某特大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工技術(shù)

PAGE某公路特大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工技術(shù)1.工程概況及特點(diǎn)1.1工程概況跨某公路特大橋位于XXX區(qū)境內(nèi)，中心里程為某客運(yùn)專線DK183+547.6，橋全長879.59m。連續(xù)梁部分為一聯(lián)三孔48+80+48m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全長177m，位于13—16號墩，主跨在DK183+532和DK183+561處分別與京沈高速公路匝道及某一級公路交叉。梁型為單箱單室，梁高自中支點(diǎn)處5.7m按圓曲線變化至端支點(diǎn)處的3.4m，在梁的中支點(diǎn)、端支點(diǎn)和跨中各設(shè)橫隔板一道。梁體頂板寬12.4m，底板采用12-7φ5鋼絞線，腹板采用7-7φ5鋼絞線，橫向采用4-7φ5鋼絞線，錨具采用AM錨體系，豎向彩用φ25mm冷拉Ⅳ級粗鋼筋。連續(xù)梁分兩個T構(gòu)，共47個梁段，采用菱形掛藍(lán)懸臂灌注法施工。合攏順序?yàn)橄冗吙绾蠑n，完成體系轉(zhuǎn)換后中跨合攏。連續(xù)梁自2000年5月10日開始施工以來，在各級領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷和支持下，經(jīng)過廣大干部、職工的頑強(qiáng)拼搏，科學(xué)組織，精心施工，于2000年10月23日順利合攏。梁部合攏精度及質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，多次受到部領(lǐng)導(dǎo)、某線總指揮部的表揚(yáng)。1.2施工特點(diǎn)1、0#塊梁高，體積大，鋼筋密集，混凝土澆注振搗困難。2、采用落地支架施工，對支架的剛度、可靠性要求嚴(yán)格，必須保證使用簡便，易操作，拆裝方便。3、工期緊，同時又進(jìn)入雨季，施工季節(jié)限制大，是整個某客運(yùn)專線的重點(diǎn)、難點(diǎn)、控制工程之一。4、施工干擾大。該橋跨越一級公路，車流量大。施工時車輛通行凈空小。5、質(zhì)量要求高。該橋距錦州市區(qū)僅13Km，并且前后不足百米內(nèi)有三座公路橋，所以它不但成為錦州一景，而且也是鐵路與公路建設(shè)質(zhì)量對比的代表。2.主要施工技術(shù)跨某公路特大橋連續(xù)梁面臨著施工質(zhì)量要求高，施工干擾大，施工工期短等不利因素。這些不利因素要求我們的施工組織設(shè)計(jì)，要有所突破和創(chuàng)新，才能確保連續(xù)梁的施工安全、優(yōu)質(zhì)、快速的進(jìn)行。下面結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際來具體說明連續(xù)梁的施工技術(shù)2.10#塊的施工技術(shù)0#塊長12m，中支點(diǎn)高5.7m，混凝土圬工為233m3。0#塊下墩身窄，墩頂無法設(shè)置臨時支座，給臨時托架結(jié)構(gòu)設(shè)置帶來困難；0#結(jié)構(gòu)復(fù)雜鋼筋稠密，管道縱橫交錯，這給混凝土的入模和振搗帶來困難；由于混凝土圬工量大，澆筑時間長，如果支架變形過大，就會造成混凝土初凝后開裂，這要求0#塊支架的剛度要強(qiáng)，穩(wěn)定性要高，同時要有必要的混凝土入模速度，以保證混凝土終凝前完成澆筑；同時0#塊又是整個粱部受力最集中、最復(fù)雜的部位，是粱體最易開裂和出問題的部位，這更要求0#塊要有好的整體性和抗裂能力。