劉旸暉
(核工業(yè)長(zhǎng)沙中南建設(shè)集團(tuán)有限公司,長(zhǎng)沙 410007)
掛籃技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用非常普遍,其有著多方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì),例如,無(wú)須使用大型機(jī)械設(shè)備、操作靈活便捷、適應(yīng)能力較強(qiáng)、對(duì)外部環(huán)境的影響較小、建設(shè)質(zhì)量更有保障等,因此,橋梁掛籃施工技術(shù)具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
掛籃是一個(gè)承重構(gòu)架,沿著軌道靈活地滑動(dòng)。掛籃施工無(wú)須搭設(shè)支架,無(wú)須采用大型吊機(jī)設(shè)備,操作更加靈活。掛籃施工將掛籃錨固在已施工的梁段上,以方便每一節(jié)段的空中作業(yè),包括灌注混凝土、預(yù)應(yīng)力張拉、鋼筋及模板搭設(shè)等操作。其實(shí)際操作是每當(dāng)完成上一節(jié)段作業(yè)后,將掛籃前移并固定,再開(kāi)展下一節(jié)段的作業(yè),每一節(jié)段之間連續(xù)循環(huán),周而復(fù)始,直到施工完成(又可稱為懸臂澆筑施工)。相比于傳統(tǒng)的施工技術(shù),掛籃施工可以在施工過(guò)程中自由移動(dòng),不需要借助繁重的大型設(shè)備,不僅能加快施工進(jìn)度,提高施工效率,更能節(jié)約機(jī)械設(shè)備成本,降低橋梁工程整體造價(jià)[1]。
在橋梁掛籃施工中,應(yīng)遵守以下4項(xiàng)基本原則:
1)注意掛籃的穩(wěn)定性與強(qiáng)度,在符合施工要求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡可能地減輕掛籃的荷載重量。其中,以減輕主導(dǎo)梁和前橫梁的重量為主,以方便掛籃安裝,增強(qiáng)橋梁施工的安全性。
2)優(yōu)先采用平衡式。充分利用箱梁垂直方向的預(yù)應(yīng)力,為掛籃施工創(chuàng)造便利條件,提高吊籃的穩(wěn)定性。
3)在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中,需注意混凝土的強(qiáng)度等級(jí),優(yōu)先選用高強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)的混凝土。
4)在施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工作業(yè)平臺(tái)的面積,為施工人員自由移動(dòng)提供保障。
掛籃的組成結(jié)構(gòu)主要可分為以下部分。
主桁架主要包括前橫梁和主桁橫梁兩部分,通常位于橋梁預(yù)應(yīng)力豎向筋的位置,其作用是承受掛籃底部模板帶來(lái)的垂直方向的拉力,是整個(gè)掛籃結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件。
懸吊系統(tǒng)具體包括螺旋千斤頂、支撐梁、吊桿、精軋螺紋鋼等。吊桿的材質(zhì)通常采用螺紋粗鋼筋,強(qiáng)度等級(jí)高,穩(wěn)定性更強(qiáng)。吊桿的上部固定在上橫梁位置,底部連接下橫梁。梁底部的吊桿通過(guò)千斤頂、支撐梁固定在梁體底板上,在掛籃移動(dòng)時(shí)可以自由予以拆除。整個(gè)懸吊系統(tǒng)的主要作用是懸掛模板,將模板調(diào)整到適宜的高度,為施工提供保障[2]。
