高速公路现浇箱梁支架法施工技术研讨

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  摘 要:预应力现浇混凝土连续箱梁结构为高速公路设计中常见梁体结构形式,采用支架法施工具有实用性强、操作简易、快捷便利等特点。本文以鹤大高速榆树川大桥主桥部分为例,详细叙述现浇箱梁支架法施工技术,为以后同类工程施工提供参考依据。
  关键词:高速公路;现浇箱梁;支架法施工技术
  引言
  随着桥梁工程在现代公路项目中普遍增多,受地形和客观环境限制,部分路段也越来越多使用现浇箱梁结构,随之箱梁支架法施工也大量增多。支架法分型钢支架法、悬臂支架、扣件式支架和碗扣式支架等方法,各具特点,各有优势,但在高度较低、周转次数多、工期短的项目中,碗扣式支架法施工具有高效、经济节约、使用便捷等特点,也是后期现浇箱梁施工最常用的施工方法,需要总结推广使用。
  1 工程概况
  1.1总体介绍
  榆树川枢纽互通立交是鹤大高速项目的终点,连接营松高速,是连接两条高速的枢纽互通立交。本互通为分期建设项目,大连至松江河方向的A、C匝道为营松高速一期工程,已基本竣工;松江河至鹤岗方向的B、D匝道为二期工程,为本项目建设内容。本互通位于头道松花江河畔,大部分为河滩地形,地势起伏较小。
  1.2梁体结构形式及尺寸
  榆树川主桥共4联:3×30+3×30+4×30+3×30m,上部结构为预应力混凝土箱梁,下部结构采用桩柱式墩,桥墩采用桩基础。箱梁高度1.7m,横向依据桥面宽度布置为单箱两室~五室;桥面宽度10.75m~19.05m,墩柱最大高度约11m。
  1.3支架法的确定
  (1)相比型钢支架和挂篮悬臂作业法,满堂支架法适用于高度低于18m的墩身上部结构以及其它施工方法不经济的情况下建造桥梁上部结构,具有周转次数多,时间短,使用辅助设备少,避免了设备的浪费,特别适用于多跨现浇梁施工,既保证了工程质量,又能加快施工进度,具有良好的经济效益。
  (2)榆树川大桥墩高均小于11m,全桥8联具备流水作业条件,且工期紧迫,采用挂篮法施工循环次数多,施工进度较缓慢;而型钢支架投入钢材量较大,且多数材料均为一次性使用,浪费较多,经济性较差。从施工效率、质量要求和设计意图等方面考虑,本工程采用支架法施工,一次浇筑,一次落架。
  (3)在选用碗扣式或扣件式支架法时进行了讨论和研究,双方各有利弊。紧密结合本工程设计图纸,因碗扣式脚手架杆件采用轴心连接等因素,脚手架的整体稳定承载能力比相应扣件式钢管架提高15%以上。故对承受力有要求的桥梁经常使用,可灵活搭建平面为曲线式脚手架。综上,最终确定采用碗扣式脚手架。
  2 支架搭设
  依据现场实际地质状况,现浇箱梁支架法施工的总体步骤为:地基处理→地面硬化→支架搭设→底模及侧模铺设→支架预压→底板钢筋绑扎→内模安放→顶板钢筋绑扎→混凝土浇筑→预应力张拉→压浆→支架拆除→下次循环使用。
  2.1地基处理
  支架现浇施工的关键是支架的承载能力与支架的整体稳定性。支架的设计与验算经审核批准后才能施工。
  2.1.1地基处理方法
  将原地面浮土清理干净,推土机清表整平,并用压路机压实。对系梁周围及桥位下的基坑处,特别是泥浆池处须将泥漿清除干净,分层回填砂砾土至原地面,顶部两层回填山皮石,并用重型压路机进行碾压,处理宽度为箱梁投影外侧1.0m处,然后浇注厚度为10cm的C25混凝土整体基础。
  2.1.2承载力确定
  依据上部结构总荷载,计算出地基承载力≮110.6Kpa,现场实际以≮150kPa进行控制;计算过程不再此处细述。现场实测0—10cm处承载力最小值170kPa,10—20cm处承载力均大于了1000kPa,完全满足计算要求。
  2.1.3排水要求
