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(湖南路桥建设集团有限责任公司,湖南长沙 410004)



大型砼箱梁高空预制技术分析

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(湖南路桥建设集团有限责任公司,湖南长沙 410004)

摘要:湖南东常(东岳庙—常德)高速公路某大桥梁体是双箱结构的大型砼箱梁,采用箱梁高空预制技术进行施工。文中分析了该技术的工艺原理,介绍了施工操作要点及质量控制措施。实践证明,采用大型砼箱梁高空预制技术能解决施工场地受限的问题,消除梁段预制过程中可能导致梁体开裂的各种关键因素,且无需大型吊梁、运梁机械,操作简单、造价省、工期短。

关键词:桥梁;砼箱梁;高空预制技术

目前,国内对大体积砼箱梁一般采用支架分段现浇或整跨现浇法施工,由于梁体体积较大,收缩约束作用大,容易导致梁体开裂,并且整体现浇施工受现浇支架沉降、变形的影响大。若采取整体预制吊装法施工,则需要较大的作业空间和大型运梁、吊梁设备,造价高、施工复杂、工期难以保障。湖南东常(东岳庙—常德)高速公路某大桥采用分离式双箱结构的预应力砼箱梁,采用在高桩预制平台预制的施工方案。

1 工程概况及工艺原理

该桥砼箱梁标准节段重约810 t,其余节段最大重量1 092 t(见图1)。高桩预制平台设置在32#墩墩顶,有24个节段箱梁在此完成(N1～N9、N18～N22、N29～N38)。

图1 东常高速公路某大桥箱梁的一般构造(单位:cm)

高空预制平台技术的工艺原理:梁体浇筑时,待浇梁段的后端设固定端模,另一端则为已浇好的前一梁段后端面,以该两段的相对位置控制其线形变化和匹配接缝来确保拼接精度。当后一梁段养生待强后,前一节段利用与预制平台等高的移梁支架将预制好的节段用千斤顶牵引、滑移运走,并把新浇梁段转移到匹配梁段位置。如此周而复始,完成整桥的梁段预制。

2 施工操作要点

图2 高桩预制平台技术的施工流程

2.1 高桩预制平台建设

高桩预制平台支架结构采用钢管立柱支撑,立柱钢管采用多点密布设置,并利用联系钢管将立柱钢管连成一个整件。应确保基础承载力达到标准要求,以防沉降或不均匀沉降影响梁体的质量。预制箱梁底板正下方的立柱钢管顶处横桥向设置2道分配钢梁,作为承重钢梁的支撑。顺桥向设置若干个大刚度承重钢梁,以有效控制其挠度变形,其中分配钢梁上的2根承重钢梁与移梁支架钢梁共用,在承重钢梁上铺设工字钢及钢板,形成安全可靠的工作平台,上面设置箱梁滑移轨道、模板升降装置及钢筋预制区。工作平台平面尺寸根据预制梁体的尺寸确定,并在岸侧端设置1台塔吊,作为钢筋、模板等的吊装设备。箱梁预制施工在高桩预制平台上完成(见图3)。

图3 高桩预制平台示意图

2.2 模板工程

箱梁模板应由专业加工厂定制,模板的强度、刚度和稳定性完全达到标准要求,且必须是安全可靠的定型钢模。

(1)模板组成。模板系统由外模、内模和底模组成。1)外模。侧模采用整体钢模结构,通过调节撑杆调整外模位置及角度;端模采用根据结构尺寸加工的钢模板。2)内模。内模采用组合钢模散拼,平面部分采用标准尺寸,异形部分根据结构尺寸单独加工。3)底模。底模采用大块钢模板,底模总长度为8.0 m,总宽度为6.0 m,横桥向分3块。

