高架橋懸臂蓋梁定型化模板與預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)

豐榮良 何大為

江蘇鎮(zhèn)江路橋工程有限公司 江蘇 鎮(zhèn)江 212017

近年來，隨著我國城市化的快速發(fā)展，一線城市中的交通擁擠現(xiàn)象急劇增加。大城市中的交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，用地緊張，普通的城市地面道路難以滿足需求，而高架橋的出現(xiàn)很好的解決了這一難題。城市高架橋既要保證足夠的橋面寬度，還需要預(yù)留足夠的橋下空間，減小對橋下道路通行的影響，因此高架橋的橋墩往往采用大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁。現(xiàn)澆懸臂蓋梁技術(shù)是一種用于建造懸挑蓋梁的傳統(tǒng)施工方法，其通常也需要安裝模板，用于支撐混凝土的澆筑。但普通的蓋梁模板是現(xiàn)場制作拼裝的，其制造可以更加靈活，但也存在許多問題。由于普通蓋梁模板是由多塊鋼板拼接，難以保證模板的尺寸和形狀一致，而且不能承受大荷載，不適用大型的懸臂蓋梁。同時其安裝以及拆卸要耗費(fèi)大量時間，人工成本[1-4]。針對以上問題，本工程采用懸臂蓋梁定型化模板，提高懸臂蓋梁模板工程效率與經(jīng)濟(jì)性。

大跨度蓋梁在日常的使用過程中，主要承受彎矩作用。由于荷載較大，普通混凝土可能會出現(xiàn)強(qiáng)度不足，撓度過大，裂縫等問題，不僅影響高架橋的外觀，而且具有安全風(fēng)險。針對以上問題，本工程在蓋梁澆筑過程中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，解決了以上問題，而且預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的應(yīng)用能夠使高架橋有更快的施工速度，更好的抗震性以及更長的使用壽命[5-8]。有效提高了工程的經(jīng)濟(jì)性及安全性。

本文基于在建工程項(xiàng)目，結(jié)合懸臂蓋梁施工中的重難點(diǎn)問題，提出了一種安全、經(jīng)濟(jì)、高效的懸臂蓋梁定型化模板與預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)，為大跨度蓋梁的施工提供了新的思路。

1 工程概況

1.1 背景介紹

本工程為S302平湖至安吉公路平湖平善大道至南湖嘉南公路段改建工程(一期)第 1 施工標(biāo)段。線路總長8.65公里，橋涵公路等級 I 級，主線采用連續(xù)高架橋梁（含互通主線高架橋），下穿滬杭高鐵、規(guī)劃通蘇嘉甬鐵路、上跨規(guī)劃滬嘉城際鐵路，上跨杭州灣環(huán)線高速、滬杭高速，上跨規(guī)劃乍嘉蘇線（南市 河）等三級航道。

本工程現(xiàn)澆蓋梁有三種型式，分別應(yīng)用于不同路段的各個墩柱：（1）“Y”型獨(dú)立墩雙懸臂蓋梁，在本工程中應(yīng)用最多，共計(jì)224支；（2）雙墩柱單門洞單懸臂蓋梁（另外端為懸臂端），共計(jì)19支；（3）三墩柱雙門洞框架蓋梁，共計(jì)32支。現(xiàn)澆蓋梁錨具采用YM15-（15//14/13/12），波紋管采用內(nèi)徑C-90/75 mm塑料波紋管。預(yù)應(yīng)力鋼束采用雙端雙控張拉。

1.2 施工難點(diǎn)

本工程懸臂蓋梁施工過程中存在如下技術(shù)難點(diǎn)：

（1）蓋梁模板支撐體系較復(fù)雜：蓋梁結(jié)構(gòu)類型較多，樣式復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸跨度及變化較大。蓋梁模板設(shè)計(jì)多樣化及成本加大。懸臂蓋梁設(shè)計(jì)的懸臂結(jié)構(gòu)大，漸寬段的框架蓋梁長度大，蓋梁支撐結(jié)構(gòu)體系經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)。

（2）由于懸臂蓋梁必須與其他橋梁部件無縫連接，其施工的精細(xì)化程度對工程質(zhì)量至關(guān)重要，尤其在不穩(wěn)定的施工環(huán)境中，懸臂蓋梁測量和定位的精確性是一個挑戰(zhàn)。

（3）施工作業(yè)難度較大：本工程圍擋內(nèi)施工場地狹小，作業(yè)面施工機(jī)械多。安全文明施工環(huán)保要求高，難度大。

（4）施工交通壓力大：蓋梁懸臂端伸出道路施工圍擋范圍，圍擋外兩側(cè)保通道路車流量較大，框架門墩蓋梁施工存在門洞內(nèi)的社會交通壓力，故支架施工可能直接影響兩側(cè)既有道路的交通，施工期間交通組織難度高、保通壓力大。

