淺談懸臂澆筑預應力混凝土連續梁橋施工及控制

肖勝利

摘要：本文結合工程實例，就預應力鋼筋混凝土連續梁橋在采用懸臂澆筑施工法（掛籃施工）時的程序、墩梁臨時固結和措施、施工過程中變形的控制、合攏段的施工、結構體系的轉換及線形、裂縫控制等方面淺談一下自己在實踐中的體會和應注意解決的問題。

關鍵詞：懸臂澆筑；施工線形；連續橋梁；預應力混凝土

某大橋主橋采用57+95+57 米的預應力混凝土變截面連續箱梁,橫截面為單箱雙室直腹板截面,箱梁頂板寬為18m,底板寬為12m,翼緣板懸臂長為3m,橋墩支點處梁高為5.5m,跨中、邊墩支點處的梁高為2.5m,中跨梁底下緣線采用二次拋物線變化。0#塊長為13m,懸臂澆筑單個塊體長為3.0～4.25m。邊跨支架現塊體長為8.4m,中、邊跨合攏段長為2m。共分11個塊體,單端澆筑最大不平衡力控制在400KN 以內。本文即結合此工程實例,淺顯地談一談預應力鋼筋混凝土懸臂澆筑(掛籃施工)的方法和在施工中應注意的問題。

一、懸臂澆筑法施工工藝

所謂懸臂澆筑施工法是將橋體沿橋梁軸線分成2～5m 若干節段,從橋墩附近開始使用掛籃對稱在兩側澆筑砼的施工方法。

1箱梁懸澆施工

梁段懸澆施工的一般順序為:掛籃就位→調整掛籃底模、外模標高及中線并固定→吊裝并綁扎底板、腹板鋼筋,安裝底板、腹板波紋管和豎向預應力粗鋼筋, 固定腹板錨具→內模就位→綁扎頂板鋼筋,安裝頂板波紋管→安裝端頭模板→固定頂板錨具→對稱灌注梁段混凝土→覆蓋養護→穿束→張拉→壓漿→掛籃前移→進入下一梁段的施工循環。

1.1掛籃的設計及制作

本工程采用三角掛籃,按照荷載1.5 倍最重塊體設計掛籃,掛籃自重控制在90t內。掛籃的主要構造包括:主桁架系統、行走及錨固系統、懸吊系統、底平臺系統及模板系統。掛籃構件均在鋼構廠中加工改造完。掛籃制作完成后立即進行檢測及試拼裝,經檢測合格后用吊機將掛籃構件吊至0# 塊上進行現場組裝。

1.2掛籃拼裝

掛籃拼裝時,同一T 構的兩套掛籃應基本同步,掛籃安裝按照以下程序進行:清理梁段頂面→用1:2的水泥砂漿將鋪枕部位找平→在找平層上放出軌道放樣定位線→鋪設鋼枕→安裝軌道→安裝前后支座→吊裝單片主桁件對準前后支座, 并用精軋螺紋鋼及后錨梁進行反壓,在桁架兩側用3~5t 倒鏈和型鋼控制其空間位置,調好一片主桁架后用同樣的方法吊裝其他主桁架→調整兩片主桁架間的水平間距和位置, 安裝主桁連接片→安裝前橫梁→安裝前后吊帶→安裝內滑梁、滑架及芯模→安吊底前后橫梁及底模板→吊裝外側模走行梁及

外模板→在前上橫梁上安工作平臺, 在底模兩側安工作平臺→調整立模邊線及標高→固定模板。

軌道安裝時將軌道對中安放, 軌道用結構上的豎向精軋螺紋鋼錨固,軌道間要焊聯起安全保險作用。主桁前支座是受壓主要部位,該部位下鋪設軌枕時按三道設置。

三角掛籃示意圖

1.3掛籃的預壓試驗

采用砂袋加載,加載按最大懸澆塊體的重量計,以試驗處掛籃的實測沉降值。加載預壓按分級進行,每級持荷時間不少于30min,對實測數據提供與大橋監控單位,為設置大橋預拱度提供依據。對各節段掛籃移動前后、節段砼澆筑前后,施加預應力前后的各個階段進行變形觀測,以調整預拱度。

