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        后張預(yù)應(yīng)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(xué)與工程技術(shù) 2014年4期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)模壓漿張拉

        王紅彥

        (河北省邢臺市水務(wù)局,河北 邢臺 054000)

        1 工程概況

        南水北調(diào)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(jié)構(gòu)為樁柱式墩臺,鉆孔灌注樁基礎(chǔ);上部結(jié)構(gòu)為后張預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁,三孔一聯(lián),單箱三室結(jié)構(gòu)形式,頂面寬13m,底寬9.5m,高1.4m,單幅橋面凈寬12m,防撞護(hù)欄寬0.5m,中央分隔帶寬2m。現(xiàn)澆箱梁是該工程的特殊工序,是施工網(wǎng)絡(luò)圖的關(guān)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(shè)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(nèi)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(diào)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(shè)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(qiáng),安裝、拆卸方便;缺點:需進(jìn)行專門的支架設(shè)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(hù)干渠渠堤;缺點:材料不能周轉(zhuǎn),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(zhì)量達(dá)到內(nèi)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(jīng)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(yù)應(yīng)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(chǔ)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(jī)分層壓實,分層厚度30cm,壓實度達(dá)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?;炷翝仓?。

        3.2 承載力檢測土牛預(yù)壓

        3.2.1 承載力檢測

        檢測方法采用在現(xiàn)場設(shè)置承壓板,按設(shè)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(guān)系曲線(P-S關(guān)系線)。P-S關(guān)系線如果接近于直線,則此階段地基中各點的剪應(yīng)力,小于地基土的抗剪強(qiáng)度,地基處于穩(wěn)定狀態(tài);P-S關(guān)系線如果是下彎的曲線,說明在地基的局部區(qū)域內(nèi),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(kuò)展;當(dāng)荷載增加到某一極限值時,地基變形突然增大,說明進(jìn)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(cè)或兩側(cè)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(jìn)行加載,各測點必需在P-S關(guān)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(jù)《路橋施工計算手冊》取值)。

        3.2.2 土牛預(yù)壓

        3.2.2.1 預(yù)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(yù)拱度設(shè)置值,箱梁底模混凝土施工時調(diào)整。

        3.2.2.2 沉降觀測

        預(yù)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(yù)先布設(shè)測量控制點,位置設(shè)在2個支點、2個1/4跨、跨中,每個斷面3個點。在預(yù)壓之前測出各測量控制點標(biāo)高。在加載50%和100%后均要復(fù)測各控制點標(biāo)高,加載100%預(yù)壓荷載后每24h復(fù)測1次各控制點標(biāo)高,如果所測數(shù)據(jù)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(jìn)行預(yù)壓,直到地基及支架沉降到位方可卸壓(根據(jù)經(jīng)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(guān)規(guī)定和設(shè)計進(jìn)行操作,腹板內(nèi)有大量的預(yù)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(jìn)行,管道安裝后盡量不焊接,當(dāng)普通鋼筋與波紋管位置發(fā)生矛盾時,適當(dāng)移動鋼筋位置,準(zhǔn)確安裝定位鋼筋網(wǎng),確保管道位置準(zhǔn)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(shè)計預(yù)拱度加預(yù)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(shè)高分子聚酯寶麗板;胎模內(nèi)每隔70cm橫橋向通長埋設(shè)準(zhǔn)20PVC管,以備側(cè)模板支護(hù)時穿對拉螺栓。

        3.2.4.2 側(cè)模板和翼緣模板

        側(cè)模及翼板采用廠制定型鋼模板一次支立成型,側(cè)模底緣用梁底模內(nèi)預(yù)埋的PVC管穿準(zhǔn)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(nèi)模設(shè)計安裝

        箱梁設(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)模,即底板不設(shè)內(nèi)模,便于底板混凝土澆筑,箱梁內(nèi)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(nèi)模在專用場地內(nèi)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(nèi)模之間采用準(zhǔn)12mm拉桿及混凝土預(yù)制塊進(jìn)行支撐,混凝土預(yù)制塊強(qiáng)度要與箱梁混凝土設(shè)計強(qiáng)度相同。內(nèi)模與底模之間設(shè)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(hù)層厚度,呈梅花型布置,間距為1.0m,為防止內(nèi)模上浮,將底板鋼筋與內(nèi)模連接。內(nèi)模底板留設(shè)寬60cm通長槽口,以方便施工底板混凝土不足進(jìn)行添補(bǔ)和人工進(jìn)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(jìn)行封堵,防止施工腹板、頂板時混凝土上翻。內(nèi)模頂板每孔預(yù)留2個50cm×80cm的天窗洞口,以方便操作人員進(jìn)入箱內(nèi)振搗混凝土和拆除內(nèi)模。留設(shè)位置一般在每單元箱室靠近端頭1/3處,同時要通過設(shè)計單位、監(jiān)理工程師認(rèn)可。

