变截面预应力混凝土连续箱梁合拢段施工技术总结

第 1 页 共 10 页 变截面预应力混凝土连续箱梁 合拢段施工技术总结 中铁二十三局集团一公司 山东日照 蔡湛 内容提要 本文结合青银高速公路齐河北至夏津段禹城南互通立交桥实例 总结了变截面预 应力混凝土连续箱梁合拢段的施工方案 施工组织 施工工艺和关键技术 对类似工程施工具有较 好的借鉴作用 关 键 词 预应力混凝土刚构 变截面连续箱梁 合拢段 施工技术 1 工程概况 青银高速公路齐河北至夏津段禹城南互通立交桥 主桥跨京沪铁路和 101 省道 为 40m 70m 40m 变截面预应力混凝土连续箱梁 有两个边跨合拢 16 墩现浇段与 17 墩 T 构之间 19 墩现浇段与 18 墩 T 构之间 一个中跨合拢段即 17 墩 T 构与 18 墩 T 构之间 合拢段梁高均为 2 3m 底板厚度 为 32cm 腹板厚度为 40cm 箱梁顶板厚度为 32cm 每个合拢段长度为 2m 合拢段混凝土标号为 C50 边跨合拢段混凝土方量为 22 1m3 节段重量 57 5T 中跨合拢段混凝土方量为 11 1 m3 节段重量 28 9T 2 2 施工方案 合拢段采用合拢段吊架施工 由边向中间进行 即先合拢边跨再合拢中跨 合拢吊架利用施工挂 篮底模及外模系统 吊架的锚固利用在 9 号梁段和现浇段中的预留孔才用精轧螺纹钢 钢棒等来进 行操作 见图 1 2 图 1 450 1842 52 3170 1842 52 450 1077 521077 52 23502350 外模后吊杆 外模吊杆底模吊杆外模吊杆 底模吊杆 内模吊杆 第 2 页 共 10 页 右图 2 3 施工工艺 3 1 施工工艺流程 边跨合拢段施工工艺流程图 后移及拆除挂篮 拼装支架 安装底模及外侧模 安装配重水箱 检查 浇注合拢段 补绑钢筋及安装缺口模板 焊死刚性骨架 合拢口锁定 内模就位 绑扎钢筋 安装管道穿临 时束及底板预应力钢绞线束 29005002000 外模竖肋 砼端面 5800 箱梁翼板 外模后吊杆 另加小横梁底后横梁 底篮后锚杆另加底篮后锚杆 外模滑梁 400500 400 3400 外模前吊杆 底篮前锚杆 底前横梁 纵梁 第 3 页 共 10 页 中跨合拢段施工工艺流程图 张拉底板纵向及合拢段 横竖向预应力筋 压浆 混凝土养生且强度达到 45MPa 以上 边跨合拢段完成合拢 拆除边跨合拢段支架及模板 移动 17 18 墩两端挂篮 安装合拢吊架 后移主桁到 0 块撤除挂篮 安装配重水箱 张拉底板纵向及合拢段横竖向预应力筋 压浆 混凝土养生且强度达到 45MPa 以上 检查 浇注合拢段 补绑钢筋 安装缺口模板 顶推 焊死刚性骨架 合拢锁定 内模就位 绑扎钢筋 安装管道 穿临时束及底板预应力钢绞线束 解除临时束预应力并补张拉到设计吨位 拆除中跨合拢段吊架 第 4 页 共 10 页 3 2 具体施工方法 3 2 1 合拢段吊架的组成 合拢吊架及其模板 外模 内模利用施工挂篮的部分构件 吊架布置见附图 吊架底模及外侧 模采用挂篮大块模板 内模采用组合钢模 合拢吊架包括 底模系 14 6t 翼板系包含外模板 10t 内拱系 1 3t 及其它零件 1 4t 共重约 27 3t 3 2 2 吊架安装及挂篮拆除 以 17 18 墩为例 当 17 墩和 18 墩 T 构施工张拉结束后 开始后移及拆除 17 墩和 18 墩 T 构挂篮 进行合拢段吊架的安装 由于挂篮吊带影响 不能将模板一次性移到位 首先利用挂篮先 将模板前移到最大距离 两侧用钢丝绳吊在挂篮顶 底前横梁上代替吊带 