浅谈悬臂浇筑法施工工艺及要点论文_杜大浪

(江苏省交通工程集团有限公司,江苏淮安223001)

摘要:本文结合工程实例阐述了预应力钢筋混凝土连续梁桥悬臂浇筑的施工程序,其中重点分析了0#-1#块施工工艺、墩梁临时固结、块件高程控制、钢筋及预应力管道施工、施工过程中变形的控制、合拢段的施工方法。

关键词:悬臂浇筑;工艺流程;临时固结;高程控制;合拢

前言

自60年代出现了悬臂浇筑施工方法以后,预应力混凝土桥梁不断向大跨径发展。作为其施工的关键设备,悬浇挂篮施工也得到了不断发展,为缩短悬浇周期、提高经济效益奠定了基础,取得了良好的施工效果,在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。悬臂浇筑主要设备是一对能行走的挂篮,挂篮在已经张拉锚固并与墩身连成整体的两端上移动,绑扎钢筋、立模、浇筑混凝土、预应力都在其上进行。

预应力混凝土连续梁是应用广泛的桥梁结构形式之一,跨度一般在20~200之间。连续梁的施工方法很多,对于位于陆地上的高架桥,通常采用支架就地现浇施工、而对于跨越大江、大河的连续梁桥,常用的施工方法有悬臂浇筑、悬臂拼装、转体施工法、移动模架法及顶推法等。本文结合具体的工程项目介绍悬臂浇筑法,并对0#段施工、挂篮施工、梁段悬罐施工和合拢段施工进行详细的论述,对同类型桥梁的施工具有借鉴和参考意义。

1工程概况

三白荡特大桥横跨三白荡水域,桥梁全长1918m,桥梁中心桩号K24+435.751,航道中线与道路设计线夹角为149°。左幅桥跨径组合为5×30装配式预制箱梁+(30+43+35)现浇箱梁+2×(4×35)装配式预制箱梁+(46+75+46)P.C变截面连续箱梁+(4×30)装配式预制箱梁+2×(4×35)装配式预制箱梁+3×(5×30)装配式预制箱梁+3×(4×30)装配式预制箱梁;右幅桥跨径组合为5×30装配式预制箱梁+(30+43+35)现浇箱梁+4×35装配式预制箱梁+4×30装配式预制箱梁+(46+75+46)P.C变截面连续箱梁+3×(4×35)装配式预制箱梁+3×(5×30)装配式预制箱梁+3×(4×30)装配式预制箱梁。主桥上部为(46+75+46)m三跨P.C变截面连续箱梁,由两个单箱双室箱形截面组成,箱梁根部高4.5m,跨中梁高1.8m,箱梁顶板宽16.9m,底板宽10.4m,翼缘板悬臂长为3.375m,箱梁梁高及底板厚度从边跨至距主墩中心1.75m处按二次抛物线变化。箱梁横桥向底板保持水平,顶板设2%的横坡。主桥箱梁采用纵、横、竖三向预应力体系。箱梁顶板厚0.28m;底板厚度从跨中至距0#块中心2.5m处由0.3m按二次抛物线变化至0.75m;腹板厚在5#块以前为0.65m,在5#号渐变成之后的0.45m。主桥连续箱梁双幅分别独立采用挂篮悬臂浇筑法施工,各箱梁除0#、1#块外分为10对梁段,对称平衡悬臂逐段浇筑施工。箱梁纵向分段长度为(7×3m+3×3.5m),箱梁墩顶块件(即0#、1#块)总长10m,中跨、边跨合拢段长度为2m,边跨现浇段长度为7.42m。

箱梁采用三向预应力体系。纵向预应力采用15Φs15.2、17Φs15.2两种规格的钢绞线,YJM锚固体系。钢束张拉锚下控制应力采用σcon=0.75fpk=1395Mpa,设计张拉吨位分别为289T、346.7T。顶板、底板及腹板悬浇束(W1~W5、D1’~D11’、B1~B4a、Z1-Z5a)采用15Φs15.2的钢绞线,合拢束(BH1、BH2、ZH1、ZH2)采用17Φs15.2的钢绞线。箱梁顶板横向预应力采用3Φs15.2钢绞线,BJM15-3扁锚,以50cm的间距布设,交替单端张拉锚固,锚下控制力为σcon=0.70fpk=1302Mpa,设计张拉吨位为54.7T,单根张拉吨位18.2T。箱梁竖向预应力采用JL32高强度精轧螺纹钢,标准强度785MPa,张拉控制吨位568KN。竖向预应力筋以50cm基本间距布置。箱梁采用C50混凝土。

