大跨度變截面預應力箱梁施工技術探究

摘 要：文章介紹大跨度變截面預應力箱梁分段施工中，支架模板、混凝土澆筑以及預應力的施工技術。

關鍵詞：支架設計;混凝土澆筑;預應力施工

中圖分類號：U448.215 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）17-0139-02

1 工程概況

石鼓山人行廊橋工程位于石鼓山東側橫跨渭河，是一座人行景觀橋。全長675.23 m，共分三聯，第一聯與第三聯為引橋部分，第二聯為主橋部分。其中引橋部分第一聯為5×35 m預應力混凝土連續(xù)箱梁，第三聯為32.5 m預應力混凝土簡支箱梁，均采用單箱單室截面，梁高為1.8 m，底板寬度為4 m，橋面寬度為6.5 m。第二聯主橋部分上部為43.13+5×78.63+29.7 m變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁根部梁高4.5m，底板厚0.65 m；跨中梁高2.0 m，底板厚0.25 m，梁高和底板均按1.8次拋物線變化。

橋梁下部結構為柱式橋墩結構，引橋部分為獨柱無蓋梁，主橋部分為雙柱加蓋梁，基礎采用鉆孔灌注樁，樁頂設置承臺。

第二聯上部結構采用C55混凝土，縱向預應力鋼束采用фs15.2，鋼絞線標準強度fpk=1860 MPa，箱梁豎向預應力采用JL32高強度精軋螺紋鋼，標準強度930 MPa，沿腹板雙肢布置。

2 主橋箱梁支架設計

設計要求僅在施工梁段設支架支撐，該段鋼束張拉后，即可以拆除該段支架。但考慮到梁體的穩(wěn)定性，施工中我們采取墩梁臨時固結措施，該跨梁體一旦合攏，臨時固結即可拆除。基于此方案，我們對支架進行設計驗算。由于主橋位于攔河壩實體處，支架基礎條件優(yōu)良，因此我們的支架驗算不包括基礎承載力驗算。

2.1 荷載計算

由設計圖紙中箱梁各段重量可以看出，0號塊最大為219.84 t，1號塊次之為154.01 t，但由于0號塊段位于蓋梁頂處，故不需要進行支架驗算，我們取1號塊段處的荷載值進行支架驗算。

①箱梁荷載。1號塊長6.5 m，重量154.01 t，取安全系數r=1.2，以全部重量的1.2倍作用于底板上計算單位面積的壓力（只考慮底板，不考慮兩側翼緣板則更加安全）。F1=1 540.1×1.2/（4×6.5）=71.08 kN/m2。

②施工荷載：取F2=2.5 kN/m2。

③振搗混凝土產生的荷載：取F3=2.0 kN/m2。

④箱梁芯模：取F4=1.5 kN/m2。

⑤竹膠板：取F5=0.1 kN/m2。

⑥方木：取F6=7.5 kN/m3。

2.2 支架受力計算

在１號塊處支架排距取0.6×0.6 m，步距取1.2 m，橫梁為10×10 cm的方木，跨徑為0.6 m，間距為0.6 m，縱梁為10×10 cm的方木，跨徑為0.6 m，中對中間距為0.2 m。碗扣支架立桿設計承載力30 kN/根。

①立桿承重計算。每根立桿承受砼和模板以及施工荷載的重量為：N1=0.6×0.6×（71.08+2.5+2.0+1.5+0.1）=27.78 kN；縱梁施加在每根立桿重量：N2=0.6×3×0.1×0.1×7.5=0.135 kN；橫梁施加在每根立桿重量：N3=0.6×0.1×0.1×7.5=0.045kN；每根立桿總承重：N=N1+N2+N3=27.78+0.135+0.045=27.96 kN<30 kN。則立桿承重滿足要求。

②支架穩(wěn)定性驗算。立桿長細比λ=L/i=1200/（0.25×■）=77。由長細比可查得軸心受壓構件的穩(wěn)定系數φ=0.732，立桿截面積A=π×（242-20.52）=489mm2，由鋼材容許應力表查得容許應力[σ]=145 MPa，則立桿軸向容許荷載[N]=[σ]×φ×A=145×0.732×489=51.9 kN>27.92 kN。所以，支架穩(wěn)定性滿足要求。