拆除吊带 用钢丝绳穿 过在 8 号 或 9 号 梁段的预留孔套在挂篮底前横梁上 人工用倒链继续前移模板到位后锚固 由 于吊带已卸掉 为了保证施工时安全 在箱梁两侧翼缘板预留孔用精轧螺纹钢锚固 吊架安装完毕 后移挂篮拆除 3 2 3 合拢段配重 单悬臂的合拢段混凝土配重重量取为 0 5 倍的合拢段混凝土重量 合拢段混凝土为 11 1m3 合 28 9T 单悬臂配重重量为 14 45T 单悬臂的合拢段吊架配重重量取为 0 5 倍的合拢段吊架重量 根 据实际吊架重量配重 配重采用水箱配重 配重水箱采用 12 砖墙浆砌 见下图 3 配重水箱平面图 图 3 3 2 4 中跨顶推施工 此桥仅在中跨设有顶推 顶推力为 60t 拆除合拢段一端挂篮 锁定另一端挂篮 在相应的梁端 安装配重 在合拢段上安装 2 套千斤顶进行顶推 各千斤顶顶推力为 60t 顶推到位后 焊接合拢段劲性骨 中跨合拢段完成合拢 梁端头 加强墙垛 砖墙 第 5 页 共 10 页 架 拆除千斤顶 张拉合拢段临时预应力束 浇注合拢段混凝土 在梁段腹板顶部各预埋 2 块 150mm 150mm 10mm 钢板 焊接两根 14a 的槽钢 配以相应的辅助 焊件 形成千斤顶操作平台 辅以安全防护设施 千斤顶采用 460t 张拉千斤顶 为保护千斤顶前后端的限位槽口 在千斤顶前后端安装配套的工 具锚或工作锚 根据千斤顶和锚具的总长 以及合拢段的实际长度 配备顶铁 顶铁采用 2 24a 的 槽钢焊接 或相当于 2 24a 槽钢的组焊件 安装时 要求与千斤顶中心重合 3 2 5 劲性骨架锁定 合拢口锁定是为了保证合拢段在浇注的新混凝土达到足够强度前的期间内合拢口不会因为梁体 由于温度变化产生膨胀或收缩变形至使合拢段混凝土在凝固过程中受到影响而破坏 即保证合拢口 长度的稳定性 边跨合拢段由于一端为纵向自由活动 故仅采用刚性骨架支撑进行锁定保证合拢口 的相对长度的稳定即可 中跨合拢为双端固定 温差引起的变形变位及应力都很大 故临时锁定采 用内设刚性骨架支撑 外设外锁装置 见图 4 和张拉临时预应力束来共同锁定 3 2 5 1 内刚性骨架施工 合拢段劲性骨架按设计图设置 合拢段两端后施工的一侧在槽钢预埋时 箱梁纵向要充分估计 施工正常误差并考虑温差范围 留足预埋槽钢之间的间距 箱梁横向对已施工一侧预埋槽钢的位置 进行仔细精确定位测量 尽量保证合拢段两侧预埋槽钢相对于 9 9 号梁段或现浇段横截面的位置 相同 以便合拢施工时 两侧预埋槽钢尽可能在一条直线上 其精度与箱梁合拢精度相同 T 构 9 9 号梁段 现浇段及合拢段施工时 劲性骨架在竖向预应力筋通过处预留一个 55mm 的孔 略 大于波纹管直径 波纹管直径为 50mm 以便精轧螺纹钢通过 若其他普通钢筋与槽钢发生冲突时 可适当移动普通钢筋的位置 在合拢段钢筋安装的同时把骨架安装进去 并进行一端固接 另一端预先把位置调整好并临时 托住 但暂时不进行固接 在此位置预留空位 以便锁定时锚固操作 待合拢锁定后在补充绑扎钢 筋和安装空缺的模板 骨架下料加工时应根据现场合拢口的实际长度确定 并且与封口连接板采用 满焊焊接 并在焊接操作时应注意防止钢材的变形 如在安装时存在小的间隙时 可利用薄钢板和 环氧树脂进行垫填塞 保证骨架端头与预埋连接板紧密结合 合拢段钢筋及预应力筋 包括临时束 底板束 横竖向束 安装就位 两端悬臂配重设置完成 和悬灌梁标高调整到位并经过检查合格以后 选择合适的温度 20 左右并且变化不大 时间段进 行刚性骨架锁定 要求安排 10 个熟练的焊工同时进行施做 并控制在 