行走與反壓系統(tǒng)的構(gòu)件有鋼枕、滑道與上滑板、反壓裝置等,行走的動(dòng)力裝置主要有液壓以及機(jī)械。鋼枕由槽鋼與鋼板焊接制成,滑道由2根槽鋼組合并焊接在一起,滑道通過(guò)豎直方向的預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在橋面之上,動(dòng)力裝置可以產(chǎn)生促使掛籃滑行的牽引力,滿足施工需要。掛籃在移動(dòng)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的傾翻力矩,行走與反壓系統(tǒng)的設(shè)置可以很好地平衡掛籃移動(dòng)而產(chǎn)生的傾覆力矩。
模板系統(tǒng)主要包括內(nèi)模與外模,內(nèi)??稍敿?xì)分成頂模與內(nèi)側(cè)模,模架由型鋼組合焊接而成。在作業(yè)過(guò)程中,內(nèi)模借助滑梁支撐在內(nèi)吊梁上,如需脫模,可將內(nèi)吊梁松開(kāi),滑梁處于內(nèi)吊梁之上,通過(guò)滑行不斷前移。外模可詳細(xì)分成側(cè)模板與底模,底模處于梁體的底部位置,承受著梁體傳遞的重力荷載。
在掛籃施工過(guò)程中,泵送混凝土是至關(guān)重要的施工環(huán)節(jié)。在實(shí)際施工中,泵送混凝土經(jīng)常出現(xiàn)骨料分離、裂縫等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量。產(chǎn)生的裂縫大多屬于塑性收縮裂縫以及沉降裂縫?;炷凉橇显诔两档倪^(guò)程中會(huì)受到鋼筋、模板等產(chǎn)生的阻礙,特別是在澆筑時(shí)間達(dá)到0.5~3 h時(shí),混凝土正處于塑形階段,出現(xiàn)裂縫的概率較大。除此之外,在模板施工過(guò)程中,由于捆綁操作不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е履0宄霈F(xiàn)異位、沉陷,也會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生[3]。
橋梁掛籃施工最大的安全隱患是傾覆倒塌,掛籃主桁架裝置采用單根精軋螺紋鋼、單個(gè)螺帽固定,若無(wú)防護(hù)保險(xiǎn)措施可能會(huì)造成掛籃失去平衡出現(xiàn)傾覆倒塌情況。掛籃施工預(yù)壓試驗(yàn)是保證施工質(zhì)量的重要步驟,試驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)掛籃的承載能力,但是,在部分橋梁掛籃施工過(guò)程中,往往忽視了預(yù)壓試驗(yàn)這一環(huán)節(jié),再加上掛籃的主要制作構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)一定程度的非彈性變形情況,導(dǎo)致掛籃的承載能力無(wú)法滿足載重要求,進(jìn)一步增大了后續(xù)施工產(chǎn)生安全問(wèn)題的概率。因此,掛籃施工過(guò)程對(duì)施工細(xì)節(jié)管控到位,按照施工操作規(guī)范嚴(yán)格控制施工參數(shù),是確保橋梁掛籃施工安全的重要措施。
合龍段施工是橋梁掛籃施工的最后一個(gè)階段,是保證成橋質(zhì)量的重要因素。在合龍段的施工中,兩側(cè)線性的控制具有一定的技術(shù)難度,需要準(zhǔn)確安裝合龍段吊架,準(zhǔn)確壓重,合理控制全橋的受力狀態(tài)。然而,由于晝夜溫度差異的影響,特別是在一些晝夜溫差較大的地區(qū),混凝土從澆筑到張拉預(yù)應(yīng)力筋,容易受到溫差的影響,發(fā)生頂板開(kāi)裂、收縮、水化熱等現(xiàn)象,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。因此,需要嚴(yán)格把控合龍段施工,順利完成體系轉(zhuǎn)變,以保證橋梁線形的平順度與整體結(jié)構(gòu)的合理性[4]。
