一、悬臂拼装施工
(一) 概述
悬臂拼装施工包括块件的预制、运输、拼装及合龙。它与悬浇施工具有相同的优点, 不同之处在于悬拼以吊机将预制好的梁段逐段拼装。此外还具备以下优点:
1. 梁体的预制可与桥梁下部构造施工同时进行,平行作业缩短了建桥周期。
2. 预制梁的混凝土龄期比悬浇法的长,从而减少了悬拼成梁后混凝土的收缩和徐变。
3. 预制场或工厂化的梁段预制生产利于整体施工的质量控制。
(二) 悬拼施工方法
1. 梁段预制方法分长线法及短线法。
2. 长线法,组成梁体的所有梁段均在固定台座上的活动模板内浇筑且相邻段的拼合面应相互贴合浇筑,缝面浇筑前涂抹隔离剂,以利脱模。优点是由于台座固定可靠,成桥后梁体线性较好,缺点是占地较大,地基要求坚实,混凝土的浇筑和养护移动分散。
长线法施工工序:预制场、存梁区布置→梁段浇筑台座准备→梁段浇筑T梁段吊运存放、修整→梁段外运→梁段吊拼。
3. 短线法,梁段在固定台座能纵移的模内浇筑。待浇梁段一端设固定模架,另一端为已浇梁段(配筑梁段),浇毕达到强度后运出原配筑梁段,达到强度要求梁段为下一待浇梁段配筑,如此周而复始,台座仅需3个梁段长。优点是场地较小,浇筑模板及设备基本不需要移机,可调的底、侧模便于平竖曲线梁段的预制;缺点是精度要求高,施工要求严,施工周期相对较长。
(三) 梁段的拼接施工
1. 0号块:为了确保连续梁分段悬拼施工的平衡和稳定,常与悬浇方法相同,将构件支座临时固结,必要时在墩两侧加设临时支架以满足悬拼的施工需要。
2. 1号块:1号块是紧邻0号块两侧的第一箱梁节段,也是悬拼构件的基准梁段,是全跨安装质量的关键,一般采用湿接缝连接。湿接缝拼装梁段施工程序包括:吊机就位→提升、起吊1号梁段→安设铁皮管→ 中线测量→丈量湿接缝的宽度→调整铁皮管→ 高程测量 →检査中线→固定1号梁段→安装湿接缝的模板→浇筑湿接缝混凝土→湿接缝养护、拆模 →张拉预应力筋→下一梁段拼装。
3. 其他梁段拼装:釆用胶接缝拼装,拼装施工程序包括:吊机就位→起吊梁段→初步定位试拼→检查并处理管道接头→移开梁段→穿临时预应力筋入孔→接缝面上涂胶接材料→正式定位、贴紧梁段-张拉临时预应力筋→放松起吊索→穿永久预应力筋→张拉预应力筋后移挂篮→下一梁段拼装。
(四) 预制梁块悬臂拼装时应注意的要点
1. 梁段的存放场地应平整,承载力应满足要求,支垫位置应与吊点一致。
2. 节段预制前,应在预制场地建立精密测量的平面控制网和高程控制网,并设置测量控制点、测量塔及靶标。测量控制点应设在远离热源和震动源的位置,且应具有良好的 通视条件,必要时应设置备用的测量控制点。
3. 预制块件的悬臂拼装可依据设备和现场条件选用。若方便在陆地上或在便桥上施工时,可采用自行式吊车、门式吊车进行拼装;对于水中桥跨,可采用水上浮吊进行安装;对于高墩身的桥跨,可利用各种吊机进行高空悬拼施工。
4. 桥墩顶梁段及桥墩顶附近梁段施工时,可采用托架或膺架为支架就地浇筑混凝 ±o托架或膺架应经过设计,计算其弹性及非弹性变形。
5. 应保证拼装的第一个梁块(基准块)的预制精度,安装时应对纵、横轴线、高程进行精确定位测量,为以后的拼装创造条件。
6. 采用悬臂拼装法修建预应力悬臂梁桥时,应先将梁、墩临时锚固或在墩顶两侧设立临时支承,待全部块件安装完毕后,再撤除临时锚固或支承。
7. 节段拼装施工前,应对预制节段的匹配面进行必要的处理,并应确定接缝施工的方法和工艺。在悬臂拼装施工过程中,应跟踪监测各节段梁体的挠度变化情况,控制其中轴线及高程;当实测梁体线形与设计值有偏差时,应及时进行调整。
