后张预应力混凝土箱梁施工分析

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinran200391127
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   摘要:高铁中大规模的使用桥梁使得我国大部分的高铁桥梁所使用的混凝土简支预应力箱梁施工研究成为了必要,施工工艺对工程质量有直接而重大的影响。笔者结合后张预应力混凝土箱梁应用的特点,论述了箱梁预制施工要点,并分析了各种施工工艺的改进措施。
  关键词: 后张预应力 , 箱梁,工艺
  Abstract: GaoTieZhong large-scale use bridge makes our most of the high iron bridge by use of prestressed concrete simply-supported box girder construction as necessary, the construction technology for the engineering quality have direct and significant influence. After the author of prestressed concrete girders of the application characteristics, the article discusses the key points of box girder precast construction, and analyzes all kinds of construction process improvement measures.
  Keywords: post-tensioned pre-stressing concrete, box girder, process
  
  
  中圖分类号:TU528文献标识码:A 文章编号:
  1 概况
  某高速铁路在全长1318 km的线路中,桥梁工程约占总里程的80%,其中大部分桥梁采用整体箱梁,全线共需生产重900t的无砟箱型桥梁约有3万孔,箱梁在预制场预制后,用架桥机完成架设。无砟轨道混凝土简支箱梁的结构形式为单箱单室等高度简支箱梁,梁端顶、底板和腹板局部向内侧加厚。箱梁的顶宽12m,底宽5.5m,梁高度为3.05m,底板厚28cm,顶板厚30cm,腹板厚45cm;整孔箱梁分为2种,长度分别为32.6m和24.6m。梁体采用C50高性能混凝土。
  2 箱梁预制要点
  2.1钢筋绑扎和吊装
  每孔箱梁的钢筋用量约60t,钢筋种类多达70余种,为适应工厂化生产的进度要求,又保证钢筋绑扎的准确性,用了分体式绑扎法,即将底、腹板和顶板钢筋分别在各自的胎具上进行绑扎,然后分体吊装就位,拼接成整体。
  2.1.1绑扎胎具的制作
  1)绑扎胎具的作用和尺寸
  绑扎钢筋需制作专用的绑扎胎具,绑扎胎具是钢筋准确定位的保证,其制作质量和精度非常关键。首先要设计好胎具的基础,胎具在混凝土地坪上要确保稳固和方便操作。根据箱梁的尺寸和钢筋保护层厚度,计算好绑扎胎具的整体外形尺寸,本工程箱梁长32.6 m,顶板宽12 m,底板宽5.5 m,钢筋保护层厚度35mm,顶板钢筋骨架的整体尺寸为32.53m×11.93m,底、腹板整体尺寸为32.53 m×5.43 m。
  2)绑扎胎具的制作材料
  制作胎具主要采用L50型角铁钢,腹板的斜撑、顶板的长边限位挡板均采用[8型槽钢。根据钢筋的间距布设卡槽,槽口用无齿锯切割,切割宽度为并排放置的钢筋直径之和加2mm的公差。在胎具拼装焊接前,卡槽的角钢需进行统一切割、打磨,并涂刷防锈漆。沿底、腹板胎具的纵向,每隔2m设置1道卡槽角钢,并按设计图纸设置预留泄水孔的预埋管,在两端设置防落梁,并设置安装支座板预埋件的预留孔。底、腹板胎具制作时,要重点控制U形钢筋的尺寸和位置,保证其倾斜度和保护层厚度。顶板钢筋胎具横向分为左、右翼缘板和中间顶板3部分,采用[8型槽钢制作翼缘板的纵向限位挡板,绑扎时起到对横向钢筋的限位作用,中间顶板部分要根据钢筋的位置做好支撑,设置吊装孔和预留孔的钢管。
  2.1.2钢筋的绑扎和吊装
  1)施工工艺要点
  按照设计图纸要求分别在各自的胎具上进行钢筋绑扎,采用专门制作的吊架吊装钢筋骨架,吊架具有足够的强度和刚度,以保证在吊运过程中不会发生变形及扭曲。底、腹板钢筋在绑扎胎具上绑扎完毕后,用专用吊架将底、腹板钢筋吊到模板内,经调整到位后,安装内模,采用2台50 t龙门吊进行同步吊装顶板钢筋。顶板钢筋放人后将顶板钢筋与底、腹板钢筋进行绑扎连接,形成整体骨架。
