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摘要:我国公路和铁路交通事业的高速发展,需要修建更多的大跨度桥梁以跨越大江,大河、海湾及深山峡谷,进而促进了预应力混凝土连续梁桥的发展,预应力混凝土连续梁桥的施工方法很多,其中悬臂浇筑施工法应用最广,这种方法的采用,必然给桥梁结构带来较为复杂的内力和位移变化,为了保证桥梁施工质量和桥梁施工安全,桥梁施工控制必不可少。
关键词:桥梁工程;预应力混凝土;悬臂浇筑;施工控制技术
1、引言
随着近年的快速发展,大量修建的大跨度预应力混凝土连续梁,连续刚构桥多采用悬臂浇筑的施工方法。在现代桥梁建设中预应力混凝土桥梁因其形态美观受力合理等优点而被广泛应用,在跨度较大的桥梁施工中悬臂浇筑法应用最为广泛,悬臂灌注又称为挂篮法。
2、预应力混凝土连续梁桥的发展
预应力混凝土连续梁桥结构体系因为其地形适应性强,设计、施工技术成熟,跨越能力大,造价合理等特点被越来越来广泛采用。其具有变形范围小、刚度好、行驶舒适、间隙缝少、养护方便、抗震能力强等优点。在城市桥梁、高速公路桥、高架道路、跨越宽阔河流的大桥等之中,预应力混凝土连续梁桥较多的发挥了它的优势,它是一种被广泛使用的桥型。自上世纪中叶开始修建预应力混凝土梁桥,已经历了40多年,但最近20年来的发展十分迅速,在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、施工工艺等各个方面发展十分迅速,其设计施工技术都十分先进。中国预应力混凝土梁桥发展极为迅速,己成为我国预应力混凝土大跨度桥梁的主要桥型之一。
3、悬臂施工的特点
悬臂浇筑法又称无支架平衡伸臂法、挂篮法、吊篮法。它是以已经完成的墩顶段(通常称“0号块”)为起点,通过悬吊的挂篮从立模、浇筑混凝土、张拉预应力钢筋、逐段对称的向两侧跨中合拢,形成整桥。悬臂浇筑预应力混凝土桥具有如下特点:
(1)方便城市立交建桥、方便在河流上建桥、方便在山谷之间建桥,而且还不影响桥下交通;
(2)悬臂浇筑连续梁桥的结构受力状态十分有利于悬臂施工,建成后的桥的结构受力与悬臂施工时的受力十分相似;
(3)节约费用,降低造价。因为挂篮结构简单,成本较低,逐段浇筑混凝土不需要大型设备;
(4)加快施工进度。每个节段施工均在挂篮内进行,施工较少受环境影响,可以保证施工的连续性,几个墩同时施工,各个工作平面互不受到互相的干扰,施工速度较快,保证施工进度;
(5)利于变高度箱梁施工。因为采用分段进行施工,方便梁体设计成变高度梁,可以让预应力混凝土连续梁桥的结构布置千变万化,能设计出各式各样灵巧的桥。
4、工控制的任务与方法
4.1 控制任务
高次超静定桥跨结构桥的梁部线形和结构恒载内力与施工方法有着密切的联系。由于各种因素的随机影响,造成结构的原理论设计值与实际测量值不完全一致,若对于偏差不及时的调整,则标高会显著偏离设计值,造成合龙困难,主梁的应力有可能发生集聚而发生事故,因此,施工控制的任务是为确保施工安全、内力状态符合要求。把大跨度施工控制的理论方法用于工程实践,对该桥的施工期间的线形和应力等内容进行有效的控制。
4.2 控制方法