2悬臂浇筑法施工工艺流程

悬臂浇筑法又称无支架平衡伸臂法或挂(吊)篮法,所用的主要设备是挂篮。通过挂篮的前移,对称地向两侧跨中段浇筑砼,并试加预应力,如此循环作业。其工艺流程为0#,1#块施工→支架拆除→0#块临时锁定→挂篮拼装、试压→挂篮移动固定调整→悬浇段模板、钢筋、预应力管道安装→砼浇筑→砼养生、拆模→预应力筋张拉、压浆→边跨合拢→柴梳临时支撑体系、体系装换→中跨合拢。悬臂浇筑施工法主要可分为0#—1#块施工、挂篮施工、高程控制、钢筋及预应力管道施工、边跨施工、预应力施工、合拢段施工这几个方面。悬臂浇筑工艺流程图见图1。

3.1支架施工

支撑钢管采用φ530焊接钢管(壁厚8mm)和φ400焊接钢管(壁厚5mm),横桥向总体布置3排钢管支撑在承台上,φ530焊接钢管钢管位置位于腹板中心,钢管横向间距4.875m,每侧共6根,φ400焊接钢管设置在翼板位置处,离腹板钢管1.425m,每侧共4根;纵向在立柱两侧各布置2排钢管,内侧钢管距离立柱50cm,钢管纵向间距3.0m。为增加钢管的稳定性,横、纵向钢管间均设置平联和斜撑,在墩身横向设置一根φ400焊接钢管(壁厚8mm),用以支撑墩身两侧的侧模。

为防止支架的不均匀沉降导致箱梁混凝土的开裂,在浇筑前必须进行预压,消除非弹性变形,测定弹性变形,预压重量为梁体自重的120%,分4级加载,加载依次为单元荷载的60%、80%、100%、120%,每级加载完成后,应先停止下一级加载,并应间隔12小时对支架进行一次观测,观测点沉降量小于2mm时方可进行下一节加载,当加载全部完成后,当满足各监测点最初24小时内沉降量平均小于1mm或最初72小时内沉降量平均小于5mm时,表示支架预压合格。

3.2临时固结

悬浇箱梁采用挂篮施工,施工过程中悬臂两端可能产生不平衡荷载,为防止不平衡弯矩差过大导致梁体倾覆,按照墩顶固结方案施工。每个T构在立柱上设置2个临时固结垫块。立柱施工完成后按设计图纸安装模板,施工混凝土垫块。

3.3永久支座的安装

立柱施工完,支座垫石施工时,提前预留支座螺栓孔洞,精确放出支座中心线及标高,调整好支座预埋地脚螺栓位置,确保支座的平整度,四角高差不大于2mm,然后用环氧砂浆填塞。安装过程中,支座对照设计方向,认真检查,防止安装错误,并在支座垫石单侧预埋4根28mm钢筋,以便对支座进行锁定。除支座外(支座周围用竹胶板围挡严密),墩顶用干沙填充,并振捣密实,临时垫块之间及盖梁端部用方木围挡,在干砂顶部抹3cm厚的的砂浆做底模。

