探讨路桥建设预应力混凝土截面连续箱梁合拢施工工艺_预应力变截面连续箱梁
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探讨路桥建设预应力混凝土截面连续箱梁合拢施工工艺
1引言
悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁的合拢段施工,是桥梁上部构造施工的关键环节。在施工图设计中,合拢段长度比较短,调整梁体线形的余地非常小。由于连续箱梁在进行合拢施工时,箱梁悬臂部分较长,而此时荷载和温度的微小变化都将会对桥梁体系节段前端的标高和伸缩变形产生很大的影响。在合拢段施工过程中,昼夜温度变化、新浇混凝土的早期收缩和水化热、已完成结构混凝土的收缩与徐变、结构体系变化以及施工荷载等因素,都影响着合拢段新浇混凝土的质量。在预应力混凝土连续箱梁的合拢施工过程中,通常容易出现下列问题:
(1)由于模板支立不够牢固、浇筑混凝土时顶板表面未认真抹平,合拢后箱梁顶面不平顺、不平整。
(2)合拢施工温度选择控制不当。由于连续箱梁在合拢前悬臂较长,随着气温的变化,箱梁悬臂端的高程和梁的长度也相应发生变化。合拢后体系转换,连续箱梁的顶面高程和梁体长度变化明显减小,但将产生温度应力。合理的合拢时间会大大减小结构的温度内力。
(3)合拢后箱梁顶面因养护不及时而出现收缩裂缝。
(4)模板支立不牢固出现模板沉降变形,使梁段之间混凝土表面有明显的高低差。因此,对合拢段进行必要的施工控制,可以保证桥梁上部构造线形顺畅,内力分配和传递合理,从而确保工程质量。
2工程概况
该项目工程为一座大桥,全桥共有27孔,桥长927.20m。主桥位于大桥的第12孔至第20孔,上部构造为30m+7×45m+30m=375m九跨一联的预应力混凝土等截面连续箱梁,按双幅布置。箱梁采用单箱单室结构,箱梁顶板宽度为12.75m,底板宽度为5.00m,翼板悬臂长度为2.875m,箱梁高度为2.50m,45°斜式腹板厚度为0.50m,底板厚度支点处为0.56/0.50m、跨中为0.32m。箱梁采用C50强度等级的混凝土,纵向、横向、竖向三向预应力。
纵横向预应力均采用公称直径Φ15.24mm标准强度Rby=1860MPa的低松弛高强钢绞线,顶板束采用27股钢绞线,配YM15-27锚具;底板及腹板束采用12股钢绞线,配YM15-12锚具;横向预应力束采用3股钢绞线,配YMB15-3锚具;竖向预应力束采用Φl32mm精轧螺纹钢筋,配YGM-32锚具。
施工图设计规定,除0～2号块及边跨6.35m段采用支架施工外,其余梁段均采用挂篮悬臂浇筑。单T划分为6个梁段,施工最大悬臂长度为21.50m,悬浇块件最大长度为3.50m。全桥共计4个边跨现浇段,18个合拢梁段。每个现浇梁段长6.35m,C50混凝土量为81.06m3;每个合拢段长均为2.00m,C50混凝土量为18.16m3。
3合拢段施工
3.1合拢段施工顺序
合拢时,先合拢边跨,拆除边跨主墩临时锚固;再合拢次边跨,拆除次边跨主墩临时锚固;直至中跨合拢。
3.2施工准备
3.2.1混凝土配合比设计
主桥现浇连续箱梁设计强度等级为C50,梁段混凝土强度达到设计强度等级的90%时方可施加预应力。施工时采用混凝土输送泵进行混凝土浇筑施工。由于合拢段主要施工时间在9、10月份,正值
天气炎热阶段。按照泵送、缓凝与早强的要求,进行掺加减水剂和粉煤灰的高性能混凝土配合比设计。
