浅谈框架涵顶进施工工法

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  【摘 要】本文结合邦达铁路涵洞顶进施工实例,详细介绍涵洞顶进施工中前期准备、预制、支护、顶进、回填的工艺方法,为类似工程提供借鉴。
  【关键词】框架涵;施工;工法
  1.工程概况
  贵州邦达铁路专用线项目的K169+992框架涵,位于贵州省盘县境内左侧紧邻沙沱村道,交通较为便利。框架桥中心里程为K169+992,框架桥工程为钢筋混凝土框架桥,涵洞为1孔,内径尺寸为9.0m×5.5m,涵内采用双面1‰排水横坡,框架涵全长为17m;框架涵出口端设置八字翼墙,入口均顺接路基挡墙;框架顶及两侧设防水层,顶部用C15混凝土修成1%人字坡,框架顶部两侧设置盲沟。涵洞纵断面图见图1。
  图1 涵洞纵断面示意图
  2.施工工艺
  在框架施工前,首先对既有线路进行3-5-5-3扣轨加固,然后架设D型便梁,以保证线路稳定不受干扰,然后掏空线下土体将框架顶入。框架采用预制钢筋混凝土箱涵顶进工法施工下立交道路,其原理是在基坑内滑板上面预制箱涵,利用油压千斤顶顶动箱涵向前挺进,到达设计的位置,然后在箱涵前后两端连接引道。施工工艺流程见图2。
  图2 框架涵顶进施工工艺流程图
  3.施工方法
  3.1 测量放线
  以导线控制网为依据,先进行框架涵轴线测量并将基础轴线控制桩延长至基坑外加以固定,在水准基点复测合格的前提下,利用往返测量将水准点引至框架涵施工地点附近一稳固处,经复核符合精度要求后,作为框架涵施工标高控制点。
  3.2基坑开挖
  开挖工作坑至设计标高,夯实达到规范要求,顶面为1%的单向坡。
  3.3滑板及后背梁施工
  充分做好排水措施后,进行滑床板的预制工作。滑床板施工严格按设计施工。工作平台底板砼要求振捣密实,表面平整度在2米长度范围内凹凸差不超过3mm。施工时采用方格网控制高程法:用直径16mm钢筋头埋入基坑内,分成2×2m方格网,在灌筑砼时按点找平,以控制底板面高程,顶面抹平压实,其平整度力求最佳。底板润滑隔离层采用煤油石蜡喷涂5mm厚,上铺塑料薄膜2层,薄膜与层间洒滑石粉1mm厚,塑料薄膜的接茬口与顶进方向一致。其作法是:待底板顶面干燥后,浇一层石蜡油,厚约5mm。浇洒时沿滑板长度方向每米挂一道铁丝,作为石蜡厚度的浇洒标准,每浇完一格,用刨光的直木板马上刮平,铁丝拆除后的槽痕用喷灯烤熔整平。石蜡油凝固后,撒一层1mm厚的滑石粉,接着铺两层整张塑料布,塑料布接缝处压茬20cm并使茬口朝路基方向。为防止绑扎钢筋时破坏塑料薄膜,在塑料布上铺一层2~3cm厚与框架同标号的水泥砂浆,在两侧每隔一米浇筑控制方向的方向墩,,在涵洞到达位置浇筑两个定位墩。后背组成为后背梁、C25钢筋混凝土分配梁和后背填土三部分,后背梁为M10浆砌片石,在挖好工作坑后与滑板一起施工。为使千斤顶顶力通过后背梁均匀传至后背梁上,设置浇筑C25钢筋混凝土分配梁。后背填土根据后背尺寸设计,尽量利用工作坑后侧边坡的原状土,不足部分借土填筑。
  3.4涵身预制施工
  框架涵预制前先做好测量定位工作,确保桥涵中心线、工作坑底板中线、和顶进方向在同一直线上。
  工作坑底板润滑层完成后,按设计间距放出钢筋位置,绑扎底板及边墙钢筋立外模及内墙下梗肋模板,灌筑底板混凝土,底板混凝土灌筑顺序:沿箱涵纵向连续灌筑。在底板混凝土强度达到50%后,再绑扎上部钢筋。搭设满堂支架,立设边墙及顶板模板,边墙灌筑混凝土应水平分层,对称进行,每层厚度不得大于50cm。具体如下:
  3.4.1 涵身钢筋混凝土施工
  涵身混凝土施工分两次进行,首先完成涵身底板,然后再进行涵身边墙及顶板施工。
  3.4.2 涵身底板施工
  3.4.2.1 底板施工前,对涵洞进行复测放样,确保涵洞轴线位置准确。底板外模采用竹胶板,做成平缝。模板安装完毕后,人工绑扎钢筋,预埋边墙钢筋。钢筋采用预制厂集中加工,运至现场。由于涵身较长,可进行分节绑扎,每延米涵身配置8排钢筋骨架,骨架中心间距为125mm,其排列顺序为:①②①②,框架两端第一排需用①骨架。钢筋绑扎时,应注意钢筋保护层的厚度,钢筋净保护层为涵内4.5cm,涵外4cm,涵身始末端可适当调整钢筋间距,使净保护层满足要求。