3.4钢筋及预应力管道施工

(1)钢筋在加工场集中下料成型,运输到现场进行绑扎。由钢筋焊接应采取防护措施,防止焊渣烧伤预应力管道及模板等。钢筋与预应力管道相碰时,应调整钢筋的位置。

(2)梁体的预应力管道密度较大,而且定位要求准确,施工注意事项如下:

a.预应力管道均采用波纹管成孔。

b.管道采用“#”形定位筋固定,用钢筋点焊成形。

c.预应力钢束与钢筋位置相碰时,按设计要求调整,即构造钢筋避让主筋,普通钢筋避让预应力钢束,横、竖向钢束避让纵向钢束。

d.纵向管道

由于连续箱梁采取分段悬浇,故管道接头较多,为方便管道接头损坏后的更换,不采用管道直接伸出的常用办法,而采用先接套管的办法,这样一旦接头管损坏可直接更换。为保证管道压浆密实、饱满,提高压浆质量,在管道最高点设排气管。

e.竖向管道

管道接头一旦处理不好,造成漏浆堵塞是极难处理的,因此布置在管道上下口的排浆管和压浆管与波纹管的连接均采用薄壁钢管焊制的三通,并保证焊接处不漏浆,排浆管和压浆管由PVC管引出模板外固定,并将管口预先密封。波纹管接头处用胶带包扎严密,以防漏浆。上、下口的锚垫板与三通、波纹管先用点焊固定,然后采用环氧树脂进行封闭处理,下端的螺母用环氧树脂进行固结。上口锚垫板、锚具及竖向预应力筋之间的缝隙应做封闭处理,以防水和杂物进入,同时,槽口模板内应用棉纱填实,外露的预应力筋用胶带包扎,以防砼浇筑时受到污染。

f.砼浇筑结束后,应及时对所有管道压风或压水进行清孔和检查,一旦发现堵塞及时进行处理,以保证孔道的畅通。

3.5混凝土浇筑与养护

3.5.1混凝土浇筑

在各项准备工作全部到位,且钢筋、波纹管、模板、预埋件等经监理工程师检查验收合格后,方可进行箱梁混凝土浇筑。泵送入模,并用漏斗和串筒下料,以满足规范要求即落料高度≤2m,并做到均匀布料。砼采取分层浇筑,层厚以不大于30cm为宜,施工过程中严格控制。0#~1#块一次浇筑完成。因箱梁结构钢筋、管道密集,一定要采取切实措施保证混凝土振捣密混凝土的施工性能要严格控制;采用插入式振捣器振捣,钢筋特别密集时选用小直径振捣棒;振捣过程中,要注意避免波纹管位置;混凝土施工前,做好充分的技术交底工作;振捣严防漏振或过振现象。

3.5.2混凝土养护

梁体混凝土浇注后应立即进行养护,在养护期间,使混凝土表面保持湿润,防止雨淋、日晒。对混凝土外露面,待表面收浆、初凝后用土工布覆盖,洒水保持模板及土工布湿润,养护期不少于设计及规范规定的时间。

3.6预应力施工

3.6.1穿束与张拉

施工前,应做好张拉油顶和油表的配套检验及标定;钢绞线进场后的强度,弹性模量及截面积等检测;引伸量和张拉油表读数的计算工作等。箱梁三向预应力的张拉顺序为先纵向后横向,最后竖向。箱梁混凝土强度及弹性模量达到设计的90%且龄期不少于7天后,方可进行张拉工作。张拉以应力和引伸量双控,并以张拉力为主,实测引伸量与计算引伸量误差控制在±6%范围内。纵向预应力束的张拉吨位较大,采取对称、分级张拉工艺。

3.6.2 孔道压浆

预应力钢束张拉后应及时压浆,并切实保证压浆质量,尤其是竖向筋根据设计要求需在24h内完成压浆、封闭,以防其松弛。压浆前,首先用清水冲洗孔道,清除管道内杂物,并用压缩空气吹干,然后封堵锚头空隙,检查压浆和排气管路是否畅通,压浆设备机械状况是否良好,并接好所有管路。压浆前应进行压浆材料试验,并严格按照设计配合比进行配制,搅拌均匀。

4 2#-11#块件的高程控制

块件采用挂篮悬浇施工,每次对称浇筑一个节段,张拉压浆后再前移一个节段,直至浇完。块件各节段挂篮底板前移时用全站仪“对中”控制,底板高程用水准仪控制。

浇筑块件时,箱梁每节段前端的顶板(腹板位置)、翼板、底板上埋设6个观测点,用水准仪观测高程变化。块件前端的各阶段需控制的高程为:(1)立模高程;(2)砼浇后高程,(3)纵向顶板张拉前的高程;(4)张拉好8#块以后箱梁的各节段高程。以上高程由设计部门提供理论值,根据挂篮预压绘制的曲线计算挂篮下挠值,结合图纸要求的预拱度。施工时,根据各节段的实测值,适当微调。

