大型刚构桥主梁施工工艺及问题处理技术

吴瑞平

(四川省乐山市交通局　乐山　614000)

　　【摘　要】　通过对庙子坪岷江大桥主桥连续刚构125m +220m +125m 连续刚构主箱梁挂篮施工工艺的阐述,讨论大型刚构桥主梁施工工艺及问题处理技术。

　　【关键词】　T 型刚构;主梁;边跨合龙;施工工艺;问题处理

　　【中图分类号】　U44514　　　　　　　　　　　　　【文献标识码】　B

1　概　述

　　庙子坪岷江大桥主桥连续刚构为125m +220m +125m ,连续刚构主箱梁施工中采用挂篮施工工

艺。在主墩间用万能杆件组拼托架浇筑0#

块件,采用四副挂篮在两个T 构上同时浇筑主梁块件砼。块件长度分别为212m ,219m ,412m 三种类型;施工顺序为移动挂篮、扎筋浇块件,张拉顶板纵向预应束、竖向预应束、张拉上一块件横向预应束,移动挂篮如此反复进行施工至34#

块件。搭设现浇

边跨直线段(37#块件),合龙两边跨(36#

块件),张拉边跨底板束;在跨中施加顶推力,再合龙中跨(35#块件),张拉部分中跨底板束,铺装二期恒载,张拉完毕剩余中跨底板束。保证连续刚构施工及边跨、中跨合龙结构安全,控制合龙精度为:两端相对误差不大于20mm ,轴向偏位不大于10mm ,保证成桥后桥梁线形及内力符合设计要求,整个施工过程必须符合规范要求是贯穿于整个施工过程的主题(见图1)

。

图1　主桥立面布置图

2　主梁挂篮施工

211　概　述

在主墩间用万能杆件组拼托架浇筑0#

块件,采用四副挂篮在两个T 构上同时对称浇筑主梁块件。块件长度为212m ,219m ,412m 三种类型;施工顺序为移动挂篮、扎筋浇块件砼,张拉顶板纵向预应束、竖向预应束、张拉上一块件横向预应束,如此反复进行(见图2)。212　挂篮安装

本桥主梁悬浇工艺采用滑动式菱形挂篮施工。

挂篮拼装,挂篮运至工地时,首先在试拼台上进行试拼,以便发现由于加工不精确及运输中发生变形而造成的问题,得以及时解决和顺利安装。

挂篮安装完成后,进行加载试验,以验证挂篮安全度和可靠性,试验采集各加载阶段时挂篮挠度,数据分解出挂篮前吊结构的弹性和非弹性变形,与设计值相比较,并为施工挠度控制提供依据,保障施工梁段线形(见图2)。213　钢筋安装及砼施工

钢筋安装严格按设计施工,焊接符合施工技术规范的要求,空间位置发生冲突作调整布置,但保护层厚度必须保证。

砼浇筑程序:

(1)砼浇筑应悬臂对称浇筑进行,两对称梁段浇注时不平衡重量应控制在一个节段重量的20%以内,各梁段浇筑一次性连续成型,同时防止浇筑过程中的侧向偏移发生。

(2)浇筑顺序:主梁底板→腹板→顶板。

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　　(3)砼初凝时间为15h,坍落度控制在14～18c m。

(4)严格按分层浇筑原则浇筑。

(5)夏季气温变化较大,砼浇筑宜选择温度变化较小时段(一般夜晚至次日清晨)作业,以保证箱梁顶面标高精确。冬季若持续5天气温低于5℃以下,则可采取用水、砂石加温等措施确保砼在浇筑后的温度不低于10℃。

(6)节段砼施工缝采用人工凿毛,待砼达到一定强度后,按设计要求凿毛处理,同时加强养护。214　预应力施工

21411　张拉前准备工作

(1)采用预应力束孔清洗器检查清洗预埋孔道保证畅通,纵向预应力束采用卷扬机穿孔人工穿束。

(2)预应力张拉的关键设备定期校验,千斤顶与压力表应配套校验,以确定张拉力与压力表读数之间的关系曲线,作为张拉控制依据。

21412　预应力张拉

(1)预应力筋制作,运输安装严格按设计图、规范施工。

砼强度达到设计强度的85%,并且在砼浇筑3天后进行张拉。以防止为了尽快达到混凝土强度加过多的外加剂而引起的混凝土后期收缩徐变加大。

(2)预应力张拉顺序:纵向→竖向→横向

(3)张拉程序:粗钢筋O→100%б

k

→持荷5m in (锚固)

主梁纵向钢束:O→初应力(15%б

k

)→(30%

б

k

)→103%б

k

→持荷5m in(锚固)