3.2.1.1 原材料试验情况
采用徐州巨龙牌42.5级普通硅酸盐水泥。水泥细度为2.9%,初凝时间2h09min,终凝时间3h34min,抗压强度3d为30.4MPa、28d为49.9MPa,抗折强度3d为5.9MPa、28d为6.7MPa。碎石压碎值为5.5%,针片状含量为6.5%,筛分试验符合16～31.5mm级配,含泥量为0.43%,泥块含量为0.13%。
中砂细度模数为2.63,含泥量为1.4%,泥块含量为0.4%。外加剂采用JM-A型高效减水剂。减水率为15.7%,泌水率为7.9%,1d、3d、7d、28d抗压强度比分别为198%、188%、171%、165%,达到GB8076-1997中早强减水剂的一等品指标。混合材料选用Ⅰ级粉煤灰,细度8.9%,烧失量1.02%,含水量0.1%,氧化硫含量0.46%。
3.2.1.2 混凝土配合比设计
C50高性能混凝土配合比设计是以基准混凝土为基础,用粉煤灰超量取代法进行调整后得出的。
工地中心试验室根据计算,经多次试验确定出设计混凝土配合比。按此配合比拌制的混凝土拌和物,坍落度T=140mm,1h坍落度的损失为20%,含气量为1.7%,标准养护条件下混凝土试件各龄期抗
压强度平均值为:R3d=44.0MPa,R7d=53.4MPa,R28d=62.7MPa。
表1 每m3混凝土原材料用量(kg)
3.2.2观测气温变化情况
为了保证在设计规定的气温条件下进行合拢施工,在合拢施工前一周起,对工地的气温变化情况进行连续认真观测。夜间10:00至早晨6:00每两个小时进行一次观测,并及时准确填写测温记录。
3.3边跨现浇段及边跨合拢段施工
图1边跨现浇段与合拢段支架立面简图
3.3.1边跨现浇段施工 3.3.1.1 施工工艺流程
地基处理→支立边跨现浇段箱梁支架→预压试验→支立箱梁底模板→调整模板高程和中线→支立箱梁侧模板→绑扎底板钢筋及端横隔板钢筋,进行预应力孔道定位,安装波纹管→穿底板钢束,在过渡墩侧安装挤压套管式锚具→支立芯模和端模板→绑扎顶板钢筋,安装顶板预应力波纹管管道→浇筑混凝土→混凝土养护→拆除侧模和芯模模板
3.3.1.2 施工要点
(1)处理边跨6.35m现浇梁段与边跨合拢段的支架地基。将现浇段范围的原地面整平压实,填筑一层200～300mm厚的砂砾,碾压密实,四周挖排水沟做好防排水处理。采用碗扣式脚手架支设满堂式支架,道木基础。按照施工计算,支架立杆顺桥向间距为0.9m、横桥向间距为1.2m,沿高度方向每1.2m间距做一横向连接以增加稳定性。帽梁横桥向为24a工字钢,顺桥向为10工字钢间距0.8m。
(2)加载试压。在现浇支架上底板范围内布设水箱,分三级向水箱内注水(G/2,3G/4,G。G为箱梁重量)。加载前和每级加载后,观测支架沉降量,最后一级加载后每6h观测一次沉降量。24h后卸载。
(3)支立模板,安装钢筋。首先按照试压成果调整支架的预留沉降值;然后铺设底模板;再依次进行底板钢筋骨架与预应力管道安装,端横隔板钢筋骨架安装,腹板钢筋骨架与预应力管道安装;钢绞线穿束,过渡墩处P锚安装;安装芯模和端模;最后安装顶板钢筋骨架与预应力管道,并调整校正模板。
(4)浇筑混凝土。采用混凝土拌和站拌制混凝土,混凝土搅拌运输车运输、混凝土输送泵向模内输送混凝土。箱梁混凝土浇筑从一侧向另一侧连续进行。混凝土浇筑完成表面收浆后,及时洒水养护。当梁体混凝土强度达到设计强度等级的75%以上时,拆除侧模和芯模。
