舒穩(wěn)

(湖南路橋建設集團有限責任公司,湖南長沙 410004)

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大型砼箱梁高空預制技術分析

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(湖南路橋建設集團有限責任公司,湖南長沙 410004)

摘要:湖南東常(東岳廟—常德)高速公路某大橋梁體是雙箱結構的大型砼箱梁,采用箱梁高空預制技術進行施工。文中分析了該技術的工藝原理,介紹了施工操作要點及質量控制措施。實踐證明,采用大型砼箱梁高空預制技術能解決施工場地受限的問題,消除梁段預制過程中可能導致梁體開裂的各種關鍵因素,且無需大型吊梁、運梁機械,操作簡單、造價省、工期短。

關鍵詞:橋梁;砼箱梁;高空預制技術

目前,國內(nèi)對大體積砼箱梁一般采用支架分段現(xiàn)澆或整跨現(xiàn)澆法施工,由于梁體體積較大,收縮約束作用大,容易導致梁體開裂,并且整體現(xiàn)澆施工受現(xiàn)澆支架沉降、變形的影響大。若采取整體預制吊裝法施工,則需要較大的作業(yè)空間和大型運梁、吊梁設備,造價高、施工復雜、工期難以保障。湖南東常(東岳廟—常德)高速公路某大橋采用分離式雙箱結構的預應力砼箱梁,采用在高樁預制平臺預制的施工方案。

1 工程概況及工藝原理

該橋砼箱梁標準節(jié)段重約810 t,其余節(jié)段最大重量1 092 t(見圖1)。高樁預制平臺設置在32#墩墩頂,有24個節(jié)段箱梁在此完成(N1～N9、N18～N22、N29～N38)。

圖1 東常高速公路某大橋箱梁的一般構造(單位:cm)

高空預制平臺技術的工藝原理:梁體澆筑時,待澆梁段的后端設固定端模,另一端則為已澆好的前一梁段后端面,以該兩段的相對位置控制其線形變化和匹配接縫來確保拼接精度。當后一梁段養(yǎng)生待強后,前一節(jié)段利用與預制平臺等高的移梁支架將預制好的節(jié)段用千斤頂牽引、滑移運走,并把新澆梁段轉移到匹配梁段位置。如此周而復始,完成整橋的梁段預制。

2 施工操作要點

圖2 高樁預制平臺技術的施工流程

2.1 高樁預制平臺建設

高樁預制平臺支架結構采用鋼管立柱支撐,立柱鋼管采用多點密布設置,并利用聯(lián)系鋼管將立柱鋼管連成一個整件。應確?；A承載力達到標準要求,以防沉降或不均勻沉降影響梁體的質量。預制箱梁底板正下方的立柱鋼管頂處橫橋向設置2道分配鋼梁,作為承重鋼梁的支撐。順橋向設置若干個大剛度承重鋼梁,以有效控制其撓度變形,其中分配鋼梁上的2根承重鋼梁與移梁支架鋼梁共用,在承重鋼梁上鋪設工字鋼及鋼板,形成安全可靠的工作平臺,上面設置箱梁滑移軌道、模板升降裝置及鋼筋預制區(qū)。工作平臺平面尺寸根據(jù)預制梁體的尺寸確定,并在岸側端設置1臺塔吊,作為鋼筋、模板等的吊裝設備。箱梁預制施工在高樁預制平臺上完成(見圖3)。

圖3 高樁預制平臺示意圖

2.2 模板工程

箱梁模板應由專業(yè)加工廠定制,模板的強度、剛度和穩(wěn)定性完全達到標準要求,且必須是安全可靠的定型鋼模。

(1)模板組成。模板系統(tǒng)由外模、內(nèi)模和底模組成。1)外模。側模采用整體鋼模結構,通過調(diào)節(jié)撐桿調(diào)整外模位置及角度;端模采用根據(jù)結構尺寸加工的鋼模板。2)內(nèi)模。內(nèi)模采用組合鋼模散拼,平面部分采用標準尺寸,異形部分根據(jù)結構尺寸單獨加工。3)底模。底模采用大塊鋼模板,底模總長度為8.0 m,總寬度為6.0 m,橫橋向分3塊。