1.4掛籃行走

塊體預應力筋張拉結束后掛籃行走前先鋪設行走軌道, 并用精軋螺紋鋼錨固。用千斤頂放松底板平臺系統前吊帶、底板后吊帶,同時下落底板,底板由懸吊的底前后橫梁承重;放松兩側外滑梁的前吊帶和懸吊架,外模因自重脫落,外模由前吊帶和懸吊輪承重。

松開主桁架的后錨,主桁架后座依靠反扣輪組固定在軌道上。在前支座上安裝滾軸,用手拉葫蘆同時牽引三個主桁架向前移動,單幅雙頭亦同時移動掛籃,當前移到位后,拆去前支點的滾軸,將主桁架后錨固系統用精軋螺紋鋼固定在已澆筑好的節段上(節段上預留孔洞)。內外滑梁、底模與外側模板將隨掛籃牽引前移至下一節段。調整底板中線,位置和標高,上緊底模后橫梁,固定前主橫梁。

掛籃前移時, 要及時在已澆筑好的頂板處及時安裝內外滑梁吊點精軋螺紋鋼,以保證內外滑梁結構平衡穩定。掛籃前移時必須勻速,移動速度不大于10cm/min,隨時測量各桁架的行走距離,以保證行走同時進行,桁架間移動前后不得超過20cm。隨時掌握行走過程中掛籃中線與箱梁軸線的偏差,以便及時調整。

2、混凝土澆筑施工

懸澆塊件砼采用攪拌中心集中攪拌,橄欖車運輸,地泵將砼泵送至施工節段。泵送管為垂直向和水平向布設,經過0# 塊頂面泵管三通對稱向兩邊的節段進行澆注或單獨對兩對稱節段進行澆筑, 澆筑過程必須控制兩懸臂梁段砼不相差1/3 節段。既要保證能順利泵送,又要滿足坍落度要求,要選用大功率的泵送機械。

對于懸澆節段(1#～11#)砼施工均采用一次性澆筑,并按照對稱、平衡的原則進行。澆筑順序為先底板,后腹板,最后澆筑頂板。澆筑時將泵送軟管從端頭部直接插入底板, 最大砼傾落高度不超過1.5m,多點布料;腹板則采用泵送軟管直接從上插入腹板內。砼澆注按常規法分層澆筑和振搗,頂板砼用泵管由兩側翼板邊緣向中間相向澆筑。梁段要從前端開始向后澆筑,直至與上一節段接合。整個節段砼必須在砼初凝前澆筑完畢。

需特別注意的是,腹板端頭錨下、波紋管下方存在盲區,有必要在腹板側面模板上開設“天窗”,振動棒由此進入振搗,以防止該部分盲區漏振。在澆筑過程中要經常抽動已穿好德鋼絞線或撐管,以防止水泥漿滲入堵塞孔道。

砼養護采用土工布覆蓋。并用高壓水泵抽水到橋面上進行進行保濕養護,對于拆模后的腹板要經常性的灑水養護,并保持濕潤狀態。

梁的端頭模板在砼強度達到2.5Mpa 后適時拆模,端頭砼面隨即鑿毛。底模和側模必須在張拉完成后方可拆模。

3、預應力鋼筋施工

3.1預應力筋張拉

縱向預應力束采用兩端對稱張拉, 豎向預應力筋采用單端張拉,張拉機具安裝順序為: 安裝工作錨及工作錨夾片― 安裝頂壓器― 安裝千斤頂― 安裝工具錨及工具錨夾片。

預應力束張拉程序為:0→初應力(10%σcon)→σcon (持荷2min后錨固)。

當長束鋼絞線伸長量大于千斤頂最大行程時, 采用分級重復張拉方法,張拉采用拉力和伸長量雙控的方法,以保證張拉應力達到設計要求。

對于豎向預應力筋, 特別注意在預埋錨墊板時一定要保持與精軋螺紋鋼相垂直,并設置定位鋼筋,確保錨墊板的埋設精度,以防止由于錨墊板傾斜導致精軋螺紋鋼張拉時受折斷裂的情況。

