摘要:城市桥梁建设正高速发展,传统的高架桥下部结构中的墩柱和盖梁往往采用混凝土现浇工艺,这种工艺存在很多缺点和不利因素,给城市日常运行带来了很大的压力。目前,快速施工、绿色施工已成为城市桥梁建设面临的迫切需求,而预制墩柱拼装技术的优势正符合城市桥梁建设的要求。本文以S26公路入城段6标项目为例,对预制墩柱拼装技术进行了分析。
关键词:预制墩柱拼装技术;桥梁施工;应用
1工程概况
S26公路入城段(G15公路~嘉闵高架)主线高架西起S26公路,东至嘉闵高架立交,全长约7.08km。途经青浦区华新镇、徐泾镇和闵行区华漕镇。其中6标主线下部结构全部采用门式墩柱形式,非铁路段墩柱全部采用预制墩柱形式,结构为直墩柱,混凝土等级为C40,单个墩柱断面为矩形(四角为15cm线倒角),截面尺寸均为2.2×2.8m,高度最高为10m,最低为7.5m,砼方量最大为为61.6m3,最重达147.8t。
2预制墩柱拼装技术的应用
本工程预制墩柱拼装技术采用灌浆套筒连接技术,预制墩身通过灌浆连接套筒连接承台中预埋的墩柱主筋,套筒和钢筋间隙采用高强无收缩灌浆料填充,墩柱与承台接触面采用灌浆料垫层连接。该技术特点是施工精度要求高,现场施工时间短(约0.5d),即可进行后续施工,与传统现浇工艺相比,正常使用下的力学性能类似,造价仅略高,但是现场工作量显著减少,因此具有一定的经济优越性。对于裂缝和抗震性能尚需深入关注研究。
2.1墩柱预制技术
2.1.1模板设计
本工程预制墩柱采用定型钢模板,预制墩柱模板由侧模和底座两部分组成,侧模与底座采用高强螺栓连接,为了提高钢模板的竖向刚度,上下节模板采用精轧螺纹钢连接。
(1)根据墩柱的高差变化及便于模板装拆,模板分片分段制造。面板采用8mm厚钢板,竖向和横向龙骨钢楞采用200mm×100mm×8mm方钢(根据墩柱截面尺寸确定)。
竖肋:方钢200×100,间距470mm
横肋:方钢200×100,间距500mm
图一 墩柱模板拼装平面示意图
(2)底座
墩柱底座为整体式钢结构,面板采用3cm钢板中间加肋板加固,面板开孔位置为预埋套筒安装位置,与承台内定位器配套,套筒定位板允许偏差为±2mm,加工精度高。
图二 墩柱钢结构底座
(3)模板的刚度复核
为了确保安全及混凝土表面的平整,在计算挠度时按单向板和单跨简支结构验算。
模板:8mm钢板
竖肋:方钢200×100,间距470mm
横肋:方钢200×100,间距500mm
①8mm钢板计算挠度
H=8mm
L=470mm
0.08 N/mm
许用挠度[f] =1200/400=3
弹性模量E=2.1×105
Kf=0.00261
钢板泊松比:=0.3
Wx=KfqL4/B0=0.00261×0.08×4704/98.46×105=1.04mm
fmax= Wx/L=1.04/470=0.0022 <l/500,符合要求!
②竖向方钢计算挠度
q=470×0.08N/mm=37.6N/mm
惯性矩Ix=2.34×107 mm4
Wmax=5q L4/384EI=5×37.6×4704/(384×2.1×105×2.34×107)=0.486mm
Wmax/L=0.486/470<1/500,符合要求!
③横向方钢计算挠度
q=500×0.08N/mm=40N/mm
惯性矩Ix=2.34×107 mm4
Wmax=5qL4/384EI=5×40×5004/(384×2.1×105×2.34×107)=0.66mm
Wmax/L=0.66/500<1/500,符合要求!