2 3 个小时内完成 锁定焊 接操作时需采取在旁边准备冷水进行浇水强制降温的措施 以防由于施焊时梁体及骨架局部的温度 升温过大而产生膨胀使梁体上挠 锁定完毕后需仔细检查焊缝质量是否满足要求 再对两端头的悬 臂梁标高进行复测 检查是否正确 第 6 页 共 10 页 3 2 5 2 临时预应力与外锁施工 边跨合拢时现浇段端的梁段可以沿支座滑动 由于支座及支架底模的摩阻作用产生的约束力远 小于由于温度变化产生的梁体轴向力及刚性骨架的承受能力 边跨梁体一端可以自由活动 由于温 度升降产生收缩膨胀在刚性骨架支撑及联接作用合拢口的长度不会产生变化 故边跨合拢时只采取 设计图纸的内劲性骨架装置 故不需设置外锁设置 但采用临时预应力外锁 两个中跨合拢段顶板 底板设置外锁装置 具体详见示意图 在 T 构 8 号梁段顶板预留孔以便悬吊千斤顶 T 构 9 号梁段施 工时施工临时束管道及张拉端齿板 在合拢段顶板钢筋绑扎时安装临时预应管道并穿束 穿束后即 安装锚具并使张拉千斤顶就位 做好各项张拉准备 由于临时束的张拉端齿板在箱室的内上角 张 拉时需搭设支架以满足人员操作需要 图 4 外锁装置示意图 合拢段临时预应力 临时束为 15 24 19 型 初步按设计张拉吨位的 40 边跨合拢时张拉顶板 两束和底板两束 中跨合拢时张拉顶板两束 Hz 和底板两束 Dz 临时束张拉吨位根据计算力 张拉吨 位为 40 k 初步定位 148t 能满足轴向力要求 临时预应力束张拉在刚性骨架锁定后进行 采取两 端对称张拉 如果不能在设定的合适的温度条件下合拢 需在温度变化较大的时段强迫合拢 但需 设计院及监控单位认可 因两端悬臂梁由于升温或降温产生膨胀或收缩而导致合拢口的长度产生较 大的变化 需通过顶撑或拉缩来调整时 可根据实际情况对张拉吨位作相应的调整 采用劲性骨架和张拉临时合拢束锁定方案 使合拢段两端形成可以承受一定弯矩和建立力的刚 1 1 200 35 9 梁段9 梁段 65505065 合拢段 11 2 2 165 46 165 465555 I45b工字钢 预埋钢板 箱 梁 中 心 线 2 2 预埋 钢板 外锁用 工字钢 20050656550 9 梁段9 梁段 合拢段 第 7 页 共 10 页 接结点 防止由于温度等各种因素影响在合拢未完成之前就产生变形 对刚性支撑的短面积和支撑 的位置及临时束的张拉力必须严格按设计意图要求施工 刚性支撑锁定时间根据连续观测的结果确 定 原则上是各合拢段在规定的时间 即梁体变形最小和温度变化幅度最小的时间区间内 同一合 拢段两端对称 均衡同步锁定 以免合拢段造成结构温度变形零点发生突变 为了减少锁定时间 在锁定之前 应完成合拢临时束的张拉准备工作 如千斤顶安装就位等 待刚性支撑焊完并检查合 格之后 要求尽快张拉临时束 并在 1 小时之内张拉完按要求的全部合拢临时束 临时束张拉完毕 即完成了合拢锁定 至此已构成超静定刚构体系 锁定完后应立即灌注混凝土 为便于合拢段施工 在施工 T 构 9 9 号梁段时 在梁段箱梁顶板预留一个方形 横向长 100cm 纵向宽 70cm 人孔作为穿束 人员 机具 千斤顶进出操作通道 见后合拢段预留孔图 3 2 6 预应力预应力施工 3 2 6 1 孔道施工 合拢段施工时两端均封闭 不能再采用在波纹管内加 PVC 管的方法来防止漏浆堵管 为了确保 孔道畅通无阻 采取以下措施 1 合拢段在合拢前先把底板束钢绞线穿进孔道内 2 合拢段 的预应力孔道采用双层波纹管 3 加强对管道两端头的连接密封操作及检查 增加定位排架数 加强孔道定位 