(2)模板安装和固定。安装前先检查模板的外观质量,对开裂破损的地方进行整修。模板使用前必须清理、除锈、擦拭干净并刷脱模剂。模板拼缝处加工成企口缝,便于拼装咬合,在砼结构面较复杂处的模板还需选择一处或两处镶嵌木条作拆卸缝,便于模板拆卸。安装时,模板下部设置挡块,上部用ϕ20 mm对拉杆固定。模板接缝应平齐无错台、严密不漏浆。1)底模的安装。先用塔吊将模板初步就位,然后根据测量数据,利用千斤顶进行调整。模板调整好后,按80 cm×80 cm的间距在槽钢盒上放置铁锲块进行支撑。2)侧模的安装。顶升侧模时,先将上倒角与匹配梁及固定端模相应位置对好,贴紧,穿好铰接销并上好限位板,然后顶升侧模平稳上升,并由专人在侧模上方观察侧模与固定端模和匹配梁的接触情况,防止施工中造成匹配梁偏位。侧模调整完、经检测无误后,将外侧模调节撑杆固定,拧紧防滑螺帽。3)内模的安装。按照小仓人洞模、小仓模、中仓模、中仓人洞模、中仓腹板模、中仓顶板模的顺序将内模拼装成型后,用螺栓将相邻模板连接固定。因为箱梁体型大,结构面异常复杂,拼装和拆卸模板耗时较长,小仓内模制作2套,一套在使用时,另一套就开始拼装,轮换使用,从而大大缩短箱梁制作周期。内模的定位必须精准。内模采用脚手架钢管支撑,通过螺旋顶托将模板调整到设计尺寸固定。小仓模底部通过对拉螺栓与底模相连后才能更好地保证其不错位、不上浮,无需在其顶部进行压模固定。4)端模的安装。端模安装前,需通过测量在底模(或顶模)上用油漆画出端模边线样,然后用塔吊将端模吊到设计位置进行安装。对于体积较大的端模,还必须在外侧加焊刚性支撑固定,以防倾覆。

(3)模板拆卸。先松动抽出对拉螺丝,然后用人工配合塔吊拆卸模板。拆模后及时清理、修整模板,并将模板、钢管架、扣件、顶托、对拉杆等分类堆放整齐。拆模先从镶嵌有木条的拆卸缝处开始,分两次完成:1)模板在砼待强达到规范要求后方可拆除。常温下一般砼浇筑完成24 h后开始拆除箱梁外侧模、端模和内模的竖向模板(如隔模板、腹板模等)及预应力深埋锚盒,应避免在烈日、冰冻、大风等环境下拆模。2)箱梁左右幅支座之间的间距为21.2 m,箱梁自重、标准节段梁重约810 t,最大梁重约为1 259 t,在箱梁第一次张拉完成后才能开始顶板模和底板模的拆卸施工,防止梁件开裂。因钢模较重,塔吊无法吊到箱室内的模板,人工移动模板较为困难,为此,利用支撑内模的脚手架做成滑道,顶板模拆除后直接落在滑道上,能安全、省力、快速地将模板移出。大部分浇筑的箱梁基本在相差不大的位置,在拆卸底模时,尽量保证底模和底模支撑系统的当前位置,仅竖直降模,让箱梁落实在移梁支座上,这样能方便下一片梁的底模安装(只需升上底模,稍作调整即可)。

2.3 钢筋的加工安装和预应力系统

所有钢筋根据型号或编号在50 cm高的水泥架垫上分类堆放整齐,并做好防潮、防污染、防混杂措施。根据箱梁设计图制定下料单,进行钢筋下料成型,按照施工图纸进行绑扎。

(1)钢筋加工。钢筋加工前,必须就原材料尺寸对比图纸中的钢筋尺寸进行仔细计算,在保证符合设计要求的前提下,按照尽量减少钢筋接头的原则统筹安排定制钢筋下料单,以节约成本、提高施工效率。按照箱梁钢筋的安装顺序对不同部位的钢筋进行加工,保证钢筋能及时加工,及时转运安装。

