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摘要:预应力混凝土连续梁桥是目前应用广泛、发展前途广阔的一种桥型,它比普通钢筋混凝土连续梁桥结构更轻、强度更好、抗开裂能力更强、跨径更大,因而具有很强的竞争力。预应力混凝土连续梁桥施工方法众多,其中先简支后连续施工、悬臂浇筑施工和顶推施工是目前兼具效率、经济而又应用最广的3种施工方法,本文对其技术特点、工艺流程和质量控制进行了分析。
关键词:混凝土连续梁桥;预应力混凝土;先简支后连续施工技术;悬臂浇筑施工技术;顶推施工技术
以梁作为承重构件的桥梁即为梁桥,它分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥三种,其中连续梁桥是采用超静定结构、主梁至少连续跨过3个支座的梁桥,这种桥由于主梁连续通过支座,具有接缝少、行车平顺的优点,采用预应力混凝土建造的连续梁桥结构刚度好、抗裂性能佳、抗震能力强、养护简便,因而在国内外桥梁建设中获得广泛应用[1]。
预应力混凝土连续梁桥的施工方法有就地浇筑施工、先简支后连续施工、悬臂浇筑施工、悬臂拼装施工、顶推施工、移动模架施工和转体施工等多种方法。就地浇筑施工又称落地支架法是最古老的一种施工方法,施工简便、无需大型机械,但施工周期长、费用高;悬臂拼装施工、移动模架施工效率高,但需要比较大型的机械;转体施工主要用于繁忙的城市主干道、不允许断航的河道上进行异位施工;先简支后连续施工、悬臂浇筑施工和顶推施工应用更加普遍,所以本文主要探讨这3种施工技术的特点、工艺流程和质量控制。
1 先简支后连续施工技术
1.1 施工特点
这种方法实际上是借鉴了预应力简支梁的批量预制方法,在现场拼装后再转换为连续梁。由于兼具简支梁与连续梁桥的优点,施工简便、快速、经济,尤其适宜跨径在20~50m且桥孔跨径相等的桥梁。简支梁结构形式多为T型梁或小箱梁、空心板,梁端头做成台阶形状并预留现浇段尺寸,以满足力的传递和现场施工要求。桥墩与简支梁可分别在现场和工厂同时施工,桥墩上需要设置临时支座,以保证每跨之间成为简支体系,在主梁之间的钢筋连接并浇筑湿接缝后成为连续梁,去除临时支座并代以永久支座,就完成了梁体结构体系由简支到连续的转换。预应力张拉分两次进行,简支梁预制后在工厂张拉处于正弯矩区预应力钢束,现场拼装后张拉顶板负弯矩区预应力钢束。临时支座可采用硫磺砂浆或砂筒制作。
1.2 工艺流程
1.3 质量控制
先简支后连续梁桥的质量控制主要有三个方面[2]:(1)临时支座质量控制。临时支座必须保证足够的强度与刚度,只有当压浆强度大于35MPa时才能撤除临时支座。撤除的顺序和速度很有讲究,应保证主梁均匀、平稳下落,所以应逐孔对称、同步撤除,撤除后梁底、永久支座和墩台顶部应该贴合严密。采用硫磺砂浆支座材料配比、预置电热丝都有严格要求,如果头一次使用应先做试验,合乎要求再用于施工。砂筒支座要通过预压试验掌握沉降量,以控制标高。(2)张拉预制底座质量控制。底座应牢固、不会沉陷。为避免张拉时梁两端受力,可在梁两端现浇混凝土墩。底座反拱值除了参照设计文件,还应结合施工及试制梁的结果而定。梁的安装精度要控制在2mm内。(3)后连续现浇质量控制。主梁接头必须凿毛处理,并且从预制到湿接缝浇筑间隔时间不能超过3个月,各个接头浇筑时温差不能超过5℃,尽量应安排在凌晨3时~5时完成。浇筑采用微膨胀混凝土,并应在施工界面涂刷一层水泥净浆。
