桥梁悬臂浇筑施工研究

摘要：道路桥梁，是我国经济快速发展的基础，一个地方的交通发达与否，可以看出该地方的经济状况为何样。在进行道路桥梁施工过程中，有许多的施工技术被应用着。本文笔者主要对桥梁工程中的悬臂浇筑施工法进行阐述，以供参考。

关键词：桥梁；悬臂浇筑;

中图分类号：K928文献标识码： A 文章编号：

0、工程概述

某桥梁0#块长为13m,悬臂浇筑单个块体长为3.0～4.25m。边跨支架现块体长为8.4m,中、边跨合拢段长为2m。共分11个块体,单端浇筑最大不平衡力控制在400KN 以内。

1、悬臂浇筑法施工

所谓悬臂浇筑施工法是将桥体沿桥梁轴线分成2～5m 若干节段,从桥墩附近开始使用挂篮对称在两侧浇筑砼的施工方法。

1．1挂篮的设计及制作

本工程采用三角挂篮,按照荷载1.5 倍最重块体设计挂篮,挂篮自重控制在90t内。挂篮的主要构造包括:主桁架系统、行走及锚固系统、悬吊系统、底平台系统及模板系统。挂篮构件均在钢构厂中加工改造完。挂篮制作完成后立即进行检测及试拼装,经检测合格后用吊机将挂篮构件吊至0# 块上进行现场组装。

1．2挂篮拼装

挂篮拼装时,同一T 构的两套挂篮应基本同步,挂篮安装按照以下程序进行:清理梁段顶面用1:2的水泥砂浆将铺枕部位找平在找平层上放出轨道放样定位线铺设钢枕安装轨道安装前后支座吊装单片主桁件对准前后支座, 并用精轧螺纹钢及后锚梁进行反压,在桁架两侧用3―5t 倒链和型钢控制其空间位置,调好一片主桁架后用同样的方法吊装其他主桁架调整两片主桁架间的水平间距和位置, 安装主桁连接片安装前横梁安装前后吊带安装内滑梁、滑架及芯模安吊底前后横梁及底模板吊装外侧模走行梁及外模板在前上横梁上安工作平台, 在底模两侧安工作平台调整立模边线及标高固定模板。

轨道安装时将轨道对中安放, 轨道用结构上的竖向精轧螺纹钢锚固,轨道间要焊联起安全保险作用。主桁前支座是受压主要部位,该部位下铺设轨枕时按三道设置。

三角挂篮示意图

1．3 挂篮的预压试验

采用砂袋加载,加载按最大悬浇块体的重量计,以试验处挂篮的实测沉降值。加载预压按分级进行,每级持荷时间不少于30min,对实测数据提供与大桥监控单位,为设置大桥预拱度提供依据。对各节段挂篮移动前后、节段砼浇筑前后,施加预应力前后的各个阶段进行变形观测,以调整预拱度。

1．4 挂篮行走

块体预应力筋张拉结束后挂篮行走前先铺设行走轨道, 并用精轧螺纹钢锚固。用千斤顶放松底板平台系统前吊带、底板后吊带,同时下落底板,底板由悬吊的底前后横梁承重;放松两侧外滑梁的前吊带和悬吊架,外模因自重脱落,外模由前吊带和悬吊轮承重。

松开主桁架的后锚,主桁架后座依靠反扣轮组固定在轨道上。在前支座上安装滚轴,用手拉葫芦同时牵引三个主桁架向前移动,单幅双头亦同时移动挂篮,当前移到位后,拆去前支点的滚轴,将主桁架后锚固系统用精轧螺纹钢固定在已浇筑好的节段上(节段上预留孔洞)。内外滑梁、底模与外侧模板将随挂篮牵引前移至下一节段。调整底板中线,位置和标高,上紧底模后横梁,固定前主横梁。

