大型砼箱梁高空預制技術分析

舒穩

(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

舒穩

(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,國內對大體積砼箱梁一般采用支架分段現澆或整跨現澆法施工,由于梁體體積較大,收縮約束作用大,容易導致梁體開裂,并且整體現澆施工受現澆支架沉降、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

該橋砼箱梁標準節段重約810 t,其余節段最大重量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。當后一梁段養生待強后,前一節段利用與預制平臺等高的移梁支架將預制好的節段用千斤頂牽引、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,并利用聯系鋼管將立柱鋼管連成一個整件。應確保基礎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。工作平臺平面尺寸根據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

箱梁模板應由專業加工廠定制,模板的強度、剛度和穩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。模板系統由外模、內模和底模組成。1)外模。側模采用整體鋼模結構,通過調節撐桿調整外模位置及角度;端模采用根據結構尺寸加工的鋼模板。2)內模。內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,然后根據測量數據,利用千斤頂進行調整。模板調整好后,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。側模調整完、經檢測無誤后,將外側模調節撐桿固定,擰緊防滑螺帽。3)內模的安裝。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。內模的定位必須精準。內模采用腳手架鋼管支撐,通過螺旋頂托將模板調整到設計尺寸固定。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的模板,人工移動模板較為困難,為此,利用支撐內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,稍作調整即可)。

2.3 鋼筋的加工安裝和預應力系統

所有鋼筋根據型號或編號在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籌安排定制鋼筋下料單,以節約成本、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場綁扎兩部分。平臺預制是指在箱梁砼養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、設計規范要求進行,當通氣孔、預應力系統與鋼筋發生沖突干擾時,可適當調整鋼筋位置。

(3)預應力系統。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)縱橫向預應力系統的加工及安裝。布設波紋管前按設計規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,防止澆注時偏移變形。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。在澆筑下一節段箱梁時,鋼管應伸進上一節段孔道不少于20 cm,以保證孔道的順接。縱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 豎向預應力系統示意圖

(4)鋼筋安裝及預應力系統施工注意事項。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)砼結構內鋼筋排列較密時,應適當調整普通鋼筋位置,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、拆模孔、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)縱向波紋管內的鋼管拆除時間應根據實際情況調整,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,不要集中猛投以免產生砼的阻塞,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、預應力系統及各種預埋件的位置和穩固情況,發現問題及時處理。

(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,并及時將現場沖洗干凈。

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

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

2.5 預應力張拉及移梁、調梁

箱梁內設置了橫、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的控制點進行觀測,根據測量結果和監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、檢驗與驗收均按現行規范及有關規定進行。

(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錯臺現象,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)砼澆筑完成養護期間設專人值班測定砼內部與表面溫度,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,取得了良好的經濟效益和社會效益。經生產實踐論證,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,與傳統技術相比,其工作效率更高,有利于縮短施工時間,優化箱梁施工周期;3)與傳統技術相比,消除了相鄰梁段因齡期不同而產生的收縮差,從而消除了裂縫,可有效解決大型砼箱梁施工易產生砼收縮裂紋的問題;4)箱梁的所有施工作業內容有效組合、統籌按排,避免了施工周期性的閑、忙時段的出現,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