墩柱預制安裝施工技術研究

雷洋波* 趙 鵬

（1、中交路橋建設有限公司,北京 100027 2、中國路橋工程有限責任公司,北京 100081）

裝配式橋梁是將各個結構單獨預制成構件,然后進行組裝安裝形成整體橋梁。裝配式橋梁的特點就是在后場標準化預制場預制混凝土構件,采用運輸車運至施工現場,主要用大型機械設備進行安裝。裝配式橋梁標準化程度高,各構件在預制場進行預制,鋼筋采用專用胎架加工,安全、質量易控制,后場預制,機械化程度高,可以充分集中發揮機械設備優勢,施工效率高,可以大大減少前場現場作業時間,減少對現場周邊環境的影響,符合綠色發展理念要求。

肯尼亞內羅畢快速路是中國路橋工程責任有限公司在非洲投資開發的第一條BOT 公路項目,項目主線全長27.131Km,穿越首都內羅畢核心區,為肯尼亞國道A 級公路。受城市道路交通影響大、安全風險高,項目工期緊張,采用裝配式橋梁設計。

墩柱預制在預制場進行,預制場機械、設備、材料集中,能夠有效整合資源,幾乎不受外部天氣影響,預制場能夠存儲一部分預制完成的墩柱,能充分滿足現場墩柱安裝施工要求。墩柱采用運輸車運至施工現場后,利用350t 大型履帶吊進行安裝,墩柱連接采用灌漿套筒,灌注高強度灌漿料,鋼筋連接滿足力學性能要求,并且墩柱安裝時間周期短,施工效率高。

1 工程概況

立柱根據中央分隔帶寬度不同,分別采用獨柱墩、雙柱墩或門式墩型式,立柱共有9 種不同類型,截面均為矩形,四周設有50×50mm 倒角,最大墩柱高度約18.2m。其中PB01、PB02 和PB03 類墩柱采用預制拼裝工藝,PB01類墩柱最大預制高度8m,最大預制重量150t,PB02 和PB03 類墩柱最大預制高度12m,最大預制重量112t。

圖1 預制墩柱模型

圖2 墩柱斷面圖

2 墩柱預制工藝工法

2.1 墩柱預制臺座

在墩柱預制區設置專用臺座,臺座根據墩柱設計尺寸專項設計,作為立柱澆筑的基座。臺座主要包含兩個部分,臺座基礎和下底座。墩柱采用豎立姿態方式進行混凝土澆筑,豎向荷載較大,對臺座基礎地基承載力要求較高,基礎須進行承載力驗算,做好地基處理,以確保立柱不發生不均勻沉降。基礎施工時,頂面收面平整,檢查頂面平整度,預埋下底座固定鋼板。

下底座采用H200×200 鋼進行加工,采用鋼板作為加勁板對H 型鋼進行加強,提高承載能力。下底座加工完后,在H 型鋼翼緣上開螺栓孔,孔位與立柱底模螺栓孔一致,確保后序施工過程中立柱底模板能夠與下底座順利連接固定。根據立柱尺寸型號及數量,將臺座設置成共用臺座,提高臺座的利用率,共用臺座的H 型鋼翼緣開孔需要與墩柱模板底座螺栓孔相匹配。

下底座與基礎預埋鋼板焊接固定,固定前先對下底座進行調平,下底座的水平度為關鍵控制點,以確保后序立柱澆筑時的垂直度。

2.2 墩柱鋼筋綁扎胎架及定位架

由于墩柱鋼筋連接采用灌漿套筒連接,墩柱鋼筋需要與承臺及蓋梁的鋼筋進行對接,因此對墩柱鋼筋籠的平面位置、間距等要求高,對鋼筋籠的加工及綁扎精度要求高。為滿足施工需要,需要結合墩柱主體設計結構圖紙專項設計墩柱鋼筋籠的加工綁扎胎架,胎架采用槽鋼、角鋼、扁鋼等型鋼加工,按設計圖紙的鋼筋間距進行開槽定位,定位槽和胎架骨架之間采用螺栓連接,為裝配式結構,方便組裝及調整尺寸,提高胎架的共用性。