  2.2模板施工
  预制箱梁的模板主要包括底模、内模、外模、端模和各种连接件、紧固件等。箱梁模板采用整体式外侧模、液压收缩式内模。根据设计要求和施工实际情况,模板加工尺寸需考虑预留混凝土的压缩量,在制作初期要根据梁体实际压缩量进行调整,确保梁体的长度和跨度满足要求。本工程模板的理论预设压缩量为:全长32.6m的箱梁,其上、下缘的预留压缩量分别为6 mm和16 mm;全长24.6m的箱梁,其上、下缘的预留压缩量分别为4mm和8mm。
  考虑到箱梁混凝土张拉和徐变而产生的上拱度,箱梁模板需设置理论抛物线反拱,32.6 m长的箱梁的跨中预留反拱度为19mm;24.6m长的箱梁的跨中预留反拱度为8mm.箱梁底模的预留反拱度,见表1
  表1箱梁底模的预留反拱度
  
  
  整孔箱梁模板要求快速组装和拆除,其难点在于内模板的安装与拆除和箱梁尺寸的精确控制,以防止拆模时产生外力裂纹。为达到上述工艺要求采取的关键工艺措施包括:
  1)底模台座的设计与建设要保证足够的刚度,在浇筑混凝土和箱梁初张时,确保台座不发生变形,其4个角支点的高程误差控制在2mm之内;内模的节段拼装与伸展收缩都要保证灵活可靠,内模车架可以牵引或自行,保证内模经久耐用,组装拆除灵活;
  2)设置稳定的模板定位标志,保证箱梁尺寸和箱梁安装的准确;模板拼缝部位采用橡胶条进行止浆,确保止浆严密;
  3)箱梁移出模板后,需逐次检查模板的反拱度,若出现不符合设计要求的变化要及时加以调整。
  2.3混凝土施工
  2.3.1原材料及配合比
  本工程预制梁的施工中采用满足铁路客运专线工程耐久性要求的高性能混凝土,混凝土设计强度等级为C50。主要原材料的配合比中,水泥用量为320 kg/m3,采用42.5普通硅酸盐水泥;砂的细度模数为2.8,用量720kg/m3,采用赣江江砂;碎石由2种级配组成,其中5-10mm碎石占40 %,用量为432kg/ m3,10-20mm碎石占60 %,用量为648kg/ m3,产地均为江苏镇江;外加剂采用聚淡酸系列高性能减水剂,用量为4.8 kg/m3;掺合料中I级粉煤灰用量为68 kg/ m3,S95级矿渣粉用量为92 kg m3;水的用量为144 kg/m3.混凝土坍落度为180-220mm,水胶比0.3。
  原材料的质量对混凝土施工的影响很大,本工程梁体混凝土结构设计使用年限为100a,高性能混凝土原材料的质量控制对满足混凝土耐久性指标非常重要。本工程加强混凝土原材料质量的控制措施包括:采用普通硅酸盐水泥而不是早强水泥,水泥中的含碱量不超过0.6%;矿物掺和料选用I级粉煤灰和S95级矿渣粉;细骨料的细度模数控制在2.6-3.0之间,含泥量≤2%;碎石粗骨料的压碎指标≤10%,母岩抗压强度与梁体混凝土设计强度之比大于2,含泥量≤0.5%,禁止使用碱一硅酸反应膨胀率大于0.2%的粗骨料;外加剂进场使用前要经过严格检验。
  2.3.2坍落度的控制
  高性能混凝土早期和后期强度较高,亦有较高的粘聚力和流动性,现场泵送比较困难,且在较大的泵送压力下其和易性稍有变化,会有15-30mm的坍落度损失,含气量会损失0.2 %-0.5%。如果混凝土出机时的坍落度<180mm,再经过大压力泵送后容易出现浆体与碎石分离的现象,影响混凝土的和易性和施工性能,所以,严格控制混凝土的出機坍落度十分重要。一般在夏季施工中,混凝土出机坍落度最好控制在200-220mm之间,不宜<200mm;秋季施工时,出机坍落度宜控制在180-200mm之间。
  2.3.3混凝土浇筑
  由于本工程箱梁体积较大、钢筋密集、预应力管道多、浇筑时间长,更易造成蜂窝麻面、混凝土分层和颜色不一致等质量缺陷。为保证施工质量,梁体混凝土浇筑采用2台90m3/h的混凝土输送泵和2台作业半径19m的布料杆,浇筑顺序为腹板→底板→顶板一次性连续浇筑成型,浇筑时间控制在6以内。
  浇筑混凝土时先从梁的一端开始浇筑腹板混凝土,腹板混凝土浇筑采用“斜向分段、水平分层”的方式,分层厚度不大于30cm,斜向坡度不大于1:3,两侧腹板采用对称浇筑,保持两侧混凝土浇筑面高程一致;当浇筑至距梁体另一端6-8m时,则从梁体另一端开始向相反方向浇筑,然后合拢,避免浇筑中灰浆集中在梁端部位而不利于锚板受力,同样在梁的中间部位对梁的结构受力也非常不利,因此,宜将会合点确定在梁的L/4跨处;当在另一端向回浇筑时,要注意与已浇筑混凝土的间隔时间不能超过45 min ,尽可能减少或避免因间隔时间过长而出现的色差;采用插人式振捣棒配合侧向振捣的方式对混凝土进行振捣,以插人式振捣为主,侧振为辅。混凝土浇筑高度达到腹板1.4m以上后,不再开启该处的附着式振捣器,以免下层混凝土受到扰动,此时则主要以插人式振捣棒进行振捣。