(2)钢筋安装。钢筋安装分为平台预制和现场绑扎两部分。平台预制是指在箱梁砼养生待强到箱梁底模安装时,通过平台上的钢筋制作模架(角钢制作成“目”或“田”字形,上刻有尺寸,简单实用),分别制作箱梁的腹板钢筋、底板下层钢筋、隔墙钢筋和人洞钢筋等。底模完成后,用塔吊将预制好的钢筋吊到设计位置(吊装预制钢筋的同时在其下方绑好保护层垫块),再通过现场绑扎完成所有钢筋安装。钢筋绑扎前由测量人员复测模板的平面位置及高程,钢筋绑扎和焊接严格按施工、设计规范要求进行,当通气孔、预应力系统与钢筋发生冲突干扰时,可适当调整钢筋位置。

(3)预应力系统。该桥箱梁采用三向预应力体系,包括纵向预应力钢束和预应力钢筋、横向预应力钢绞线、竖向预应力钢筋。1)纵横向预应力系统的加工及安装。布设波纹管前按设计规定的管道坐标进行放样,设置定位钢筋,定位钢筋的间距不得大于0.5 m(曲线管道宜适当加密)。波纹管用U形定位钢筋固定使其在砼浇筑期间不产生位移。对用波纹管成孔的预应力钢筋孔道,向波纹管孔道中穿入钢管以增强刚度,防止浇注时偏移变形。在浇筑砼时,定时转动钢管,以保证孔道的畅通,钢管在砼浇筑完成后抽出。在浇筑下一节段箱梁时,钢管应伸进上一节段孔道不少于20 cm,以保证孔道的顺接。纵向预应力钢筋的波纹管,在匹配梁处应注意安放纵向预应力钢筋连接器的预埋管。预埋管直径10 cm,长80 cm,居中套着波纹管,两端封堵后,紧贴匹配梁,通过顶板钢筋用U形钢筋将其固定。安装纵横向预应力钢绞线时,对扁型波纹管采用人工穿束,对于根数较多的预应力钢绞线采取整束卷扬机牵引的方法。2)竖向预应力系统的加工及安装。腹板处分布有2层竖向预应力,竖向预应力系统等在平台上安装成型(见图4)。钢管、螺旋钢筋与上、下锚垫板焊接牢固,波纹管两端用海绵和胶带封堵密实,用上、下螺帽拧紧。在预制腹板钢筋时将竖向预应力系统用U形定位钢筋固定在腹板钢筋上,紧贴着上、下锚垫板下部各设一道Ⅱ形架力筋,以保证在浇筑砼时竖向预应力系统不下坠和松散变形。所有竖向预应力钢筋的进浆、出浆孔均设在顶板,纵向同层相邻2个竖向预应力管道要形成压浆回路。

图4 竖向预应力系统示意图

(4)钢筋安装及预应力系统施工注意事项。1)严格按要求制作预制钢筋,采用梅花形点焊形成骨架,在吊装时穿入钢管,吊点设置在钢管上,保证在吊装时预制钢筋不会松散、变形;2)钢筋绑扎时应注意普通钢筋与波纹管、预埋件的位置关系及安装顺序;3)分部钢筋安装完成后,应对模板进行清理,以保证砼外观质量;4)尽量不要在波纹管附近进行电焊和氧割,无法避免时应采取防护措施;5)在模板上焊割接钢筋时,须对模板进行隔离保护;6)砼结构内钢筋排列较密时,应适当调整普通钢筋位置,留出振动泵活动空间,便于振捣;7)整片箱梁的钢筋、模板安装好后,还应注意临时施工安全护栏、拆模孔、张拉吊顶孔的预留;8)预应力穿束完成后,要将预应力管道口和锚盒内进行封堵,并将裸露在外的钢绞线进行包裹,防止水泥浆漏入堵塞锚头和波纹管,影响预应力束的张拉;9)纵向波纹管内的钢管拆除时间应根据实际情况调整,避免塌孔或抽拔钢管困难。

