预应力混凝土箱型连续梁 支架法现浇施工技术

预应力混凝土箱型连续梁支架法现浇施工技术中铁大桥局三公司珠海项目部李进摘要: 按满布支架法和梁柱支架法分别提出了混凝土箱梁现浇施工中易被忽视的问题和处理措施, 建立了受力分析模型, 并结合工程实例进行了分析。

分次浇筑预应力混凝土箱梁会在混凝土内产生残余应力, 可通过选择合理的施工方法和浇筑顺序减小残余应力。

关键词: 箱梁; 支架法; 施工技术1 引言随着我国道路交通设施尤其是高速公路建设的发展, 现浇预应力混凝土及钢筋混凝土箱型连续梁的应用越来越广泛。

由于该种梁型跨越能力大、抗扭能力强、行车平顺、外观美观流畅、施工方便, 因而在跨越道路及一般沟河的桥梁、互通立交桥群建设中被广泛地采用。

正是由于该种桥梁施工技术应用的广泛性, 施工中的某些技术要点没有得到严格认真的分析研究而被忽视, 导致了某些工程质量事故的发生。

常见的质量事故有梁体底板或顶板开裂、线形失真等。

一旦出现这类质量问题, 补强非常困难, 容易留下质量隐患, 降低结构的强度和耐久性。

因而, 有必要针对预应力混凝土箱型连续梁支架法现浇施工关键技术进行研究探索。

2 箱型连续梁支架法现浇施工的主要工序从设计上分类, 常见的支架法现浇箱型连续梁有两种类型: 一是整联一次立架现浇、整体张拉的预应力混凝土连续梁; 二是逐孔立架现浇、分次张拉的预应力混凝土连续梁。