2.1.1臨時支墩設(shè)計(jì)方案及特點(diǎn)2.1.1.1臨時支墩設(shè)計(jì)要求：連續(xù)梁的臨時支墩，在體系轉(zhuǎn)換前是承受梁體自重、施工荷載、抵抗不平衡彎短的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)單位對臨時墩的施工設(shè)計(jì)要求：①臨時支墩承載壓力要達(dá)到16500KN，考慮澆筑混凝土不同步，要求臨時墩承受的錨固力達(dá)到2600KN，位于主墩兩側(cè)，距墩中心3m。②設(shè)計(jì)先合攏邊跨，后合攏中跨后。邊跨合攏后即拆除臨時支墩，完成體系轉(zhuǎn)換。③設(shè)計(jì)應(yīng)考慮縱橫風(fēng)力影響。④施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制施工荷載產(chǎn)生的不平衡力，否則應(yīng)增加臨時墩的錨固力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場的實(shí)際情況及以往我局在這方面的施工經(jīng)驗(yàn)，在臨時支墩的設(shè)計(jì)和施工上進(jìn)行創(chuàng)新嘗試。2.1.1.2臨時支墩設(shè)計(jì)方案：采用鋼管混凝土制作臨時支墩結(jié)構(gòu)由于主墩墩身矮（分別為7、8m），頂帽比較窄，臨時支墩無法落于頂帽上，而是坐落在基礎(chǔ)承臺上，工程量相對較大。同時本橋跨越一級公路和高速公路匝道，施工期間，需對道路進(jìn)行管制，形成對既有線路的干擾，所以安全、快速、文明施工是選擇施工方案要考慮的一個重要方面。鋼管混凝土就是在薄壁鋼管內(nèi)灌筑素混凝土，鋼管采用螺旋焊接管。鋼管中的混凝土柱可防止管壁喪失局部穩(wěn)定性，鋼管可以阻止核蕊混凝土在縱向壓力作用下的側(cè)向膨脹和酥松剝落，使其處于三向受壓狀態(tài)，從而提高抗壓強(qiáng)度和變形能力。由于鋼管混凝土具有的工作特點(diǎn)，使其在應(yīng)用上具有以下優(yōu)點(diǎn)：①鋼管混凝土強(qiáng)度高，材料省，重量輕，塑性好，耐撞擊；②在施工中可減少施工環(huán)節(jié)，無需模板的安裝、拆卸工作，節(jié)省勞力，提高工作效率，還有好的外觀質(zhì)量。鋼管直徑的大小及壁厚的確定，應(yīng)保證管本身的剛度和穩(wěn)定性要求。鋼管采用ф750mm×10mm，管內(nèi)填充C40混凝土，每肢管內(nèi)布置3根φ32高強(qiáng)精軋運(yùn)輸線紋筋，承擔(dān)施工不平衡力矩產(chǎn)生的拉力，使得墩與梁處于半固結(jié)狀態(tài)。2.1.1.3臨時支墩受力檢算T構(gòu)每側(cè)采用2根鋼管混凝土柱，柱高11m，采用φ750mm×10mm的鋼管。①φ750mm×10mm鋼管混凝土截面特性鋼管截面面積：As=232.5cm2；鋼管內(nèi)核心混凝土截面面積：AC=4185.4cm2；鋼和截面慣性矩：IS=159160cm4;鋼管內(nèi)核心混凝土截面慣性矩：IC=1393944cm4；桿件含鋼率：P=4t/K=0.053(t為鋼管壁厚，D為鋼管外徑)?；剞D(zhuǎn)半徑I=18.7cm長細(xì)比λ==29式中μ——柱的計(jì)算長度系數(shù)，取0.5；l——柱的計(jì)算長度，取1100cm；②截面驗(yàn)算鋼管混凝土軸心受壓桿件的承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算：N=φ（f·AS+K·FC·AC）式中N——軸向壓力設(shè)計(jì)值；φ——鋼管混凝土軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)；AS——鋼管截面面積；f——鋼管鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；AC——鋼管內(nèi)核心混凝土截面面積；FC——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；K——核心混凝土軸心抗壓強(qiáng)度提高系數(shù)。