（5）邊通車邊施工安全風(fēng)險高：支架現(xiàn)澆施工時，兩側(cè)支架懸挑（或者門洞框架）在保通道路車道上方，來往社會車輛多，施工時存在著墜落物傷害車輛、行人的風(fēng)險。

2 技術(shù)原理及方法

2.1 蓋梁定型化模板

蓋梁定型化模板技術(shù)可以根據(jù)蓋梁結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保結(jié)構(gòu)的精確性和穩(wěn)定性。其在施工過程中能夠?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)提供一個支持和模板，以便混凝土能夠凝固成所需的形狀，同時保持所需的強(qiáng)度和質(zhì)量。

本工程模板均采用鋼模，委托模板加工廠加工制作。外模均不設(shè)對穿蓋梁混凝土的拉桿。 鋼模板面板采用8mm厚鋼板，筋板12mm，面板外側(cè)橫肋型鋼采用[12]槽鋼，豎肋型鋼采用型鋼雙拼槽鋼18，最大間距90~100cm，模板栓接面采用螺栓栓接，模板節(jié)段接頭均采用螺栓栓接，空隙處采用橡膠墊墊實(shí)堵塞。模板底部螺栓連接，底部、頂部設(shè)置2道精軋螺紋鋼對拉。如圖1所示，定型化蓋梁模板由底模以及側(cè)模所組成。

圖1 定型化蓋梁鋼模板示意圖

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就是構(gòu)件在使用荷載作用之前，利用高強(qiáng)鋼筋預(yù)先對混凝土受拉區(qū)施加壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。這種人為建立的應(yīng)力狀態(tài)，能夠有效減少混凝土的裂縫，減小蓋梁撓度，增加混凝土的強(qiáng)度和使用壽命。后張法是先制作構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度，在構(gòu)件或結(jié)構(gòu)上張拉預(yù)應(yīng)力筋的方法。其不需要臺座設(shè)備，靈活性大，適用于本工程現(xiàn)澆蓋梁的施工方法。

在蓋梁混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)后，蓋梁施工采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，應(yīng)用智能張拉設(shè)備進(jìn)行鋼束張拉，其原理如下：

張拉采用智能張拉設(shè)備進(jìn)行，蓋梁張拉采用智能張拉設(shè)備進(jìn)行，以應(yīng)力控制為主，鋼絞線伸長值作為校核。預(yù)應(yīng)力束張拉前應(yīng)對孔道摩阻的實(shí)際檢測，并進(jìn)行張拉力、伸長量進(jìn)行計(jì)算確認(rèn)，選取相應(yīng)規(guī)格型號的張拉設(shè)備。

啟動張拉智能平臺系統(tǒng)后，由現(xiàn)場操作人員啟動張拉程序。智能張拉平臺系統(tǒng)發(fā)出信號，傳遞給智能張拉儀張拉系統(tǒng)，通過張拉系統(tǒng)控制專用千斤頂按預(yù)先系統(tǒng)編制的張拉順序進(jìn)行對稱均衡張拉，按三級加載過程上升油壓。

蓋梁第二批鋼束張拉時，采用型鋼掛架作為張拉操作平臺，平臺在加工完成后通過汽車吊安裝到梁頂，并采用混凝土配重塊防止張拉平臺傾覆，用方木墊塊進(jìn)行支墊，防止損壞梁預(yù)埋護(hù)欄鋼筋。

3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

為驗(yàn)證本工程定型化蓋梁模板的安全性，在施工前對模板的面板、肋槽鋼、模板拉桿進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1 面板計(jì)算

分別對底模板和側(cè)模板的抗彎強(qiáng)度以及撓度進(jìn)行計(jì)算，如表1所示，通過與規(guī)范設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較，表明蓋梁模板的面板抗彎強(qiáng)度和撓度均符合要求，其結(jié)構(gòu)安全。

表1 面板的驗(yàn)算結(jié)果

3.2 肋槽鋼計(jì)算

分別對橫向肋槽鋼和豎向肋雙槽鋼的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度以及撓度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示，通過與規(guī)范設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，橫向肋槽鋼和豎向肋雙槽鋼抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和撓度均符合要求，其結(jié)構(gòu)安全。

表2 肋槽鋼的驗(yàn)算結(jié)果

3.3 模板拉桿計(jì)算

根據(jù)計(jì)算公式:N < [N]= fA，取對拉螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f= 170N/mm2；對拉螺栓有效直徑為23mm，則有效面積為490.9mm2，對拉螺栓最大容許拉力值 [N]= 170×490.9=83.4 kN，對拉螺栓所受的最大拉力N = 46.558 kN< [N]，故對拉螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