8. 施工前应按施工荷载对起吊设备进行强度、刚度和稳定性验算,其安全系数应不小于2.0,节段起吊安装前,应对起吊设备进行全面安全技术检查,并应分别进行1.25倍设计荷载的静荷和1.1倍设计荷载的动荷起吊试验,经检查及起吊试验符合要求后方可正式 进行节段的起吊拼装。
9. 节段悬臂拼装时,桥墩两侧的节段应对称起吊,且应保证桥墩两侧平衡受力,最大不平衡力应符合设计规定。
10. 采用胶接缝拼装的节段,涂胶前应就位试拼。胶粘剂进场后应进行力学性能及作业性能的抽检,其各项性能应满足结构设计与节段拼装施工的要求。节段的匹配面应平整,对尘土、油脂等污染物及松散混凝土、浮浆应清除干净,涂胶前的匹配面应进行干燥处理。
11. 胶粘剂宜采用机械拌合,且在使用过程中应连续搅拌并保持其均匀性,胶粘剂应涂抹均匀,覆盖整个匹配面,涂抹厚度不宜超过3mm。对胶接缝施加临时预应力进行挤压时,挤压力宜为0.2MPa,胶粘剂应在梁体的全断面挤出,且胶接缝的挤压应在3h以内完成;当施工时间超过明露时间的70%时,在固化之前应清除被挤出的胶结料。胶粘剂在涂抹和挤压时,应采取措施对预应力孔道的端口处进行防护,防止胶粘剂进入孔道内。
12. 釆用胶接缝的节段,在拼装工作结束并经检查符合要求后,应立即施加预应力对接缝进行挤压。湿接缝块件应待混凝土强度达到设计强度等级的80%以上时,才能张拉预应力束。
13. 体系转换应按设计顺序进行。
二、悬臂浇筑施工
(一) 概述
适用于大跨径的预应力混凝土悬臂梁桥、连续梁桥、T形刚构桥、连续刚构桥。其特点是无须建立落地支架,无须大型起重与运输机具,主要设备是一对能行走的挂篮。
(二) 施工准备
1. 挂篮设计及加工
(1) 挂篮是悬浇箱梁的主要设备,它是沿着轨道行走的活动脚手架及模板支架。国内外现有的挂篮按结构形式可分为桁架式、三角斜拉带式、预应力束斜拉式、斜拉自锚式;按行走方式可分为滑移式和滚动式;按平衡方式可分为压重式和自锚式。对某一具体工程,应根据梁段分段情况,根据对挂篮的重量、要求承受荷载及施工经验对挂篮进行认 真详细的设计。除必须满足强度、刚度、稳定性要求外,还要使其行走、锚固方便可靠, 重量不大于设计规定。挂篮由主桁架、锚固、平衡系统及吊杆、纵横梁等部分组成,由工厂或现场根据挂篮设计图纸精心加工而成。挂篮试拼后,必须进行荷载试验。
(2 )挂篮与悬浇梁段混凝土的重量比不宜大于0.5,且挂篮的总重应控制在设计规定的限重之内。
(2) 挂篮的最大变形(包括吊带变形的总和)应不大于20mm。
(4) 挂篮在浇筑混凝土状态和行走时的抗倾覆安全系数、自锚固系统的安全系数、 斜拉水平限位系统的安全系数及上水平限位的安全系数均不应小于2。
(5) 挂篮制作加工完成后应进行试拼装。挂篮在现场组拼后,应全面检査其安装质量,并应进行模拟荷载试验,符合挂篮设计要求后方可正式投入使用。
2. 0号、1号块的施工:挂篮是利用已浇筑的箱梁段作为支撑点,通过桁架等主梁系统、底模系统,人为创造一个工作平台。对于0号、1号块挂篮没有支撑点或支撑长度不够,需采用其他方式浇筑。一般采用扇形托架浇筑。扇形托架可用万能杆件、贝雷片或其他装配式杆件组成,托架可支撑在桥墩基础承台上或墩身上。托架除须满足承重强度要求 外,还须具有一定的刚度,各连续点应连接紧密,螺栓旋紧,以减少变形,防止梁段下沉和裂缝。
