嘉紹大橋預應力混凝土連續梁掛籃施工方法

王守佳

1 工程概述

本橋上部結構為 3跨預應力混凝土變截面連續箱梁,跨徑組合為(50+90+70)m。箱梁采用單箱雙室斜腹板截面形式,分左右兩幅布置。每幅箱梁頂寬為 19.8m,翼緣懸臂長為 3.2m。

箱梁塊段劃分為 3.5m及 4.65m不等,其中 10號塊箱梁最重,總重為 196.9 t。

2 連續梁 0號塊施工

2.1 墩頂臨時固結

在主墩墩頂設置 100 cm×740 cm兩條形混凝土,在條形混凝土頂面澆筑 3 cm厚硫磺砂漿,并預埋電阻絲,方便拆除。防止出現不平衡偏載時的傾覆現象,在墩身內預埋 24根精軋螺紋鋼筋,穿過條形混凝土基礎,與 0號塊進行錨固,作為抗拉結構設施。

2.2 0號塊支架施工

0號塊支架采用 12根φ800mm×10mm螺旋鋼管作為支架立柱并設置剪刀撐及平聯。采用 H 60型鋼作為承重梁,頂面鋪設Ⅰ28a型鋼分配梁,落模采用鋼楔塊。支架預壓采用超載預壓工藝,通過采用砂袋加載來實現,荷載為1.2倍的箱梁自重。

2.3 0號塊混凝土澆筑

0號塊箱梁混凝土澆筑按一次澆筑完成,按水平分層的方式澆筑,平衡對稱施工,不出現超過允許范圍的偏載現象,澆筑時控制入模混凝土的溫度。

3 連續梁懸澆塊段施工

懸臂澆筑節段箱梁施工作業內容主要包括:掛籃和模板施工,鋼筋制作與安裝,混凝土澆筑、混凝土養生,預應力施工等(見圖1)。

3.1 掛籃的設計

3.1.1 掛籃結構設計

1)掛籃采用三角形結構。由于 0號塊 11m長,先采用連體掛籃的形式,完成 1號塊施工后掛籃解體前移。2)掛籃主梁及立柱為雙肢 H 600mm×200mm型鋼,斜拉帶為 250mm×25mm鋼板制作而成,并通過銷軸鉸接形成剛架。其結構清晰,受力明確。3)主梁與立柱、斜拉帶的連接均為鉸接,為了保證三角桁架拼裝后受力良好,防止拼裝后應力過大或無應力狀態,加工主梁銷孔時應嚴格按照圖紙尺寸加工。4)立柱總長 5590mm,銷孔間距為5028mm,加工時允許誤差范圍為 0mm～5mm。5)斜拉帶采用16Mn鋼,加工時孔距只允許出現正誤差,誤差范圍為 0 mm～2mm。加工線及銷孔必須平滑,防止局部應力集中。6)掛籃底籃前橫梁采用雙肢Ⅰ36型鋼,后橫梁采用 4根 H 45型鋼。底籃普通縱梁Ⅰ32和腹板縱梁 H 450×200通過焊接與前后橫梁連接而成。7)上前橫梁為雙肢H 60型鋼,中橫梁為 4[20桁架。8)采用精軋螺紋鋼做吊帶。

3.1.2 掛籃結構受力計算

掛籃受力計算考慮的工況有:掛籃自重、模板及支撐架的自重、振動力及沖擊力、施工人群荷載、箱梁最重塊段混凝土的重量。利用MIDAS軟件通過整體建模,驗算各個荷載組合工況下掛籃的內力情況。