本工程現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂蓋梁施工工藝流程如圖2所示。

圖2 本工程施工工藝流程

4.1 模板施工

蓋梁底模采用由中間平直段和兩邊挑臂段組成的鋼模板，放樣出蓋梁橫橋向和順橋向的軸線，根據(jù)放樣出的中線定出蓋梁的邊線，并對底模進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整，使底模的標(biāo)高和坡度與設(shè)計(jì)相符，模板接縫處安裝前側(cè)面貼橡膠條，底模安裝前，對墩柱頂面進(jìn)行鑿毛處理。

模板安裝時檢查拉桿及螺栓、墊片型號及數(shù)量是否符合設(shè)計(jì)要求，砼澆筑時檢查螺栓是否上滿、松動。模板節(jié)段接頭均采用螺栓栓接，模板底部螺栓連接，底部、頂部設(shè)置2道精軋螺紋鋼對拉。模板安裝前需清理模板面板并進(jìn)行打磨，并均勻刷模板漆，涂刷完成后用海綿擦拭模板表面，防止模板漆流掛現(xiàn)象出現(xiàn)。模板底模與側(cè)模空隙用軟膠管（橡膠墊墊實(shí)）堵塞。

4.2 鋼筋運(yùn)輸?shù)跹b

（1）鋼筋骨架吊裝

蓋梁鋼筋骨架分段運(yùn)輸，鋼筋骨架吊點(diǎn)及跨中設(shè)置一道型鋼加強(qiáng)圈避免吊裝過程變形，現(xiàn)場采用鋼絲繩4點(diǎn)起吊，吊裝結(jié)束后鋼筋骨架的骨架片和主筋在現(xiàn)場采用搭接單面焊方式進(jìn)行連接。

（2）波紋管安裝

波紋管穿管可以在吊裝前或者吊裝后進(jìn)行，波紋管定位時測量管道的正確坐標(biāo)，保證波紋管位置準(zhǔn)確后方可固定。現(xiàn)場鋼筋骨架分節(jié)吊裝完成后，波紋管接長采用熱封管進(jìn)行連接，以防后續(xù)混凝土澆筑時，漿液進(jìn)入管道內(nèi)發(fā)生堵管現(xiàn)象。

蓋梁分段運(yùn)輸?shù)狡鸬醅F(xiàn)場，汽車吊吊起蓋梁分段鋼筋。起吊后，抬升至超過蓋梁作業(yè)平臺護(hù)欄的高度，再向底模處旋轉(zhuǎn)，吊至底模位置，再用同樣方法吊裝另外節(jié)段蓋梁鋼筋骨架。

（3）鋼絞線安裝

采用穿束機(jī)進(jìn)行鋼絞線穿束；鋼絞線在穿入孔道前，已采用清水沖洗管道，然后用不含油脂的壓縮空氣將管道吹凈。

（4）側(cè)模安裝

側(cè)模板采用定型鋼模板，混凝土外露面內(nèi)無對拉螺桿，如圖3所示。

圖3 側(cè)模安裝

（5）預(yù)應(yīng)力管道安裝

波紋管后場統(tǒng)一下料、隨蓋梁鋼筋一起安裝接長，接長采用熱熔焊接。鋼絞線編束時，每隔1.5m綁扎一道鐵絲，鋼絞線端頭膠布包裹，防止穿束時頂漏波紋管。

波紋管按設(shè)計(jì)給定的曲線要素布置，位置要準(zhǔn)確。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)給定的坐標(biāo)將波紋管用 HRB400Φ12“#”形定位筋與結(jié)構(gòu)鋼筋焊接定位，直線段每80cm、曲線段每40cm設(shè)置一組。定位過程中應(yīng)防止銳器刮破、電弧焊火花燒傷波紋管，以免造成波紋管進(jìn)漿堵塞波紋管。

波紋管安裝完成后為防止波紋管在混凝土澆筑過程中受壓變形影響鋼絞線穿束，預(yù)先在波紋管中穿入內(nèi)襯管，待混凝土澆筑完成初凝后，拔出內(nèi)襯管，然后再穿入鋼絞線。波紋管防崩鋼筋間距在直線段不大于50cm、曲線段不大于 30cm。

4.3 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

蓋梁混凝土采用自拌混凝土，混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，混凝土泵送澆筑，澆筑順序由中間向兩端對稱澆筑，混凝土施工嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTGT3650-2020及相關(guān)混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，分層振搗。

混凝土初凝后開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)選用土工布覆蓋滴灌淡水，將土工布覆蓋全蓋梁，在蓋梁兩端頭頂放置2個1m3的水箱，再將軟水管每間距30cm均勻布置針眼接至水桶里，緩慢滴灌淡水對蓋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)周期不少于7d。