設置制作墩柱鋼筋籠端頭及承臺預埋的墩柱連接鋼筋定位架,使承臺預埋筋、墩柱鋼筋、蓋梁柱頭共尺寸,以確保墩柱安裝過程中與承臺、墩柱、蓋梁順利對接,提高安裝施工效率。

圖3 鋼筋定位架

2.3 灌漿套筒

全灌漿套筒為高強球墨鑄鐵材質,作為墩柱主筋連接構件,設置在預制墩柱內,一端與墩柱預制端連接,一端與另一節段鋼筋連接；φ32 全灌漿套筒全長60cm,外徑77mm,內徑55mm,鋼筋伸入灌漿套筒長度為27cm；套筒下端設置止漿墊,套筒上端為出漿口,壓漿口與端部凈距為45mm。灌漿連接套筒與高強無收縮水泥灌漿料組合體系性能符合規范要求,滿足I 級連接接頭要求,灌漿套筒鋼筋連接件應做抗拉試驗,連接件抗拉強度大于等于鋼筋本身抗拉鋼筋強度,斷裂位置在灌漿套筒連接位置以外。灌漿連接套筒與高強無收縮水泥灌漿料進場前應出具型式試驗合格報告,滿足要求后才能使用。

灌漿套筒固定在預制墩柱柱底模上,接觸位置設置橡膠柱塞。主要具有兩個作用,一是對灌漿套筒進行定位,使鋼筋間距滿足圖紙設計要求,方便精確安裝；二是起到密封作用,防止墩柱混凝土澆筑時混凝土進入到灌漿套筒內,從而堵塞套筒影響后續灌漿,密封柱塞可重復使用。

圖4 灌漿套筒結構圖

圖5 灌漿套筒定位圖

2.4 柔性吊點

預制墩柱的轉運及安裝需要采用200t 龍門吊及350t履帶吊進行起吊,需要在墩柱頂端設置吊點。墩柱采用柔性吊點,頂部設置兩個吊點。吊點材料采用φs15.2mm鋼絞線制作,鋼絞線采用單根繞環,埋入墩柱深度1m 左右,末端設置16mm 錨板及P 錨限位固定,吊點外露混凝土表面20cm 左右,鋼絞線外露部分套上鍍鋅鋼管進行保護,吊點沿墩柱長邊中心線布置。采用柔性吊環施工輕便,方便安裝及切除,方便墩柱進行翻轉。

每個吊點鋼絞線根數根據立柱重量進行布置,每根鋼絞線承載力按10t 計,對于PB01 類墩柱,墩柱高度≤2m 時,單個吊點兩根鋼絞線,2m＜墩柱高度≤4m 時,單個吊點4 根鋼絞線,4m＜墩柱高度≤6m 時,單個吊點6根鋼絞線,6m＜墩柱高度≤8m 時,單個吊點8 根鋼絞線;對于PB02 和PB03 類墩柱,墩柱高度≤4m 時,單個吊點兩根鋼絞線,4m＜墩柱高度≤8m 時,單個吊點4 根鋼絞線,8m＜墩柱高度≤12m 時,單個吊點6 根鋼絞線。

圖6 墩柱吊點設置

2.5 墩柱預制

墩柱模板在翻轉臺上進行安裝,水平放置,首先安裝底面、兩側面,然后采用鋼筋籠吊架整體吊裝墩柱鋼筋籠,將鋼筋籠從胎架上吊運至翻轉臺水平狀態入模。安裝好墩柱預埋件,調整好保護層后,進行剩余的墩柱頂面模板安裝。利用翻轉臺配合龍門吊將墩柱模板緩慢進行豎轉,將墩柱模板從水平狀態調整為豎直狀態,然后采用龍門吊將墩柱模板連同里面安裝好的鋼筋籠整體吊運至墩柱預制臺座上,采用高強螺栓將墩柱模板與墩柱預制臺座進行固定。下一步進行混凝土澆筑,工藝與一般墩柱現澆工藝類似。墩柱拆模后及時進行灑水養生,墩柱養護達到強度要求后方能吊運至墩柱存放區。本項目墩柱場內轉運采用200t 龍門吊,龍門吊起重能力根據墩柱最大重量進行配置。