5 2#-11#块件钢筋制作与预应力张拉

钢筋在加工场制作,在就位好的篮体及外模内先绑扎底板钢筋,后绑扎腹板钢筋、埋设纵向预应力波纹管,纵向预应力束道波纹管与已浇块件伸出的波纹管对接,并用胶布缠裹,防止漏浆。安装顶板预应力束及波纹管,芯模就位后再绑扎顶板钢筋。

5.1钢筋制作

钢筋绑扎时,钢筋交叉点处采用铅丝呈梅花状绑扎,部分结点进行点焊,以确保骨架的稳定。钢筋与模板之间设置高强度的混凝土垫块,垫块与钢筋之间用铅丝扎紧,并相互错开,确保钢筋的保护层厚度满足技术规范和设计要求,保护垫块采用高强度砼垫块,用扎丝绑扎在最外侧钢筋,垫块间距80cm一道。

5.2预应力管道

施工时注意纵向束道及横向预应力钢筋束道的准确定位,用“#”字形钢筋固定波纹管,其间距直线段每80㎝设置一道,曲线段每50㎝设置一道,端堵头板20㎝处各增设一道定位网。纵、横向预应力管道均采用塑料波纹管形成,管道严格保证弯曲坐标及弯曲角度。

锚垫板必须与钢束轴线垂直,锚垫板孔中心位置与管道中心一致,波纹管穿入锚垫板内部,且从锚垫板口部以海绵封堵孔道端口,外包裹胶带,避免漏浆堵塞孔道。锚垫板与螺旋筋、波纹管中轴线垂直,螺旋筋位置准确,用钢筋加强固定,防止在砼振捣过程中造成锚板偏斜和螺旋筋振捣时的位移,其它的预埋件如防撞墙钢筋以及挂蓝施工时的预埋钢板、锚杆预留孔等均应严格控制,确保后续工作开展。

5.3预应力施工

后张法预应力施工以安全第一,确保质量为原则。张拉时,先张拉n节段纵向钢束、再张拉n-1节段的横、竖向钢束,全桥合拢后,张拉剩余节段的所有钢束。

5.3.1预应力钢材下料及油泵油顶准备

千斤顶、油表、油泵送到有相应资质的计量部门进行配套标定,在使用过程中配套使用,不得临时调换。并在使用过程中按规定的时间及次数进行复检标定。当出现故障时,立即检修并重新标定;预应力材料:根据设计及施工规范要求购进合格的波纹管。进场的钢绞线,其技术指标、质量证明书等内容必须符合现行国家标准。钢绞线的力学性能经送检检查合格后方可使用,同时在保存和使用过程中应防止锈蚀和被油污染的问题;锚具进场后,分批进行外观检查,要求不得有裂纹、伤痕、锈蚀,尺寸不得超过允许偏差。对锚具的强度、硬度、锚固能力等根据规范要求进行抽检,经检查合格后使用。预应力钢材下料应采用砂轮切割机切割,砂轮机的锯片应用增强型,以防止锯片碎裂飞出伤人,下料长度严格按图纸并根据现场情况来确定。钢绞线张拉端部应清除浮锈,防止张拉时打滑。如果钢绞线表面已经形成降低强度与延伸的腐蚀坑,则不能使用。油泵宜配用1.5级精度0~60MPa,表盘直径为15~20cm的油压表,张拉油压应为油表压力满行程的1/3~2/3。