3. 临时固结:对于连续箱梁,梁与墩未固结在一起,施工时,两侧悬浇施工难以保持绝对平衡,必须在施工中采取临时固结措施,使梁具有抗弯能力。临时固结一般采用在支座两侧临时加预应力筋,梁和墩顶之间浇筑临时混凝土垫块。将梁固结在桥墩上,使梁具有一定的抗弯能力。在条件成熟时,再采用静态破碎方法,解除固结。
(三) 悬臂浇筑施工工艺流程
悬臂浇筑梁段混凝土分次浇筑施工工艺流程:挂篮前移就位→挂篮静载试验→安装梁段底模及侧模→安装底板及腹板钢筋→梁段底板混凝土浇筑及养护,安装内模、顶模及腹板内预应力管道→安装顶板钢筋及顶板预应力管道,接缝混凝土处理→浇筑腹板及顶板混凝土→检查并清洁预应力管道→梁段混凝土养护→拆除端模板→穿预应力钢筋→张拉预应力钢筋→管道压浆→封锚。如梁段混凝土釆用一次整体性浇筑,则应在安装好底模及侧模后,制作完成底板、腹板普通钢筋和预应力钢筋,然后安装内模,制作顶板的普通钢筋和预应力钢筋,安装端模,再浇筑整个梁段混凝土,混凝土养护,预应力钢筋张拉等。
(四) 悬臂浇筑施工中应注意的要点
1. 主梁各部分的长度应充分考虑主梁的形式、跨径、墩宽、挂篮的形式以及施工周期来确定。0号段长度—般为5 ~ 20m,悬浇分段长度一般为3 ~ 5m。
2, 桥墩顶梁段及桥墩顶附近梁段施工时,可采用托架或膺架为支架就地浇筑混凝 ±o托架或鹰架应经过设计,计算弹性及非弹性变形。
3, 在梁段混凝土浇筑前,应对挂篮(托架或膺架)、模板、预应力筋管道、钢筋、 预埋件、混凝土材料、配合比、机械设备、混凝土接缝处理情况进行全面检査,经确认后 方可浇筑。
4. 悬臂施工过程中,若梁身与墩身采用非刚性连接,为保证结构的稳定性,悬臂梁桥和连续梁桥应实施0号块梁段与桥墩间临时固结支承措施;对于刚性连接的T形刚构、 连续刚构梁,因结构本身已具有一定的抗弯能力,可根据设计和施工要求在墩旁架设临时托架等方法进行施工。临时固结支承可采用如下措施:
(1) 将0号块梁段与桥墩钢筋或预应力筋临时固结,待解除固结时再将其切断。
(2) 在桥墩一侧或两侧设置临时支承或支墩。
(3) 顺桥向用扇形或门式托架将0号块梁段临时支承,待悬浇到至少一端合龙后恢复原状。
(4)临时支承可用硫磺水泥砂浆块、砂筒或混凝土块等卸落设备,以使体系转换 时,较方便地撤除临时支承。当采用硫磺水泥砂浆块作临时支承的卸落设备,并采用高温 熔化撤除支承时,必须在支承块之间设置隔热措施,以免损坏支座部件。
5. 挂篮安装时应保证安全、稳定、可靠。
(1) 挂篮的主纵横梁的分联和移动操作应特别精心,以防急剧的塌落和倾覆。
(2) 浇筑混凝土时,后端应锚固于已完成的梁段上,后锚和移动架可采取保险锚、 保险索或保险手拉葫芦等安全措施。
(3) 挂篮桁架在已完成的梁段上行走时,应于后端压重稳定。
(4) 挂篮组拼后,应全面检查安装质量,并对挂篮进行试压,以消除结构的非弹性 变形。挂篮试压的最大荷载一般可按最大悬浇梁段重量的1.3倍考虑。挂篮试压通常采用 水箱加压法、试验台加压法及砂袋法。
6. 悬臂浇筑施工应对称、平衡地进行,两端悬臂上荷载的实际不平衡偏差不得超过设计规定值;设计未规定时,不宜超过梁段重的1/4。悬臂梁段应全断面一次浇筑完成, 并应从悬臂端开始,向已完成梁段推进分层浇筑。
7. 悬臂浇筑的施工过程控制宜遵循变形和内力双控的原则,且宜以变形控制为主。 悬浇过程中梁体的中轴线允许偏差应控制在5mm以内,高程允许偏差为土 lOmmo
8. 挂篮前移时,宜在其后方设置控制其滑动的装置或在滑道上设置止动装置;前移就位后,应立即将后锚固点锁定,防止倾覆。