悬臂浇筑施工桥梁的最终形成需经历一个复杂结构体系转换的过程,对各个阶段的受力分析和变形计算,是桥梁结构施工控制中十分基本的内容。针对该桥的实际情况,采用正装分析法进行施工控制结构分析。
施工控制过程中,要进行多项测试并将实测值与理论值进行对比。该桥的施工过程监控理论数值是用MIDAS程序计算,并利用桥梁博士软件对结果进行校核,有较高的可信度。图1即为施工过程控制示意图。
某大桥上部结构为42m+68m+42m三跨预应力混凝土连续梁,梁体为单箱双室、变高度、等宽度斜腹板的箱梁,箱梁顶板宽9.0m,底板宽4.646~5.228m,梁底按抛物线变化。箱梁采用C50混凝土,纵向预应力体系。
根据设计要求,梁体采用悬臂现浇施工。单侧悬臂现浇段共设8节段,最重节段混凝土为30.76m3,重约77t。单侧悬臂节段参数详见图2、表1。
5、施工控制的内容
5.1 0号段施工
在墩身施工完毕后应在矩形空心墩墩壁问底托采用一定厚度钢板,各钢板的横向距离一定,后将横担工字钢纵向铺设在钢板上,也间隔一定距离,之后则安装木排架并在其上铺设底模;待支架拼装好后应用水箱和砂带实施预压,预压荷载应结合该段混凝土自重等确定;由于大多0号段内钢筋或管道密集,因而应采用定位钢筋网片对其进行固定,并应牢固焊接定位钢筋网片以免管道位置移动;若钢筋骨架同预应力管线发生冲突则应适当移动钢筋位置而避免移动管道,并在后期完成混凝土浇筑后应采用高压水对管道进行冲洗,并应在箱梁腹板内侧面设置预应力压浆孔,浇筑0号段混凝土时应在内模上预留捣固孔和混凝土侧窗以降低浇筑时混凝土下落高度过高对管线造成过度冲击并导致混凝土离析,同时可避免振捣棒猛烈撞击管线,当浇筑时混凝土至预留孔后则应将侧窗封闭并加固。
5.2 挂篮施工
待0号段混凝土达到设计强度后则可在其上安装挂篮并作为主锚和底锚,在安装前应先组装成大件后采用塔吊组装,挂篮安装时应准确设置预埋孔以防联杆发生弯曲,并防止外侧模板在锚垫板部位被包死,并在安装过程中将每个调高楔块与斜拉桥主梁顶紧,组装完成后应利用内外模走行梁配以导链托出内外模板于下一梁段位置,之后方可用拉杆固定;挂篮施工完毕后应实测其在加载状态下弹性形变以有效防止挂篮安装后塑性变形,预压可采用砂袋堆砌法进行多级加载,加载过程中应随时测量每级加载后支架发生的弹性和塑性形变,加载完毕后应每6h测量一次,当连续48h沉降量小于2mm时方可分级卸载,并应在卸载过程中测量各级卸载的变形值,并对该数值分析以获取挂篮在使用状态下的参数指标及各个梁段的立模标高。 5.3 混凝土施工
梁段混凝土施工应遵循对称施工的原则以防发生偏重歪斜,梁段混凝土浇筑应自外向内进行以免新旧混凝土问开裂,但应保证任何情况下不平衡浇筑荷载不允许超过该段梁底板的重量;浇筑用混凝土应通过在梁顶设置三通泵送管以实现混凝土向两端分流,并应在分流支管内设置活动插板以实现调节混凝土的入模速度,以防混凝土不平衡浇筑;在浇筑前应将原来段面混凝土凿除,用水湿润并涂刷一道素水泥浆以加强新旧混凝土间的粘接效果;在浇筑悬臂段混凝土时应尽量减少构件上不必要荷载,对必要的施工荷载应尽量在两端对称分布以免导致梁体线形变化每节混凝土浇筑前应仔细检查挂篮中线底模标高,并做好横竖纵向预应力管线的穿束工作,同时应核对全部预埋件位置后方可进行混凝土浇筑;