3.3.2边跨合拢段施工
边跨合拢通常根据该合拢段所处地形、河(湖)水深度及上部构造距地面高度等实际情况,确定采用支架或吊架(挂篮)法施工。采用吊架(挂篮)法浇筑混凝土施工时,需要在合拢段两侧设置对称配重水箱,采用同步卸载法以消除附加内力。本桥边跨合拢段位于岸边陆地上,且梁底距地面高度为
8.22m,采用碗扣式钢管脚手架搭设满堂式支架进行施工边跨合拢段施工(与边跨现浇段相同)。
图2合拢段临时劲性钢接杆示意图
3.3.2.1 施工工艺流程
支架预压试验→调整支架高程、校核中线→支立底模与侧模→焊接一侧临时劲性钢接杆→绑扎底板钢筋骨架、安装预应力管道→安装腹板钢筋骨架与腹板预应力管道→安装芯模→绑扎顶板钢筋、安装顶板预应力管道→顶板临时钢束穿束→夜间最低气温时焊接纵向主筋与另一侧劲性钢接杆→张拉顶板临时钢束→浇筑合拢段混凝土→洒水养护→穿入底板、腹板预应力钢束→张拉钢束→解除临时钢束与临时劲性钢接杆→穿顶板钢束→张拉顶板钢束→孔道压浆→解除边墩临时锚固
3.3.2.2 施工要点
(1)支立模板时,使合拢段与已浇筑完成的箱梁间接合紧密,连接顺畅,无错台和缝隙,防止浇筑混凝土时漏浆。模板支立牢固。
(2)安装钢筋骨架时,先绑扎成型,焊接一侧的钢筋接头,待日最低气温时再焊接另一侧钢筋接头。
(3)安装临时劲性钢接杆时,先焊接一侧焊缝,待日最低气温时再焊接另一侧焊缝。劲性钢接杆与梁内预埋钢板应接触密实,否则用薄钢板垫塞,焊缝饱满,焊缝长度≥0.6m,余下长度采用间断点焊。施工图设计中,顶板处的临时劲性钢接杆设置在顶板下侧与腹板的根部。施工中刚接杆焊接后,芯模安装比较困难。经设计单位同意,将其改在顶板上表面腹板根部位置,相应的预埋件在悬浇施工时按调整后的位置设置。
(4)为防止混凝土收缩变形过大出现裂缝及避免合拢段混凝土在接缝处产生较大的拉应力,合拢段混凝土浇筑在日最低气温下进行,采用混凝土输送泵连续浇筑成型。
(5)混凝土浇筑时充分振捣密实,顶板采用平板振捣器振捣,与已完梁段间用插入式振捣器振捣。
顶板表面用长的直尺沿纵横方向仔细刮平。浇筑完成,混凝土表面收浆后及时苫盖并洒水养护,保持混凝土表面始终湿润。
(6)当梁体混凝土强度达到设计强度等级的90%以后,进行合拢段纵向、竖向和横向预应力钢束的张拉。张拉顺序为先短束后长束,先底板后腹板,并对称进行张拉施工;底板束和腹板束张拉完成后,解除顶板临时钢束。
(7)当合拢段张拉压浆结束后,解除边主墩临时锚固,撤除墩顶临时支座,注意避免损坏盆式支座。将支座部位彻底清理干净,仔细观察盆式支座的下沉量并做好记录,以校核转换效果。
3.4次边跨及中跨合拢段施工
由于一个合拢段混凝土数量只有18.16m3,重量较轻,而挂篮、施工平台及模板的重量达到了
295kN,重量较重。为了减小施工荷载,降低因施工荷载产生的附加内力,次边跨及中跨合拢段施工利用工地已有的材料,使用6根24a工字钢组合拼装成轻型吊架,加上模板的重量只有98kN。同时利用底板劲性钢接杆作为支承梁,采用吊架法施工。
3.4.1 施工工艺流程
在两个悬臂端设置配重水箱→按计算配重重量向水箱注水→安装合拢段模板吊架→铺设底模与侧模→调整模板高程、校核中线→焊接一侧临时劲性钢接杆→绑扎底板钢筋骨架、安装预应力管道、穿束→安装腹板钢筋骨架与腹板预应力管道、穿束→安装芯模→绑扎顶板钢筋、安装顶板预应力管道→顶板临时钢束穿束→夜间最低气温时焊接纵向主筋与另一侧劲性钢接杆→张拉顶板临时钢束→浇筑合拢段混凝土同时逐级解除配重→洒水养护→张拉底板和腹板钢束→解除临时钢束与临时劲性钢接杆→穿顶板钢束→张拉顶板钢束→孔道压浆→解除临时锚固。