3 墩柱安裝工藝工法

3.1 墩柱轉運及翻轉

墩柱存放是采用豎直的存放方式,運輸至現場是需要將墩柱豎轉至水平狀態,裝車前的豎轉在預制場的沙坑進行,采用200t 龍門吊翻轉,下方支墊橡膠墊等柔性物,避免墩柱棱角被破壞。

圖7 墩柱場內翻轉

墩柱采用運輸車運至施工現場,運輸車載重能力根據墩柱重量來配置,墩柱采用吊帶起吊進行裝車。墩柱預制現場后,需要進行第二次翻轉,從水平狀態豎轉至豎直狀態,以便后續墩柱的安裝。豎轉采用350t 履帶吊進行,墩柱下方支墊橡膠墊或者兩個輪胎等柔性物,防止墩柱邊角磨損及表面被污染。

3.2 墩柱安裝

3.2.1 承臺鑿毛及預埋鋼筋清理

墩柱與承臺之間連接部位進行混凝土鑿毛,增強混凝土連接力學性能,鑿毛要徹底,一般以露出混凝土骨料為準。立柱中心安放標高調節的墊塊,此區域一般不鑿毛,使表面平整方便調節墊塊安裝水平及后續墩柱安裝標高調整。

檢查承臺外露預埋鋼筋的長度及間距,避免鋼筋過長及間距與墩柱灌漿套筒間距不一致從而使墩柱無法安裝,外露預埋鋼筋檢查完成后對鋼筋表面進行打磨清理,防止鋼筋表面灰塵銹跡影響鋼筋連接性能。

3.2.2 擋漿模板及調節墊塊安裝

用墨線彈出立柱的中線和邊線,以確定墩柱安裝位置,安裝好擋漿模板并進行固定。

墩柱底安裝調節標高墊板,墊板采用鋼板制作,一般墩柱底部設置一處墊板,4×1.8m 墩柱設置兩處墊板,墊板層數根據墩柱標高要求來確定,墊板尺寸為20×20cm。

3.2.3 座漿

采用座漿料專業廠家提供的配比進行座漿料配置,座漿前先對接觸位置進行灑水濕潤,再進行座漿。座漿料頂面磨平,高度高于調節墊板高度,使座漿料能夠溢出座漿飽滿,座漿前安裝好灌漿套筒底部密封墊。

3.2.4 吊裝就位及垂直度調整

履帶吊起吊立柱,進行位置調整,灌漿套筒對準預埋外露的鋼筋,緩慢下放到位。履帶吊吊鉤緩慢下放,使墩柱與調節墊塊之間逐步接觸,穩步參與受力。采用全站儀對墩柱的平面位置和垂直度進行微調整,調整采用專項設計加工的鋼制牛腿配合50t 千斤頂進行,牛腿千斤頂設置在墩柱所需調整面進行頂升微調。測量調整完成后,履帶吊松勾,待座漿料達到強度要求后方可拆除牛腿和千斤頂,避免墩柱發生位移。

3.2.5 套筒灌漿

墩柱座漿料滿足要求后才能進行下一步灌漿套筒灌漿作業施工,灌漿前確保套筒內部未發生堵塞,加工注漿管及閥門,連接灌漿套筒灌漿口。然后進行灌漿料攪拌,灌漿料采用專業廠家提供的高性能灌漿料。使用專用壓漿機進行灌漿作業,灌漿從套筒下口進、上口出,上口設置pvc 彎管,使出漿口頂高于灌漿套筒頂,確保灌漿飽滿。

4 結論

裝配式橋梁是一種新型工藝、綠色工藝。本文依托肯尼亞內羅畢快速路項目,提出了一種橋梁墩柱預制及安裝施工工藝。橋梁墩柱預制能夠充分發揮資源集中、機械化的優勢,受外界天氣等因素干擾小,墩柱安裝施工效率高,施工進度快。本文為墩柱預制和安裝提供了一套可行的成熟解決方案,在城市裝配式橋梁施工中有著可推廣、可借鑒的意義。