掛籃施工中采用的混凝土密度具有一些差異,雖然在攪拌與融合之后可以達(dá)到均勻狀態(tài),但是如果泵送過(guò)程受到不良影響,極有可能造成骨料分離。針對(duì)泵送混凝土離析問(wèn)題,主要可以采取以下措施進(jìn)行預(yù)防:
1)對(duì)泵送進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn),確保泵送運(yùn)行設(shè)備能夠正常運(yùn)行,然后進(jìn)行清水泵送,讓管道處于濕潤(rùn)狀態(tài),再用適量的水泥漿濕潤(rùn)管道,完成后將水泥漿及時(shí)排出泵送管道,避免水泥漿進(jìn)入結(jié)構(gòu)物內(nèi)部。
2)泵送過(guò)程不允許間斷,要保持連續(xù)的泵送狀態(tài)。在掛籃混凝土澆筑施工中,要按照順序規(guī)范進(jìn)行作業(yè):(1)進(jìn)行底板澆筑;(2)腹板澆筑;(3)頂板澆筑。由于混凝土骨料分離需要一定時(shí)間,當(dāng)泵送過(guò)程連續(xù)不間斷時(shí),骨料還來(lái)不及分離就已經(jīng)運(yùn)輸完成,可有效預(yù)防離析。但是,如果泵送過(guò)程受到外部影響出現(xiàn)間斷時(shí),處于靜置狀態(tài)的混凝土骨料有可能出現(xiàn)離析的情況。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,當(dāng)連續(xù)鋼構(gòu)橋泵送高度超過(guò)180 m,泵送時(shí)間大于15 min時(shí),出現(xiàn)混凝土骨料堵塞的概率較大。為了預(yù)防這一問(wèn)題,可以采用間接性開(kāi)泵的方式,每次開(kāi)泵的時(shí)間間隔控制在5~6 min。當(dāng)停泵時(shí)間超過(guò)1 h時(shí),施工人員要將泵送管道中的混凝土清除干凈,可以采用清水沖洗,避免管道內(nèi)存在殘?jiān)鼜亩霈F(xiàn)堵塞情況。
3)合理對(duì)混凝土進(jìn)行降溫與保溫,降溫可采取通水排熱、埋設(shè)散熱孔的方式。在混凝土澆筑成型后,可采用濕麻袋、覆蓋膜鋪在混凝土表面,以預(yù)防混凝土出現(xiàn)水化熱。
4)為預(yù)防裂縫問(wèn)題,要減小混凝土的出機(jī)坍落度,降低砂率,控制骨料的含泥量。嚴(yán)格控制混凝土的攪拌速度,當(dāng)攪拌物體積為30~50 L時(shí),攪拌時(shí)間應(yīng)控制在5~8 min,當(dāng)攪拌物體積小于30 L時(shí),攪拌時(shí)間約為4 min。當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)氣孔或氣泡時(shí),需進(jìn)行二次振搗,以保證混凝土的密實(shí)度。
1)為預(yù)防掛籃施工出現(xiàn)傾覆倒塌問(wèn)題,首先要注重錨固的安全性。錨固采用豎向精軋螺紋粗鋼筋,抗拉力達(dá)到500 kN,并加設(shè)保險(xiǎn)鋼絲繩,施工過(guò)程中用防電焊材料將鋼筋包裹起來(lái),避免電焊操作過(guò)程中濺射火花而導(dǎo)致精軋螺紋粗鋼筋質(zhì)量受損。
2)控制掛籃的自重,施工前對(duì)掛籃的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)審查。通常情況下,掛籃的重量與梁段混凝土的重量比約為0.3~0.5。在保證掛籃剛度與強(qiáng)度符合施工要求的基礎(chǔ)上,掛籃的抗傾覆系數(shù)要大于2,掛籃的抗傾覆系數(shù)計(jì)算公式為:
式中,M抗為傾翻線內(nèi)側(cè)的穩(wěn)定力矩;M傾為傾翻線外側(cè)的傾覆力矩;K為掛籃的抗傾覆系數(shù);G為配置的配重質(zhì)量;s為配重中心到支點(diǎn)間的距離;F為懸吊平臺(tái)、提升機(jī)、鋼絲繩、電氣系統(tǒng)、額定載重的總和;v為承重鋼絲繩中心與支點(diǎn)之間的距離。通過(guò)公式,可以計(jì)算出掛籃的抗傾覆系數(shù),從而驗(yàn)算掛籃結(jié)構(gòu)的抗傾覆性能是否符合要求。