張拉縱向預應力筋順序按照縱向鋼束對稱中線張拉, 先腹板后頂板,先下后上,先長束后短束,應遵照對稱、均勻的原則進行。

3.2壓漿、封錨

預應力束張拉完成后立即進行孔道壓漿。壓漿工藝如下:

a、將孔道排氣孔、泌水孔密封好,然后采用保護罩封錨。

b、清理錨下墊板上的灌漿孔,保證灌漿孔道暢通,確保漿體能順利灌入。

c、確定孔道的灌漿端及出漿口,對于曲線孔道及豎向孔道由最低點的壓漿孔道壓入。安裝各引出管、球閥及接頭,并檢查功能確保能正常使用。

d、攪拌水泥漿,使其水灰比、流動度、泌水性能達到技術要求所規定指標。啟動灌漿泵,待輸出的漿體濃度達到所要求的濃度時,將灌漿輸入管接到灌漿端的引出管上,開始灌漿。

e、在灌漿過程中,觀察排漿口出漿情況。

f、觀察排氣閥端的出漿情況,當水泥漿順暢流出,且稠度與灌入的漿體相當時,關閉出漿口的閥口。

g、灌漿泵繼續工作,并且在≤0.7Mpa下,持壓1-2分鐘。

h、關閉灌漿泵及灌漿閥門,完成灌漿。

對于豎向精軋螺紋鋼的壓漿工作尤為注意,由于管道薄,砼澆筑時造成干擾容易使進漿管脫落,管道堵塞,如果管道不通將難以補救。而且管道又小又短,需要的漿量很小,壓漿時間很短,如果沒有持壓裝置會有回漿現象發生,造成上端有一段空隙部分,而這段又是錨頭的關鍵部分,將會留下銹蝕隱患。為保證壓漿質量,本工程改進豎向預應力筋壓漿工藝的方案:為確保豎向壓漿管道暢通牢固,防止進漿,并能起到持壓效果,在張拉端設置持壓裝置(如右圖),在兩頭錨墊板上焊接

一節長5cm 的鋼管,將波紋管套入鋼管內,用膠布密封。在鋼管旁焊一節小鋼管,將壓漿塑料管插入并使牢固。出漿的塑料管設80cm作為持壓長度,在出漿時及時封堵。

4、邊跨現澆段的施工

本工程現澆段箱梁C50 混凝土共152.3m3, 節段重396.1 噸。箱梁底寬12m,現澆節段底長8.4m。根據墩柱高度較低(約10m),因此采取搭設碗扣式腳手架作為現澆段的承重結構。在主跨T構懸澆施工即將完成前一周左右,完成邊跨現澆段的施工。

4.1基底處理:

施工現場為淤泥質亞粘土,下部結構施工完成后,清除支架范圍內的泥漿、稀泥,回填承臺基坑,整平箱梁范圍內的場地, 用挖掘機整平, 壓路機分3層(60㎝)5%的灰土壓實,密實度不小于90%。施工時在支架基底兩側挖0.5m深的排水溝,以排除積水,防止支架沉降。當基底底層處理后,基底上部澆筑15cm 厚的C25 混凝土,保證砼面平整,并加強養生,待混凝土層達到設計強度后搭設碗扣式腳手架, 并在每個支點下放有底托以增加地基承載力。支架基礎經驗收合格后,應按施工設計的要求進行放線定位。

4.2支架搭設

支架搭設:支架采用碗扣式腳手架Φ48×3.5 進行搭設,支架搭設應按立桿、橫桿、斜撐的順序逐層搭設, 每次上升的高度不大于3m。底層水平框架的縱向直線度應≤L/200;橫桿間水平度應≤L/400。支架立桿間距: 根據腳手架生產廠家提供的技術參數及施工安全技術規范設計支架的間距。

支架全高的垂直度應小于L/500,支架搭設應分階段進行,第一階段的高度一般為6m。各桿件連接應緊密,以減小支架變形,并考慮施工預拱度。

4.3支架預壓

在滿布的支架上澆注混凝土前, 必須通過預壓以消除支架的非彈性變形,避免因支架不均勻沉降造成砼開裂。安裝完底模后采取施工重量的1.4 倍重的砂袋進行預壓, 預壓按梁段重量的10%、20%、50%、80%、100%、120%、140%逐級加載, 并且每級持續時間在30min以上,最后兩級相隔時間為1h。每級加載完并穩載半小時后,分別測定荷載下支架的變形值,同時記錄力與位移的數據,根據試驗結果,繪制力與位移關系曲線,求出支架的彈性和非彈性變形。在混凝土澆筑