③構造措施。支架外圍四周設剪刀撐，內部沿橋梁縱向每4排立桿搭設一排橫向剪刀撐，橫向剪刀撐間距不大于5 m。

3 主橋箱梁模板設計

從經濟角度考慮，我們選擇了竹膠板鏡面板作為主橋箱梁模板。

3.1 底模組成

箱梁底模采用高強度竹膠板，板厚t=15 mm，面板尺寸為1.2 m×2.4 m，面板直接釘在縱橋向的方木上，方木間距為200 mm，所以驗算模板強度采用b=200 mm平面竹膠板。

①模板的力學性能及截面幾何特性。彈性模量 E=0.1×105 MPa；截面慣性矩 I=bh3/12=20×1.53/12=5.625 cm4；截面抵抗矩 W=bh2/6=20×1.52/6=7.5cm4；截面積 A=20×1.5=30 cm2；容許拉應力 [σ]=11 MPa。

②模板受力計算。取1#塊段的荷載組合進行受力計算：F=F1+F2+F3+F4=71.08+2.5+2.0+1.5=77.8kN/m2，q=F×b=77.8×0.2=15.56 kN/m，跨中最大彎矩M中=（qL2）/8 =15.56×0.22/8=0.0778 kN·m，彎矩拉應力σ=M中/W=0.0778×103/7.5=10.37MPa<[σ]=11MPa，竹膠板的彎曲拉應力滿足要求；撓度驗算：竹膠板可看作多跨等跨連續(xù)梁，按均布載荷作用連續(xù)梁進行計算，最大撓度為f =qL4/（150EI）=（15.56×0.24×103）/（150×0.1×1011×5.625×10-8）=0.0003 m=0.3 mm，規(guī)范容許撓度[f]=L/500=200/500=

0.4 mm，則f<[f]，撓度滿足要求。

綜上所述，底模竹膠板受力滿足要求。

3.2 外模結構

箱梁外側模板固定在豎向100×100 mm方木上，由于主橋根部箱梁截面較高，腹板底部壓力大，無法使用傳統(tǒng)的反拉桿加斜支撐來頂緊箱梁腹板外模。為此我們采用了對拉桿，將箱梁腹板的外模與內模對拉，從而固定腹板外模，豎向方木的間距外模仍取20 cm，對拉桿直徑為16 mm，間距為0.6×0.6 m，對拉桿承載力約為6 t/根，且外側模承受的荷載小于底模，故其承載力也滿足要求。箱梁翼緣板面板固定在橫向50×100 mm方木上，方木間距為30 cm，箱梁腹板兩側支架升高后，將翼緣板面板頂緊。由于荷載較小，故可不進行承載力計算。

3.3 內模結構

主橋連續(xù)箱梁內模均采用方木做骨架支架，竹膠板做面板，箱梁腹板內模與腹板外模的固定方式一樣用100×100 mm方木，間距0.3 m作為骨架，然后與外模對拉。內模頂板同樣采用100×100 mm方木，間距0.3 m作骨架，最后用“#”字形鋼管支架豎向鋼管將頂板頂緊，橫向鋼管將腹板內模頂緊。“#”字形鋼管支架縱向間距1.2m。

內模底板，除箱梁底板倒角處加蓋模板外，其余2 m水平處開口設置，不封底模，這樣做有利因素是：可防止內模上浮，頂板厚度偏薄；有利于底板混凝土的散料和振搗。不利因素是：底板混凝土量不宜控制，可能會導致大量混凝土從腹板涌入底板，而無法控制。

在權衡利弊之后，我們選擇了這種不封底模的內模結構。

4 混凝土澆筑工藝

我們采用主梁的底板、腹板、頂板一次澆筑的施工工藝。由于主橋采用的是懸澆配束，分段施工，因此混凝土澆筑也必須是對稱施工。

①混凝土制備。C55混凝土澆注采用泵車泵送，故碎石粒徑不易過大，因此碎石選擇了5～16 mm規(guī)格，這種規(guī)格碎石對鋼筋較密的構件也較適宜；砂率控制在40%左右；水泥品種為P.O52.5R，采用高標號水泥，主要為了保證混凝土強度，同時降低水泥使用量，水泥用量為418kg/m3，水灰比為0.38。為了降低水化熱，減少構件的收縮裂縫，在C55混凝土中我們摻加了粉煤灰，摻量為水泥重量的25%。從施工情況來看，在夏季6 d左右時間，同條件試塊強度已經超過設計強度標準值。

