能多、通用性強,安裝、拆卸方便;缺點:需進行專門的支架設計,材料用量大,占用時間長,施工成本高,需破壞一定范圍的渠坡。

        方案2:土牛胎模。優(yōu)點:材料就地取材,施工方便,工期短,穩(wěn)定性高,成本低,能有效地保護干渠渠堤;缺點:材料不能周轉,橋長及橋下凈空均有限制,否則涉及土方量過大,造成施工成本的增加,土牛挖除困難。

        通過比較,為保證連續(xù)箱梁施工質量達到內實外美,縮短施工工期,連續(xù)箱梁確定采用第2種施工方案。該橋總長64m,橋下凈空2.85m,兩橋頭為干渠渠堤,經計算土牛填筑方量為4590m3,方量不大,故支架采用土牛胎模。

        3 預應力連續(xù)箱梁施工

        3.1 土牛胎模填筑

        橋下為原328省道路面,基礎良好,橋墩處系梁坑人工分層夯實,每層厚度不大于20cm,夯實度大于90%,與原路面填平;路面上填筑土牛,土牛填筑采用18t振動壓路機分層壓實,分層厚度30cm,壓實度達到95%,邊坡為1∶1.5,土牛頂寬超過箱梁翼板5m,高程低于箱梁底20cm,以備箱梁底模混凝土澆筑。

        3.2 承載力檢測土牛預壓

        3.2.1 承載力檢測

        檢測方法采用在現(xiàn)場設置承壓板,按設計分級施加豎直荷載,測定承壓板壓力與地基變形,將成果繪成壓力-沉降關系曲線(P-S關系線)。P-S關系線如果接近于直線,則此階段地基中各點的剪應力,小于地基土的抗剪強度,地基處于穩(wěn)定狀態(tài);P-S關系線如果是下彎的曲線,說明在地基的局部區(qū)域內,發(fā)生了剪切破壞,隨著荷載的增加,地基中塑性變形區(qū)的范圍逐漸向整體剪切破壞擴展;當荷載增加到某一極限值時,地基變形突然增大,說明進入塑性變形區(qū),發(fā)展、形成與地面貫通的連續(xù)滑動面。地基土向承壓板的一側或兩側擠出,地面隆起,地基整體失穩(wěn),承壓板也隨之突然下陷。因此必須按計算所需承載力進行加載,各測點必需在P-S關系線的直線段方能滿足施工要求,否則需另行處理。

        單位面積所需承載力為:

        模板荷載P1=0.5kN/m2,混凝土鋼筋荷載(荷載最大的腹板處)P2=36.4kN/m2,施工荷載 P3=3.0kN/m2,混凝土沖擊荷載P4=2.0kN/m2,振搗荷載P5=2.0kN/m2,冬季施工保暖荷載P6=1.0kN/m2(以上荷載及組合依據《路橋施工計算手冊》取值)。

        3.2.2 土牛預壓

        3.2.2.1 預壓目的

        確保施工安全,消除地基非彈性變形,有利于橋面線形控制。計算出預拱度設置值,箱梁底?;炷潦┕r調整。

        3.2.2.2 沉降觀測

        預壓重量為箱梁自重加模板重及施工荷載。為了解沉降情況,預先布設測量控制點,位置設在2個支點、2個1/4跨、跨中,每個斷面3個點。在預壓之前測出各測量控制點標高。在加載50%和100%后均要復測各控制點標高,加載100%預壓荷載后每24h復測1次各控制點標高,如果所測數(shù)據不再變化時,表明地基及支架已基本沉降到位,否則還須持荷進行預壓,直到地基及支架沉降到位方可卸壓(根據經驗一般要 3~5d)。

        3.2.3 鋼筋加工安裝

        鋼筋的加工與安裝按照有關規(guī)定和設計進行操作,腹板內有大量的預埋波紋管,為了不使波紋管損壞,一切焊接在波紋管埋置前進行,管道安裝后盡量不焊接,當普通鋼筋與波紋管位置發(fā)生矛盾時,適當移動鋼筋位置,準確安裝定位鋼筋網,確保管道位置準確。

        3.2.4 模板工程

        3.2.4.1 箱梁底模

        箱梁底模采用混凝土胎模,胎模厚20cm,施工前對箱梁位置、尺寸精確放樣,按照設計預拱度加預壓時測定的土牛的彈性變量支模板澆筑混凝土,胎模表面要精施工,保證其平整度;為保證箱梁底面光潔漂亮,便于脫模,胎模上鋪設高分子聚酯寶麗板;胎模內每隔70cm橫橋向通長埋設準20PVC管,以備側模板支護時穿對拉螺栓。