前按照計算結果預先抬高措施鋪設底板。卸載時同樣要求分級卸載,

并測量變形、記錄數據。

在預壓過程中,派專人注意支架變化情況,如發現較大變形或異常情況,應立即停止加載并卸載。

4.4現澆段砼施工

邊跨現澆段分兩次澆筑,具體方法及順序同0# 塊澆筑。澆注砼時盡量對稱均勻,卸料時盡量減小沖擊,并加強對支架的觀測和檢查。

5、合攏段施工

合攏段施工是連續梁橋施工和體系轉換的重要環節,合攏段施工必須滿足受力狀態的設計要求和保持梁體線形, 控制合攏段的施工誤差。利用連續梁橋成橋設計的負彎矩預應力筋為支撐,是連續梁分段懸澆施工的受力特點。懸澆過程中各獨立T構的梁體處于負彎矩受力狀態,隨著各T 構的依次合攏,梁體也依次轉化為不同結構的受力狀態,直至連續梁的成橋狀態,這一裝換就是連續梁的體系轉換。

5.1邊跨合攏段施工

本工程合攏段長度均為2m。邊跨合攏段施工前對稱拆除邊跨及中跨掛籃。邊跨合攏段采取搭設支架作為承重進行施工(支架與邊跨現澆段支架同時搭設并預壓)。合攏段處于相對穩定的支架上,相對變形和受力較小。

在合攏前清理T 構上所有不必要的施工荷載, 并對箱梁頂面標高及軸線進行聯測, 并連續觀測氣溫變化及梁體相對標高的變化和軸線偏移量,觀測合攏段在溫度影響下的梁體長度變化。

為防止T 構因熱脹冷縮而對合攏段砼造成不利影響, 在砼澆筑前必須對合攏段安裝勁性骨架進行臨時鎖定。鎖定選擇于氣溫最低的時間進行,并盡量減小鎖定時間。待勁性骨架焊接完成后,要求在1h 內完成張拉臨時合攏束。

砼澆筑施工應選擇在氣溫較低, 溫度變化幅度小的時間內進行,使砼在氣溫增長的過程中強度增強。并注意澆筑完成后的養護,防止早期裂縫的形成。

在砼強度達到90%設計強度后張拉預應力筋, 順序為先頂板后地板再腹板,先長束后短束,并實施對稱張拉。在頂板和底板各張拉兩束后解除勁性骨架約束,再繼續張拉其他預應力筋。

5.2體系轉換

在邊跨合攏段完成后,T 構由雙懸臂狀態轉換為單懸臂受力狀態,此時要進行體系轉換,結構體系轉換是由合攏前的靜定結構轉換為超靜定狀態。轉換工作是在邊跨合攏段預應力筋張拉、壓漿結束之后進行, 是將墩邊的臨時柱的反力全部轉換到橋墩的永久支座上,從而結構體系也相應作了轉換。

體系轉換時首先拆除邊跨支架, 之后解除主墩臨時支柱的固結約束。拆除臨時支柱時,按主墩為軸對角對稱拆除,使原臨時立柱反力緩慢的轉移至主墩永久支座上。臨時支柱拆除后使主墩支座承受全橋重量。在拆除臨時立柱的同時臨時鎖定永久支座,以限制箱梁在主墩處的縱向位移。

5.3中跨合攏段施工

中跨合攏采用型鋼懸吊施工。為防止箱梁兩懸臂端受力錯動變形破壞新老砼的結合, 采取在合攏段兩側設置35T 水箱作為臨時壓重,在澆筑合攏段時根據砼澆筑速度分次卸載。設置外勁性骨架,砼澆筑前施焊,預拉合攏段底部的預應力束50T(其方法同邊跨合攏段澆筑)。解除主墩滑動支座臨時鎖定,準備澆筑合攏段砼。