2 悬臂浇筑施工技术
2.1施工特点
悬臂浇筑法不受季节、桥下地形的影响,可用于大跨径桥梁施工。此法先在墩顶处浇筑0#段,再在0#段两侧安装悬臂挂篮,向0#段远端方向对称平衡地逐段浇筑梁段,每浇筑完该墩台对称两段后,在混凝土强度达到要求后就张拉预应力束,然后再向前移动挂篮并继续下两段的施工,直至悬臂端或合拢段。合拢段可通过改装简支挂篮进行浇筑。
2.2 工艺流程
悬臂浇筑施工工艺流程如图2所示。该施工技术分为四个阶段[3]:第1阶段为0#块施工阶段;第2阶段以挂篮为工具分段浇筑悬臂节块;第3阶段边跨或梁端现浇施工;第4阶段合拢段施工。图中“装模筋管”模指模板,筋指钢筋,管指预应力管道。
2.3 质量控制
悬臂浇筑施工属于自架设施工方法,施工中已成型结构状态无法通过事后调整进行控制,所以施工控制主要采用预测的方法进行控制,依据施工监测所得参数,计算并确定每个悬臂浇筑节段的立模标高;再根据施工监测的实际结果进行误差分析,然后预测下一立模标高,通过这种办法确保桥面线形、合拢段两侧悬臂标高允许偏差值及结构内力状态满足设计要求。采用的计算方法有前进分析法、倒退分析法和无应力状态法等。目前,Kalman滤波法是进行纠偏预测效果较好的方法,还可以采用自适应控制法、灰色理论预测法等。施工监测选取的时间、温度非常重要,一般应选择温度稳定的凌晨或深夜阶段。施工控制的原则应以主梁线形控制为主、应力控制为辅。
悬臂浇筑施工时,临时锚固的设置对施工质量有影响,应进行稳定性分析,控制悬臂端施工荷载。合拢段的质量控制也是关键,施工中应采取适宜合拢口锁定方法,目前多采用体外刚性支撑锁定法。合拢温度应选在日差较小、温度较低的时段,混凝土浇筑时间应在4h内完成。界面处理也很重要,必须凿毛和润湿。浇筑时要振实,尤其接缝处;为防混凝土离析,控制混凝土落下高度不超过1m。
3 顶推施工技术
3.1 施工特点
顶推施工技术适用于中等跨径且等截面的直线或曲线连续梁桥,尤适合在较深的河流、高架道路上架桥施工。梁身分段预制,再经过张拉纵向预应力筋将各段连成整体,以液压千斤顶为动力,靠不锈钢板与四氟板构成的滑动装置,推动各梁段前进,全部就位后落架,并更换为正式支座后完成施工。这种方法施工速度快、无噪声污染,施工不影响现有交通,高空作业少而安全可靠性高。顶推方法主要有单点顶推和多点顶推。单点顶推又分为顶进和拉进两种方法。
3.2 工艺流程
3.3 质量控制
顶推施工虽然有很多优点,但施工中的不利因素也较多,故应加强施工控制。施工主要控制任何状态下结构受力是否可控且在设计规定的范围内,落梁后梁体的受力状态是否满足设计要求则是控制的重点。施工监测的内容包括监测预制平台的变形与平整度、临时支墩变形、温度、顶推同步性与施力精度、主梁轴线位置与应力状态及导梁端部标高。落梁控制内容包括监控千斤顶读数、梁体标高及应力状态。为了消除梁底预制时产生的高程误差及预应力引起的二次力矩,落梁时应以控制支座反力为主,同时要关注梁底标高。
4 结语
预应力混凝土连续梁桥在结构形式、建设费用等方面都有比较明显的优势,同时可供选择的方法较多,本文探讨的先简支后连续梁法、悬臂浇筑法和顶推法是目前应用非常普遍的三种方法,尽管它们优点突出,但施工控制仍然有着较高的要求,施工中只有充分把握各种影响因素并抓住重点,就能建造出美观而质量优异的桥梁。
參考文献:
[1]刘翠云,董传洲. 国外预应力混凝土连续梁桥发展和施工技术[J]. 世界桥梁,2011(6):1-4.