3.1.3 掛籃解體

在 1號箱梁混凝土達到規定強度,且張拉預應力束并壓漿后,對掛籃解體,并前移至下一塊段,同時將另一側主桁接長,斜拉帶重新進行錨固固定,掛籃前移就位錨固。

3.2 懸澆段箱梁鋼筋及預應力管道施工

鋼筋及預應力管道分兩次安裝。

第一次:首先進行底板鋼筋綁扎,其次進行腹板和橫隔板底下的鋼筋綁扎,安放相應縱向預應力管道。

第二次:進行腹板、頂板底層鋼筋綁扎,安放橫向及頂板縱向預應力管,然后綁扎頂板頂層鋼筋。

3.3 懸澆段箱梁混凝土的澆筑

3.3.1 混凝土的澆筑

澆筑混凝土前,對模板、鋼筋、預埋件進行檢查,模板內的雜物、積水和鋼筋上的污垢清理干凈。懸澆段箱梁混凝土水平分層的方式一次澆筑完成,混凝土澆筑應保證連續、均衡、對稱進行。

3.3.2 預應力施工

1)預應力張拉。按照設計要求混凝土強度達到設計強度的80%,混凝土彈性模量不小于 70%,且齡期不小于 5 d進行預應力張拉。張拉應力達到設計應力后,持荷 2min錨固,實際伸長值與理論伸長值應控制在 ±6%以內。2)壓漿與封錨。預應力束張拉完畢 24h內及時壓漿。壓漿施工采用真空輔助吸漿技術。a.準備工作:沖洗孔道:穿束前采用高壓水清除管道內雜質,并用壓縮空氣吹干孔道內積水;試抽真空度:關閉壓漿端閥門,在抽真空端接上 FZB4真空負壓裝置,將其開啟一段時間后,真空表上的指針指在 -0.08 MPa～-0.1MPa之間。b.壓漿:水泥漿的主要技術條件:水泥漿強度不小于 40 MPa;泌水率:拌和后 3 h控制在0.1%以內,24 h后泌水應全部被水泥漿吸收;流動性:出機流動度 14 s～22 s。壓力表一般為 0.5MPa～0.7MPa,縱向長預應力管道的壓漿壓力調到 1MPa。當水泥漿壓至抽真空端時,從排氣孔排出的水泥漿必須無氣泡和無微沫漿,且其稠度與攪拌桶內稠度相同時。關閉真空端排氣孔,仍使壓漿泵以不小于 0.5MPa的壓力穩壓,并持續不小于 2 min,然后再關閉壓漿閥門及壓漿泵,完成壓漿。

每一工作班留取不少于 3組的 40mm×40 mm×160mm立方體試件,作為評定水泥漿質量的依據。

3.4 箱梁施工測量的控制

1)控制點的設置。箱梁控制點的設置:在 0號塊梁段施工時,在箱梁頂板中心預埋鋼板,把 0號塊中心點及控制水準點引到鋼板上,并進行測設復核。2)箱梁軸線控制。復核 0號塊箱梁中心點是否移位,復核后方可利用該中心點放出待澆塊段的中軸線,并復核已完成所有塊段的中軸線,檢查箱梁各斷面的中線誤差并做好記錄。3)箱梁高程控制。懸澆箱梁施工的高程控制是重點,高程控制的最終目標是準確提供每一個箱梁節段的立模標高。

根據理論計算和加載試驗結果,精確確定各節段梁段混凝土澆筑時的掛籃下撓度;懸澆段箱梁施工過程中,高程觀測頻率為5次:即掛籃前移后、混凝土澆筑前、后及預應力張拉前、后等工況下的標高值。

4 連續梁合龍段施工

合龍段作業內容主要包括:吊架安裝、立模、懸臂端配重壓載、勁性骨架安裝、鋼筋骨架制作與安裝、預應力管道的安裝和混凝土澆筑、混凝土養生、預應力施工等。

合龍段采用吊架施工,底籃承重梁由兩根 2H 500 mm×200mm型鋼組成,分配梁為 18根Ⅰ25a型鋼,上面鋪設方木及竹膠板;底籃吊點為 12Φ32 mm精軋螺紋鋼筋,錨固在相鄰箱梁底板及翼板混凝土上;單邊外側模板由 2根雙肢槽 32a型鋼承重,采用 4Φ32mm精軋螺紋鋼筋錨固。