待合攏段砼達到強度后,解除外剛性梁,按設計要求進行預應力張拉、壓漿封錨。

二、施工質量控制

1 測量、線形控制

由于箱梁在懸臂澆筑施工時受砼自重、日照、溫度變化等因素而產生豎向撓度,砼自身還存在收縮、徐變等因素,也會使懸臂段發生變化,為使橋梁成型及應力狀態符合設計要求,達到合攏段相對高程及成橋后控制點標高與設計標高之差在19mm 以內的要求, 最大限度的使實際的狀態(應力和線形)與設計相符合,必須對個懸臂施工階段的撓度與應力進行觀測, 以便在施工過程中及時調整有關標高參數,為下節段的模板安裝提供數據預報,以確定下節段合適的模板標高。

其預告主梁下節段立模標高計算為:

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

式中:Hlmi--i節段立模高程；Hsji--i節段設計高程；Σfli---由各梁自重在i節段產生的撓度之和；Σf2i--由張拉各節段預應力在i節段產生的撓度總和；

f3i-- 砼收縮、徐變在i節段引起的撓度；f4i--施工臨時荷載在i節段引起的撓度；f5i--使用荷載在i節段引起的撓度；fgl--掛籃變形值；△hi-1---(i-1)梁段實測高程與設計高程施工累計誤差調整值。

撓度控制是以以往同類橋梁施工所驗證準確可靠并經監理工程師批準的計算機軟件進行。施工時監理施工控制網絡,以自適應法及灰色預測辨別法等理論為模型進行施工控制,確保施工精度,其觀測內容包括:①掛籃模板安裝就位后的標高觀測；②澆筑前標高調整；③砼澆筑后的標高觀測；④張拉前的標高觀測；

⑤張拉后的標高觀測；⑥已完成各節段的荷載、溫度、徐變收縮引起的撓度計算、觀測；⑦合攏段合攏前的溫度修正；⑧溫度觀測；⑨應力觀測(通過在控制截面內預埋測試儀器收集數據)；⑩撓度觀測的關鍵是每日定時觀測,時間宜選在每日升溫前即上8:00-9:00以前,合攏段應在施工前進行連續24h(每次間隔2h)觀測,提供合攏前的數據。

為控制撓度, 應該在砼施工完成并達到設計要求的張拉強度后進行預應力束的張拉, 一般在砼施工后3～4天進行張拉以減少張拉時的砼收縮徐變值,使永存應力滿足設計要求,相應的減少張拉后產生的撓度。

3.2裂縫控制

在實際工程中,砼收縮裂縫比較常見,通常有塑性裂縫、縮水裂縫、自身收縮和碳化收縮。對于塑性裂縫和縮水裂縫的控制,在施工時控制好水灰比、加強早期養護以降低水分蒸發率,豎向變截面分層澆筑,振搗密實;對于砼自身收縮的大小與水灰比、細摻料的活性、水泥細度有關,用水量越大,水灰比越高,砼收縮越大；水泥磨細度越大,砼收縮越大,發生的時間越長;選用大骨料,并盡量多用骨料則可以減少干縮。

對于支架現澆段,邊跨和時支架和梁底之間會產生較大的摩阻力,因此在支架現澆段應該確保支架和梁底之間能相對的滑動,目的使邊跨合攏時現澆段能隨懸臂澆筑段自由的伸縮, 避免在梁體砼上產生過大的拉應力,尤其是支架的剛度較大時。支架必須經過系統的預壓,支架本身會有彈性和非彈性變形,因為落在永久性支座上的一端不會發生沉降,由此梁段有可能產生一個較大的剪切變形,因此必須采取措施以控制支架的不均勻沉降。在現澆段上,豎向預應力筋較短,預應力損失較大,張拉時較難控制,若張拉力不足會在梁端腹板產生拉應力斜裂縫。

對于懸澆塊體施工,若澆筑順序不當,由里向外澆筑,或掛籃未經預壓,會在梁體內出現垂直裂縫。在預應力施工過程中由于有預應力不足、鋼束位置有偏差、灌漿質量不好、錨固部位鋼筋布置不良等施工缺陷時均會導致裂縫的產生。因此在施工過程中,對各個環節嚴格控制,以盡量避免裂縫的產生。

三、結束語

該大橋工程采用掛籃懸臂澆筑施工法施工,已安全、順利的完成了主橋的施工,既滿足了業主的工期要求,又控制了建設成本。

參考文獻:

1、公路橋涵施工技術規范JTJ041-2000

2、張繼堯王昌將《懸臂澆筑預應力砼連續梁橋》人民交通出版社