  为避免地基受水浸泡,在两侧开挖40×30cm的排水沟,排水沟分段开挖形成坡度,低点开挖集水坑,将水排走。集水坑尽量做到距支架2m以外处,避免降水时周围下沉。
  2.2支架设计与计算
  碗扣式支架计算要以顶向下推算原则,计算过程充分考虑总体承载力要求、抗风要求、防倾覆措施、模板变形、材料本身力学性能等因素,设计的支架既要安全可靠,同时也需兼顾搭设和拆除的方便性。依据设计图纸,找到最大的受力范围,如腹板、横隔板或端部封闭处等,以这些部位处受力状态作为检算模型,通过以上方面的检算,确定支架安全可靠。
  2.2.1混凝土自重荷载
  面荷载标准值为G1=31.6kN/m2,局部最大荷载采用腹板位置处的自重荷载,箱梁高度为1.7m,则G0=1.7×26=44.2kN/m2。外模自重产生的面荷载标准值G‘2=1355/697.5=1.94kN/m2;内芯模板为竹胶板加木方,因此估计整体模板自重产生的面荷载标准值G2=2.5kN/m2。
  2.2.2施工面荷载
  施工面荷载标准值取Q1=2.5kN/m2。
  2.2.3混凝土振捣荷载
  混凝土振捣荷载标准值取Q2=2.0 kN/m2。
  2.2.4倾倒混凝土产生的面荷载
  采用泵送工艺,倾倒混凝土产生的面荷载取Q3=2.0kN/m2。
  2.2.5各系数取值
  根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中第4.1.6条内容,混凝土自重荷载等永久作用分项系数取1.2;可变荷载分项系数取1.4;结构重要性系数取1.0,有三种可变荷载作用时,可变荷载组合系数取0.6,两种时,取0.7。
  综上,本工程支架为碗扣式满堂脚手架,其体系由支架基础(厚50cm山皮石,10cm C25砼面层)、Φ48×3.5mm碗扣立杆、横杆、斜撑杆、可调节顶托、10cm×15cm木方纵向分配梁,10cm×10cm木方做横向分配梁;模板系统由侧模、底模、芯模、端模等组成。10cm×15cm木方分配梁沿纵向布置,直接铺设在支架顶部的可调节顶托上,上铺设10cm×10cm木方横梁,横梁上坐底模板。   2.3支架安装
  2.3.1底模支架布置
  支架采用φ48×3.5mm碗扣支架,其结构形式如下:立杆横桥向翼板处间距为0.9m,腹板隔板间距为0.6m;纵桥向桥墩处设置8排间距为0.6m,其余中间段设置0.9m。在高度方向每间隔0.6m设置一排纵、横向联接杆,使所有立杆联成整体,确保支架的整体稳定性。具体扫地杆和剪刀撑布置间距、位置等不再赘述。
  2.3.2支架杆件布设
  (1)步距和立杆间距要求
  地基平整压实达到所要求承载力后,根据桥墩中心位置按照箱梁支架平面布置图进行立杆平面位置放样,即放样纵横向十字线。按照放样十字线横桥向铺设长90m宽为14.821mm(以榆树川大桥右幅第四联为例),在基础上横桥向设10cm×10cm方木,以增加立杆和地基的接触面并保证均匀受力,减少支架下沉。支架的平均高度在10m以内,立杆在横梁和湿接头处搭设尺寸为横距为0.6m,纵距为0.6m,步距为0.6m,搭设长度为横梁和湿接头前后各2m;其余部位搭设尺寸为横距为0.9m,纵距为0.6m,步距为0.6m。立杆间加设剪刀撑和斜撑,支架顶纵桥向铺设15cm×10cm方木,再横桥向间距25cm铺设10cm×10cm方木。纵横断面图如下所示。
  图2.1 现浇箱梁横断面支架布置图
  (2)支架搭设注意事项:
  依据本工程作业工序总体安排,支架搭设从榆树川大桥12#墩向0#台依次进行,每跨的搭设应从中间向两边进行。
  ①杆件安装时,立杆垂直度偏差要求小于0.2%,以避免偏心受压,横杆水平度要求小于3%,同时检查锁定是否可靠。