        3.2.4.2 側模板和翼緣模板

        側模及翼板采用廠制定型鋼模板一次支立成型,側模底緣用梁底模內預埋的PVC管穿準16對拉螺栓加固,翼板用鋼管腳手架加固,刷模板漆以保證混凝土表面光潔、便于脫模。

        3.2.4.3 內模設計安裝

        箱梁設計單箱三室,三孔一聯(lián),每孔橫向3個箱室,在每孔的橋墩處設隱形橫梁將梁身縱向又分為3個獨立箱室,兩邊孔箱身長13.44m,中孔箱身長24m,箱室標準斷面為2.7m×1.0m,整個橋梁單幅共9個箱室。

        箱梁整體一次澆筑成型,因此箱體采用開放式內模,即底板不設內模,便于底板混凝土澆筑,箱梁內模采用δ=15mm的多層板,橫向骨架采用80mm×50mm及100mm×80mm的方木制作(如圖1),骨架縱距40cm,內模在專用場地內分節(jié)加工成型,運到施工現(xiàn)場,用吊車吊裝就位,單箱三室內模之間采用準12mm拉桿及混凝土預制塊進行支撐,混凝土預制塊強度要與箱梁混凝土設計強度相同。內模與底模之間設置板凳鋼筋并與底板鋼筋焊接牢固,板凳鋼筋高度為鋼筋保護層厚度,呈梅花型布置,間距為1.0m,為防止內模上浮,將底板鋼筋與內模連接。內模底板留設寬60cm通長槽口,以方便施工底板混凝土不足進行添補和人工進行底板混凝土振搗,施工完成的底板部位,采用寬60cm的建筑鋼模將槽口進行封堵,防止施工腹板、頂板時混凝土上翻。內模頂板每孔預留2個50cm×80cm的天窗洞口,以方便操作人員進入箱內振搗混凝土和拆除內模。留設位置一般在每單元箱室靠近端頭1/3處,同時要通過設計單位、監(jiān)理工程師認可。

        箱梁內模安裝過程中確保骨架牢固,各節(jié)點用木螺釘連接,嚴格控制箱梁內模位置及上下口標高,軸線偏位≤10mm,標高誤差≤±10mm。

        圖1 內模模板及支撐

        3.2.5 箱梁混凝土澆筑

        箱梁混凝土整體一次性澆筑完成,總體控制原則為水平分層、斜向推進、連續(xù)澆筑,一次成型,

        底板及腹板混凝土澆筑時由低處向較高處分層、分段澆筑,考慮到混凝土用量很大,為避免混凝土澆筑時間過長形成分層,澆筑過程中先澆筑箱梁底板混凝土10m,再返回澆筑腹板和橫隔梁,長度為10m,頂板澆筑同步進行。如此循環(huán),混凝土澆筑過程中確保新舊混凝土間隔時間不得超過2h,混凝土澆筑能力不得低于50m3/h。

        由于腹板預應力管道很多,混凝土在此處不易密實,該處混凝土澆筑備加小心,加強觀察,可用小錘輕敲腹板倒角模板,通過聲音判斷混凝土是否密實。箱梁波紋管容易被搗破,因此在波紋管附近搗固時要求搗固棒與波紋管之間保持10cm的安全距離。箱梁鋼筋不密集的部位采用準50插入式搗固棒,鋼筋密集的部位采2臺準30搗固棒同時搗固。振搗操作人員要選用有施工經驗的人員,振搗過程中要思想集中,認真仔細,遵循“快插慢抽”的原則,隨時注意觀察,當混凝土表面停止下沉,表面泛漿均勻,不再冒氣泡時即可停止振搗,避免有過振、漏振的現(xiàn)象發(fā)生,保證混凝土的外觀質量能達到優(yōu)良等級。

        箱梁混凝土施工時,要派有施工經驗的人員對模板進行觀察值班,發(fā)現(xiàn)有異?,F(xiàn)象,要立即停止箱梁的施工,施工現(xiàn)場負責人要立即組織施工人員,排除異常現(xiàn)象,確保施工安全和工程質量。

        混凝土試件應做5組,其中兩組留在箱梁上,同等條件下養(yǎng)護,為預應力筋張拉前確定混凝土強度提供依據。

        3.2.6 預應力筋張拉

        箱梁混凝土強度達到設計張拉要求時進行預應力筋的張拉,張拉采用YCW-500型千斤頂,使用前到有資質的單位進行配套標定,計算其線形回歸方程確定油表的讀數(shù),錨具、夾片進場后按照規(guī)范要求進行試驗,合格后方可使用。

        連續(xù)箱梁預應力彎起較多,張拉前進行摩阻力測試,其步驟為:兩端同時張拉到預應力,測量千斤頂伸長值;一端張拉到1.03σk并持載2min,測量千斤頂伸長值,同時觀測另一端油表值,求出拉力值,兩端同時回放油表放松張拉力,計算兩端拉力值。重復以上步驟,求出拉力值的平均值,再用被動端作為張拉端,重復試驗,得出張拉端及被動端的平均值,可計算出孔道平均摩阻力的損失P。利用式(2)、式(3)確定 K、μ 參數(shù)