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

        圖1 內(nèi)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(jìn)、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(jìn)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(yù)應(yīng)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(qiáng)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(zhǔn)50插入式搗固棒,鋼筋密集的部位采2臺準(zhǔn)30搗固棒同時搗固。振搗操作人員要選用有施工經(jīng)驗的人員,振搗過程中要思想集中,認(rèn)真仔細(xì),遵循“快插慢抽”的原則,隨時注意觀察,當(dāng)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(zhì)量能達(dá)到優(yōu)良等級。

        箱梁混凝土施工時,要派有施工經(jīng)驗的人員對模板進(jìn)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(fù)責(zé)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(zhì)量。

        混凝土試件應(yīng)做5組,其中兩組留在箱梁上,同等條件下養(yǎng)護(hù),為預(yù)應(yīng)力筋張拉前確定混凝土強(qiáng)度提供依據(jù)。

        3.2.6 預(yù)應(yīng)力筋張拉

        箱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計張拉要求時進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉,張拉采用YCW-500型千斤頂,使用前到有資質(zhì)的單位進(jìn)行配套標(biāo)定,計算其線形回歸方程確定油表的讀數(shù),錨具、夾片進(jìn)場后按照規(guī)范要求進(jìn)行試驗,合格后方可使用。

        連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力彎起較多,張拉前進(jìn)行摩阻力測試,其步驟為:兩端同時張拉到預(yù)應(yīng)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(fù)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(fù)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(yù)應(yīng)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(cè)力(kN);θ為累計轉(zhuǎn)角(rad);L 為束長(m)。

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

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

        為確保張拉按設(shè)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(jìn)行控制,在張拉力達(dá)到設(shè)計值時,伸長值與理論伸長值對比,當(dāng)超出規(guī)范要求時(規(guī)范要求為±6%),報設(shè)計、監(jiān)理查明原因。

        兩端張拉的曲線預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力計算公式:

        預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值:

        式中 PP為預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力(N),當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋為直線時PP=P;P為預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋的截面面積(mm2);EP為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量(N/mm2)。

        預(yù)應(yīng)力筋張拉時,應(yīng)先調(diào)整到初應(yīng)力σ0,該初應(yīng)力為張拉控制應(yīng)力σcom的10%~15%,伸長值應(yīng)從初應(yīng)力時開始量測。預(yù)應(yīng)力筋的實際伸長值除量測的伸長值外,必須加上初應(yīng)力以下的推算伸長值。對后張法構(gòu)件,在張拉過程中產(chǎn)生的彈性壓縮值一般可忽略。

        鋼絞線張拉時千斤頂端頭嚴(yán)禁人員來往,油泵加、回油應(yīng)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(rèn)真檢查夾片的齒牙是否完好,齒牙內(nèi)應(yīng)清潔無雜物。

        施加預(yù)應(yīng)力所用的機(jī)具設(shè)備及儀表由專人使用和管理,并定期維護(hù)和校驗。當(dāng)千斤頂使用超過6個月或200次、在使用過程中出現(xiàn)不正?,F(xiàn)象、檢修以后均應(yīng)重新校驗。千斤頂與壓力表應(yīng)配套校驗,以確定張拉力與壓力之間的關(guān)系曲線,使用時不得隨意調(diào)換。

        預(yù)應(yīng)力筋的錨固應(yīng)在張拉控制應(yīng)力處于穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力張拉及放松時,均應(yīng)填寫施工記錄。

        3.2.7 壓漿與封錨

        壓漿應(yīng)在張拉24h內(nèi)進(jìn)行,并且每一個工作班應(yīng)留取不少于3組的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體試件,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d,檢查其抗壓強(qiáng)度,作為評定水泥漿質(zhì)量的依據(jù)。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(yīng)在24h內(nèi)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(yīng)小于10%,稠度控制在14~18s之間。

        壓漿從標(biāo)高較低的一端向標(biāo)高較高的一端壓漿,由最高點的排氣孔排氣和泌水。壓漿應(yīng)緩慢、均勻地進(jìn)行,不得中斷,并應(yīng)將所有最高點排氣孔依次一一放開和關(guān)閉,使孔道內(nèi)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(yīng)在壓漿前用壓力水沖洗通暢。壓漿應(yīng)使用活塞式壓漿泵,不得使用壓縮空氣。壓漿端壓力達(dá)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(guān)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(qiáng)度澆筑混凝土。必須嚴(yán)格控制封錨后的梁體長度。

        4 結(jié)語

        通過南水北調(diào)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(jīng)過與其他標(biāo)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(qiáng)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(nèi)模設(shè)計合理,控制好混凝土澆筑質(zhì)量、解決澆筑時內(nèi)模上浮施工技術(shù)、把好混凝土澆筑施工這一關(guān),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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