该两种桥梁结构除了支架搭设长度、预应力施工不同外, 其它关键施工工序工艺基本类似, 不再分别叙述。

从施工支架上分类, 目前常见的施工方法有梁柱式支架和满布式支架。

其主要施工工序分别叙述如下。

2. 1 满布式支架施工工序工艺2. 1. 1地基处理(1) 原地面整平压实。

清除地表腐植土, 根据地基土质, 选用合适的压实设备, 将地面压实到最佳密实度。

两侧挖排水沟, 及时疏排地表水。

(2) 铺设垫层、压实。

根据当地施工条件, 选择合适的垫层材料, 如岩碴、碎石、砂、混凝土、灰土等, 分层铺设夯实, 提高地基的承载能力, 将支架荷载均匀分布到原地面。

(3) 铺设垫木。

根据支架立柱荷载大小确定垫木的间距和合理截面尺寸。

2. 1. 2满布支架搭设满布支架应时行荷载检算, 搭设中应严格控制支架的标高, 以确保各杆件均匀受力。

2. 1. 3梁体外模支立按照梁体立模标高将立柱顶标高严格调平, 然后铺设纵横支撑梁、外模系统。

2. 1. 4预压预压的目的是消除支架、地基的非弹性变形, 保证梁体线形和浇筑质量, 同时对支架系统亦是检验。

预压的方式可采用砂袋或水箱加载。

加载大小可选用计算荷载的95～ 105%。

加载时间应以沉降稳定来控制。

2. 1. 5钢筋绑扎及内模支立预应力孔道应定位牢固, 在电焊等作业过程中采取措施防止孔道损伤。

混凝土全断面一次浇注时, 内模系统应采取可靠措施防止上浮。

2. 1. 6混凝土浇筑根据混凝土拌合运输浇筑能力和连续梁孔跨布置情况, 可采用分段浇筑、全部一次浇筑, 全断面一次浇筑或分次分部浇筑等方法。

2. 1. 7预应力施工预应力孔道应严格按设计尺寸与钢筋骨架连接定位, 孔道应有足够的强度和刚度, 并能始终保持圆顺,减少预应力损失。

锚下螺旋钢筋和钢筋网能有效增加混凝土的局部承压能力, 施工前应按现行设计规范检算、配置。

预应力张拉应按照全截面均匀、对称、逐级、逐批进行, 避免或减少附加应力和次应力的产生。

2. 1. 8支架拆除对于拆除过程中支架的变形和受力变化情况应认真分析, 制定合理的拆除顺序和步骤, 分段分部拆除。

防止拆除过程中支架受力集中, 造成梁体开裂或安全事故。

2. 2 梁柱式支架施工工序梁柱式支架基础常见的有扩大基础、钢管桩基础、片石笼基础等。

根据桥墩基础实际布置情况, 亦可部分利用桥墩基础。

便梁孔跨布置主要依据便梁力学性能、混凝土浇筑能力、混凝土凝结时间参数及浇筑方式等综合考虑确定。

支架梁不宜采用连续布置。

梁柱式支架施工其它工序与满布式支架施工工序类似, 在此不再赘述。

3 预应力混凝土箱型连续梁支架法现浇施工技术探析预应力混凝土箱型连续梁支架法现浇施工在施工规范及有关桥涵施工技术手册中均有论述, 但对某些关键技术缺少理论分析研究, 因而使得施工人员在施工实践中缺少相应的定性或定量的认识, 导致了一些技术质量事故的发生。

以下就这些问题进行初步分析研究。

3. 1 满布支架施工基础处理满布支架基础垫木是支撑于地基上的弹性地基梁, 在施工方案的制定中应进行支架的荷载分析,地基沉降变形分析, 以确定合理的预拱度及垫层厚度, 确保梁体线形和降低施工成本。

3. 1. 1支架的荷载分析施工荷载主要有以下项目组成:(1) 模板及其支架自重;(2) 混凝土自重;(3) 钢筋自重;(4) 施工人员及施工设备荷载;(5) 振捣混凝土时产生的荷载;(6) 倾倒混凝土时产生的荷载;在检算支架系统的强度时, 以上荷载均应考虑。

在变形分析及预拱度设置时, 不计(4)～ (6) 项荷载。

3. 2 混凝土分次浇筑问题预应力混凝土连续梁的浇筑顺序或浇筑方式方法问题, 在一般施工规范和施工图设计中没作具体的要求。

为了避免浇筑中引起混凝土开裂, 只是简单要求先浇变形较大的跨中部位混凝土, 对于桥墩、支架墩这些变形较小的位置处不宜一次连续浇筑, 应设置施工缝,作为后浇带浇筑二次混凝土。

这样作虽然避免了混凝土的开裂, 但是却给施工组织上造成了较大的难度, 对工期影响较大, 并且对梁体外观质量影响较大。

对于梁体断面是一次浇筑还是设置施工缝分次浇筑, 则不作交待。

在实际施工中, 不论是梁柱式支架还是满布式支架, 从纵向来说, 为方便施工组织, 往往是从一端向另一端浇筑, 或从两端向中间浇筑。

对于大断面箱梁来说, 为了内模支立和混凝土浇筑方便, 对底板、腹板、顶板往往分二至三次浇筑。

至于分段或分次浇筑中梁体的变形和内力分布有何变化, 则没有分析研究。

3. 2. 1箱梁的分次浇筑问题研究对底板、腹板、顶板分次浇筑的箱型连续梁, 由于是在前次混凝土终凝后再浇筑后续混凝土, 后浇混凝土作为二次荷载施加于已浇梁及支架梁上。

由于支架梁的刚度与混凝土箱梁刚度相比较小, 因而二次(或三次) 荷载主要由已成梁承受。

3. 2. 1. 1分次浇筑的梁段受力计算模型梁柱式支架施工方式中, 分次浇筑的梁段在二次荷载作用下的受力计算比较复杂, 它是由支架梁和已浇部分梁截面共同承受的, 由于混凝土箱梁底板与支架梁之间没有抗剪连接, 因而又不同于钢混结合梁。

但是, 其变形是相互协调的, 即在二次荷载作用下, 竖向变形及转角变化是一致的。

据此, 可以进行适当简化近似建立其结构受力计算模型:(1) 已浇梁体截面可以看作多点支撑于支架梁上的钢筋混凝土连续梁;(2) 支撑杆两端固结于混凝土底板和支持梁杆件上;(3) 支撑杆的抗压模量E A 为无穷大, 抗弯模量E I为无穷小, 以保证竖向变形协调一致和不同的水平变位;(4) 转角变形可借助支撑杆的加密而趋于协调。