        式中 μ為摩阻系數(shù),即預應力筋與孔道壁的摩擦系數(shù);K為摩阻因數(shù),即孔道每米局部偏差對摩擦的影響因素;P主為張拉端的控制力(kN);P被為被動端的側力(kN);θ為累計轉角(rad);L 為束長(m)。

        測試完畢后確定K、μ參數(shù),然后進入正常張拉。張拉程序如下:

        0→初應力 0.1σk→1.03σk(持荷 2min 后錨固)

        為確保張拉按設計要求施工,張拉控制采取雙控,一方面對張拉力控制,另一方面對伸長值進行控制,在張拉力達到設計值時,伸長值與理論伸長值對比,當超出規(guī)范要求時(規(guī)范要求為±6%),報設計、監(jiān)理查明原因。

        兩端張拉的曲線預應力筋平均張拉力計算公式:

        預應力筋的理論伸長值:

        式中 PP為預應力筋平均張拉力(N),當預應力筋為直線時PP=P;P為預應力筋張拉端的張拉力(N);x為從張拉端至計算截面的孔道長度(m);θ為從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和(rad);AP為預應力筋的截面面積(mm2);EP為預應力筋的彈性模量(N/mm2)。

        預應力筋張拉時,應先調整到初應力σ0,該初應力為張拉控制應力σcom的10%~15%,伸長值應從初應力時開始量測。預應力筋的實際伸長值除量測的伸長值外,必須加上初應力以下的推算伸長值。對后張法構件,在張拉過程中產生的彈性壓縮值一般可忽略。

        鋼絞線張拉時千斤頂端頭嚴禁人員來往,油泵加、回油應平穩(wěn)均勻,注意壓力表讀數(shù)變化。每次使用工具夾片時,都要認真檢查夾片的齒牙是否完好,齒牙內應清潔無雜物。

        施加預應力所用的機具設備及儀表由專人使用和管理,并定期維護和校驗。當千斤頂使用超過6個月或200次、在使用過程中出現(xiàn)不正常現(xiàn)象、檢修以后均應重新校驗。千斤頂與壓力表應配套校驗,以確定張拉力與壓力之間的關系曲線,使用時不得隨意調換。

        預應力筋的錨固應在張拉控制應力處于穩(wěn)定狀態(tài)下進行。預應力張拉及放松時,均應填寫施工記錄。

        3.2.7 壓漿與封錨

        壓漿應在張拉24h內進行,并且每一個工作班應留取不少于3組的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體試件,標準養(yǎng)護28d,檢查其抗壓強度,作為評定水泥漿質量的依據。水泥漿的泌水率最大不得超過3%,拌和后3h泌水率宜控制在2%,泌水應在24h內重新全部被漿吸收。水泥漿中可摻入適量膨脹劑,但其自由膨脹率應小于10%,稠度控制在14~18s之間。

        壓漿從標高較低的一端向標高較高的一端壓漿,由最高點的排氣孔排氣和泌水。壓漿應緩慢、均勻地進行,不得中斷,并應將所有最高點排氣孔依次一一放開和關閉,使孔道內排氣暢通。較集中和鄰近的孔道,盡量先連續(xù)壓漿完成,不能連續(xù)壓漿時,后壓漿的孔道應在壓漿前用壓力水沖洗通暢。壓漿應使用活塞式壓漿泵,不得使用壓縮空氣。壓漿端壓力達到0.7MPa,出口端飽和出漿濃度與注入水泥漿一致時,維持10s以上后關閉出漿口,并保持不小于0.5MPa大于2min的穩(wěn)壓期,即可停止壓漿。填寫孔道壓漿施工記錄。

        封端前先將梁端鑿毛并沖洗干凈后立模,按圖紙要求的強度澆筑混凝土。必須嚴格控制封錨后的梁體長度。

        4 結語

        通過南水北調中線干線中宅陽北橋采用連續(xù)箱梁整體一次澆筑成型的實踐,經過與其他標段采用分層法澆筑施工的同類型箱梁比較,整體一次澆筑有如下優(yōu)點:①消除了傳統(tǒng)施工工藝的施工縫,提高了梁體的美觀性;②增強了梁體的整體剛度,延長了梁體的耐久性和使用壽命;③施工周期短。

        實踐證明,只要內模設計合理,控制好混凝土澆筑質量、解決澆筑時內模上浮施工技術、把好混凝土澆筑施工這一關,采用整體一次澆筑成型箱梁施工方法是切實可行的。

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