2.1.2钢筋与混凝土施工
预制墩柱钢筋在定型胎架上绑扎成钢筋笼后,整体吊装入模,混凝土采用自密实混凝土,立式浇筑工艺。
2.1.3预制墩柱安装吊点设置及计算
单个墩柱最大尺寸为2.2m×2.8m×10m,墩柱重1478kN。
(1)墩柱吊点设置
本次预制墩柱吊装方案采用公称直径15.2mm的高强度低松弛钢绞线,钢绞线截面面积为139mm2。钢绞线控制应力取σcon=1395Mpa。则单根钢绞线的控制拉力Fpk=σcon•AS=1395×139=193.9KN。本次钢绞线吊索采用单根绕环,即一根吊索两端均锚固在墩柱内,因此吊装墩柱所需要的钢绞线根数n=G/2Fpk=1478/(2×193.9)=3.8根。
根据工程实际,墩柱采用双吊点,考虑最少2倍的安全系数,因此钢绞线根数取10根,每个吊点布置5根。由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004,钢绞线必须满足锚固长度50d要求,取800mm。吊点钢绞线布置如下图所示。
图三 吊点平面布置图 图四 墩柱吊点布置图
(2)墩柱抗拉强度验算
单个墩柱尺寸为2.2m×2.8m×10m,柔性吊杆锚固深度为0.8m,则锚固区以下墩柱重G=2.2×2.8×(10-0.8)×24=1360kN。墩柱截面钢筋为φ40,总根数为60根,根据受力作用仅考虑30根受力主筋,则受拉钢筋总面积AS= 30×π×402/4=9467mm2。则对应的普通钢筋应力σS=G/AS=1473×10³/9467=158 Mpa,远小于钢筋的设计强度fSd=330Mpa。故吊装过程中墩柱截面的抗拉强度满足要求。
2.2墩柱连接构造及安装技术
2.2.1灌浆连接套筒
对于灌浆套筒连接的预制墩柱技术,灌浆套筒需要满足两种力学指标,一是满足(JGJ 107-2010)《钢筋机械连接技术规程》中最高级——Ⅰ级接头的连接要求,且所有钢筋的断裂都是在远离连接部位发生的;二是地震力作用下直到构件完全失去抗推承载能力,钢筋也没有与周边灌浆体发生相对滑移。
2.2.2高强无收缩水泥灌浆料
高强无收缩水泥灌浆料是以高强度材料作为集料,以水泥作为粘合剂,辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配制而成。它在现场加一定量的水搅拌均匀后作为座浆料和压浆料。其必须满足如下性能指标:
表一 座浆料性能指标表
2.2.3墩柱安装技术
(1)承台座浆表面清理干净
施工前先清理将与砂浆接触的混凝土界面,将其表面浮尘、油污、松动颗粒等清理干净,并用水充分润湿,但不得存在积水。
(2)搭设座浆挡板
座浆挡板采用钢结构加工成型,外形尺寸根据墩柱型号加工而成,挡板的高度控制在20mm,确保座浆料的厚度达到设计要求。
图六 座浆挡板图
(3)座浆料搅拌
采用高速搅拌机进行搅拌,加水量为砂浆干粉质量的 12%,预先称量好拌合用水,拌合用水应为饮用水,精确至1g,建议搅拌时间为从投料完毕开始计为 4 分钟(低 速 1 分钟,高速 3 分钟),搅拌时间应根据所用搅拌机实际情况调节。
座浆料搅拌好后应先静置 3 分钟,以待高速搅拌带入的气泡消除,之后在 30min 之内浇筑完毕。
(4)浇筑座浆料
将浆料倒入到浇筑桶中,人工浇筑到预先铺设好的承台顶面挡板内,并采用人工刮平的工艺进行收平,确保座浆厚度达到设计要求的20mm厚度。
当流动度出现下降的情况时,应立即停止座浆作业,查明原因后再进行座浆施工,原先的浆料必须清除干净,重新浇筑新的座浆料。
图七 座浆施工图
(5)安装墩柱
在座浆料浇筑前应进行墩柱试吊,确保立柱能准确安装就位。试吊完成后,移开墩柱,进行座浆施工,座浆完成后马上进行墩柱的正式安装工作,确保在30min内完成吊装就位工作,吊装时需要严格对墩柱平面偏差和垂直度进行控制,偏差要控制在5mm以内,若偏差值过大,则需要重新进行调整。当座浆料的强度达到 35MPa 后,方可拆除预制构件的临时支撑及进行灌浆料的施工。
(6)预制墩柱套筒内压浆
对钢筋套筒灌浆作业应采用压浆法从灌浆套筒下灌浆孔注入,当灌浆料拌合物从构件上灌浆孔或出浆孔流出后应及时封堵。灌浆完成之后应该进行3次捣实施工,对于未密实饱满的竖向连接灌浆套筒,当在灌浆料加水拌合 30min内时,应首选在灌浆孔补灌;当灌浆料拌合物已无法流动时,可从出浆孔补灌,并应采用手动设备结合细管压力灌浆。
本工程中的主筋定位全部采用精度符合要求的定位盘进行固定,从而确保承台预留钢筋和墩柱钢筋的定位精度;高强度灌浆料和灌浆套筒的采购通过公开招投标进行优选,从而确保材料的质量符合设计和规范的要求;现场的吊装和压浆施工队伍我们选择施工经验丰富,技术能力强的专业队伍进行施工,从而确保整个吊装的施工质量。
3 结束语
预制墩柱拼装技术的实施和运用,提高了施工技术水平,缩短了施工周期,降低了施工对交通和环境的影响,确保了施工质量和安全,今后必将成为城市桥梁建设发展的主流趋势。
参考文献:
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论文作者:凌荣进
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/25
标签:套筒论文; 浆料论文; 钢筋论文; 技术论文; 挠度论文; 桥梁论文; 混凝土论文; 《基层建设》2019年第9期论文;