挂篮前移时, 要及时在已浇筑好的顶板处及时安装内外滑梁吊点精轧螺纹钢,以保证内外滑梁结构平衡稳定。挂篮前移时必须匀速,移动速度不大10cm/min,随时测量各桁架的行走距离,以保证行走同时进行,桁架间移动前后不得超过20cm。随时掌握行走过程中挂篮中线与箱梁轴线的偏差,以便及时调整。

1．2 混凝土浇筑施工

悬浇块件砼采用搅拌中心集中搅拌,橄榄车运输,地泵将砼泵送至施工节段。泵送管为垂直向和水平向布设,经过0# 块顶面泵管三通对称向两边的节段进行浇注或单独对两对称节段进行浇筑, 浇筑过程必须控制两悬臂梁段砼不相差1/3 节段。既要保证能顺利泵送,又要满足坍落度要求,要选用大功率的泵送机械。

对于悬浇节段(1#～11#)砼施工均采用一次性浇筑,并按照对称、平衡的原则进行。浇筑顺序为先底板,后腹板,最后浇筑顶板。浇筑时将泵送软管从端头部直接插入底板, 最大砼倾落高度不超过1.5m,多点布料;腹板则采用泵送软管直接从上插入腹板内。砼浇注按常规法分层浇筑和振捣,顶板砼用泵管由两侧翼板边缘向中间相向浇筑。梁段要从前端开始向后浇筑,直至与上一节段接合。整个节段砼必须在砼初凝前浇筑完毕。

需特别注意的是,腹板端头锚下、波纹管下方存在盲区,有必要在腹板侧面模板上开设“天窗”,振动棒由此进入振捣,以防止该部分盲区漏振。在浇筑过程中要经常抽动已穿好德钢绞线或撑管,以防止水泥浆渗入堵塞孔道。

砼养护采用土工布覆盖。并用高压水泵抽水到桥面上进行进行保湿养护,对于拆模后的腹板要经常性的洒水养护,并保持湿润状态。

梁的端头模板在砼强度达到2.5Mpa 后适时拆模,端头砼面随即凿毛。底模和侧模必须在张拉完成后方可拆模。

1．3．1预应力钢筋施工

1．3．1．1预应力筋张拉

纵向预应力束采用两端对称张拉, 竖向预应力筋采用单端张拉,张拉机具安装顺序为: 安装工作锚及工作锚夹片 安装顶压器 安装千斤顶 安装工具锚及工具锚夹片。

预应力束张拉程序为:0初应力(10%σcon)σcon (持荷2min后锚固)。

当长束钢绞线伸长量大于千斤顶最大行程时, 采用分级重复张拉方法,张拉采用拉力和伸长量双控的方法,以保证张拉应力达到设计要求。

对于竖向预应力筋, 特别注意在预埋锚垫板时一定要保持与精轧螺纹钢相垂直,并设置定位钢筋,确保锚垫板的埋设精度,以防止由于锚垫板倾斜导致精轧螺纹钢张拉时受折断裂的情况。

张拉纵向预应力筋顺序按照纵向钢束对称中线张拉, 先腹板后顶板,先下后上,先长束后短束,应遵照对称、均匀的原则进行。

1．3．1．2压浆、封锚

预应力束张拉完成后立即进行孔道压浆。压浆工艺如下:

a、将孔道排气孔、泌水孔密封好,然后采用保护罩封锚。

b、清理锚下垫板上的灌浆孔,保证灌浆孔道畅通,确保浆体能顺利灌入。

c、确定孔道的灌浆端及出浆口,对于曲线孔道及竖向孔道由最低点的压浆孔道压入。安装各引出管、球阀及接头,并检查功能确保能正常使用。

d、搅拌水泥浆,使其水灰比、流动度、泌水性能达到技术要求所规定指标。启动灌浆泵,待输出的浆体浓度达到所要求的浓度时,将灌浆输入管接到灌浆端的引出管上,开始灌浆。

e、在灌浆过程中,观察排浆口出浆情况。

f、观察排气阀端的出浆情况,当水泥浆顺畅流出,且稠度与灌入的浆体相当时,关闭出浆口的阀口。

g、灌浆泵继续工作,并且在≤0.7Mpa下,持压1-2分钟。

h、关闭灌浆泵及灌浆阀门,完成灌浆。

对于竖向精轧螺纹钢的压浆工作尤为注意,由于管道薄,砼浇筑时造成干扰容易使进浆管脱落,管道堵塞,如果管道不通将难以补救。而且管道又小又短,需要的浆量很小,压浆时间很短,如果没有持压装置会有回浆现象发生,造成上端有一段空隙部分,而这段又是锚头的关键部分,将会留下锈蚀隐患。为保证压浆质量,本工程改进竖向预应力筋压浆工艺的方案:为确保竖向压浆管道畅通牢固,防止进浆,并能起到持压效果,在张拉端设置持压装置(如右图),在两头锚垫板上焊接

一节长5cm 的钢管,将波纹管套入钢管内,用胶布密封。在钢管旁焊一节小钢管,将压浆塑料管插入并使牢固。出浆的塑料管设80cm作为持压长度,在出浆时及时封堵。

1．4 边跨现浇段的施工

本工程现浇段箱梁C50 混凝152.3m3, 节段重396.1 吨。箱梁底宽12m,现浇节段底长8.4m。根据墩柱高度较低(约10m),因此采取搭设碗扣式脚手架作为现浇段的承重结构。在主跨T构悬浇施工即将完成前一周左右,完成边跨现浇段的施工。

1．4．1基底处理:

施工现场为淤泥质亚粘土,下部结构施工完成后,清除支架范围内的泥浆、稀泥,回填承台基坑,整平箱梁范围内的场地, 用挖掘机整平, 压路机分3层(60)5%的灰土压实,密实度不小于90%。施工时在支架基底两侧挖0.5m深的排水沟,以排除积水,防止支架沉降。当基底底层处理后,基底上部浇筑15cm 厚的C25 混凝土,保证砼面平整,并加强养生,待混凝土层达到设计强度后搭设碗扣式脚手架, 并在每个支点下放有底托以增加地基承载力。支架基础经验收合格后,应按施工设计的要求进行放线定位。

1．4．2支架搭设

支架搭设:支架采用碗扣式脚手架Φ48×3.5 进行搭设,支架搭设应按立杆、横杆、斜撑的顺序逐层搭设, 每次上升的高度不大于3m。底层水平框架的纵向直线度应≤L/200;横杆间水平度应≤L/400。支架立杆间距: 根据脚手架生产厂家提供的技术参数及施工安全技术规范设计支架的间距。

支架全高的垂直度应小于L/500,支架搭设应分阶段进行,第一阶段的高度一般为6m。各杆件连接应紧密,以减小支架变形,并考虑施工预拱度。

1．4．3支架预压

在满布的支架上浇注混凝土前, 必须通过预压以消除支架的非弹性变形,避免因支架不均匀沉降造成砼开裂。安装完底模后采取施工重量的1.4 倍重的砂袋进行预压, 预压按梁段重量的10%、20%、50%、80%、100%、120%、140%逐级加载, 并且每级持续时间在30min以上,最后两级相隔时间为1h。每级加载完并稳载半小时后,分别测定荷载下支架的变形值,同时记录力与位移的数据,根据试验结果,绘制力与位移关系曲线,求出支架的弹性和非弹性变形。在混凝土浇筑前按照计算结果预先抬高措施铺设底板。卸载时同样要求分级卸载,并测量变形、记录数据。在预压过程中,派专人注意支架变化情况,如发现较大变形或异常情况,应立即停止加载并卸载。