主梁横向钢束:O→初应力(15%б

k

)→(30%

б

k

)→100%б

k

→持荷5m in(锚固)

主梁竖向钢束:O→初应力(15%б

k

)→(30%

б

k

)→100%б

k

→持荷5m in(锚固)

21413　封锚压浆

全桥纵向预应力管道402束采用真空压浆,竖向和横向预应力管道采用普通波纹管压浆:

(1)张拉完毕后在24h,压浆前采用空压机压缩空气清除孔内杂物。清孔彻底后对锚具压浆封锚。

(2)水泥浆要求应按设计标号严格控制水灰比,掺入适量减水剂,保证压浆强度(R28达到60Mpa)。钢绞线和粗钢筋多余长度采用机械切割。

(3)纵向预应力管道采用真空压浆法进行压浆。

215　边跨现浇段

(1)大桥边跨现浇段位于3#、6#交界墩,其长度为1317m,高度为4m,底板宽为13m,翼缘板宽度为4175m,顶板总宽为22150m。整个现浇段的砼数量为445m3。现浇段长度大,且工程数量大,故采用落地支架方案进行现浇段施工。

(2)3#交界墩桩基础采用2排×2根Φ200c m 的钢筋砼嵌岩桩基,采用2×2排万能杆件作现浇段施工支架,支架采用万能杆件拼装成2排门式框架,立柱截面宽度为200×200c m,高度为72155m,

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吴瑞平:大型刚构桥主梁施工工艺及问题处理技术

从支架顶面以下每14m间距设置纵、横系梁与墩身连接,确保纵、横向稳定。

(3)6#交界墩础基础采用2排×4根Φ140c m 的钢筋砼摩擦桩基础,6#交界墩立柱采用万能杆件拼装而成,拼成一排门式架,立柱总高度为80142m,其截面尺寸为4×2m,从支架顶面以下每16m间距设置纵、横系梁与墩身连接,确保纵、横向稳定。

(4)万能杆件托梁拼装时,应进行预压,消除其非弹性变形。

(5)支架搭设完毕即按设计规范要求进行钢筋、砼浇筑等施工。

216　边跨合拢段

(1)施工流程:挂篮行走(后移)———纵梁及模板前移就位———顶、底板锚固———劲性骨架加工及安装———钢筋加工及安装———劲性骨架锁定———浇筑合拢段砼———张拉边跨预应力钢束———预应力钢束锚固、压浆、封锚———模板及支架拆除。

(2)水箱压重:挂篮移到位后,在梁端布置水箱进行压载,配重水箱设置在32#块件顶板位置,上下游对称布置。水箱配重重量为85t。

(3)安装劲性骨架前,应先将34#节段及边跨合拢段上预埋的钢板凿露1c m,并将表面打磨平整光洁,将劲性骨架一端与预埋钢板焊接固定,另一端作调节端。待合拢段钢筋安装完成,模板高程调整就绪后,再将劲性骨架调节端锁定。

(4)浇筑边跨合拢段时,T构邻近的32#节段上压重同步等量减少,砼浇注完毕,该配重减完。

(5)模板、支架的拆除遵循“后支先拆,先支后拆”的原则进行。

217　中跨合龙

(1)中跨两T构的34#块件施工完成后,利用4#墩挂篮底模、内模架、侧模架改制为合拢段模板。5#墩挂篮退到31#块件上临时锚固。当4#墩挂篮前端移到5#墩34#块件时,在中跨合龙段未顶推前,不能锚固,必须待合龙段顶推到位,且将劲性骨架锁定后,才能将挂篮锚固。

(2)配重水箱设置在梁顶32#块件,上下游对称布置,配重总重量为85t。

(3)顶推反力架采用2I36b工字钢,即合龙段梁体两端各一个反力架,上下游对称布置在反力架中部,4#主墩顶推位移为80mm,5#主墩顶推位移为74mm。上下左右对称进行顶推。

(4)劲性骨架安装,第一步:劲性骨架一端与预埋板焊接固定,另一端作调节端。第二步:顶推达到设计要求后,加钢楔块集中锁定,保证劲性骨架上下左右对称进行锁定,劲性骨架封焊温度不得大于21℃。劲性骨架锁定后,将顶推千斤顶同时缓慢地回油,让顶推力全部传递到劲性骨架上,最后,拆出千斤顶和反力架。

(5)劲性骨架刚结后,将挂篮的前后、上下吊带锚固,各吊带均锚固在砼上,保证模板与砼端头闭合。

(6)钢筋现场绑扎,预应力体系安装要精确定位,确保线形正确,谨防管道漏浆堵塞和移位。

(7)砼的施工顺序按先底板,腹板,顶板的顺序进行,合龙温度应控制在13℃～21℃之间,最佳合龙温度为17℃,砼的初凝时间控制在6h内。在合拢段砼浇筑的同时,按一定的等量关系泄水卸载,砼浇筑完毕,配重卸完。