根據(jù)桿件含鋼率、桿件鋼材型號、桿件混凝土稱號及桿件長細(xì)比，與k、φ的相對應(yīng)關(guān)系，查表可得φ取0.97，k取1.52。桿件承載力設(shè)計(jì)值N=φ(fAS+kfCAC)=0.97(170×103×232.5×10-4+1.52×8.5×103×4185.4×10-4)=9079KN>16500KN/2=8250KN臨時墩的強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。2.1.20#塊托架的設(shè)計(jì)方案及特點(diǎn)0#塊托架支柱由18根Φ325螺旋焊接鋼管和4根Φ825螺旋焊接鋼管組成，順橋向4排，橫橋向5排，支柱基礎(chǔ)大部分落于主墩承臺上，部分另澆筑混凝土為支柱基礎(chǔ)。支柱相互用[16槽鋼連接，靠近支墩由支柱同時和預(yù)埋到交墩的[16槽鋼連接。2×I45b工字鋼為縱梁，I25工字鋼為橫梁，為增強(qiáng)整個支架的穩(wěn)定，縱梁為整體結(jié)構(gòu)，平衡梁體斜面混凝土的水平分力。支架完成后，以千斤頂進(jìn)行等效預(yù)壓，以消除支架的非彈性變形，并產(chǎn)生出因梁混凝土壓力而產(chǎn)生的彈性變形，在澆筑梁體的同時，等步釋放拉力，使支架在澆筑過程中承受同等壓力，防止因支架變形而造成梁體混凝土開裂。0#塊采用整體一次澆筑方案，兩座拌合站集中生產(chǎn)混凝土，混凝土罐車運(yùn)輸，泵車輸送混凝土入模，確保入模速度大于每小時25m3混凝土?；炷烈M可能從多處不同的部位入模，以使得粗細(xì)骨料均勻。底板混凝土通過頂板預(yù)留天窗經(jīng)串桶滑入內(nèi)，在瞻板內(nèi)模上開兩排窗口，間隔1m，每排6個，窗口，同時隔板每側(cè)開兩個窗口。澆筑時，使混凝土從這些窗口入模?；炷恋膿v固以插入式搗固為主要方法，附著式搗固為附助方法。每側(cè)膜板靠近支座部位和張拉底座部位各安置兩臺附著式振動器，12臺不同直徑的振動棒配合振搗，即不能漏振，也不能過振。2.2落梁裝置2.2.1落梁裝置設(shè)計(jì)方案通常為了方便、可控地完成體系轉(zhuǎn)換，在梁體與支墩的結(jié)合部澆筑4cm厚的硫磺砂漿，通過埋設(shè)的電爐絲熔化硫磺砂漿，過錯成體系轉(zhuǎn)換。使用硫磺砂漿法的局限性在于要同時燒熔一個T構(gòu)的硫橫砂漿，所需電流非常大，施工現(xiàn)場難以滿足。同時，施工中電爐絲位置安放得不好，電爐絲在后續(xù)的施工中被意外損壞，卻容易造成硫磺砂漿不能按原意圖被燒熔，而只能用人工慢慢鑿除，嚴(yán)重影響了合攏工期。為此，采用了鋼結(jié)構(gòu)落梁裝置，見圖4，將臨時支墩與梁體結(jié)合為一體，體系轉(zhuǎn)移時，用乙炔氣割斷鋼結(jié)構(gòu)。2.2.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較在滿足相同承載力的情況下，采用鋼筋混凝土柱，自重達(dá)2588kN，采用鋼管混凝土柱僅為1006kN，雖用鋼稍多，但節(jié)約混凝土63%，最大的優(yōu)點(diǎn)還在于鋼管混凝土施工工序省，施工速度快，外觀質(zhì)量好。2.3合攏段的施工技術(shù)連續(xù)梁跨中合攏必須遵循低溫灌注，又拉又撐的兩大原則，在合攏前夕使2個共柜的懸臂端臨時連接，盡可能保持相對固定，以防止合攏段混凝土在灌注及早期硬化過程中發(fā)生明顯的體積改變。而選擇在一天之中氣溫較低時，（如夜間零點(diǎn)左右）灌注混凝土，可保證合攏段新澆注的混凝處于氣溫上升的環(huán)境中，在受壓狀態(tài)下達(dá)到終凝。連接鎖定的支架包括頂撐和拉結(jié)兩部分。拉結(jié)一般利用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼來臨時張拉一定噸位。頂撐方法采用體外支撐，在箱梁頂，底板頂面設(shè)置反力座，用鋼結(jié)構(gòu)支撐，以后拆除反力座，撐桿壓力就全部轉(zhuǎn)到合龍段混凝土中。本橋合攏拉結(jié)也是利用梁體頂板，底板各兩米，鋼米臨時張拉80噸和100噸；頂撐是在箱梁頂，底板設(shè)置反力座，用I45工字鋼與反力座焊接。