按照该计算模型, 借助计算机结构分析, 即可进行定性或定量的近似计算。

对于满布式支架支撑系统, 由于支架支撑于弹性地基上, 计算比较复杂, 但模型的建立具有类似之处,不再赘述。

3. 2. 1. 3结论(1) 分次浇筑与全断面一次浇筑相比, 梁体截面会产生施工残余应力, 对预应力效果有一定影响, 设计中应予以考虑;(2) 不同的分次浇筑方法对梁体的残余应力影响程度不同, 严重时会引起混凝土开裂;(3) 在梁式支架的跨中截面表现为底板受拉、腹板及顶板受压, 在不易变形的支点截面处表现为底板受拉、腹板及顶板受拉;(4) 一般情况下应尽可能减少分次浇筑次数, 且首次浇筑断面应尽可能大。

条件具体时宜全断面一次浇筑。

3. 2. 2梁体的浇筑顺序问题梁体混凝土纵向浇筑的先后顺序以及是否设置合拢段(后浇段) , 主要是考虑支架的变形对已浇筑混凝土的质量影响, 即避免已浇混凝土因后续混凝土浇筑造成开裂, 重点是支点处混凝土与其它部位混凝土浇筑的先后顺序。

当满足以下原则时, 混凝土可以连续浇筑。

否则, 宜设置合拢段(后浇段) , 浇筑二次混凝土。

(1) 混凝土应从变形较大的支架跨中向两侧浇;(2) 对变形较敏感的支架支点处应在对其变形有影响的其它部位浇筑完成后最后浇筑;(3) 对变形互有影响的支架混凝土必须在混凝土初凝期内浇筑完毕。

连续浇筑时, 对简支支架其相互影响范围应为2 跨; 对连续支架其相互影响范围应为2联。

所以, 应根据相互影响范围内混凝土方量确定拌合、运输、浇筑能力, 以及混凝土的缓凝时间.(4) 宜选用简支支架系统;(5) 支架在满足强度的条件下必须满足一定的刚度要求(《公路桥梁施工技术规范》规定挠度为跨度的1/400,《公路施工手册: 桥涵》规定挠度为跨度的1/1 000) .3. 3 其它施工问题3. 3. 1内模的处理开放式内模即不设置内模底板, 以便于底板混凝土振捣和质量保证。

在内模纵向带木背后封闭的环向骨架支撑, 环向骨架间距布置时需考虑纵向带木和环向骨架强度和刚度。

内模可悬吊于顶板钢筋上以固定其位置。

分次浇筑时, 为方便施工, 顶板钢筋的绑扎可待腹板浇完后进行, 此时内模可通过支撑于腹板上的横梁悬吊定位。

为克服内模上浮, 可采用底板底模与内模环向骨架对拉的方式。

但该做法对混凝土的外观质量有影响。

一般可通过控制混凝土的浇筑予以解决。

3. 3. 2混凝土的浇筑底板和腹板混凝土宜按纵向分段、竖向分层、横向按腹板逐条浇筑的原则进行, 顶板混凝土沿横向连续浇筑。

通过对混凝土坍落度的控制, 使混凝土自然流淌到箱内底板, 当浇筑面超过腹板底倒角时, 转到另一腹板浇筑。

此时, 混凝土对内模的浮力应小于内模自重,并应有一定的安全系统。

否则, 应适当增加内模压重。

一次浇筑的混凝土应在其初凝时间内完成。

宜使用混凝土泵送车向浇筑面运送混凝土, 减少对已浇混凝土的扰动。

3. 3. 3支架的拆除支架应按对称、同步的原则, 分步骤拆除。

当一跨箱梁采用多跨支架支撑时, 宜首先分级卸落混凝土箱梁跨中支撑。

4 结束语支架法现浇混凝土箱梁受诸多因素影响, 方案的制定应密切结合施工现场实际, 逐一检算、论证, 并进行技术、经济对比, 择优选用。

在承载力良好、稳定的地基上现浇箱梁, 且梁底距地面高差不大时, 可优先考虑满布支架法现浇方案。

支架预压是箱梁现浇前的重要环节, 加载顺序和荷载大小应与设计的施工过程相吻合, 并应进行加载前、加载后和加载过程中对支架、基础的观测, 得出支架的弹性变形和非弹性变形仍保持原状, 并与计算的数值进行对比分析, 确认无误后方可组织现浇施工。

采用加载预压可消除支架的非弹性变形; 采用堆载预压, 并按现浇的混凝土荷载等量、同步卸载的方法, 可最大限度地减少支架的弹性变形量, 但应注意保持增加混凝土荷载与减少预压荷载对支架变形的影响相抵消。