②混凝土澆注、搗實。由于腹板較高，我們澆注腹板時采用分層澆注，每層厚度控制在500 mm以內。澆注底板時從箱梁腹板下料，使用插入式振動器振搗，由于是泵送混凝土，坍落度比較大，流動性大，而箱梁底板為一個傾斜面帶有一定坡度，再加上底板模板為開口式，故在澆注0#、1#塊時底板混凝土很容易溢流，難度較大。為此我們嚴格控制混凝土塌落度為180 mm，使混凝土的流動性達到便于施工程度。同時我們采取了將兩個塊段交替施工的辦法，先給一側塊段的底板布料，然后人工使用鐵耙散料；再給另一側塊段的底板布料，人工散料，這樣將兩個塊段底板澆注時間錯開，每個底板施工中都有一個時間間歇，由于時間間歇作用使混凝土的流動性將降低，底板振搗也會更易操作。

5 預應力施工

主橋預應力分為縱向預應力與豎向預應力，均為后張法施工。張拉預應力筋時，我們采用“先縱向后豎向”的原則。主橋合攏時我們則采用“先小合攏后大合攏”的原則。

①孔道留設。孔道留設為預埋金屬波紋管，預埋波紋管法的優(yōu)點是可以將波紋管設置成設計需要的各種形狀預埋在箱梁內。缺點是波紋管一但漏漿會造成堵管，鋼絞線便無法穿入，只能開倉處理。對此我們采取兩種措施可防止該問題發(fā)生。第一種對于塊段澆筑完成后可以張拉的T束和F束我們提前穿入鋼絞線，在澆筑混凝土完成后，活動鋼絞線破壞漏入波紋管內的凈漿，使其無法堵住波紋管。第二種，對于合攏后才能張拉的Z束與HZ束，我們在澆筑前穿入塑料管，澆筑完成后抽出塑料管，這樣可以維持孔道形狀并防止凈漿堵管。從最后的使用效果看金屬波紋管出現的問題比較多，塑料波紋管替代金屬波紋管仍是一種大趨勢。

②預應力筋張拉。主橋縱向預應力鋼筋采用ФS15.2鋼絞線，強度標準值為1860 MPa，錨下控制應力為0.75 fpk即為1 395 MPa，最大配束為每束19根鋼絞線，張拉力為371 t。為此我們選擇了400 t的千斤頂。除了邊跨合攏束為單端張拉外，其他鋼束均為雙端張拉。

③孔道灌漿。水泥漿設計強度為M40。我們采用P.O42.5水泥，摻加減水劑，膨脹劑。施工時水泥漿水灰比為0.33，稠度為15 S。為使孔道水泥漿飽滿密實我們采用真空輔助壓漿工藝。該工藝與以往的普通壓漿工藝相比具有許多優(yōu)點。普通壓漿對于不光滑的孔道容易產生空洞，而真空輔助壓漿則很容易填補空洞，使孔道漿飽滿密實。真空輔助壓漿工藝如下：首先沖洗孔道→在孔道兩側分別安裝真空嘴和壓漿嘴→打開真空嘴關閉壓漿嘴，進行抽真空作業(yè)→待真空值為-0.08 MPa時，打開壓漿嘴進行灌漿作業(yè)，灌漿壓力維持在0.6 MPa左右→待真空泵管道內出現水泥漿后關閉真空泵，拆除真空嘴→封堵出漿孔，壓漿機持荷1 min后封堵進漿孔。

6 結 語

懸澆配束，支架施工，在國內橋梁工程施工中，為數不多，可借鑒的經驗少之又少，為此工程項目部對該工程第二聯主橋的施工技術進行了一些有益的探索，積累了一些經驗，對以后類似工程施工有一定借鑒作用。

參考文獻：

[1] 童金虎，陳小兵.大跨度預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋設計初探.交通標準化，2005，(12).