[2]郭伟杰. 先简支后结构连续桥梁施工技术及质量控制[J]. 交通世界(建养机械),2013(4):277-278.
[3]朱云龙,朱云飞. 预应力混凝土连续梁悬臂浇筑施工技术[J]. 技术与市场,2013(5):226.
关键词:混凝土连续梁桥;预应力混凝土;先简支后连续施工技术;悬臂浇筑施工技术;顶推施工技术
以梁作为承重构件的桥梁即为梁桥,它分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥三种,其中连续梁桥是采用超静定结构、主梁至少连续跨过3个支座的梁桥,这种桥由于主梁连续通过支座,具有接缝少、行车平顺的优点,采用预应力混凝土建造的连续梁桥结构刚度好、抗裂性能佳、抗震能力强、养护简便,因而在国内外桥梁建设中获得广泛应用[1]。
预应力混凝土连续梁桥的施工方法有就地浇筑施工、先简支后连续施工、悬臂浇筑施工、悬臂拼装施工、顶推施工、移动模架施工和转体施工等多种方法。就地浇筑施工又称落地支架法是最古老的一种施工方法,施工简便、无需大型机械,但施工周期长、费用高;悬臂拼装施工、移动模架施工效率高,但需要比较大型的机械;转体施工主要用于繁忙的城市主干道、不允许断航的河道上进行异位施工;先简支后连续施工、悬臂浇筑施工和顶推施工应用更加普遍,所以本文主要探讨这3种施工技术的特点、工艺流程和质量控制。
1 先简支后连续施工技术
1.1 施工特点
这种方法实际上是借鉴了预应力简支梁的批量预制方法,在现场拼装后再转换为连续梁。由于兼具简支梁与连续梁桥的优点,施工简便、快速、经济,尤其适宜跨径在20~50m且桥孔跨径相等的桥梁。简支梁结构形式多为T型梁或小箱梁、空心板,梁端头做成台阶形状并预留现浇段尺寸,以满足力的传递和现场施工要求。桥墩与简支梁可分别在现场和工厂同时施工,桥墩上需要设置临时支座,以保证每跨之间成为简支体系,在主梁之间的钢筋连接并浇筑湿接缝后成为连续梁,去除临时支座并代以永久支座,就完成了梁体结构体系由简支到连续的转换。预应力张拉分两次进行,简支梁预制后在工厂张拉处于正弯矩区预应力钢束,现场拼装后张拉顶板负弯矩区预应力钢束。临时支座可采用硫磺砂浆或砂筒制作。
1.2 工艺流程
1.3 质量控制
先简支后连续梁桥的质量控制主要有三个方面[2]:(1)临时支座质量控制。临时支座必须保证足够的强度与刚度,只有当压浆强度大于35MPa时才能撤除临时支座。撤除的顺序和速度很有讲究,应保证主梁均匀、平稳下落,所以应逐孔对称、同步撤除,撤除后梁底、永久支座和墩台顶部应该贴合严密。采用硫磺砂浆支座材料配比、预置电热丝都有严格要求,如果头一次使用应先做试验,合乎要求再用于施工。砂筒支座要通过预压试验掌握沉降量,以控制标高。(2)张拉预制底座质量控制。底座应牢固、不会沉陷。为避免张拉时梁两端受力,可在梁两端现浇混凝土墩。底座反拱值除了参照设计文件,还应结合施工及试制梁的结果而定。梁的安装精度要控制在2mm内。(3)后连续现浇质量控制。主梁接头必须凿毛处理,并且从预制到湿接缝浇筑间隔时间不能超过3个月,各个接头浇筑时温差不能超过5℃,尽量应安排在凌晨3时~5时完成。浇筑采用微膨胀混凝土,并应在施工界面涂刷一层水泥净浆。
2 悬臂浇筑施工技术
2.1施工特点
悬臂浇筑法不受季节、桥下地形的影响,可用于大跨径桥梁施工。此法先在墩顶处浇筑0#段,再在0#段两侧安装悬臂挂篮,向0#段远端方向对称平衡地逐段浇筑梁段,每浇筑完该墩台对称两段后,在混凝土强度达到要求后就张拉预应力束,然后再向前移动挂篮并继续下两段的施工,直至悬臂端或合拢段。合拢段可通过改装简支挂篮进行浇筑。