(2)模板安裝和固定。安裝前先檢查模板的外觀質量,對開裂破損的地方進行整修。模板使用前必須清理、除銹、擦拭干凈并刷脫模劑。模板拼縫處加工成企口縫,便于拼裝咬合,在砼結構面較復雜處的模板還需選擇一處或兩處鑲嵌木條作拆卸縫,便于模板拆卸。安裝時,模板下部設置擋塊,上部用?20 mm對拉桿固定。模板接縫應平齊無錯臺、嚴密不漏漿。1)底模的安裝。先用塔吊將模板初步就位,然后根據(jù)測量數(shù)據(jù),利用千斤頂進行調(diào)整。模板調(diào)整好后,按80 cm×80 cm的間距在槽鋼盒上放置鐵鍥塊進行支撐。2)側模的安裝。頂升側模時,先將上倒角與匹配梁及固定端模相應位置對好,貼緊,穿好鉸接銷并上好限位板,然后頂升側模平穩(wěn)上升,并由專人在側模上方觀察側模與固定端模和匹配梁的接觸情況,防止施工中造成匹配梁偏位。側模調(diào)整完、經(jīng)檢測無誤后,將外側模調(diào)節(jié)撐桿固定,擰緊防滑螺帽。3)內(nèi)模的安裝。按照小倉人洞模、小倉模、中倉模、中倉人洞模、中倉腹板模、中倉頂板模的順序將內(nèi)模拼裝成型后,用螺栓將相鄰模板連接固定。因為箱梁體型大,結構面異常復雜,拼裝和拆卸模板耗時較長,小倉內(nèi)模制作2套,一套在使用時,另一套就開始拼裝,輪換使用,從而大大縮短箱梁制作周期。內(nèi)模的定位必須精準。內(nèi)模采用腳手架鋼管支撐,通過螺旋頂托將模板調(diào)整到設計尺寸固定。小倉模底部通過對拉螺栓與底模相連后才能更好地保證其不錯位、不上浮,無需在其頂部進行壓模固定。4)端模的安裝。端模安裝前,需通過測量在底模(或頂模)上用油漆畫出端模邊線樣,然后用塔吊將端模吊到設計位置進行安裝。對于體積較大的端模,還必須在外側加焊剛性支撐固定,以防傾覆。

(3)模板拆卸。先松動抽出對拉螺絲,然后用人工配合塔吊拆卸模板。拆模后及時清理、修整模板,并將模板、鋼管架、扣件、頂托、對拉桿等分類堆放整齊。拆模先從鑲嵌有木條的拆卸縫處開始,分兩次完成:1)模板在砼待強達到規(guī)范要求后方可拆除。常溫下一般砼澆筑完成24 h后開始拆除箱梁外側模、端模和內(nèi)模的豎向模板(如隔模板、腹板模等)及預應力深埋錨盒,應避免在烈日、冰凍、大風等環(huán)境下拆模。2)箱梁左右幅支座之間的間距為21.2 m,箱梁自重、標準節(jié)段梁重約810 t,最大梁重約為1 259 t,在箱梁第一次張拉完成后才能開始頂板模和底板模的拆卸施工,防止梁件開裂。因鋼模較重,塔吊無法吊到箱室內(nèi)的模板,人工移動模板較為困難,為此,利用支撐內(nèi)模的腳手架做成滑道,頂板模拆除后直接落在滑道上,能安全、省力、快速地將模板移出。大部分澆筑的箱梁基本在相差不大的位置,在拆卸底模時,盡量保證底模和底模支撐系統(tǒng)的當前位置,僅豎直降模,讓箱梁落實在移梁支座上,這樣能方便下一片梁的底模安裝(只需升上底模,稍作調(diào)整即可)。

2.3 鋼筋的加工安裝和預應力系統(tǒng)

所有鋼筋根據(jù)型號或編號在50 cm高的水泥架墊上分類堆放整齊,并做好防潮、防污染、防混雜措施。根據(jù)箱梁設計圖制定下料單,進行鋼筋下料成型,按照施工圖紙進行綁扎。

(1)鋼筋加工。鋼筋加工前,必須就原材料尺寸對比圖紙中的鋼筋尺寸進行仔細計算,在保證符合設計要求的前提下,按照盡量減少鋼筋接頭的原則統(tǒng)籌安排定制鋼筋下料單,以節(jié)約成本、提高施工效率。按照箱梁鋼筋的安裝順序對不同部位的鋼筋進行加工,保證鋼筋能及時加工,及時轉運安裝。