  3.4.2.2. 钢筋模板绑扎安装完毕,自检合格后,报监理工程师检查,通过后方可进行下部混凝土施工。
  3.4.2.3底板混凝土浇筑时,在底板钢筋网顶面搭设栈桥,防止直接踩踏钢筋,使钢筋位置错位,并保证钢筋保护层的厚度要求。混凝土需分层浇筑,每层30-50cm,混凝土捣固采用插入式振捣器器振捣密实,人工抹平。混凝土浇完成后及时洒水养护。
  3.5 涵身边墙及顶板施工
  3.5.1 待底板混凝土达到一定强度时,技术重新测放涵洞轴线。清除施工缝位置混凝土浮碴,施工缝处的水泥砂浆薄膜、松动石子或松弱混凝土层应凿除,并应用水冲净、湿润,但不得存有积水。脚手架搭设完成后,人工绑扎边墙钢筋,再安装边墙与顶板模板,内模采用竹胶板,外模采用组合钢模板,顶板支撑采用钢管排架用调节托盘控制涵身净空和顶板水平。
  3.5.2 为避免漏浆,模板接缝处,用玻璃胶纸密贴或用胶条密封。安装墙身模板时,用φ16mm拉杆连接,10×10mm方木作模板内支撑,浇筑一节拆一节,钢管排架横撑作模板外支撑。模板安装稳固后,清除模板内杂物,密封模板缝隙。检查模板平整度、各部尺寸、顶部高程,满足设计要求后,绑扎顶板钢筋。检查合格后,进行下道工序施工。
  3.5.3 混凝土采用搅拌站集中供给,罐车运输。混凝土运至浇筑地点。重新检测拌合物和易性和坍落度,合格后方可使用。根据涵洞工程的具体情况,现场采用搭设溜槽的方法,或汽车泵方法进行混凝土浇筑。混凝土要按一定的厚度,水平分层浇筑,边墙要分层对称进行浇筑。分层厚度控制在30cm以内,应在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完上层混凝土。   3.5.4 分层浇筑的混凝土,应用插入式电动振捣棒振捣。振捣时,要做到“快插慢拔” ,移动间距不宜大于振捣器作用半径的1.5倍,且插入下层混凝土内的深度宜为5-10cm;与侧模保持5-10cm的距离。分层浇筑时,振捣棒插入下层混凝土内深度宜为5-10cm,且避免振动棒碰撞模板。每一振点的振捣延续时间宜为20-30秒,以混凝土不再沉落,不再出现气泡,表面呈现平坦,泛浆为止。
  3.5.5 混凝土浇筑应连续进行。若因故必须间断时,其间断时间应小于前层混凝土初凝时间或能重塑时间。若时间过长,要预留施工缝。施工缝的平面应与结构的轴线相垂直,施工缝处应埋入适量的接茬钢筋或型钢,并使其体积露出前层混凝土外一半左右。
  3.5.6 在施工缝处接续浇注新混凝土时,应符合下列规定:
  3.5.6.1 前层混凝土的强度不得小于1.2MPa。
  3.5.6.2 新混凝土浇注前,宜在横向施工缝处先铺一层厚约15mm并与混凝土灰砂比相同而水灰比略小的水泥砂浆,或铺一层厚约30cm的混凝土,其粗骨料宜比新浇注混凝土减少10%,然后再接续浇注新混凝土。
  3.5.6.3 在浇筑过程中,设专人检查模板及支撑稳定性。当发现有松动、变形、移位时,应及时处理。每工作台班做二组试件,进行28天强度检验。
  3.5.6.4 混凝土浇筑至设计标高,人工抹面整平。待定浆后,再抹第二遍并压光,强度达到2.5Mpa时拆模,并及时进行覆盖、洒水养生,养生期为7-14天。
  3.6 沉降缝施工
  3.6.1 沉降缝的施工要做到使缝两边的构造物能自由沉降,又能严密防止水分渗漏,故沉降缝的必须贯穿整个断面;在设计沉浆缝位置,沉降缝采用沥青木板隔断,箱涵内侧的沉降缝嵌3cm聚苯乙烯泡沫塑料板,外粘贴50cm宽的TQF甲种防水层带。
  3.6.2 沉降缝的施工要求:沉降缝端面应整齐,方正,基础和涵身上下不得交错,应贯通,嵌塞物应紧密填实。
  3.7 顶进施工及回填
  开始进行顶进作业。顶进就位后随即进行涵背回填C20混凝土,回填时先填轨下部分,涵顶填筑级配碎石。
  3.7.1 顶进设备