9. 悬臂浇筑段前端底板和桥面的标高,应根据挂篮前端的垂直变形及预拱度设置, 施工过程中要对实际高程进行监测,如与设计值有较大出入时,应会同有关部门查明原因进行调整。
10. 安装模板后,应严格核准中心位置及标高、校正中线。
(1) 组装模板并校正中线,外模及框架的长度和高度应能适应各节段的变化。内模由侧模、顶模和内框架组成,应便于拆模和修改。
(2) 如上一节段施工后出现中线或高程误差需要调整时,应在模板安装时予以调整。
(3 )模板和前一节段的混凝土面应平整密贴。
11. 对纵向预应力长钢束的张拉';宜通过必要的试验确定其张拉程序和各项参数,张拉持荷时间宜增加1倍;当钢束的伸长值不能满足要求时,可采取补张拉或反复张拉的措 施,但张拉应力不得超过设计规定的最大控制应力。横向预应力釆用一端张拉时,其张拉 端宜在梁两侧交错设置。竖向预应力宜釆取反复张拉的方式进行,反复张拉的次数应以钢 束的伸长值是否达到要求且是否可靠锚固而定。
12. 挂篮行走前要测定已完成节段梁端标高,并定出箱梁中轴线。当解除挂篮的后锚固后,挂篮沿箱梁中轴线对称向两端,每前进50cm作一次同步观测,防止挂篮转角、偏位造成挂篮受,扭。
13. 悬臂浇筑一般应全断面一次浇筑成型,如箱梁断面较大需分次浇筑时,除按相关要求处理好施工缝外,还应釆取措施消除后浇混凝土的重力引起的挂篮变形,避免现浇混凝土开裂。
14. 箱梁截面混凝土浇筑顺序应按设计要求进行,若设计无明确要求,一般应按下列 顺序进行浇筑:
(1)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。
(2) 浇筑混凝土时,应加强振捣,对于高箱梁混凝土施工,可采用内侧模开仓振捣。
(3) 在浇筑混凝土的同时应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。
15, 为提高混凝土早期强度,以加快施工速度,在设计混凝土配合比时,一般加入早强剂或减水剂。混凝土梁段浇筑周期一般为5~7d,为防止混凝土出现过大的收缩、徐变,应在配合比设计时按规范要求控制水泥用量。
16. 混凝土浇筑完毕后应进行养护,待养护达到设计强度规定或规范规定,并经过孔道检查、修理管口弧度后,即可进行穿束、张拉、压浆和封锚等工作。
(五) 连续梁的合龙、体系转换和支座反力调整
1. 合龙施工前应对两端悬臂梁段的轴线、高程和梁长受温度影响的偏移值进行观测, 并应根据实际观测值进行合龙的施工计算,确定准确的合龙温度、合龙时间及合龙程序。
2. 合龙顺序应按设计要求办理,设计无要求时,一般先边跨,后次中跨,再中跨。 多跨一次合龙时,必须同时均衡对称地合龙。合龙时,桥面上设置的所有临时荷载均应与监控单位和设计单位协商决定。
3, 对两端的悬臂梁段釆取施加水平推力的方式调整梁体的应力时,千斤顶的施力应对称、均衡。
4, 合龙时,宜采取措施将合龙口两侧的悬臂端予以临时刚性连接,再浇筑合龙段混 凝土。合龙段的混凝土宜在一天中气温最低且稳定的时段内浇筑,浇筑后应及时覆盖洒水 养护。
5, 合龙时在桥面上设置的全部临时施工荷载应符合施工控制的要求。对预应力混凝土连续梁,合龙后应在规定的时间内尽快拆除墩梁临时固结装置,按设计规定的程序完成体系转换和支座反力调整。
6. 体系转换及支座反力调整,应按设计程序要求施工。
(六) 施工中易出现的问题及预防措施
1. 箱梁腹板出现斜向裂缝