3)要注意橋梁的內(nèi)力控制,防止掛籃出現(xiàn)變形,變形量最大不能超過(guò)2 cm。對(duì)于跨徑較大的橋梁工程,合理控制梁的撓度,開(kāi)展撓度控制實(shí)驗(yàn),通過(guò)建模仿真、受力分析等手段,將梁的撓度誤差控制在最小范圍內(nèi)。一般情況下,假設(shè)橋梁的跨度為Y,撓度為n,當(dāng)跨度Y<7 m時(shí),n=Y/400;當(dāng)Y>7 m且<9 m時(shí),n=Y/500;當(dāng)Y>9 m時(shí),n=Y/600。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,撓度的控制應(yīng)當(dāng)與橋梁的線形規(guī)劃情況以及預(yù)應(yīng)力張拉情況相結(jié)合,然后進(jìn)行調(diào)整,減小撓度誤差,提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
4)科學(xué)進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。預(yù)壓試驗(yàn)可以檢驗(yàn)掛籃的質(zhì)量,避免掛籃因?yàn)榉菑椥詥?wèn)題影響施工安全。試驗(yàn)過(guò)程中掛籃的載重量是標(biāo)準(zhǔn)載重量的一倍。預(yù)壓前,緊固后錨系統(tǒng)受力拉桿,讓拉桿保持受力均勻的狀態(tài)。然后以100 kN為一個(gè)等級(jí),使兩個(gè)掛籃處于對(duì)稱狀態(tài)同步進(jìn)行,每個(gè)掛籃每次加載的重力相同,每邊共計(jì)加載重力1 MN,在加載過(guò)程中,應(yīng)認(rèn)真觀察導(dǎo)梁的標(biāo)高以及掛籃系統(tǒng)的變化情況,同時(shí)記錄在案,明確掛籃承受的最大壓力值,為立模設(shè)定標(biāo)高提供依據(jù)。
合龍段施工至關(guān)重要,在合龍前首先要將兩懸臂端暫時(shí)連接,保持相對(duì)固定,合龍施工應(yīng)當(dāng)選擇一天中氣溫變化比較平穩(wěn)、氣溫較低的時(shí)間段進(jìn)行,為了預(yù)防合龍段混凝土在早期由于梁體混凝土的熱脹冷縮反應(yīng)而出現(xiàn)拉裂。按照先合龍邊跨,再合龍中跨的順序進(jìn)行施工,采用落地支架施工,合龍口鎖定要快、準(zhǔn),先將外剛性支撐一端與梁端預(yù)埋件進(jìn)行焊接,然后快速地將外剛性支撐的另外一端與梁連接起來(lái),臨時(shí)預(yù)應(yīng)力隨之快速?gòu)埨?。在操作過(guò)程中,要對(duì)節(jié)段的標(biāo)高與軸線進(jìn)行聯(lián)測(cè),合龍時(shí)軸線的偏差不能超過(guò)10 mm,兩端的高差不能超過(guò)20 mm。密切觀察梁體長(zhǎng)度變化,連續(xù)觀察的時(shí)間不能少于2 d,觀察間隔時(shí)間約為3 h。在邊跨合龍段預(yù)應(yīng)力束張拉操作完成之后,解除臨時(shí)固結(jié),消除預(yù)應(yīng)力,然后勻速、對(duì)稱地進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換,形成連續(xù)剛構(gòu)橋。
綜上所述,橋梁掛籃施工技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普遍,為了充分發(fā)揮掛籃施工技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值,需要切實(shí)解決掛籃施工中出現(xiàn)的問(wèn)題與弊端,完善掛籃施工技術(shù),提高施工質(zhì)量,促進(jìn)我國(guó)橋梁掛籃施工工程的進(jìn)一步提升。