  ②支架搭设好后,在顶杆上口安装立杆可调顶托撑,立杆可调顶托撑是用来调整支架高度和拆除模板用的,在地基处理要依据所使用的立杆高度,确定好支架底标高,达到立杆恰好满足支架承载高度的效果,减小U型顶托的调节量,增强支架整体稳定性。
  ③支架搭设时要考虑支架弹性和非弹性变形值,待预压卸载完成后再根据实际预压数据予以精调。
  ④箱梁加宽段,应增加横桥向支架排数,而不可通过调整立杆间距控制支架数量。同时,需对进场的杆件进行外委检测其力学性能是否达标,择优使用。
  图2.2 现浇箱梁纵断面支架布置图
  3 支架预压
  底模安装后,要对支架进行加载预压。支架预压的目的:a检查支架的安全性,确保施工安全;b消除支架和地基的非弹性变形;c测定支架和地基弹性变形,为支架预拱度提供依据。
  3.1预压加载
  预压采用碎石袋,采用等载预压法;分二级加载,第一次加载1/2荷载、第二次加载剩余的1/2荷载。预压范围为箱梁底部,按箱梁结构形式等载预压(一期恒载+施工荷载),以消除其弹性变形及基础沉降。碎石袋高度计算方法如下:以榆树川大桥右幅第三联为例,横梁位置恒载每平m4.6t,施工荷载每平m0.1t,石子密度为1.64t/ m?,则碎石袋高度为(4.6+0.1)/1.64=2.87m;跨中位置恒载每平m2.1t,施工荷载每平m0.1t,石子密度为1.64t/m?,则碎石袋高度为(2.1+0.1)/1.64=1.34m。砂袋为(1.1*1.1)×1.2m,容量为1.45m?(长方体)。
  3.2沉降观测
  预压荷载满足要求后,在箱梁底模及翼板上设置沉降观测点和横向位移观测点,观测点横向布置在底模左、中、右位置及两侧翼板上,纵向每5m设一道。预压时间不少于7天,对支架进行连续观测,连续3天累计支架沉降量小于3mm,方可卸载。
  3.3预压卸载
  沉降稳定后,即可卸除载荷,卸载时同样应遵循对称原则。
  通过堆载预压,验证了本支架安全可靠,完全能够满足其上部梁体施工要求。通过预压卸载后数据,经计算支架弹性变形值最大为13mm,塑性变形值为9mm。预压完成后要根据预压成果通过可调托撑调整支架的标高。预压现场数据采集表不再此详细列出。
  4 模板、钢筋绑扎及混凝土浇筑
  4.1底模、侧模及内模
  依据吉林省标准化工地本工程要求,现浇箱梁底模必须采用钢模板,以防止过大变形。因此,内模采用竹胶板,底模、侧模采用定型钢模。侧模加固上下采用对拉杆方式连接,对拉杆间距按不超过80cm控制。
  从本工程使用的模板配置进行总结分析,受前期考虑不足和对高建局标准化工地要求理解与沟通不到位,现场配置的小块定型钢底模施工效率低下、浇筑后混凝土观感质量差,并未达到预期目的。因底板厚度不大、钢筋绑扎作业时间长,钢模打磨后易污染,故建议后期工程中尽可能使用质量较好的竹胶板或者采用单块面积较大的定型钢模,提升作业效率和混凝土观感质量。
  4.2绑扎钢筋
  本工程大部分箱梁钢筋采用在墩下加工,分块分段整体安装工艺,提升了作业效率和内部质量。
  钢筋安装顺序:支座预埋钢板→横梁钢筋骨架安装→底板底层横筋匀铺→箍筋架立→肋板纵向主筋穿入并与箍筋绑扎→底板底层钢筋→底板顶层钢筋(含架立筋及通气孔预埋件)箱室内模安装。
  波纹管定位安装:严格按照设计所给的预应力布置图安装每道预应力束,做到豎弯通顺、平弯圆顺、管节之间连接平顺,整个管道安装后线型自然、流畅。
  4.3混凝土浇筑及养护
  浇筑混凝土前进行各项检查,内模定位准确、稳固。检查钢筋规格和数量是否符合设计图纸和规范要求,支架各支撑杆受力均匀,立杆底脚水平,保证支架垂直受力。支架无倾斜,各杆无损坏现象。