1．4．4现浇段砼施工

边跨现浇段分两次浇筑,具体方法及顺序同0# 块浇筑。浇注砼时尽量对称均匀,卸料时尽量减小冲击,并加强对支架的观测和检查。

1．5 合拢段施工

合拢段施工是连续梁桥施工和体系转换的重要环节,合拢段施工必须满足受力状态的设计要求和保持梁体线形, 控制合拢段的施工误差。利用连续梁桥成桥设计的负弯矩预应力筋为支撑,是连续梁分段悬浇施工的受力特点。悬浇过程中各独立T构的梁体处于负弯矩受力状态,随着各T 构的依次合拢,梁体也依次转化为不同结构的受力状态,直至连续梁的成桥状态,这一装换就是连续梁的体系转换。

1．5．1边跨合拢段施工

本工程合拢段长度均为2m。边跨合拢段施工前对称拆除边跨及中跨挂篮。边跨合拢段采取搭设支架作为承重进行施工(支架与边跨现浇段支架同时搭设并预压)。合拢段处于相对稳定的支架上,相对变形和受力较小。

在合拢前清理T 构上所有不必要的施工荷载, 并对箱梁顶面标高及轴线进行联测, 并连续观测气温变化及梁体相对标高的变化和轴线偏移量,观测合拢段在温度影响下的梁体长度变化。

为防止T 构因热胀冷缩而对合拢段砼造成不利影响, 在砼浇筑前必须对合拢段安装劲性骨架进行临时锁定。锁定选择于气温最低的时间进行,并尽量减小锁定时间。待劲性骨架焊接完成后,要求在1h 内完成张拉临时合拢束。

砼浇筑施工应选择在气温较低, 温度变化幅度小的时间内进行,使砼在气温增长的过程中强度增强。并注意浇筑完成后的养护,防止早期裂缝的形成。

在砼强度达到90%设计强度后张拉预应力筋, 顺序为先顶板后地板再腹板,先长束后短束,并实施对称张拉。在顶板和底板各张拉两束后解除劲性骨架约束,再继续张拉其他预应力筋。

1．5．2体系转换

在边跨合拢段完成后,T 构由双悬臂状态转换为单悬臂受力状态,此时要进行体系转换,结构体系转换是由合拢前的静定结构转换为超静定状态。转换工作是在边跨合拢段预应力筋张拉、压浆结束之后进行, 是将墩边的临时柱的反力全部转换到桥墩的永久支座上,从而结构体系也相应作了转换。

体系转换时首先拆除边跨支架, 之后解除主墩临时支柱的固结约束。拆除临时支柱时,按主墩为轴对角对称拆除,使原临时立柱反力缓慢的转移至主墩永久支座上。临时支柱拆除后使主墩支座承受全桥重量。在拆除临时立柱的同时临时锁定永久支座,以限制箱梁在主墩处的纵向位移。

1．5．3中跨合拢段施工

中跨合拢采用型钢悬吊施工。为防止箱梁两悬臂端受力错动变形破坏新老砼的结合, 采取在合拢段两侧设置35T 水箱作为临时压重,在浇筑合拢段时根据砼浇筑速度分次卸载。设置外劲性骨架,砼浇筑前施焊,预拉合拢段底部的预应力束50T(其方法同边跨合拢段浇筑)。解除主墩滑动支座临时锁定,准备浇筑合拢段砼。

待合拢段砼达到强度后,解除外刚性梁,按设计要求进行预应力张拉、压浆封锚。

2、施工质量控制

2．1 测量、线形控制

由于箱梁在悬臂浇筑施工时受砼自重、日照、温度变化等因素而产生竖向挠度,砼自身还存在收缩、徐变等因素,也会使悬臂段发生变化,为使桥梁成型及应力状态符合设计要求,达到合拢段相对高程及成桥后控制点标高与设计标高之差在19mm 以内的要求, 最大限度的使实际的状态(应力和线形)与设计相符合,必须对个悬臂施工阶段的挠度与应力进行观测, 以便在施工过程中及时调整有关标高参数,为下节段的模板安装提供数据预报,以确定下节段合适的模板标高。