5.4 预应力施工
5.4.1 张拉准备
先应对钢绞线进行下料和梳理工作,下料应采用砂轮锯切割,并在切口处20ram部位用铁丝绑扎以防头部松散;对钢绞线不进行梳理则会导致伸长量不足滑丝及断丝等现象,梳理时可先穿入一个工作锚环并按照锚孔布置方式焊制锥头以防其扭转,在穿束过程中应将锚环抵在垫板上向疏头发似的将钢丝束疏好。
5.4.2 张拉
桥梁预应力张拉应采用完全对称张拉,即两端同时同步进行,横截面中线两侧对称进行;张拉所用油泵初始时马达不转并将各个阀门开启,后启动油泵并将张拉油路持荷阀门关闭,并通过调节调压阀使油缸进油,过程中应控制锚具千斤顶和夹具的对中情况,尤其在开始建立油压阶段应随时调整。
5.4.3 封锚压浆
压浆时可采用真空辅助压浆方案以防压浆不饱满,压浆前应清理孔道内所有杂物,后开启真空阀门以将内部空气抽出,最终控制孔道处于80%的真空状态,内部水分蒸发为水汽,并实现浆体在负压状态下进入孔道,后按照次序将抽气端阀门关闭,并将盖帽排气孔开启以进行排浆,当加压至设计值后方可关闭进浆阀门。
6、合拢施工
合拢施工一般自两个挂篮向一个挂篮转换,因而应先将一个拆除,用剩余的一个挂篮跨越合拢段至另一端悬臂端以形成合拢支架,并应对其采取临时锁定,并待张拉部分预应力筋后方可浇筑该段混凝土,待其强度达到设计值时进行剩余预应力筋的张拉,最后方可将锁定装置拆除,合拢段施工完毕则实现了体系转换,因而合拢施工即为体系转换的过程,因此在合拢施工时应先边跨后中跨,边跨多采用吊架施工,待该部位混凝土达到一定强度后并将边跨挂篮拆除后方可施工跨合拢段的劲性骨架的合拢施工。
7、结语
悬臂施工较适应预应力桥梁结构,且其无架施工技术利于保证河流通航,同时挂篮施工科提供较大的作业面,既不影响桥梁下部交通又利于变高度桥梁施工,因而其具有广泛的优点和良好的应用前景。
关键词:桥梁工程;预应力混凝土;悬臂浇筑;施工控制技术
1、引言
随着近年的快速发展,大量修建的大跨度预应力混凝土连续梁,连续刚构桥多采用悬臂浇筑的施工方法。在现代桥梁建设中预应力混凝土桥梁因其形态美观受力合理等优点而被广泛应用,在跨度较大的桥梁施工中悬臂浇筑法应用最为广泛,悬臂灌注又称为挂篮法。
2、预应力混凝土连续梁桥的发展
预应力混凝土连续梁桥结构体系因为其地形适应性强,设计、施工技术成熟,跨越能力大,造价合理等特点被越来越来广泛采用。其具有变形范围小、刚度好、行驶舒适、间隙缝少、养护方便、抗震能力强等优点。在城市桥梁、高速公路桥、高架道路、跨越宽阔河流的大桥等之中,预应力混凝土连续梁桥较多的发挥了它的优势,它是一种被广泛使用的桥型。自上世纪中叶开始修建预应力混凝土梁桥,已经历了40多年,但最近20年来的发展十分迅速,在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、施工工艺等各个方面发展十分迅速,其设计施工技术都十分先进。中国预应力混凝土梁桥发展极为迅速,己成为我国预应力混凝土大跨度桥梁的主要桥型之一。
3、悬臂施工的特点
悬臂浇筑法又称无支架平衡伸臂法、挂篮法、吊篮法。它是以已经完成的墩顶段(通常称“0号块”)为起点,通过悬吊的挂篮从立模、浇筑混凝土、张拉预应力钢筋、逐段对称的向两侧跨中合拢,形成整桥。悬臂浇筑预应力混凝土桥具有如下特点:
(1)方便城市立交建桥、方便在河流上建桥、方便在山谷之间建桥,而且还不影响桥下交通;
(2)悬臂浇筑连续梁桥的结构受力状态十分有利于悬臂施工,建成后的桥的结构受力与悬臂施工时的受力十分相似;
(3)节约费用,降低造价。因为挂篮结构简单,成本较低,逐段浇筑混凝土不需要大型设备;
(4)加快施工进度。每个节段施工均在挂篮内进行,施工较少受环境影响,可以保证施工的连续性,几个墩同时施工,各个工作平面互不受到互相的干扰,施工速度较快,保证施工进度;
(5)利于变高度箱梁施工。因为采用分段进行施工,方便梁体设计成变高度梁,可以让预应力混凝土连续梁桥的结构布置千变万化,能设计出各式各样灵巧的桥。
4、工控制的任务与方法
4.1 控制任务
高次超静定桥跨结构桥的梁部线形和结构恒载内力与施工方法有着密切的联系。由于各种因素的随机影响,造成结构的原理论设计值与实际测量值不完全一致,若对于偏差不及时的调整,则标高会显著偏离设计值,造成合龙困难,主梁的应力有可能发生集聚而发生事故,因此,施工控制的任务是为确保施工安全、内力状态符合要求。把大跨度施工控制的理论方法用于工程实践,对该桥的施工期间的线形和应力等内容进行有效的控制。
4.2 控制方法
悬臂浇筑施工桥梁的最终形成需经历一个复杂结构体系转换的过程,对各个阶段的受力分析和变形计算,是桥梁结构施工控制中十分基本的内容。针对该桥的实际情况,采用正装分析法进行施工控制结构分析。
施工控制过程中,要进行多项测试并将实测值与理论值进行对比。该桥的施工过程监控理论数值是用MIDAS程序计算,并利用桥梁博士软件对结果进行校核,有较高的可信度。图1即为施工过程控制示意图。
某大桥上部结构为42m+68m+42m三跨预应力混凝土连续梁,梁体为单箱双室、变高度、等宽度斜腹板的箱梁,箱梁顶板宽9.0m,底板宽4.646~5.228m,梁底按抛物线变化。箱梁采用C50混凝土,纵向预应力体系。
根据设计要求,梁体采用悬臂现浇施工。单侧悬臂现浇段共设8节段,最重节段混凝土为30.76m3,重约77t。单侧悬臂节段参数详见图2、表1。
5、施工控制的内容
5.1 0号段施工
在墩身施工完毕后应在矩形空心墩墩壁问底托采用一定厚度钢板,各钢板的横向距离一定,后将横担工字钢纵向铺设在钢板上,也间隔一定距离,之后则安装木排架并在其上铺设底模;待支架拼装好后应用水箱和砂带实施预压,预压荷载应结合该段混凝土自重等确定;由于大多0号段内钢筋或管道密集,因而应采用定位钢筋网片对其进行固定,并应牢固焊接定位钢筋网片以免管道位置移动;若钢筋骨架同预应力管线发生冲突则应适当移动钢筋位置而避免移动管道,并在后期完成混凝土浇筑后应采用高压水对管道进行冲洗,并应在箱梁腹板内侧面设置预应力压浆孔,浇筑0号段混凝土时应在内模上预留捣固孔和混凝土侧窗以降低浇筑时混凝土下落高度过高对管线造成过度冲击并导致混凝土离析,同时可避免振捣棒猛烈撞击管线,当浇筑时混凝土至预留孔后则应将侧窗封闭并加固。
5.2 挂篮施工
