连续梁悬臂浇筑施工工艺与施工控制

一、关于悬臂梁

悬臂施工法是将桥梁的梁部分为若干段,由墩顶开始,两侧同步进行拼装或浇筑直至合龙。按照两侧同步进行施工工法的不同,同步浇筑的为悬臂浇筑法,如图1所示,同步拼装的为悬臂拼装法。其中,悬臂浇筑法是我国目前应用最为广泛的大跨径桥梁施工工法。

挂篮悬臂浇筑法,又称迪维达克法,起源于前西德。自20世纪60年代起出现以来,由于该工法具有的显著特性和优势,使得其不断得到发展,成为目前进行大中跨径桥梁施工中应用最为广泛的技术之一。该工法自20世纪80年代传入我国,由于不受通航、通行的限制,且随着连续梁桥向大跨、多跨的发展,该工法近年来在我国得到了不断的创新,在桥梁建设中得到了普遍的应用。悬臂浇筑法的优势:施工期间对通航或通行的影响很小;梁段逐段施工,且都在挂篮上完成,不需要安装大型起吊设备;梁段采用现浇工艺,可有效确保梁体的稳定性和整体性;每墩有两个工作面平行作业,几个桥墩同时施工,施工效率高,有效缩短工期。

挂篮是悬臂浇筑法施工中最主要的设备。在施工中,要求挂篮具有自重轻,构造简单,坚固稳定,拆装方便,且受力后变形小等特点。挂篮具有很多种类,有平行桁架式、三角形桁架式、弓弦式、斜拉式等。在我国,使用较多的是三角形及菱形结构挂篮。在工程项目施工中,挂篮的选择应根据工程具体情况适当选定。

二、悬臂浇筑法施工工艺

在国内外施工中,悬臂浇筑法是大跨度预应力混凝土梁桥最主要的施工工法。悬臂灌注法,也称为无支架平衡伸臂法、挂(吊)篮法。该工法以墩顶节段0号块为起点,通过在两端加挂挂篮并同步向前移动,按节段逐段对称进行混凝土浇筑,直至合龙。

1、0号段施工

在我国,0号块施工采用落地支架法或钢牛腿托架法较多。在施工中,进行墩身、承台等浇筑完成后,进行墩体的强度检测。符合设计强度要求后,进行永久支座安装和临时支座设置工作。在墩顶设置临时固结支座。当预应力混凝土连续梁桥选择采用悬臂施工时,墩梁铰接不能承受弯矩,则需要在施工过程中采取临时固结措施将墩梁固结,待梁段至少一端合龙后将其解除。

2、挂篮拼装

浇筑好的0号块是挂篮安装的场所。在0号段预应力钢束张拉完毕后,进行挂篮安装(以三角形挂篮为例)。按照安装流程,分别进行滑道、支座及三角形组合梁的安装,连接并锚固组合梁尾部,再进行压重配置和调杆安装。

按设计要求,将底模平台和侧模支架整体起吊,与相应的吊点相连,后下横梁则用吊杆支撑在箱梁底板上。墩顶工作面较窄,故在进行1号段施工时,两侧挂篮应相连。在进行2号段及以后的节段施工中,两侧挂篮分开同步进行作业。为保障施工安全,同时确保挂篮每次变形时的规律一致,应设置专人进行挂篮锚固及保障。挂篮预压加载在于检查挂篮主桁架的受力及变形量以及后锚系统的安全性,使用吊沙袋法较多。

3、挂篮施工

利用挂篮对称悬臂灌注梁段,主要包括挂篮前移,挂篮调整及锚固,钢筋及孔道安装,混凝土灌注及养护,预应力张拉,孔道压浆六个工序循环进行。在施工中,按设计的节段长度,在挂篮内进行与其相匹配的钢筋绑扎、混凝土立模浇筑和张拉预应力等工序。

待本节段施工完毕后,两侧挂篮向前对称移动,进行下一节段施工,如此反复直至合龙。箱型梁体一次浇筑成型。两段对称平衡浇筑。浇筑时,两侧挂篮混凝土不平衡重不能超过5m3。应根据环境温度湿度按验评标准的相关要求进行养护。挂篮行走采用千斤顶顶推方式,也可采用导链在前端拖拉的方式。