  箱身和后背建成后安装顶进设备。将各种传力设备和液压系统油管电路按设计和说明书安装联结好,检查无误后开动千斤顶空顶进退一次进行调试,发现问题即时检修。千斤顶的布置以箱体中心线为轴线对称设置。为防止箱底板因直接承受顶力而压碎,在顶镐与箱底板尾部接触处设置一块20mm厚的承压钢板,承压钢板下端焊接钢板托盘,千斤顶放置在钢板托盘上,以避免千斤顶与底板接触造成刮板现象。
  3.7.2试顶
  试顶的目的是继续检查一下顶进设备是否正常,顶力是否均匀,后背、滑板及箱体有无异状,并使桥体与滑板分离。
  试顶时,油泵应逐渐加压,每次升压后还要稳定10分钟,并对设备及滑板、后背梁等发生的裂缝情况进行检查。
  3.7.3 顶进
  顶进工作的过程是:开动高压油泵,使千斤顶产生顶力,通过传力设备,借助于后背的反作用力,推动桥体前进。桥体前进后,回镐使千斤顶复原,然后在顶镐后面空档处填放顶铁,以待下次开镐。如此循环往复,直至涵体就位。顶进时注意以下几点:
  3.7.3.1 涵体起动后,需要注意控制好涵体顶进的方向,切不可麻痹大意,以免产生较大的偏差,造成纠正困难。
  3.7.3.2 安放顶铁、顶柱要做到三个一致,即轴线一致、长短搭配一致、位置一致。为减少顶柱自由长度和增加稳定性,每间隔4米顶柱长设横梁一道。每行顶柱间用方木顶紧,顶柱上填一层50-100cm厚的土层并夯实(可用土袋堆压)。
  3.7.3.3 顶进过程中要对中线、高程、油表读数、千斤顶开动台数、顶力、顶进时间、顶进距离等勤观测、勤记录。
  3.8 八字墙及附属
  3.8.1 防水层施工
  按照设计要求,涵洞顶面与两侧沉降缝位置铺设防水层。防水层施工前,表面应清理干净,然后铺设M10水泥砂浆找平层。待基层砂浆表面干燥后,再施工防水层。铺设防水层应达到涂层厚薄一致,卷材牢固,搭接正确,不得有滑移、翘边、起泡、损伤等现象,坡度平顺、排水通畅。顶面防水层施工完毕后,人工铺设一层混凝土保护层。(见图3)
  图3 八字墙示意图
  4.涵洞顶进施工中宜出现问题及采取的措施
  4.1 防止抬头或偏移,及方向的定位
  本工程采用的是不带土的空顶方式,在滑板两侧每隔一米设置了方向墩以控制方向,在涵洞到达位置设置了定位墩,以控制涵洞位置,不带土的空顶较带土顶进来说,大大降低了涵洞偏移和抬头的发生。
  如果遇到带土顶进时,涵体如发生扎头现象一般可以通过采用增大吃土量、改善土质(换填碎石)、往涵底塞废弃混凝土枕(混凝土枕底面朝上,塞入涵内侧1m并有一定坡度)等方法将调整到正常状态;涵体如发生抬头现象可以也可通过减小吃土量,挖短横沟或加载(将弃土向涵头堆放)等方式来调整涵体状态。
  4.2 地表沉降情况
  地表水往往是影响涵洞扎头或抬头的主要因素,我们避开了雨季施工,而且在两侧设置了排水沟和集水井,及时降水排出,地表基本无沉降。如果无法避免雨季施工时,即可设置合理的排水设施,而且可以在涵洞施工时预留沉降量。
  4.3 既有线旁顶进施工安全措施:
  (1)对既有铁路进行扣轨,然后架设D型便梁,保证线路不受施工影响。
  (2)施工时,采取一机一人的防护措施,做到机械,材料等不侵限。
  (3)设经过铁路部门培训过的专职安全员、防护员和联络员,随时检查线路和通知列车到发情况。
  5.结束语
  本工程是铁路既有线施工,为了缩短施工时间和增大施工安全性,对既有线路采取了扣轨和架设D型便梁的措施,所以采用了掏空线路下部土体后空顶一次到位的方式。顶进法已普遍应用于施工之中,工艺十分成熟,但特别要注意的是后背和滑板的的制作以及定位墩和方向墩的精确定位,确保涵洞顶进准确到位。
  参考文献:
  [1]《铁路桥涵施工指南》 铁建设(2010)241号
  [2]《铁路混凝土工程质量验收标准》 TB J0424-2010
  [3]中铁二十局集团邦达铁路专用线项目部所属的沙沱煤焦 战略装车点工程设计图纸
  [4]施工现场勘察资料
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