箱梁的合龍,是控制全橋受力狀態和線形的關鍵工序,因此箱梁的合龍順序、合龍溫度及合龍工藝都必須嚴格控制。

全橋箱梁合龍先合龍邊跨,再合龍中跨,合龍在一天溫度最低時進行。合龍段兩端懸臂標高及軸線偏差應符合設計和規范要求,采用與懸澆塊段同標號混凝土澆筑。

4.1 邊跨合龍

1)施工準備。根據圖紙在合龍段兩端節段箱梁的頂板、底板預埋合龍段勁性骨架預埋件;在“T構”兩懸臂端設置臨時配重水箱;整理近期氣溫記錄,根據氣溫變化規律曲線整理出一天最低氣溫時間段,作為勁性骨架鎖定與合龍段混凝土澆筑的時間。2)合龍段吊架及模板安裝。3)設平衡重。采用在懸臂端的水箱中加水的方法設平衡重,近端及遠端所加平衡重量為合龍段混凝土重量的一半。4)普通鋼筋及預應力管道安裝。普通鋼筋在鋼筋制作廠加工成型,運至施工現場安裝;預應力管道接長后,采用先穿入鋼絞線后澆筑混凝土的方法,以保證合龍段混凝土澆筑后底板束管道的暢通。5)合龍鎖定。箱梁合龍,即體系轉換,是控制全橋受力狀況和線形的關鍵工序。合龍時,梁端相對高差不大于20mm,相對軸線偏差不大于 10mm;根據溫度觀測記錄選擇低溫時間段安裝合龍段勁性骨架,使懸臂端與邊跨現澆段臨時連接,盡可能保持相對固定,以防止合龍段混凝土在澆筑及早期硬化過程中產生裂縫。臨時“鎖定”是合龍的關鍵,焊縫長度、厚度達到規定要求,焊接部位的混凝土采用灑水降溫,防止燒傷箱梁混凝土。6)澆筑合龍段混凝土。合龍段混凝土選擇在一天中氣溫最低時進行澆筑,可保證合龍段新澆筑混凝土處于氣溫上升的環境中,在受壓的狀態下達到終凝,以防混凝土開裂。在混凝土澆筑過程中,邊澆筑混凝土邊通過設置在水箱上的閥門放出近端水箱內的水,使混凝土澆筑量(重量)與水箱內水的流出量(重量)保持相等,即混凝土澆筑完成,水箱內水放完,保證平衡施工。7)預應力施工。待合龍段混凝土達到設計規定強度和相應齡期后,合龍段預應力鋼束張拉前,解除勁性骨架的約束。按照設計要求的張拉噸位及順序對稱進行張拉,24h之內及時對預應力管道壓漿。

4.2 中跨合龍

1)合龍步驟。邊跨合龍→0號塊臨時固結鑿除→中跨合龍吊架及模板安裝→加配重水箱→鋼筋綁扎→預應力管道安裝→合龍鎖定→澆筑混凝土(逐級卸除臨時配重荷載)→養生、到達設計強度解除鎖定→合龍段預應力張拉、錨固、灌漿完畢→拆除合龍吊架。2)解除臨時固結。邊跨合龍后,解除連續梁墩頂的臨時固結。中跨合龍的其他工序同邊跨合龍段②～⑦工序,不再贅述。

5 結語

嘉紹大橋北岸跨堤區引橋,采用掛籃懸臂澆筑施工,文章重點介紹了 0號塊施工、掛籃結構設計、懸臂節段箱梁施工、預應力施工、箱梁線形控制、合龍段施工等施工工藝,并且在掛籃首次拼裝采用連體形式,克服了場地狹小的限制,可供同類結構施工參考。

[1]JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術規范[S].

[2]TB/T 3192-2008,鐵路后張法預應力混凝土箱梁管道壓漿技術條件[S].

[3]嘉紹大橋專用技術規范[S].

[4]鋼結構設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2003.