  浇筑前用高压风吹干净底板,清理杂物,对底板洒水润湿。配置2台输送泵配合进行,6辆混凝土运输车运输,以保证混凝土连续施工。混凝土浇注坚持按“对称、平衡、同步进行”的原则,从箱梁一端向另一端顺序进行。   混凝土浇筑采用纵向分段水平分层,斜向分段横桥向全断面推进,从一跨的底端向边端纵桥向连续浇筑。为防止施工冷缝,应控制泵车泵送速度,在下层混凝土初凝前完成上层混凝土浇筑。混凝土振捣采用插入式振动器,浇筑底、侧板混凝土时,横桥向同时布置8台振动器(4台备用)
  每浇注完一段,二次收浆后,立即用塑料薄膜覆盖保湿。混凝土初凝后,先少量灑水,降温保湿,经常保持混凝土表面湿润。养护期为7天。
  4.4支架拆除和预应力张拉过程不再此叙述。
  5 存在问题及改进措施
  5.1杆件自身质量验收需加强
  工程施工前期,因碗扣式支架杆件多,检查量大,施工管理中多重视搭设的规范与否,经常忽略杆件本身质量,造成支架存在安全隐患。建议以后碗扣式支架法施工时,要认真检查进场杆件的自身质量,将扭曲、弯曲、碗扣不全、锈蚀严重、节点变形、轴心偏差较大等问题杆件提前发现,标识作废处理,不得使用于工程支架搭设中。
  5.2地基标高控制要超前
  支架高程调节不能完全依赖杆件顶部的U型顶托来实现,顶托外露长度过大对整体稳定非常不利。故地基处理时提前考虑梁底标高,通过控制地基表面标高实现对高程的粗调,减少顶托的调节量,达到稳定之目标。
  5.3底模设计要合理,拆除需谨慎
  梁体混凝土浇筑后,大型吊装设备无法配合吊装底模进行支架拆除,只能用人工拆除,故底模设置既要保证快速简捷,也要保证投入经济合理。本工程使用的小块定型模板便于后期拆除,减少诸多安全隐患。
  5.4预压方法要适当
  吉林省高建局前期推荐用滑动小车加载的方式进行预压,即使用1m宽滑动小车承载1m宽现浇箱梁预压荷载,按照每m依次进行预压,不进行整体预压。但这样模拟出的是线荷载,而非面荷载,且底模下纵横梁连城整体,同时受力,不能真实模拟施工荷载,与实际施工效果偏差较大。这种支架依然可以采用堆载法,但对堆载材料需提前筹划,利用一切可利用材料进行对照预压,避免过大的投入。
  5.5支架检查、验收要及时和全面
  本工程因支架搭设次数多、周期长,作业班组会前期搭设规范而后期出现减少相关杆件、增加步距或搭设线条不顺直等问题,要想一直保持支架搭设的规范性,则需在搭设全过程进行随时检查,纠正,避免成型后大范围改正或无法纠正。
  6 实施效果与结语
  6.1实施效果
  通过本工程多段、多批次使用支架法施工实践证实,现浇预应力混凝土连续箱梁支架法具有操作简便,流水作业程度高,人员安排紧凑,缩短工期等优势;特别是公路互通区桥梁设计曲线半径大、线型变化明显,上部结构箱梁不适合预制,只能采用现浇的施工工艺,对于这种桥梁施工更能体现出支架法施工的强塑性和灵活性,效果可观。本工程累计使用碗扣式支架约1500t,相比型钢支架节省费用70余万元,节省工期25天。
  6.2结语
  总结每段箱梁的全工序施工过程,本工程采用的支架基础改良措施到位、支架结构形式简易便捷、安全可靠、钢筋和预应力位置准确、施工效率高、最终混凝土内外质量达标。特别是在具有多次循环施工的项目优势更明显,流水化作业程度高,通过本工程的施工实践,积累了一定的施工经验,为以后类似工程提供了参考,可想同类工程中推广使用。
  参考文献
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  [7]《钢筋混凝土工程施工及验收规范》(GBJ 204-83)
  [8]他相关规范、规程和技术标准
  (作者单位:中交一航局第五工程有限公司 秦皇岛 066000)
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