待0号段混凝土达到设计强度后则可在其上安装挂篮并作为主锚和底锚,在安装前应先组装成大件后采用塔吊组装,挂篮安装时应准确设置预埋孔以防联杆发生弯曲,并防止外侧模板在锚垫板部位被包死,并在安装过程中将每个调高楔块与斜拉桥主梁顶紧,组装完成后应利用内外模走行梁配以导链托出内外模板于下一梁段位置,之后方可用拉杆固定;挂篮施工完毕后应实测其在加载状态下弹性形变以有效防止挂篮安装后塑性变形,预压可采用砂袋堆砌法进行多级加载,加载过程中应随时测量每级加载后支架发生的弹性和塑性形变,加载完毕后应每6h测量一次,当连续48h沉降量小于2mm时方可分级卸载,并应在卸载过程中测量各级卸载的变形值,并对该数值分析以获取挂篮在使用状态下的参数指标及各个梁段的立模标高。 5.3 混凝土施工
梁段混凝土施工应遵循对称施工的原则以防发生偏重歪斜,梁段混凝土浇筑应自外向内进行以免新旧混凝土问开裂,但应保证任何情况下不平衡浇筑荷载不允许超过该段梁底板的重量;浇筑用混凝土应通过在梁顶设置三通泵送管以实现混凝土向两端分流,并应在分流支管内设置活动插板以实现调节混凝土的入模速度,以防混凝土不平衡浇筑;在浇筑前应将原来段面混凝土凿除,用水湿润并涂刷一道素水泥浆以加强新旧混凝土间的粘接效果;在浇筑悬臂段混凝土时应尽量减少构件上不必要荷载,对必要的施工荷载应尽量在两端对称分布以免导致梁体线形变化每节混凝土浇筑前应仔细检查挂篮中线底模标高,并做好横竖纵向预应力管线的穿束工作,同时应核对全部预埋件位置后方可进行混凝土浇筑;
5.4 预应力施工
5.4.1 张拉准备
先应对钢绞线进行下料和梳理工作,下料应采用砂轮锯切割,并在切口处20ram部位用铁丝绑扎以防头部松散;对钢绞线不进行梳理则会导致伸长量不足滑丝及断丝等现象,梳理时可先穿入一个工作锚环并按照锚孔布置方式焊制锥头以防其扭转,在穿束过程中应将锚环抵在垫板上向疏头发似的将钢丝束疏好。
5.4.2 张拉
桥梁预应力张拉应采用完全对称张拉,即两端同时同步进行,横截面中线两侧对称进行;张拉所用油泵初始时马达不转并将各个阀门开启,后启动油泵并将张拉油路持荷阀门关闭,并通过调节调压阀使油缸进油,过程中应控制锚具千斤顶和夹具的对中情况,尤其在开始建立油压阶段应随时调整。
5.4.3 封锚压浆
压浆时可采用真空辅助压浆方案以防压浆不饱满,压浆前应清理孔道内所有杂物,后开启真空阀门以将内部空气抽出,最终控制孔道处于80%的真空状态,内部水分蒸发为水汽,并实现浆体在负压状态下进入孔道,后按照次序将抽气端阀门关闭,并将盖帽排气孔开启以进行排浆,当加压至设计值后方可关闭进浆阀门。
6、合拢施工
合拢施工一般自两个挂篮向一个挂篮转换,因而应先将一个拆除,用剩余的一个挂篮跨越合拢段至另一端悬臂端以形成合拢支架,并应对其采取临时锁定,并待张拉部分预应力筋后方可浇筑该段混凝土,待其强度达到设计值时进行剩余预应力筋的张拉,最后方可将锁定装置拆除,合拢段施工完毕则实现了体系转换,因而合拢施工即为体系转换的过程,因此在合拢施工时应先边跨后中跨,边跨多采用吊架施工,待该部位混凝土达到一定强度后并将边跨挂篮拆除后方可施工跨合拢段的劲性骨架的合拢施工。
7、结语
悬臂施工较适应预应力桥梁结构,且其无架施工技术利于保证河流通航,同时挂篮施工科提供较大的作业面,既不影响桥梁下部交通又利于变高度桥梁施工,因而其具有广泛的优点和良好的应用前景。