3.4.2 施工注意事项
合拢段施工前,对悬臂端混凝土连接面进行凿毛和洗刷处理,以利新旧混凝土连接形成整体。在当天最低气温时完成劲性钢接杆的焊接,在当天最低气温时浇筑合拢段混凝土。在浇筑合拢段混凝土前最好将预应力钢束穿入孔道,以减小预应力钢束穿束的难度。在中跨两悬臂端加配重,严格控制两对称点标高;配重通常采用水箱法,浇筑合拢段混凝土时同步放水,分四级解除配重,每级卸载约50kN。
图3中跨合拢现浇吊架示意图
4合拢施工的质量控制
4.1 选用优质的水泥、碎石、中粗砂、外加剂和混合料,根据具体的施工条件、作业环境、天气气候特点等认真确定合拢段施工混凝土配合比,保证混凝土满足设计图纸和施工技术规范的要求。
4.2 认真做好边跨现浇段、边跨合拢段、中跨合拢段的支架(吊架)、模板设计和安装施工,按要求对支架进行试压,消除减小支架(吊架)以及模板的不均匀沉降和变形。
4.3 加强施工期间气温的观测,在日最低温度(一般在凌晨3:00～5:00之间)时采用4台电焊机同时焊接劲性钢接杆,保证合拢段两侧不产生高差和伸缩变形,使合拢后连续箱梁线形顺畅。为缩短焊接合拢段劲性钢接杆的时间,宜采取先焊接一侧劲性钢接杆,待钢筋、模板等工序完成后再焊接另一侧劲性钢接杆。
4.4 严格按照设计和计算在合拢段两对称悬臂端设置配重,并在合拢段混凝土浇筑施工时同步卸载,消除附加应力对梁体结构的不利影响。
4.5 合拢段钢筋骨架安装前,对悬臂端混凝土连接面进行凿毛和洗刷处理,以利新旧混凝土连接形成整体,避免新老混凝土间出现裂缝。
4.6 控制合拢段混凝土浇筑时间,在当天最低温度时浇筑合拢段混凝土,避免合拢段接缝处产生较大的拉应力。加强合拢段混凝土的养护工作,使箱梁混凝土表面保持经常潮湿状态7d以上,在炎热的天气时加以覆盖,避免阳光直接照射在混凝土表面,保证混凝土强度和弹性模量的顺利增长,消除混凝土因突然升(降)温或失水产生裂缝。
4.7 合拢段梁体混凝土强度达到混凝土设计强度等级的90%以上时,方可实施张拉。张拉程序和张拉顺序按照施工图设计执行,一般按纵向、竖向、横向的顺序进行张拉施工;纵向钢束张拉为先顶板束(顶板处设置合拢段临时预应力钢束除外)、后底板束、再腹板束,先短束后长束的顺序,并同时对称张拉。张拉千斤顶、张拉泵、压力表配套校验、使用。
5结束语
合拢施工是悬臂浇筑施工的关键,在施工中必须加强各施工环节的控制。除了按照设计要求设置劲性刚接杆和临时预应力钢束等构造措施外,特别注意采取控制施工混凝土配合比、设置配重、认真控制两个重点施工阶段的施工气温、加强混凝土养护、履行张拉程序等多项有效的技术措施,严格执行施工图设计、施工技术规范和质量检验评定标准,保证了工程施工质量。全桥18个合拢段顺利完工,分项工程质量评定均达到优良。
参考文献:
[1]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,1997.[2]丁大均.钢筋混凝土结构学[M].上海:上海科学技术文献出版社,1985.[3]TJT041-2000,公路桥涵施工技术规范[S]
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