土頂、底板各兩組，每組兩根I45工字鋼。鋼束張拉完成后，解除焊接。3.預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)連續(xù)梁為三向預(yù)應(yīng)力體系，即縱向、橫向、豎向。其組成和張拉力分別為：縱向頂、底板為12-7φ5鋼絞線、腹板為7-7φ5鋼絞線，σk=0.72Ry=1339.2MPa橫向?yàn)?-7φ5鋼絞線，σk=0.68Ry=1264.8MPa豎向?yàn)棣?5精軋螺紋鋼筋，σk=0.75Ry=1395MPa張拉順序?yàn)橄瓤v向，后橫向，再豎向。3.1縱向預(yù)應(yīng)力束的張拉：縱向筋采用φ70、φ90波紋管成孔，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后進(jìn)行張拉作業(yè)。張拉順序一般為先腹板后頂板，均由兩側(cè)向中間對稱張拉，采用YCW250型千斤頂，AM錨具系統(tǒng)。張拉作業(yè)流程見附圖3。3.2橫向預(yù)應(yīng)力束的張拉：橫向束采用φ21×70波紋管成孔，為單端張拉，采用YDC-240型千斤頂，AM錨具。工藝流程見附圖4。3.3豎向筋的張拉：φ25冷拉Ⅳ級精軋螺紋鋼，Ry=860MPa，鋼筋冷拉至725MPa后使用，采用軋絲錨錨具，豎向筋外套內(nèi)徑φ50mm波紋管成孔。張拉工藝流程見附圖5。3.4張拉數(shù)據(jù)量測與計(jì)算：鋼絞線預(yù)應(yīng)力施工采用應(yīng)力、應(yīng)變雙控。鋼絞線伸長值的量測，各種資料上均有介紹，但是在初張中，我們發(fā)現(xiàn)以下方法可較好地與理論伸長值符合；①張拉至初應(yīng)力值，記錄千斤頂油缸行程L1，工具錨鍥片外露量L2；②張拉至控制應(yīng)力值，記錄千斤頂油缸行程L3，工具錨鍥片外露量L4；③則鋼絞線伸長值ΔL=（L2-L1）-（L3-L4）。3.5壓漿作業(yè)①壓漿的作用：一是避免空氣或水對鋼絞線的腐蝕；二是避免低溫對鋼絞線的破壞；三是減緩鋼絞線的預(yù)應(yīng)力損失；四是加強(qiáng)梁體的整體性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)性能。②灰漿的拌制要求：灰漿用水泥應(yīng)與梁體用水泥相同，水灰比0.36，三小時泌水率≯2%，強(qiáng)度不低于40MPa。③壓漿工藝：壓漿作業(yè)要求在預(yù)應(yīng)力筋張拉后24h內(nèi)完成。其工藝流程見附圖6。3.6預(yù)應(yīng)力施工應(yīng)注意的幾個問題①波紋管安放的準(zhǔn)確無誤及暢通是預(yù)應(yīng)力施工的前提，必須引起高度的重視。在實(shí)際施工中，我們先在管道位置精確畫出其線型，每50cm架設(shè)一道井字架鋼筋，確保了波紋管位置準(zhǔn)確，固定牢固。②張拉時的混凝土強(qiáng)度、彈性模量值，管道的線型精度以及加荷速度等因素都對實(shí)測伸長值有影響，必須嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求。4.關(guān)鍵施工技術(shù)該施工技術(shù)于1999年起研制開發(fā)，處于國內(nèi)較先進(jìn)水平。該技術(shù)在我局鐵路橋梁施工中亦屬首次設(shè)計(jì)、推廣應(yīng)用，為局內(nèi)領(lǐng)先。該成果主要適用于公路、鐵路連續(xù)梁和T型剛構(gòu)橋的懸臂灌筑施工，并且對其他現(xiàn)澆構(gòu)件的施工具有借鑒意義。它具有結(jié)構(gòu)合理、受力明確、自重輕、堅(jiān)固穩(wěn)定、變形小、易于調(diào)節(jié)、施工難度小、裝拆工藝操作方便等特點(diǎn)，可以大大地縮短工期、節(jié)省勞動力和周轉(zhuǎn)材料。