悬臂现浇混凝土箱梁拆模后张拉预应力索,腹板混凝土出现裂缝。一种是有规律地出现于与底板约呈45。的斜裂缝。另一种为沿预应力索管方向的斜向裂缝,往往是靠近锚头 处裂缝开展较宽,逐渐变窄而至消失。
(1 )原因分析
① 出现与底板呈45。斜裂缝的原因极可能是该区域的主拉应力超过了该处的预应力索 和普通钢筋的抗剪力及混凝土的抗拉强度,也有可能是混凝土拆模时间过早,混凝土尚未 达到其设计抗拉强度。
② 出现沿预应力索管方向的裂缝的原因往往是由于预应力索张拉时,索管及其周边混凝土受到较集中的压应力,由于柏松效应导致索管及其周边混凝土受到索管径向的巨大张力,如保护层混凝土不足以抵抗拉应力,则会在其最薄弱处开裂。
(3) 混凝土未达到拆模、张拉的龄期或强度。
④ 腹板的非预应力普通钢筋网,钢筋间距较大,不能满足抗裂要求。
⑤ 施工临时荷载超载或在作用点产生过大的集中应力。
(2 )预防措施
悬臂现浇混凝土箱梁腹板斜向裂缝的出现往往是设计、施工、材料、工艺等综合因素作用的结果,原因比较复杂。但其中必然有一、两个原因是主要的。为此,应针对不同的情况,采取相应的对策。设计中应注意:
① 布置有弯起预应力筋部位,往往能有效地克服主拉应力,因此在无弯起预应力筋部位应特别注意验算该部位的主拉应力,并布置相应的抗裂钢筋。
② 加密普通钢筋间距以增强抗裂性。必要时可在易发生斜向裂缝的区段,加设钢筋 网片。
③ 在预应力束张拉集中的近锚头区域,增设钢筋网片,提高抗压能力和分散集中力。
④ 施工工况、工艺流程必须与设计相符。如有变更应立即与设计单位联系,核算无 误后方可施工。
⑤ 混凝土未到龄期或强度,不能拆除模板。为掌握混凝土的实际强度,可在浇筑混 凝土时多制作几组混凝土试块,在不同龄期进行试验。
2. 箱梁拆模后在腹板与底板承托部位出现空洞、蜂窝、麻面
箱梁浇筑混凝土拆模后,在底板与腹板连接处的承托部位,部分腹板离底板1m高范围内出现空洞、蜂窝、麻面。
(1 )原因分析
① 箱梁腹板一般较高,厚度较薄,在底板与腹板连接部位钢筋较密,又布置有预应力筋使得腹板混凝土浇筑时不易振实,也有漏振情况,易造成蜂窝。
② 若箱梁设置横隔板,一般会设预留入孔,浇筑混凝土时从预留入孔两边同时进 料,易造成预留孔下部空气被封堵,形成空洞。
③ 浇筑混凝土时,若气温较高;混凝土坍落度小,模板湿水不够,局部钢筋太密, 振捣困难,易使混凝土出现蜂窝,不密实。
④ 箱梁混凝土浇筑量较大,若供料不及时,易造成混凝土振捣困难,岀现松散或冷缝。
⑤ 模板支撑不牢固,接缝不密贴,易发生漏浆、跑模,使混凝土产生蜂窝、麻面。
⑥ 施工人员操作不熟练,振捣范围分工不明确,未能严格做到对相邻部位交叉振 捣,从而发生漏振情况,使混凝土出现松散、蜂窝。
(2 )防治措施
① 箱梁混凝土浇筑前应做好合理组织和分工,对操作人员进行技术交底,划分振捣范围,浇筑层次清楚,相互重复振捣长度应取50cm左右,一边下料。
② 对设置横隔板的箱梁,混凝土要轮流从横隔板洞口一边下料,并从洞口下另一边振出混凝土,避免使空气封堵在洞口下部,这样就不易在洞口下部形成空洞。
③ 合理组织混凝土供料,如采用商品混凝土,现场宜有临时备用搅拌设备,以便当商品混凝土因运输或其他原因带来供料中断时予以临时供料。
④ 根据施工气温,合理调整混凝土坍落度和混凝土水胶比,当气温高时,应做好模 板湿润工作。
⑤ 当箱梁腹板较高时,模板上应预留人孔处,使得振捣棒可达到各部位。
对箱梁底板与腹板承托处及横隔板预留入孔处,应重点进行监护,确保混凝土浇筑质量。