支架法悬臂浇筑施工工艺及其应用

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  摘要:为了解决悬臂梁在施工中的成桥标高及线形问题,为使施工更加安全,质量控制更有保证,通过对支架法悬臂浇筑施工工艺的介绍,探讨了0#块临时固结和悬臂梁合龙的技术,阐述了支架地基处理、支架搭设及支架预压的控制要点,提出支架法在悬臂梁施工中的优越性和可操作性。
  关键词:支架;悬臂梁施工工艺;应用
  悬浇施工中常因挂篮及梁体自重的影响,使桥梁成桥标高很难与设计吻合,虽然在施工中不断进行预抛高值校正,但拟合标高仍与设计有误差,当此差值达到一定数值时,桥梁线形就会受到影响,必须通过调整纵坡来实现。要解决这一问题,就必须采取措施控制施工中悬臂端下挠的问题,支架法悬浇施工正是通过下承的方式来实现梁段的施工,消减了施工中悬臂梁的下挠度,克服了悬臂梁施工调整桥面标高的通病。
  1 支架法悬臂浇筑连续箱梁施工工艺流程(图1)
  2 操作要点
  2.1地基处理
  1)地基回填和压实
  對承台基坑、淤泥彻底进行清理,然后用土回填碾压。一般采用与原地基相同性质的土进行回填,个别软弱地基处填以石灰土或砂砾。地基土进行分层回填和压实,碾压密实后做地基承载力试验。
  图1 支架法悬臂浇筑连续箱梁施工工艺流程图
  地基土回填压实后,上铺35~50cm厚的砂砾,碾压后压实度达95%。顶面铺厚度不小于15cm的水泥稳定砂砾,压实度96%以上;地下水位较高的地基,可考虑顶面浇筑10~15cm的C20混凝土。处理好的地基顶面做成向外且不小于1%的横坡,且高于原地面,利于排水。
  2)支架基础排水系统
  为使整个支架的基础不至于浸泡在水中而发生下沉,在支架的两侧各1m以外通常设置排水沟2条,每50~80m设集水坑1个,做到有水及时排出。
  3)地基承载力试验
  对处理好的支架基础做承载力试验。试验方法为:在认为比较软弱的地基上划出7.2m×2.4m的地块,按支架立杆间距做支承加载平台。加载前对平台的高程观测一次,然后用相当于1.1倍箱梁与支架自重的总荷载进行加压。在加载过程中,平均每2h观测一次,连续3次观测在24h内沉降量小于1mm,即可确认地基承载力达标。卸载后再对平台高程观测一次,根据观测记录计算出地基的弹性变形及下沉量,做为调整底模标高的基础数量以备使用。
  2.2支架搭设(图2)
  支架搭设采用多功能碗扣式支架,主要构件由长度不同的立杆与横杆、底托、顶托及剪刀撑组成。横杆通过立杆上的碗扣锁定并与立杆连成整体,剪刀撑采用φ48mm×3.5mm的普通钢管。支架竖直方向通过顶托调节施工高度,底托则用来调整立杆底部高程,确保碗扣处在同一水平面上。
  (1)支架搭设顺序
  按排距放线→摆底座垫块→放底托、抄平→挂线调节底托螺帽→竖立杆,依次连接横杆→搭至指定高程→搭设各剪刀撑→自检→预压→交付验收。
  (2)碗扣支架使用注意事项
  ①立杆长度未计入其10cm套茬,其组合后高度比按规格计算高10cm。
  ②单根立杆的设计承载力为3t,立杆排距由验算确定;横杆竖向步距一般为120cm,顶层高度不足120cm时,按60cm布设一层横杆进行加强。
  ③支架搭设时,每根立杆底托下水平放置25×25×10cm的C25混凝土预制块,增加托底的地基受力面积。
  图2 支架搭设施工 图3 土袋法支架预压施工
  2.3支架预压(图3)
  为检查支架的整体稳定性及支架基础的实际承载能力,计算支架和地基的弹性变形,消除底模支承系统的非弹性变形,克服混凝土浇筑过程中支架的不均匀沉降,须对支架进行预压。预压一般采用土袋法,也可以用水袋法进行。观测点根据设计文件和监控单位要求布设,通常布设在端头和跨中。支架和地基同时观测,观测时间以加载完首次观测的时刻为准,此后必须在每天的同一时间观测。连续观测3d,当沉降量在24h内小于1mm方可卸载,卸载完成再观测卸载后标高。根据观测记录计算总沉降量和弹性变形量,用以调整底模标高。
  2.4 0号块临时固结(图4)