2.4 预制箱梁砼浇筑要点

(1)浇筑时,下料应均匀、连续,不要集中猛投以免产生砼的阻塞,在钢筋密集处启动插入式振捣器辅助下料。

(2)浇筑过程中派专人检查模板、钢筋、预应力系统及各种预埋件的位置和稳固情况,发现问题及时处理。

(3)浇筑过程中随时检查砼的坍落度和干硬性,严格控制水灰比,不得随意增加用水量,前后台密切配合,以保证砼的质量。

(4)砼浇筑完成后应排除顶面浮浆,并及时将现场冲洗干净。

(5)控制砼的内部与表面温差,温差值不能大于25℃。砼浇筑完成后,开启水循环散热系统,设专人定时测温换水。当砼体内外温差接近20℃时,对循环水进行部分更换,每次换水只调整5℃左右,防止循环水骤然降温。当循环水温度与外界环境温度基本持平时关闭循环散热系统。

(6)砼浇筑完成后,及时在顶板表面覆盖塑料薄膜和土工布,并由专人洒水养生,以能保持湿润状态为宜。

2.5 预应力张拉及移梁、调梁

箱梁内设置了横、纵、竖三向预应力,箱梁预应力张拉分4次进行:

(1)在箱梁砼强度达到90%设计强度后,张拉顶板和底板横向预应力束及腹板竖向预应力束和部分横隔板束,张拉力为设计张拉力的50%。因为超宽幅箱梁徐变大,一次性张拉至100%后做匹配梁会影响成桥线形,误差的累积甚至会对梁体结构造成影响。张拉后拆除箱梁顶模及底模,将新浇箱梁通过移梁千斤顶牵引滑移到匹配梁段位置。为确保后期拼装的成桥线形,测量人员需对匹配梁顶的控制点进行观测,根据测量结果和监控指令决定是否在移梁支点加强钢板下方安放4个三向千斤顶对箱梁的三维位置进行调整。

(2)在新浇箱梁达到拆模强度时,将匹配梁中已张拉到50%的预应力束张拉到设计应力,然后将箱梁移到存梁位置。

(3)梁段在支架上存放一段时间,最大限度减小成桥后砼收缩、徐变变形,然后将箱梁移至拼装位置进行拼装。

(4)完成纵向拼装后张拉剩余的横隔板束。

2.6 施工材料与设备

主要施工材料见表1,施工设备见表2。

3 质量控制措施

(1)所有原材料和机具设备的施工、检验与验收均按现行规范及有关规定进行。

(2)对于预制钢筋片、大体积拼装成型的模板,在吊装前用钢管加以支撑、固定,防止其在吊装过程中松散、变形。

(3)为防止匹配梁位置出现错台现象,安装模板时用油压千斤顶顶推模板使其紧贴匹配梁梁体。

(4)砼浇筑完成养护期间设专人值班测定砼内部与表面温度,温差一旦接近25℃,及时向上级汇报同时采取相应措施。

(5)箱梁顶板模和底模在第一次张拉完成后才能拆除,防止箱梁梁体砼因自重沉降造成裂缝。

表1 主要施工材料

表2 主要施工设备

4 结语

东常高速公路某大桥砼箱梁采用在高桩预制平台预制的方案,24个节段砼箱梁,平均施工周期为12 d,最短仅9 d。该工程通过科学的施工工艺、严格的质量控制措施,取得了良好的经济效益和社会效益。经生产实践论证,大型砼箱梁采用在高桩预制平台预制的方案具有如下优势:1)采用空中预制场进行梁段预制,解决了场地受限的问题,且不需要大型运梁和吊梁设备;2)制梁与移梁、拼梁互不干扰,形成工厂式流水线作业,与传统技术相比,其工作效率更高,有利于缩短施工时间,优化箱梁施工周期;3)与传统技术相比,消除了相邻梁段因龄期不同而产生的收缩差,从而消除了裂缝,可有效解决大型砼箱梁施工易产生砼收缩裂纹的问题;4)箱梁的所有施工作业内容有效组合、统筹按排,避免了施工周期性的闲、忙时段的出现,使箱梁施工始终保持紧凑、有序、高效的频率,在预制平台和紧靠平台周边塔吊工作半径范围内完成箱梁所有施工。

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收稿日期:2016-01-13

中图分类号:U445.4

文献标志码:A

文章编号:1671-2668(2016)02-0179-05