2.2 工艺流程
悬臂浇筑施工工艺流程如图2所示。该施工技术分为四个阶段[3]:第1阶段为0#块施工阶段;第2阶段以挂篮为工具分段浇筑悬臂节块;第3阶段边跨或梁端现浇施工;第4阶段合拢段施工。图中“装模筋管”模指模板,筋指钢筋,管指预应力管道。
2.3 质量控制
悬臂浇筑施工属于自架设施工方法,施工中已成型结构状态无法通过事后调整进行控制,所以施工控制主要采用预测的方法进行控制,依据施工监测所得参数,计算并确定每个悬臂浇筑节段的立模标高;再根据施工监测的实际结果进行误差分析,然后预测下一立模标高,通过这种办法确保桥面线形、合拢段两侧悬臂标高允许偏差值及结构内力状态满足设计要求。采用的计算方法有前进分析法、倒退分析法和无应力状态法等。目前,Kalman滤波法是进行纠偏预测效果较好的方法,还可以采用自适应控制法、灰色理论预测法等。施工监测选取的时间、温度非常重要,一般应选择温度稳定的凌晨或深夜阶段。施工控制的原则应以主梁线形控制为主、应力控制为辅。
悬臂浇筑施工时,临时锚固的设置对施工质量有影响,应进行稳定性分析,控制悬臂端施工荷载。合拢段的质量控制也是关键,施工中应采取适宜合拢口锁定方法,目前多采用体外刚性支撑锁定法。合拢温度应选在日差较小、温度较低的时段,混凝土浇筑时间应在4h内完成。界面处理也很重要,必须凿毛和润湿。浇筑时要振实,尤其接缝处;为防混凝土离析,控制混凝土落下高度不超过1m。
3 顶推施工技术
3.1 施工特点
顶推施工技术适用于中等跨径且等截面的直线或曲线连续梁桥,尤适合在较深的河流、高架道路上架桥施工。梁身分段预制,再经过张拉纵向预应力筋将各段连成整体,以液压千斤顶为动力,靠不锈钢板与四氟板构成的滑动装置,推动各梁段前进,全部就位后落架,并更换为正式支座后完成施工。这种方法施工速度快、无噪声污染,施工不影响现有交通,高空作业少而安全可靠性高。顶推方法主要有单点顶推和多点顶推。单点顶推又分为顶进和拉进两种方法。
3.2 工艺流程
3.3 质量控制
顶推施工虽然有很多优点,但施工中的不利因素也较多,故应加强施工控制。施工主要控制任何状态下结构受力是否可控且在设计规定的范围内,落梁后梁体的受力状态是否满足设计要求则是控制的重点。施工监测的内容包括监测预制平台的变形与平整度、临时支墩变形、温度、顶推同步性与施力精度、主梁轴线位置与应力状态及导梁端部标高。落梁控制内容包括监控千斤顶读数、梁体标高及应力状态。为了消除梁底预制时产生的高程误差及预应力引起的二次力矩,落梁时应以控制支座反力为主,同时要关注梁底标高。
4 结语
预应力混凝土连续梁桥在结构形式、建设费用等方面都有比较明显的优势,同时可供选择的方法较多,本文探讨的先简支后连续梁法、悬臂浇筑法和顶推法是目前应用非常普遍的三种方法,尽管它们优点突出,但施工控制仍然有着较高的要求,施工中只有充分把握各种影响因素并抓住重点,就能建造出美观而质量优异的桥梁。
參考文献:
[1]刘翠云,董传洲. 国外预应力混凝土连续梁桥发展和施工技术[J]. 世界桥梁,2011(6):1-4.
[2]郭伟杰. 先简支后结构连续桥梁施工技术及质量控制[J]. 交通世界(建养机械),2013(4):277-278.
[3]朱云龙,朱云飞. 预应力混凝土连续梁悬臂浇筑施工技术[J]. 技术与市场,2013(5):226.