  采用悬臂浇筑法施工预应力混凝土连续梁桥的过程中,必须考虑施工期间结构的稳定,应用临时锚固或支承措施,以保证工程顺利实施。临时固结结构强度计算需考虑一个节段的不平衡力矩,并验算其稳定性,稳定系数不宜小于1.5。临时锚固、支承措施有:
  1)将0号块与桥墩用钢筋或预应力筋临时固结,完工后切断。临时支承可用硫磺水泥砂浆块、砂筒等,以便结构体系转换时较方便地释放临时固定措施。该法要求在下部结构施工时增设很多预埋件,其位置、精度要求较高。
  图4 0号块临时固结、支承
  2)在桥墩两侧加设临时支承。在墩身两侧设置2根钢管柱,其直径必须依据验算确定,管柱底部与承台预埋钢板焊接牢固,顶部焊接钢板,钢板上焊接锚固钢筋伸进梁底,形成临时锚固、支承体系。
  2.5模板制作安装(图5、图6、图7)
  图5 底模及腹板外模安装
  现浇梁模板采用全木模制作安装。底模采用竹胶板直接铺设于纵梁上,纵梁为10×10cm方木,净距25cm。竹胶板接缝若位于方木空当时,须增设方木,确保模板接缝座实在方木上。纵梁排放在横梁上,横梁为14a槽钢,槽钢置于顶托内。槽钢和顶托之间的空隙,要求使用小方木垫块填塞紧密,避免托顶因两侧集中受压使钢板变形引起过大沉降或支架失稳。侧模及内模均采用竹胶板加肋制成。竖向加强肋为10×10cm方木,间距24cm;横向加强肋为12#槽钢,间距60cm;穿墙螺杆为Φ20国标圆钢制成。
  图6 腹板外模加强肋制作 图7 箱梁内模制作
  2.6 钢筋及预应力管道安装   1)施工顺序:绑扎底板下层钢筋→绑扎底板上层钢筋和上下层钢筋之间的架立筋→绑扎腹板骨架钢筋→安装腹板内预应力管道→固定管道定位网片→绑扎腹板下倒角斜筋→安装箱梁内模→绑扎顶板和翼板下层钢筋→安装顶板预应力管道及定位网片→绑扎顶板上层钢筋和上下层架立筋。
  2)钢筋安装注意事项
  (1)锚垫板应与螺旋筋中轴线垂直,并预先焊好,防止在混凝土振捣过程中造成锚垫板偏斜。
  (2)在底板、腹板钢筋绑扎完毕,进行内模安装应时设脚手板,防止操作人员踩踏底板钢筋。
  (3)钢筋伸出节段端头的搭接长度应满足设计要求,并全部采用焊接。
  (4)钢筋下应设高强度塑料垫块,保证钢筋保护层厚度,垫块数量为4个/m2。
  3)预应力管道安装
  (1)预应力管道严格按设计位置随箱梁施工逐节安装,安装过程中尽量避免反复弯曲,以防管壁开裂。浇筑混凝土前,必须在预应力管道内穿硬质塑料管以防管道变形和漏浆,避免穿束困难。
  (2)放置预应力管道时要注意和前一节段的管道联结接头严密、线形和顺且应留足够的联结长度,宜为10cm。
  (3)预应力管道的连接采用大一号的管道套接,套接重叠长度20cm,并在接缝左、右各5cm长度范围内外缠胶带纸,再用20号铁丝绑扎5~6道。接头要做到无折角、无毛刺、不渗漏,以防堵管或穿束困难。
  2.7混凝土浇筑(图8)
  1)浇筑顺序:浇筑混凝土时,必须从悬臂端开始,两个悬臂端应对称均衡地进行浇筑。先浇筑底板混凝土至腹板下倒角,然后对称分层浇筑腹板混凝土,分层厚度为30cm。浇筑顶板及翼板混凝土时,应从外侧向内侧一次完成,以防发生裂纹。
  2)可视箱梁截面高度情况采用1次或2次浇筑法。采用1次浇筑时,可在顶板中部留一洞口以供浇筑底板混凝土。
  图10 箱梁底板混凝土浇筑
  3)混凝土浇筑宜首选泵送,浇筑混凝土的同时注意对预应力管道的保护,浇筑后应及时对管道清孔,以利穿束。
  4)混凝土浇筑前必须在梁段结合断面处沿横向在左中右部位焊接3根钢筋桩,用于观测箱梁张拉前后梁顶标高,由监测单位计算出下一块件的立模标高。
  5)混凝土浇筑前,在齿板张拉端正上方,预留千斤顶吊装孔和锚筋。下一块件施工前,必须对接缝混凝土进行全断面凿毛处理。
  6)混凝土采用透水土工布覆盖养生,洒水次数以能保持混凝土湿润为准。梁体张拉试件必须与箱梁同条件养生。
  2.8 合龙段施工
  合龙段施工是悬臂梁施工的關键工序,必须引起足够的重视,桥结构随合龙的完成其结构体系也随之发生转换。
  1)合龙顺序必须严格按设计要求进行。