4.4 模板拆除

蓋梁側(cè)模在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa（或者常溫下6~12h）后可拆除，底模需在蓋梁首次預(yù)應(yīng)力束張拉、壓漿完成后方可拆除。

采用人工配合汽車吊拆除蓋梁側(cè)模，至模板與混凝土表面完全脫離后，以汽車吊配合，將模板吊開放置一側(cè)。

拆除底模時，用手拉葫蘆將底模拉緊使其承受底模自重，再將主橫梁下的卸荷砂箱出砂口依次打開使其緩慢卸荷（卸荷塊依次從中間割開），然后移除卸荷砂箱，緩緩拉動葫蘆卸力，待底模與混凝土脫落后，將底模抽出。

拆摸后應(yīng)及時對模板清理、整修、涂刷養(yǎng)護(hù)劑，加強(qiáng)模板的維修與保養(yǎng)。

4.5 預(yù)應(yīng)力施工

（1）預(yù)應(yīng)力施工順序

蓋梁預(yù)應(yīng)力施工順序?yàn)椋翰y管及錨墊板安裝、固定（與鋼筋綁扎同時進(jìn)行） →內(nèi) 襯管或鋼絞線穿入→蓋梁砼澆筑→蓋梁齡期養(yǎng)護(hù)→ 鋼絞線穿束 → 錨具安裝、千斤頂安裝 → 第一次預(yù)應(yīng)力束張拉 → 孔道壓漿 →支架體系卸落→上部結(jié)構(gòu)安裝→第二次預(yù) 應(yīng)力束張拉→ 孔道壓漿封錨。

（2）預(yù)應(yīng)力張拉

預(yù)應(yīng)力施工采用后張法施工工藝，張拉采用雙控，以應(yīng)力控制為主，鋼絞線伸長值作為校核；當(dāng)伸長值偏差在-6%～+6%范圍之外時應(yīng)停止張拉，查明原因再繼續(xù)進(jìn)行。蓋梁鋼筋籠制安時，鋼絞線提前穿入預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)。預(yù)應(yīng)力束張拉前應(yīng)對孔道摩阻的實(shí)際檢測，并進(jìn)行張拉力、伸長量進(jìn)行計(jì)算確認(rèn)，選取相應(yīng)規(guī)格型號的張拉設(shè)備。

本工程蓋梁張拉采用智能張拉設(shè)備進(jìn)行，啟動張拉智能平臺系統(tǒng)后，現(xiàn)場操作人員、監(jiān)理員現(xiàn)場攝像，由現(xiàn)場操作人員啟動張拉程序。智能張拉平臺系統(tǒng)發(fā)出信號，傳遞給智能張拉儀張拉系統(tǒng)，通過張拉系統(tǒng)控 制專用千斤頂按預(yù)先系統(tǒng)編制的張拉順序進(jìn)行對稱均衡張拉。

油泵供油給千斤頂張拉油缸，按3級加載過程依次上升油壓，分級方式為后張法張 拉操作程序?yàn)椋?→初應(yīng)力（0.1σcon）→張拉應(yīng)力σcon（持荷5分鐘）→錨固。

張拉過程中智能張拉平臺系統(tǒng)對每一級進(jìn)行測量和記錄，測量每一級張拉后的活塞伸長值的讀數(shù)，并隨時檢查伸長值與計(jì)算值的偏差。

張拉時，通過智能張拉系統(tǒng)平臺和智能張拉系統(tǒng)控制好專用千斤頂加載速度，確保給油平穩(wěn)，持荷穩(wěn)定。

（3）灌漿、封錨

預(yù)應(yīng)力束張拉完成后，進(jìn)行孔道壓漿，孔道壓漿采用真空輔助壓漿施工工藝，必須保證壓漿質(zhì)量。

5 結(jié)語

針對現(xiàn)澆懸臂蓋梁施工技術(shù)施工周期長，施工難度大，精確性差以及蓋梁變形和裂縫等問題，本文基于平湖至安吉公路平湖平善大道至南湖嘉南公路段改建工程，對該類工程施工技術(shù)加以研究：

（1）通過采用定型化模板，委托模板加工廠加工制作，確保了構(gòu)件的尺寸和形狀的一致性。相較于傳統(tǒng)的安裝方法，省去現(xiàn)場模板拼裝的施工環(huán)節(jié)，能夠有效加快施工進(jìn)度，減少了人工錯誤，降低人工成本。

（2）對蓋梁的澆筑采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，在澆筑混凝土后，通過張拉智能平臺系統(tǒng)對鋼筋進(jìn)行張拉，保證鋼筋張拉質(zhì)量，增加混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，降低裂縫的發(fā)生，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。