其预告主梁下节段立模标高计算为:

Hlmi=Hsji+Σfli+Σf2i+f3i+f4i+f5i+fgl+hi-1

式中:Hlmi--i节段立模高程；Hsji--i节段设计高程；Σfli---由各梁自重在i节段产生的挠度之和；Σf2i--由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和；

f3i-- 砼收缩、徐变在i节段引起的挠度；f4i--施工临时荷载在i节段引起的挠度；f5i--使用荷载在i节段引起的挠度；fgl--挂篮变形值；hi-1---(i-1)梁段实测高程与设计高程施工累计误差调整值。

挠度控制是以以往同类桥梁施工所验证准确可靠并经监理工程师批准的计算机软件进行。施工时监理施工控制网络,以自适应法及灰色预测辨别法等理论为模型进行施工控制,确保施工精度,其观测内容包括:①挂篮模板安装就位后的标高观测；②浇筑前标高调整；③砼浇筑后的标高观测；④张拉前的标高观测；

⑤张拉后的标高观测；⑥已完成各节段的荷载、温度、徐变收缩引起的挠度计算、观测；⑦合拢段合拢前的温度修正；⑧温度观测；⑨应力观测(通过在控制截面内预埋测试仪器收集数据)；⑩挠度观测的关键是每日定时观测,时间宜选在每日升温前即上8:00-9:00以前,合拢段应在施工前进行连续24h(每次间隔2h)观测,提供合拢前的数据。

为控制挠度, 应该在砼施工完成并达到设计要求的张拉强度后进行预应力束的张拉, 一般在砼施工后3～4天进行张拉以减少张拉时的砼收缩徐变值,使永存应力满足设计要求,相应的减少张拉后产生的挠度。

2．2裂缝控制

在实际工程中,砼收缩裂缝比较常见,通常有塑性裂缝、缩水裂缝、自身收缩和碳化收缩。对于塑性裂缝和缩水裂缝的控制,在施工时控制好水灰比、加强早期养护以降低水分蒸发率,竖向变截面分层浇筑,振捣密实;对于砼自身收缩的大小与水灰比、细掺料的活性、水泥细度有关,用水量越大,水灰比越高,砼收缩越大；水泥磨细度越大,砼收缩越大,发生的时间越长;选用大骨料,并尽量多用骨料则可以减少干缩。

对于支架现浇段,边跨和时支架和梁底之间会产生较大的摩阻力,因此在支架现浇段应该确保支架和梁底之间能相对的滑动,目的使边跨合拢时现浇段能随悬臂浇筑段自由的伸缩, 避免在梁体砼上产生过大的拉应力,尤其是支架的刚度较大时。支架必须经过系统的预压,支架本身会有弹性和非弹性变形,因为落在永久性支座上的一端不会发生沉降,由此梁段有可能产生一个较大的剪切变形,因此必须采取措施以控制支架的不均匀沉降。在现浇段上,竖向预应力筋较短,预应力损失较大,张拉时较难控制,若张拉力不足会在梁端腹板产生拉应力斜裂缝。

对于悬浇块体施工,若浇筑顺序不当,由里向外浇筑,或挂篮未经预压,会在梁体内出现垂直裂缝。在预应力施工过程中由于有预应力不足、钢束位置有偏差、灌浆质量不好、锚固部位钢筋布置不良等施工缺陷时均会导致裂缝的产生。因此在施工过程中,对各个环节严格控制,以尽量避免裂缝的产生。

3、结束语

该大桥工程采用挂篮悬臂浇筑施工法施工,已安全、顺利的完成了主桥的施工,既满足了业主的工期要求,又控制了建设成本。

作者简介：胡丽珊；女；1986年10月出生；广东佛山人；于2009年毕业于中山大学；现从事城市道路、桥梁工程管理工作