(8)测量控制:主要包括水箱配重的位移测量、中跨合龙段时的位移测量、横向位移测量、竖向位移测量和主墩的位移测量。

(9)预应力张拉待砼浇注后72h及达到设计强度85%后,张拉预应钢束L01、B01-B26并压浆,随后将挂篮拆除,待二期恒载施工完毕后,张拉预应钢束B01-B07并压浆。

3　施工监测监控

311　控制截面应力监测

在主梁选择8个断面,主墩上选择4个断面作为应力监测的控制断面,埋设在1#段内,距离0#段约1m。主梁各控制断面上布置8个应变测点,主墩断面上布置4个应变测点,主梁截面上测点1、2、3埋设在顶面第一排钢筋下部,5、6、7埋设在底板上面第一排钢筋下部。实测应力普遍比理论计算值大,尤其是箱梁底板应力。混凝土的应变可分为受力应变个非受力应变两种,在实测的应变中它们是混杂在一起的(见图3、图4)。

312　各截面高程控制

连续刚构桥悬浇施工过程中,由于受悬浇施工中荷载加载位置、方向、大小循环变化的影响,桥面标高呈现波浪型变化;且在大桥合龙后进行体系转换时改改变了箱梁原来的力学体系,在梁体内纵向预应力钢束群(负弯距钢束以及正弯距钢束)的共同作用下,桥面高程将会发生进一步变化。

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图3　应力监测控制断面图

节段箱梁悬浇分三个阶段:

(1)挂篮行走就位、砼浇注前;

(2)砼浇注后、张拉前;

(3)预应力张拉后、挂篮行走前三个阶段对各节段的监控点进行水准测量。

梁段立模标高减去梁段浇注时挂篮弹性变形及后续阶段引起的变形,便可得到后续阶段梁段的实际高程。

313　施工控制测量

施工过程中,进行施工控制测量,以确保连续刚构在各节段施工完成后,其内力和线形尽可能与设计预期值相近。

(1)全桥控制网中的导线点、水准点进行复测,并报批控制网的复测结果。在0#块件顶面轴线上增设箱梁测量控制点。

(2)主梁高程测量,节段箱梁前端顶板布置三个点,底板布置两个点,其中梁段轴线上的测点为主控测点(控制轴线的竖向偏位),上下游的测点为辅助测点,除墩顶处主梁测点外,其余测点均布置在梁端10c m位置处。

在挂篮前移就位后测量已浇块件的高程。

立模绑扎钢筋后根据监控组提供的数据确定立模标高。

砼浇注完成后,或纵向预应力张拉前测量已浇块件的高程。预应力张拉完成后测量已浇块件的高程。

T构合龙前后均要进行主梁各块件高程的测量。高程测量精度要求为1mm,允许值为2c m。

(3)主梁的轴线偏位测量。测点设在块件底板和顶板的前端轴线上,以利于每一节段施工轴线测量和轴线验收。

梁段的轴线测量中,挂篮就位准确是关键,只有在挂篮安装准确的前提下,模板才能准确就位,在挂篮前移前,必须在前方块件放出挂篮就位的端线和轨道边缘线,使挂篮前支点落在轨道轴线和前端线的交点位置,同时挂篮在移动过程中不偏位。

轴线后视点均从0#块的测量水准点引出,在各跨合拢前后进行轴线通测,以保证合龙轴线误差在1c m,两主墩0#块的水准点必须进行联测后敷设。精度要求为2mm/60mm,合龙段两端轴线偏差允许值为1c m。

314　边跨、中跨合龙的监控测量

(1)施工监测监控。边、中跨合龙的两个方面,一是位移的测量,二是应变的测量,测量控制包括压重和顶推两个阶段。在中跨合龙顶推过程中,应进行位移和顶推力双控,以控制墩顶水平位移为主:

中跨合龙段的顶推力为850t,4#墩箱梁0#块中心顶缘向都江堰水平位移80mm;

5#墩箱梁0#块中心顶缘向汶川水平位移74mm。顶推时以位移控制,顶推力仅做校核。

合龙段顶推施工中的位移测量,一方面为了了解两个主墩的具体位移,将全站仪置于4#墩处的合适位置,分别对主墩0#块进行位移测量,另一方面,在合龙顶推位置附近布置测点,在顶推过程中测量两点间距离的变化,直到总体位移达到1514c m,同时对轴向偏位进行观测。应力的变化通过对墩身及悬臂根部预埋应变计的测试,测点位置如图4所示8个点