(2)鋼筋安裝。鋼筋安裝分為平臺預制和現(xiàn)場綁扎兩部分。平臺預制是指在箱梁砼養(yǎng)生待強到箱梁底模安裝時,通過平臺上的鋼筋制作模架(角鋼制作成“目”或“田”字形,上刻有尺寸,簡單實用),分別制作箱梁的腹板鋼筋、底板下層鋼筋、隔墻鋼筋和人洞鋼筋等。底模完成后,用塔吊將預制好的鋼筋吊到設計位置(吊裝預制鋼筋的同時在其下方綁好保護層墊塊),再通過現(xiàn)場綁扎完成所有鋼筋安裝。鋼筋綁扎前由測量人員復測模板的平面位置及高程,鋼筋綁扎和焊接嚴格按施工、設計規(guī)范要求進行,當通氣孔、預應力系統(tǒng)與鋼筋發(fā)生沖突干擾時,可適當調(diào)整鋼筋位置。

(3)預應力系統(tǒng)。該橋箱梁采用三向預應力體系,包括縱向預應力鋼束和預應力鋼筋、橫向預應力鋼絞線、豎向預應力鋼筋。1)縱橫向預應力系統(tǒng)的加工及安裝。布設波紋管前按設計規(guī)定的管道坐標進行放樣,設置定位鋼筋,定位鋼筋的間距不得大于0.5 m(曲線管道宜適當加密)。波紋管用U形定位鋼筋固定使其在砼澆筑期間不產(chǎn)生位移。對用波紋管成孔的預應力鋼筋孔道,向波紋管孔道中穿入鋼管以增強剛度,防止?jié)沧r偏移變形。在澆筑砼時,定時轉動鋼管,以保證孔道的暢通,鋼管在砼澆筑完成后抽出。在澆筑下一節(jié)段箱梁時,鋼管應伸進上一節(jié)段孔道不少于20 cm,以保證孔道的順接?？v向預應力鋼筋的波紋管,在匹配梁處應注意安放縱向預應力鋼筋連接器的預埋管。預埋管直徑10 cm,長80 cm,居中套著波紋管,兩端封堵后,緊貼匹配梁,通過頂板鋼筋用U形鋼筋將其固定。安裝縱橫向預應力鋼絞線時,對扁型波紋管采用人工穿束,對于根數(shù)較多的預應力鋼絞線采取整束卷揚機牽引的方法。2)豎向預應力系統(tǒng)的加工及安裝。腹板處分布有2層豎向預應力,豎向預應力系統(tǒng)等在平臺上安裝成型(見圖4)。鋼管、螺旋鋼筋與上、下錨墊板焊接牢固,波紋管兩端用海綿和膠帶封堵密實,用上、下螺帽擰緊。在預制腹板鋼筋時將豎向預應力系統(tǒng)用U形定位鋼筋固定在腹板鋼筋上,緊貼著上、下錨墊板下部各設一道Ⅱ形架力筋,以保證在澆筑砼時豎向預應力系統(tǒng)不下墜和松散變形。所有豎向預應力鋼筋的進漿、出漿孔均設在頂板,縱向同層相鄰2個豎向預應力管道要形成壓漿回路。

圖4 豎向預應力系統(tǒng)示意圖

(4)鋼筋安裝及預應力系統(tǒng)施工注意事項。1)嚴格按要求制作預制鋼筋,采用梅花形點焊形成骨架,在吊裝時穿入鋼管,吊點設置在鋼管上,保證在吊裝時預制鋼筋不會松散、變形;2)鋼筋綁扎時應注意普通鋼筋與波紋管、預埋件的位置關系及安裝順序;3)分部鋼筋安裝完成后,應對模板進行清理,以保證砼外觀質量;4)盡量不要在波紋管附近進行電焊和氧割,無法避免時應采取防護措施;5)在模板上焊割接鋼筋時,須對模板進行隔離保護;6)砼結構內(nèi)鋼筋排列較密時,應適當調(diào)整普通鋼筋位置,留出振動泵活動空間,便于振搗;7)整片箱梁的鋼筋、模板安裝好后,還應注意臨時施工安全護欄、拆?？?、張拉吊頂孔的預留;8)預應力穿束完成后,要將預應力管道口和錨盒內(nèi)進行封堵,并將裸露在外的鋼絞線進行包裹,防止水泥漿漏入堵塞錨頭和波紋管,影響預應力束的張拉;9)縱向波紋管內(nèi)的鋼管拆除時間應根據(jù)實際情況調(diào)整,避免塌孔或抽拔鋼管困難。

2.4 預制箱梁砼澆筑要點

(1)澆筑時,下料應均勻、連續(xù),不要集中猛投以免產(chǎn)生砼的阻塞,在鋼筋密集處啟動插入式振搗器輔助下料。

(2)澆筑過程中派專人檢查模板、鋼筋、預應力系統(tǒng)及各種預埋件的位置和穩(wěn)固情況,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