3 2 6 2 穿束 纵向钢绞线为群锚 每束 19 根钢绞线 加之钢绞线较长 为了解决在钢绞线分散穿束过程中 存在的钢绞线互相打扰 长短不一 钢绞线之间的内摩阻增加 整体受理性差 伸长值降低 预应 力的有效性降低的问题 采取统一整体穿束 穿束采用焊接牵引 具体操作方法 采用自制梭板梭 理 铁丝捆扎 完成编束工作 在钢绞线一端焊接成整体 采用卷扬机牵引 完成整体穿束工作 3 2 6 3 预应力张拉 合拢段预应力筋张拉时 先张拉底板纵向束 再张拉竖向及横向预应力筋 底板束张拉一般按 先长筋后短筋的顺序 并对称实施张拉 施加预应力前应对混凝土试验构件做强度检验 要求其强 度达到设计强度的 90 以上方可进行预应力张拉 预应力下料长度 根据计算确定 加工一律采用砂 轮锯或切割机 不得使用电弧焊 编束应梳理顺直 绑扎牢固 防止互相缠绞 张拉应对称同步进行 具体的操作规程及方法同连续钢构预应力张拉施工组织的要求 在张拉 正弯距筋 底板束 过程中 需要有专人观察记录齿板后端梁断面的变化情况 检查是否出现裂纹 3 2 6 4 孔道压浆 孔道压浆采用真空压浆 在真空状态下孔道内的空气 水分以及混在水泥浆中的气泡被消除 使浆体充满整个孔道 保证孔道内浆体的饱满性 且真空压浆是一个连续且迅速的过程 缩短了灌 第 8 页 共 10 页 浆时间 真空泵安装在孔道较低的一侧 灌浆泵安装在较高侧 浆液从低处向高处压更能保证浆体的密 实度 打开阀门进行抽真空 当真空泵油压表读数不变保持恒压 一般为 0 9 1 0MPa 最低不能 低于 0 06MPa 否则应检查孔道是否破损 时表明孔道中空气已抽净 可以进行压浆 压浆过程真空 泵一直打开 当浆体流入与真空泵连接的管道时立即关吊阀门 禁止浆液进入真空泵 压浆泵补压保 持 3 分钟后关掉进浆处阀门待初凝后卸掉 3 2 7 合拢段混凝土施工 3 2 7 1 对混凝土的基本要求 a 要求并具有早强 微膨胀的效果 b 混凝土坍落度控制在 18cm 左右 要求拌和物和易性良好 易于泵送 C 配合比经过中心实验室批复的 C50 配合比 3 2 7 2 混凝土的灌注 合拢段混凝土灌注宜选择在一天中气温相对较低时 一般选择在凌晨 一般根据几天连续观测 温度的情况决定 尽量保证新浇的混凝土处于温度缓慢上升的环境中 在受压状态下达到终凝 以 防混凝土开裂 合拢段混凝土共计 11 1m3 混凝土的灌注采用输送泵泵送 浇注速度以 12m3 h 计算 施工动 作应迅速地进行 控制在 1 小时内完成 合拢锁定及浇注混凝土需在一个晚上完成 根据施工时的 季节 气温而定 在合拢段劲性骨架处 骨架内不宜振捣到位 采用开小窗以小口径振捣器进行振捣 以确保骨 架内砼的质量 以防止出现漏振的现象 合拢时派专人排放悬臂两端水箱中配重 保证 T 构的平衡及合拢的稳定 排水重量需根据入模 混凝土重量效应平衡 同步地进行 并安排测量人员在浇注的整个过程中对悬臂梁的标高随时进行 测量 分析 指导配重的调整 3 2 7 3 混凝土的养护 合拢段混凝土灌注完毕后应及时进行二次抹面处理 以防止干缩裂缝 并用麻袋或草被覆盖洒 水养护 当在施加预应力前的时间段内日照温差过大时 悬臂梁需进行覆盖或洒水调温 同时在箱 室内进行用鼓风机通风等措施来减少日照温差以及水泥水化热等引起悬臂端变位对合拢段混凝土产 生影响 混凝土的养护 指派专人负责 覆盖 洒水养护 使混凝土尽快达到张拉条件 使合拢段两 端在预应力作用下整体受力 4 劳力组织及机具配置 表 1 合拢段施工劳力组织表 第 9 页 共 10 页 序号工序名