。

图4　应力监测控制截面测点布置图

中跨合龙的环境温度对主桥成桥后结构内力有较大影响,因此应按设计要求,在合适的温度下合龙。合龙段的施工是主桥施工的关键工序,应做好监测和预报。

315　监控测量成果

(1)顶推过程中主桥纵向位移及高程变化实测值与理论值基本接近,轴向偏位约为012c m;

(2)顶推后4#跨中36截面与5#跨中36截面高程差为212c m。考虑桥面设计纵坡为018%后,合龙误差为012c m;

(3)顶推过程中控制截面应力变化规律与理论分析结果一致,且数值不大,控制截面应力满足规范要求。

(下转第53页)

74

吴瑞平:大型刚构桥主梁施工工艺及问题处理技术从表3可看出,上弦杆的最大变形值为11132c m,符合《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)规定的不大于L/400要求。

4　实施要点

　　在施工中还应注意以下重点:

(1)由于该支架的主要受力构件均处于高应力工作状态,故应在整个施工过程中进行应力监控;

(2)支架在拼装过程中必须严格保证质量,确保支架的整体工作性能;

(3)由于荷载验算时,考虑了砼箱梁底板、腹板与支架的整体受力,故顶板的浇筑需等到底板和腹板砼强度及弹性模量达到设计值后,才能浇筑;

(4)由于砼数量大,浇筑时间长,为避免后浇筑的混凝土有可能扰动之前浇筑已初凝的的混凝土,或产生不必要的施工缝,砼拌制时掺配016%的J M-Ⅱ(c)型高效泵送减水缓凝剂,使混凝土初凝时间达12h,以消除二次混凝土浇筑产生的扰动及施工缝;

(5)砼纵向浇筑必须遵循“由中间到两边、分段分层”的原则。顺序为从50m跨中间开始,底板全宽全高浇筑,腹板分层40c m,长度6～8m,梯段向两边推进。

(上接第47页)

4　施工中存在问题和处理

　　主箱梁1#块在砼浇筑56h后,挂篮尚未移动的情况下,底板砼出现几处裂纹,缝宽0105～0125c m,裂缝呈纵向分布与桥轴线平行,端部贯通上下底板。

通过现场分析并经专家会议讨论审定,一致认为主箱梁1#块裂缝系收缩裂纹,不影响桥梁结构安全。会议决定:

(1)裂缝进行灌胶处理;

(2)主箱梁块件增加结构防裂钢筋,防止收缩裂纹;

(3)调整C60砼配合比,减小坍落度;

(4)调整箱梁底板砼浇筑顺序。

411　灌胶处理

灌胶处理的施工工艺为:底板砼表面清理→裂纹封闭→灌胶→表面处理

(1)砼表面清理,对裂缝周边用钢刷清洁。

(2)用Ha71胶水与滑石粉配制成胶凝物,将裂缝表面抹平,每隔20c m～50c m预留压胶嘴。

(3)将Ha71灌注胶装入压力容器,通过压胶嘴将胶水压入裂缝,渗透直至饱满为止。

(4)拆除压胶嘴,清理砼表面。

412　增设防裂钢筋

(1)设计上对箱梁底板竖向钢筋由原来的单根布置改为连环闭合箍筋的形式。

　　(2)在节段端部加设10×10c mΦ12的钢筋网。

413　调整C60砼配合比

对C60砼配合比进行了进一步的优化,降低了水泥的用量,增加了粗集料用量,同时降低了砂率。414　调整砼的浇筑顺序

调整砼浇筑顺序并在施工中严格控制,浇筑顺序调整为:先底板后腹板最后顶板,底板由中间向两侧,腹板由上、下游交错进行,顶板由腹板向两边对称推移。

经过以上措施调整处理,从2#块件起直至主梁合拢,底板砼未再度出现开裂现象,效果良好。

5　结束语

　　科学、优化的高强度混凝土配合比设计,有效避免了结构开裂的质量问题。挂篮施工已经成为大型刚构桥梁施工的成熟工艺,只要严格按照施工规范的要求进行施工,及时发现并正确处理施工中出现的问题。严格按照监控标高立模就能够保证成桥线型达到预期目标。

参考文献:

[1]　中华人民共和国交通部.公路工程质量检验评定标准.

(JTJ071-98)[S].北京:人民交通出版社,1998.

[2]　中华人民共和国交通部.桥涵[S].北京:人民交通出版社,

199214.

[3]　中华人民共和国交通部.公路桥涵施工技术规范[S].北京:人

民交通出版社,200018.

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张海良:八七型钢梁与钢管满堂支架在50m连续箱梁施工中的组合运用