  2)合龙前的准备工作。
  (1)检查支架拆除情况,确保梁体无多余约束,避免混凝土内应力过大。合龙施工前,除0号块临时固结、合龙段及边跨现浇段的支架不能拆除外,应确定其余梁段已与支架脱离。
  (2)复查、调整两悬臂端合龙施工荷载,使其对称相等,如不相等时,应进行压重或减荷调整。
  (3)连续测试温度影响偏移值,观测合龙段在温度影响下梁体长度的变化,检查两悬臂端的标高及轴线,要求两端相对竖向挠度差值不得大于1cm,轴线偏差不得大于1cm。
  3)劲性骨架安装
  如设计有锁定(劲性骨架),按设计施工;若设计无锁定,则必须设置临时锁定,同时应张拉其中几束合龙束,张拉力通过计算确定。劲性骨架安装必须注意以下几点:
  (1)安装钢筋前,先焊接一端的钢接杆,待浇注混凝土前再焊接另一端,钢筋安装时注意预留钢接杆焊接空间。
  (2)考虑当地昼夜温差,焊接一端的钢接杆时,应记录焊接持续时间,以便准确、合理安排劲性骨架安装完成时间。
  (3)合龙温度必须符合设计要求,钢接杆另一端焊接时的外界气温必须在规定范围内,否则钢接杆的长度做适当调整。
  4)合龙段混凝土浇筑
  (1)合龙段混凝土浇筑时间,宜在一天中最低气温时完成。
  (2)所用于合龙段的混凝土强度等级可提高一级,或选用早强、高强、少收缩或微胀的水泥拌制的混凝土,以便尽早张拉
  (3)为防止出现由于新浇混凝土自身收缩而引起的裂纹,在混凝土中加入微量的镁粉做为微膨胀剂。
  (4)浇筑时,每隔20分钟注意活动波纹管内的硬塑料管,确保孔道畅通。
  (5)合龙段混凝土浇筑完毕,立即加强养护,使之保持湿润,并覆盖,以减少日照直射的温度影响。
  2.9支架拆除
  拆架程序应遵守由上而下,先搭后拆的原则,不准分立面拆架或在上下两步同时进行拆架。做到一步一清、一杆一清。
  一般的拆除顺序为:安全网→栏杆→脚手板→剪刀撑→小横杆→大横杆→立杆。对于支架整体而言,拆除顺序为:应该先拆除跨中处支架,再拆除桥墩处支架,由跨中向两侧桥墩方向推进。具体拆除顺序及拆除方式见下图:
  3 材料与设备
  3.1支架
  多功能碗扣式支架,立杆规格有2.4m、1.8m、0.9m及0.3m,横杆规格有0.9m,0.6m及0.3m,0号块临时支承采用Φ900×10mm的钢管柱。
  3.2 分配梁
  碗扣支架纵向分配梁采用10×10cm方木,横向分配梁采用14a槽钢;0号块临时支承分配梁采用45c及28a两种工字钢,横向分配梁采用10×10cm方木。
  3.3 模板
  模板采用2440mm×1220mm×15mm规格的竹胶板,内模背脊使用10×10cm方木。
  3.4 机械设备
  施工中会使用到的主要机械设备为塔吊、汽车吊、混凝土拌和与运输设备、混凝土输送泵及其他小型机具等。
  4 支架法经济性分析及其应用
  以一联长为40+2×65+45m,底板宽6.75m,顶板宽12.75m的双幅桥梁为实例进行分析。在地基处理方面,采用C25混凝土垫块代替混凝土地基硬化,可节约水泥199t;在模板加工制作方面,本工法相较于挂篮法施工,省去了挂篮的费用,使用周转支架650t,消耗木材75m3、竹胶板1957张。支架法施工所采用主要材料为支架,方木及竹胶板。方木可周转使用多次、竹胶板可周转使用3次以上,二者均属可再生资源,模板加工使用的成本相对较低,可以实现对资源的更大化利用。碗扣支架属于多次周转材料,在全国大部分地区均有出租,价格相对适中,长期从事本行业的公司也可采取购买的方式使用。
  支架法适用于桥下无行车要求或者通行车辆较少的陆地桥梁及城市高架桥桥梁的施工,且桥墩高度不宜大于20m。挂篮法一般不受此限制,且对于跨越江、河等大桥也只能采用挂篮法施工。
  5结语
  通过以上阐述,对于陆地现浇桥梁及城市高架桥梁来说,采用支架施工是最经济可靠的选择,但是对于桥下地基软弱的情况,选择施工方案时建议结合软基处理措施进行地基承载力验算和经济性分析。
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