  3 施工工艺的改进
  3.1箱梁表面的线型控制
  箱梁桥面的排水系统采用适用于CRTS II型板的三列排水方式,顶面为六面坡构造,CRTS 1I型板对加高平台(箱梁顶面3.1m高程)的平整度要求比较严格,面板需满足每4m距离间高程误差小于3mm和每m距离间高程误差小于2mm的要求。
  在箱梁的施工中,主要由提浆整平机来控制箱梁表面的线型,整平机轨道在垂直方向的精度会直接影响桥面混凝土的高程和平整度。为此,根据梁体的反拱度,采用通长的10"工字钢作为专用轨道,以保证整平机运行过程中的平顺。
  在加高平台两侧和箱梁桥面上设置的汇水坡面,不仅会影响平台的宽度,一旦施工不慎还将影响桥面的整体外观,是施工控制的难点和重点。通常的施工方法是采用整平机按汇水坡的设计角度,一次抹面直接成型,该方法简单快捷,但汇水坡的线性观感质量不好,且加高平台尺寸难以保证;另一种方法是在加高平台两侧支设型钢模板,采用人工对加高平台进行抹面,待拆除型钢后再将加高平台两侧的汇水坡二次浇注成型,该方法的优点是线型观感质量好,但后浇注的汇水斜坡部位的混凝土与平台混凝土连接不好.容易形成冷缝。
   针对该施工难点,通过大量现场试验对施工技术加以改进。以保证整平机的正常使用为前提,选用直径5 mm的钢丝绳代替型钢模板,并根据箱梁桥面的反拱度固定好钢丝绳,当整平机通过桥面时,既对钢丝绳的影响较小,又能够保证对加高平台平整度的控制;待整平机完成抹面后,沿钢丝绳向下对汇水坡进行人工抹面,以保证其具有良好的观感质量。在此基础上,通过对桥面混凝土的多次坍落度试验,摸索出浇筑桥面时最便于抹面成型的混凝土坍落度应控制在180mm左右。因此,在浇筑桥面混凝土时应进行相应的减水,在坍落度方面予以控制,达到了预期的效果。
  3.2侧向挡块和剪力齿棺的专用模板
  CRTS II型板箱梁与有砟箱梁和I型轨道板箱梁有很大区别,在其桥面设置有剪力齿槽、侧向挡块、预埋套筒钢筋等附属设施,要求齿槽的几何外形尺寸和平面位置的控制精度都很高,钢筋套筒的预埋精度也有严格的要求,为此,需改进模板制作加工的工艺。虽然模板外形尺寸的精度要求较高,但由于齿槽结构复杂、焊缝较多,极易造成缺棱掉角,根据这一特点专门制作了定型钢模板,由机械一次压制成型并去除棱角,使模板与混凝土容易脱离;以机械钻孔作为预埋套筒的定位板,保证套筒埋设位置和垂直精度;模板采用封闭式设计,尽量减少与混凝土的接触,以保证拆模质量;在模板与混凝土的交界处设置30 mm的“飞边”,以防止拆除模板时形成缺棱掉角。剪力齿槽和侧向挡块的专用模板,见图1。
  
  a)剪力齿槽模板 b)侧向挡块模板
  图1剪力齿槽和侧向挡块的专用模板
  在支设齿槽模板前,桥面钢筋网片上需固定专用的门架,由测量人员在门架上测量高程,并将齿槽模板在门架上进行粗定位,此时可进行安装钢筋套筒的作业。套筒通过螺栓与专用的定型齿槽模板固定,防止套筒不垂直或偏位,钢筋套筒安装完毕后,将定型齿槽模板精确定位,在拆除门架前将套筒与桥面钢筋网焊接成整体。在浇筑齿槽模板位置的混凝土时,要求混凝土浇注高度略高于模板高度,对密封位置的混凝土形成压力,以保证混凝土的密实。混凝土抹面时,控制预留槽口处的混凝土面比模板顶面低1m左右,以保证模板边沿外露,方便拆模。
  3.3通风孔的成孔工艺
  箱梁通风孔呈水平布置,在最初成孔时预埋管采用无缝钢管,由于与混凝土的接触摩擦力较大,抽孔太早会造成塌孔,抽孔太晚预埋管则拔不出来,不仅影响工程质量,还极大地妨碍了工程进展,也浪费了很多材料。改进后采用橡胶套包裹钢管,让橡胶套与混凝土直接接触,橡胶套与钢管制作成楔形角度的组合,大大方便了操作,减轻了劳动强度。根据混凝土的强度情况,可以先拔出钢管再抽出橡胶套,也可以将钢管与橡胶套一同拔出,不受混凝土强度时间限制,同时橡胶套与模板紧贴更严密,不漏浆,成孔外观质量较好。
  4 结语
  高速铁路无作轨道的后张预应力混凝土双线整孔箱梁的施工,技术含量高、质量控制标准严。在预制施工中,通过针对钢筋、模板、混凝土和梁面等施工技术难点的攻关,结合现场施工实践,成功地解决了一系列施工技术难题,确保了箱梁的预制质量达到较好水平,为今后类似箱梁工程的预制施工,积累了一定的经验。
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