5.3.2钢绞线张拉

本桥钢绞线采用人工配合卷扬机穿束的方法,穿束前在钢束前端安放Φ10钢筋制作引导头,引导头焊接、搭火时不许扰动钢绞线,防止中间某一位置因搭火而击伤钢绞线。当砼强度、弹模达到设计的90%,龄期不少于7天,即可进行张拉。张拉采用双控,以应力和伸长量控制。钢绞线的张拉除边跨现浇段后,均采用两端同时对称张拉。安装千斤顶注意不要推拉油管和接头,油管不宜扭曲,预应力钢绞线在千斤顶穿心孔内顺直,锚具锥孔内不得有污物。张拉操作人员必须经过培训,合格后再上岗,张拉前应准备好张拉记录,并检查张拉设备校验记录是否完整、正确、有无异常、理论油压是否正确。校验的油顶与油压表应相互对应使用,并标明编号,防止误用。保证油路不得漏油,各阀门工作正常,电路绝缘良好,马达运转良好、千斤顶、锚具、夹具对准良好。千斤顶后方危险区无人员停留或穿行。张拉时油泵操作工序如下:

(1)初始状态,马达不动,各阀门打开。

(2)张拉状态,启用油泵马达。

(3)持荷状态:关闭顶压回程油路卸压阀,拧紧顶压阀手柄,将压力保持一段时间。

(4)回程状态:松开顶压阀手柄,继续对顶压回程油路供油,使千斤顶回程。此时注意张拉油路油压为零,回程油压不得超过20Mpa。

(5)张拉伸长量测量,为消除钢绞线受力不均匀伸长量非线性变化,在10%张拉力时测量初读数L1,20%张拉力时测量读数L2,达到张拉力100%时测量终读数L3,钢绞线伸长量为L3- L1+ L2- L1。

(6)张拉数据的处理:钢绞线张拉前应根据千斤顶标定回归方程计算出10%σК、20%σК、100%σК应力时油表读数。操作时,严格按计算的油表读数值分阶段控制张控力和测量相应伸长量,并如实记录,如发现实际伸长值超过理论伸长值的±6%、滑丝、断丝总数大于该断面总数的1%、张拉束中有一根或多根钢丝产生滑移时,则应停止张拉查明原因后再进行。

(7)钢束张拉完毕,严禁碰撞锚具和钢绞线,钢绞线剩余长度在压浆后采用切割机切断并采用C50砼尽快封锚。

(8)在张拉边跨合拢段、中跨合拢段钢绞线时,应首先张拉底板合拢束,再逐步解除外钢性骨架支撑,以免影响对砼的施加预应力,解除外钢性骨架支撑时应对称切割型钢,并注意安全。边跨合拢段、中跨合拢段顶板束、底板束应先长束后短束进行张拉,以防止砼出现受力裂纹。

5.3.3压浆

张拉结束后,立即进行压浆,一般在钢束张拉结束后尽早开始,最迟不超过48小时,水泥浆根据设计及相关施工规范要求,由试验确定,满足稠度、凝结时间、泌水率、体积收缩率指标,确保压浆的密实饱满。

凡设槽口的埋入式锚头,管道压浆后均须封锚。封锚混凝土需密实并与梁体混凝土结合良好。

6边跨及中跨合拢块件施工

边跨合拢段与中跨合拢段大同小异,边跨合拢的注意事项:在边跨合拢劲性骨架锁定前保证现浇段梁体能够纵向自由移动,如有约束及时解除。边跨合拢段所有预应力索含纵向、横向及竖向筋张拉压浆完成后方可拆除0#块底部临时锚固。每幅箱梁2个边跨合拢块尽可能同步施工,减少单悬臂体系的搁置时间。

下面主要以中跨合拢段为例说明合拢段的施工工艺。工艺流程图见图3。

6.1合拢段的施工吊架及模板

施工方法是先拆除和卸落合拢段一侧的挂篮和模板,然后将另一侧挂篮主桁的一端穿过合拢段,使挂篮主桁支承在合拢段两侧的箱梁悬臂端,形成合拢段施工吊架,挂篮底盘和模板改制后,随上横梁一起滑移就位。

6.2配重施工方法

合拢段混凝土采用平衡法浇筑,在相应的梁段上,设置水箱,水箱中水的重量为合拢段梁体混凝土重量一半。为消除梁体悬臂两端的不平衡弯矩,对中跨合拢段两端同时加载。在合拢段混凝土浇筑过程中,安排专人按照浇筑合拢段混凝土所增加的重量,相应放出等重的水,使浇筑混凝土的增重与水箱的减重保持一致,合拢段始终处于受力稳定状态。合拢段混凝土浇筑完成后,及时覆盖土工布防止日晒,同时洒水加强养护。