轨道行走时,后锚筋不允许松动、拆除。专人统一指挥挂篮行走,应对称、连续、缓慢行走到位。悬臂灌注法每节段长一般为2m~5m(在斜拉桥施工中现已达到8m~10m)。压浆后待水泥浆强度达到20MPa后即可移动挂篮。

为确保梁体湿度,浇筑完毕后使用塑料薄膜、麻袋等覆盖桥面进行浇水养护。待梁体强度达到设计要求的75%后,继续进行穿束、张拉、压浆和封锚等工序。预应力钢束张拉中采取必要的安全防护措施,采取团队协作,统一指挥,明确分工。

4、合龙段施工

合龙段施工是关系到成桥线型的关键。在连续梁施工中,可分为“先边跨后中跨”和“先中跨后边跨”两种合龙方式。在具体项目中,根据施工条件合理确定,再按设计要求进行合龙施工。为确保梁体的整体性,施工前需将T构上不必要的施工荷载全部清除,剩余荷载应处于相对平衡状态。

为确保合龙精度和设计线形,合龙施工须对称同步进行,应结合现场实际情况进行质量控制,采取措施避免出现合龙段端部的“剪力差”变位。在合龙段施工中,采取有效的安全防护措施。按照既拉又撑的原则,在梁体变形相对最小和温度变化最小时段内需完成刚性支撑锁定,支撑锁定需对称、均衡、同步。

要迅速完成合龙块劲性骨架的焊接,并形成钢接。合龙段浇筑施工一次浇筑成型,应选在日气温较低,温度变化幅度小的时间区内。很多工程项目多选定在夜间温度最低时进行。加强合龙段混凝土浇筑时的振捣和浇筑后的养护,以防止早期裂缝的出现。

5、体系转换

与合龙段施工密切相关,临时固结解除后,将梁落于正式支座上,并按标高调整支座高度。在施工中,应均衡对称的进行临时锚固的放松。在放松过程中,应指定专人负责各梁段高程变化监测,以确保安全。在体系转换工程中,需考虑钢束张拉、支座变形、温度变化等因素引起结构的次内力。多跨梁多次体系转换。

6、挂篮拆除

在拆除挂篮时注意安全和对构件的保护。

三、施工控制

悬臂浇筑施工法具有显著的优越性,重视施工中的技术关键和安全控制点,确保施工质量和安全。

(1)在施工中,为确保预应力管道的质量,一般采用预埋铁皮管或者铁皮波纹管和橡胶抽拔管。为防止灰浆渗入,管道接头间应严密对准,并用胶布包裹严实,如图10所示。预制梁设置反拱时,预应力管道也同时设置反拱。

(2)为确保管道预留位置正确,线形平顺,在混凝土浇筑期间不产生位移,在管道四周应布置足够的定位钢筋,确保管道牢固的置于模板内的设计位置。端部的预埋钢垫板应垂直于孔道中心线。

(3)在梁体混凝土浇筑过程中,应保持对称平衡浇筑。采取措施提高混凝土密实度,特别要重视锚垫板后区域的振捣及对预留管道的保护。

(4)为加快施工速度又确保施工质量,尽量缩短养护时间,可在混凝土中加入早强剂或减水剂,可有效提高混凝土早期强度。在配合比设计时按规范要求控制水泥用量,控制水化热温度,防止出现过大的收缩和徐变。

(5)在新旧梁段交接处,为确保梁体的整体性,浇筑前梁端表面应凿毛并清洗干净。在该处进行钢筋、锚具等安装时,应重视连接质量,避免出现开裂。

(6)重视施工中线性控制。在施工过程中,进行墩身变形和承台沉降监测,做好箱梁高程、预拱度及箱梁轴线的控制,实现对各段中线变化情况的严密监测,保证—个跨径内将要合龙的悬臂两端在同一水平线上。

四、注意事项

采用悬臂浇筑法进行大跨径连续梁桥建设,具有对交通干扰小,受季节和水位等自然因素影响小,显著降低工程成本的特性,在国内外得到了广泛重视。特别是随着我国高速公路建设逐步向中西部地区推进,悬臂浇筑法能有效克服中西部地区山高沟深的自然条件限制,具有广阔的应用前景。

连续梁桥悬臂浇筑施工中,需要经过数次体系转换,施工工艺复杂,难度较大。因此,做好施工中安全管理和施工控制,坚持施工中的线性和应力控制,保证其符合设计要求是其中的关键,这对降低施工风险,确保施工质量是非常重要的。

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