(3)澆筑過程中隨時檢查砼的坍落度和干硬性,嚴格控制水灰比,不得隨意增加用水量,前后臺密切配合,以保證砼的質量。

(4)砼澆筑完成后應排除頂面浮漿,并及時將現(xiàn)場沖洗干凈。

(5)控制砼的內(nèi)部與表面溫差,溫差值不能大于25℃。砼澆筑完成后,開啟水循環(huán)散熱系統(tǒng),設專人定時測溫換水。當砼體內(nèi)外溫差接近20℃時,對循環(huán)水進行部分更換,每次換水只調(diào)整5℃左右,防止循環(huán)水驟然降溫。當循環(huán)水溫度與外界環(huán)境溫度基本持平時關閉循環(huán)散熱系統(tǒng)。

(6)砼澆筑完成后,及時在頂板表面覆蓋塑料薄膜和土工布,并由專人灑水養(yǎng)生,以能保持濕潤狀態(tài)為宜。

2.5 預應力張拉及移梁、調(diào)梁

箱梁內(nèi)設置了橫、縱、豎三向預應力,箱梁預應力張拉分4次進行:

(1)在箱梁砼強度達到90%設計強度后,張拉頂板和底板橫向預應力束及腹板豎向預應力束和部分橫隔板束,張拉力為設計張拉力的50%。因為超寬幅箱梁徐變大,一次性張拉至100%后做匹配梁會影響成橋線形,誤差的累積甚至會對梁體結構造成影響。張拉后拆除箱梁頂模及底模,將新澆箱梁通過移梁千斤頂牽引滑移到匹配梁段位置。為確保后期拼裝的成橋線形,測量人員需對匹配梁頂?shù)目刂泣c進行觀測,根據(jù)測量結果和監(jiān)控指令決定是否在移梁支點加強鋼板下方安放4個三向千斤頂對箱梁的三維位置進行調(diào)整。

(2)在新澆箱梁達到拆模強度時,將匹配梁中已張拉到50%的預應力束張拉到設計應力,然后將箱梁移到存梁位置。

(3)梁段在支架上存放一段時間,最大限度減小成橋后砼收縮、徐變變形,然后將箱梁移至拼裝位置進行拼裝。

(4)完成縱向拼裝后張拉剩余的橫隔板束。

2.6 施工材料與設備

主要施工材料見表1,施工設備見表2。

3 質量控制措施

(1)所有原材料和機具設備的施工、檢驗與驗收均按現(xiàn)行規(guī)范及有關規(guī)定進行。

(2)對于預制鋼筋片、大體積拼裝成型的模板,在吊裝前用鋼管加以支撐、固定,防止其在吊裝過程中松散、變形。

(3)為防止匹配梁位置出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象,安裝模板時用油壓千斤頂頂推模板使其緊貼匹配梁梁體。

(4)砼澆筑完成養(yǎng)護期間設專人值班測定砼內(nèi)部與表面溫度,溫差一旦接近25℃,及時向上級匯報同時采取相應措施。

(5)箱梁頂板模和底模在第一次張拉完成后才能拆除,防止箱梁梁體砼因自重沉降造成裂縫。

表1 主要施工材料

表2 主要施工設備

4 結語

東常高速公路某大橋砼箱梁采用在高樁預制平臺預制的方案,24個節(jié)段砼箱梁,平均施工周期為12 d,最短僅9 d。該工程通過科學的施工工藝、嚴格的質量控制措施,取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。經(jīng)生產(chǎn)實踐論證,大型砼箱梁采用在高樁預制平臺預制的方案具有如下優(yōu)勢:1)采用空中預制場進行梁段預制,解決了場地受限的問題,且不需要大型運梁和吊梁設備;2)制梁與移梁、拼梁互不干擾,形成工廠式流水線作業(yè),與傳統(tǒng)技術相比,其工作效率更高,有利于縮短施工時間,優(yōu)化箱梁施工周期;3)與傳統(tǒng)技術相比,消除了相鄰梁段因齡期不同而產(chǎn)生的收縮差,從而消除了裂縫,可有效解決大型砼箱梁施工易產(chǎn)生砼收縮裂紋的問題;4)箱梁的所有施工作業(yè)內(nèi)容有效組合、統(tǒng)籌按排,避免了施工周期性的閑、忙時段的出現(xiàn),使箱梁施工始終保持緊湊、有序、高效的頻率,在預制平臺和緊靠平臺周邊塔吊工作半徑范圍內(nèi)完成箱梁所有施工。

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收稿日期:2016-01-13

中圖分類號:U445.4

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0179-05