6.3混凝土的浇筑方法

为了保证合拢段的施工质量,混凝土的浇筑安排在凌晨2点进行,尽量减小浇筑时间,在升温条件下养生。

6.4合拢段预应力施工

混凝土达到张拉强度后,按设计顺序进行预应力张拉,张拉时遵循“先中间后两边、先长束后短束,上下缘同时对称”的原则进行。

7悬臂浇筑法施工要点

7.1模板施工要点

(1)拼制模板时,确保接缝严密,不漏浆。

(2)箱梁所有模板都使用挂篮模板,模板尺寸根据浇筑结构尺寸进行调整。

(3)安装模板时要注意预埋件的安装,严格按设计图纸施工,确保每孔梁上预埋件位置准确无误,无遗漏。

(4)拆模时先将内模的支撑卸掉,然后松下模板的内外拉杆即可拆除模板。内外模板的端头间拉杆螺栓联结并用钢管做内撑以控制混凝土浇筑时模板的位移及变形。

7.2合拢段施工要点

主桥合拢段施工的影响因素较多,而且很复杂,但主要克服温度、临时荷载的影响,尤其避免日照不均匀而产生的箱体混凝土内部的温度阶梯,使箱梁悬臂端产生复杂的变化,因此,合拢段一般安排在夜间当日温度较低时施工。严格控制箱梁悬浇施工挠度,合拢时,相邻两悬臂的相对竖向挠度差不大于1.5cm,轴向偏差均不大于1.0cm。在合拢段施工过程中,同时对以下工况进行观测,即吊架就位前,混凝土浇筑前、后,拆除临时锚固、合拢束张拉后。掺加早强剂和微膨胀剂,使混凝土尽早达到设计强度,及时张拉合拢束,以防混凝土因受力出现裂缝。合拢施工前,加强天气形势资料的收集和观察,以便选择在较为稳定的天气下施工。同时,对箱梁悬臂端进行24小时跟踪观测,根据实测的温度资料和合拢施工所需要的工作时间,选择合适的低温时段,进行合拢段劲性骨架锁定焊接和混凝土浇筑施工。在合拢段梁体模板就位及压重结束后,在一天气温最低(凌晨)迅速完成劲性骨架焊接。底板束在扎好底板钢筋后安装,顶板束在扎好桥面钢筋后安装。提前测量监测,观察中线、高程等的变化情况,为合拢提供决策依据。纵向波纹管的安装顺序以方便施工为准。在施工中特别注意钢筋和纵向波纹管施工顺序,以方便施工和保证质量,严防波纹管联接处渗浆。在安装好内模后,在顶板上靠近腹板处,各开一个工作孔,作为底板混凝土下料孔。底板混凝土完成后,再将此孔用模板封堵。混凝土的灌注顺序由中间向两端进行。在气温较高时,加强混凝土的养生,混凝土灌注完毕后,箱梁顶部用土工布和塑料布进行覆盖,并保持梁体充分湿润。吊架上加盖帆布包裹,以降低顶面受日照产生的温差,防止混凝土产生裂缝。合拢段三向预应力张拉前,不在跨中范围内堆放重物或移动施工机具,严防人为因素造成合拢段混凝土开裂。

8结语

实践证明,本桥使用的悬臂浇筑成功的,使施工变得快捷方便,是一种值得推广的施工形式,施工过程中质量控制得到了预期的效果,值得借鉴和推广。随着科学发展的不断进步,悬臂浇筑施工法必然会不断的改善,也正因此,悬臂浇筑施工也将会得到越来越广泛的应用。

参考文献:

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[3]李渊.箱梁混凝土浇筑中出现蜂窝麻面的原因及解决办法[J].工程技术与产业经济,2011(7)

[4]吉朝鲜.箱梁浇筑技术及常见问题的处理方法[J].河南水利与南水北调,2011(16)

论文作者:杜大浪

论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年8月上

论文发表时间:2016/8/17

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