該技術(shù)在我局某客運(yùn)專線跨某公路特大橋連續(xù)梁施工中首次使用，在應(yīng)用中該系統(tǒng)可與墩身施工平行作業(yè)，不占用總工期，并且質(zhì)量優(yōu)良、安全高效，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較為先進(jìn)。我們認(rèn)為該技術(shù)的應(yīng)用、推廣前景非常廣泛，必將對今后的施工生產(chǎn)產(chǎn)生較大的推動作用。1）0#塊支架的牢固穩(wěn)定和剛度的控制是0#塊施工及防裂的關(guān)鍵。臨時支墩采用φ813mm螺旋焊接鋼管代替鋼筋混凝土，內(nèi)灌C50混凝土，內(nèi)設(shè)6根φ25mm高強(qiáng)精軋螺紋，以滿足錨固力的要求，臨時墩頂部系格柵式鋼盒作為落梁裝置；采用φ325mm螺旋焊接鋼管作為0#塊托架的支架，下部法蘭盤與基礎(chǔ)錨栓連接，上部用砂箱調(diào)整標(biāo)高及落模。橫聯(lián)系采用[18槽鋼；設(shè)計(jì)合理，受力明確，省時、省力、減少投資，是解決預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁窄墩0#塊施工行之有效的施工技術(shù)。2）0#塊體外等效預(yù)加荷載抗裂技術(shù)的采用進(jìn)一步避免了0#塊的開裂，從根本上保證了0#塊的施工質(zhì)量。3）0#塊混凝土澆筑天窗的合理設(shè)置是保證混凝土灌注質(zhì)量的重要措施，同時混凝土要有必要的灌注速度，以保證在混凝土終凝前完成灌注。4）泵送混凝土的品質(zhì)和灌注工藝是保證施工質(zhì)量及縮短全橋工期的基礎(chǔ)。5）采用大塊鋼模板內(nèi)貼絕緣板可明顯提高外觀質(zhì)量。6）鋼結(jié)構(gòu)代替臨時支墩中的硫磺砂漿，使得體系轉(zhuǎn)換迅速進(jìn)行?？缒彻诽卮髽蜻B續(xù)梁為某客運(yùn)專線的重點(diǎn)、難點(diǎn)工程。主梁0#塊長12m，底板寬6.4m，混凝土233m3。兩個T構(gòu)共加工2套支架，利用該技術(shù)節(jié)省材料費(fèi)4.7萬元，節(jié)約人工費(fèi)2.88萬元，且0#塊施工質(zhì)量優(yōu)良，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均合乎設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，得到了甲方和監(jiān)理單位的多次好評，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。附圖1：懸灌梁施工工藝流程圖T構(gòu)墩身施工T構(gòu)墩身施工臨時墩、臨時支架的制作、安裝臨時墩、臨時支架的制作、安裝00#段鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、模板及預(yù)埋件施工灌筑0#段混凝土安裝永久支座0#段底模安裝灌筑0#段混凝土安裝永久支座0#段底模安裝養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度，穿束、張拉、壓漿養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度，穿束、張拉、壓漿邊跨12#段滿布支架現(xiàn)澆安裝掛籃循環(huán)施工至10#段邊跨12#段滿布支架現(xiàn)澆安裝掛籃循環(huán)施工至10#段進(jìn)行1#段施工懸吊支架合攏邊跨段懸吊支架合攏邊跨段中跨合攏中跨合攏橋面部分施工橋面部分施工附圖2：0#塊鋼筋、模板作作業(yè)工藝流流程圖底模鋪設(shè)底模鋪設(shè)腹板鋼筋腹板鋼筋外側(cè)模板外側(cè)模板內(nèi)模底板下網(wǎng)鋼筋的綁扎底板上網(wǎng)鋼筋內(nèi)模底板下網(wǎng)鋼筋的綁扎底板上網(wǎng)鋼筋頂板鋼筋頂板鋼筋端頭模板養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度澆注