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现浇连续箱梁施工要点分析

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2020年4月19日
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现浇连续箱梁施工要点分析
杨利全 但晓华 许力威 赵红专
（中铁第十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 072750）
摘 要 结合本工程实例，详细介绍了现浇连续箱梁的施工工艺，对地基处理、支架安装、预压、砼浇筑等各个工序的施工方法及效果进行了分析。
关键词 现浇连续箱梁 施工要点
现浇箱梁因其整体性好，外观美观，刚度大，可做成复杂形状、线形，因此广泛用于高速公路和城市道路高架桥。笔者对曲菏高速公路庞王互通立交桥现浇连续箱梁的各个工序做了深入细致的分析与探讨。经过试验研究确定方案。实践证明，施工完的梁体光洁美观，保证了施工质量，效果很好。
1 工程概况
1.1 简介
山东省曲菏高速公路庞王互通立交桥设计为钢筋砼连续箱梁，跨径分别为20m+28m+20m和15m+20m+15m，均为三孔一联，墩高平均在6m左右，砼方量3500m3，钢筋1100t。
1.2 工程特点
1.2.1 普通钢筋砼连续箱梁工程量大，钢筋分布集中,密度大。
1.2.2 该桥位于互通区加速车道上，梁体采用变箱梁内悬臂调整桥面宽度,增加了施工难度。
1.2.3 地基为砂粘土，强度低，遇水泡软，风干松散，典型的黄河淤积土。
2 支架地基处理要点
要保证支架有足够的刚度、强度和稳定性，关键是要对支架基础处理好，以确保地基有足够的承载力。经过验算论证，我们采取了以下处理方案。
2.1 原地面
原地面是主要的承重层，坑穴、软弱层必须逐一认真登记处理。对于桩基施工留下的泥浆池，将软土彻底清除，并抛填片石，切勿留下隐患。原地面密实度要求95%以上。在这里特别强调原地面的处理，一要细，二要慎。
2.2 30cm厚石灰土垫层
原地面平整夯实后，在其最不利的条件下即浸水后，经检测地基承载力为100Kp，承载力偏低。考虑到雨季施工及砼养生水的因素，我们采取铺30cm厚10%石灰土垫层的方法来提高地基承载力。经检测，地基加固后，承载力达700Kp，完全满足要求。
地基承载力检算技术参数
表一
项
目
部
位
梁体砼自 重KN/m2
梁体钢筋自重KN/m2
模板及支架自重KN/m2
施 工
荷载KN/m2
地基受力Kp
地基容许承载力Kp
每根钢管受力KN
结 论
跨 中
12
1.8
0.6
2.0
110
700
16.5
满 足
要 求
（1）取跨中最不利荷载进行检算。
（2）地基受力状态可看作为条形基础
下垫木为15cm×15cm×400cm方木，横向分布，每根方木按支承4根立柱计。
地基承载力P=N/A ，式中： N=16.5×4=66KN A=4×0.15=0.6m2 则 P=N/A=66/0.6=110Kp 小于700Kp，满足要求。
2.5 注意事项
2.5.1 为防止水浸泡地基，在垫层上铺一层厚塑料薄膜，支架四周挖排水沟，水沟面用砂浆抹面，水沟外10m挖集水井，将水引至集水井后排除。
2.5.1 为保证支架立柱整体受力，垫层顶面基本做成水平面，平整度不大于2cm。
2.5.2 地基处理范围宽出支架50cm以止。
3 支架及模板设计与安装要点
3.1 支架设计
选用北京星河模板厂的WDJ碗扣式脚手架（φ48mm、壁厚3.5mm的碳素钢管，即D=48mm d=41mm），立柱间距按横向1.2m,顺桥向0.9m布置。
支架体系组合：支架基础-→15cm×15cm横向下垫木-→可调下底托-→支架-→可调上顶托-→10cm×15cm横向上垫木(立放)-→10cm×10cm顺桥向纵向分布方木(中心间距30cm)-→铺1.2cm厚竹胶板(见典型支架设计图) 。

典型支架设计示意图

3.2技术参数

表二
名 称
立杆容
许荷载
恒载
G恒
施工荷
载 G施
总 荷 载G=G恒+G施
验算荷载G验=1.2G
立 杆
数量n
单 位
KN
KN
KN
KN
KN
根
参 数
30
18900
3380
22280
26736
1350
3.3 立杆承重检算
立杆为受压构件，每根立根承担重量 g=G验/n=26736/1350=19.8KN 小于30KN，满足要求。
3.4 立杆稳定性检算
将立杆作为长细杆件进行检算，立杆单根长度按1.2m计，两端铰接。
长细比： λ=μL/i=1×1200/15.8=76 D=48mm d=41mm
立杆截面积： A=π（R2-r2）=π（242-20.52）=489.3mm2
式中 L=1200mm i= I/A = π（D4-d4）/64/489.3 =15.8mm
立杆容许荷载 [N]=ψAσ 查《钢结构设计规范》得ψ=0.805 σ=215Mpa [N]= 0.805×489.3×10-6×215×106=84686N=84.7KN。
由此可见 g=19.8KN＜[N]=84.7KN 稳定性完全满足要求
3.5 10cm×15cm横向上垫木检算
横向上垫木长3.6米，支承于4个顶托上，其受力状态可看作为一个三孔一联的等跨连续梁。顺桥向纵向方木分布较密，受力按均布荷载来计算。见下图

按最不利荷载布置。考虑到外力因素，竖向均布荷载取1.2倍的安全系数。 q=1.2ng/L 式中 n=4根 g=16.5KN/根，那么：
q=1.2×4×16.5/3.6=22KN/m，画出弯矩图。从弯矩图能够看出，Mmax=0.1qL2=0.1×22×1.22=3.2KN.m
抗弯强度 σmax=Mmax/Wz=3.2/375/10-6=8533Kpa=8.5Mpa＜[σ] 式中 Wz=1/6×0.152×0.1=375×10-6m3，方木采用东北落叶松 σ允许=19Mpa，完全满足要求。
挠度 f=5qL4/384EI=5×2 ×1.24×12/(384×104×106×0.1×0.153)=0.002m 满足要求，式中 E=1.0×104Mpa I=ab3/12。
纵向分布方木，其跨度小(0.9m)，分布密(净间距0.2m)，可看作为平面整体受力，满足要求。
3.6 支架模板安装及注意事项
3.6.1 底模及侧模采用竹胶板，内模采用木板拼钉成型，顶部预留1.0×1.0m人孔，下部预留0.5m宽的缝隙，作为灌注时振捣底板和观察底板砼饱满程度的窗口。安装时预留沉降量暂按1.5cm考虑。
3.6.2 上横垫木接头必须设在顶托上，纵向垫木间距不大于30cm，根据竹胶板纵向接头的位置作适当调整。
3.6.3 模板之间的缝夹双面硬质厚（2mm）海绵胶条，并打密封胶，确保不漏浆。
4 支架预压及模板调整施工要点
4.1 预压
设计要求支架必须预压，预压重不小于梁体自重。我们按1.2倍的梁体自重预压，G=1.2×18900=22680KN ，每平方米重量 P=G/A=22680/（66×15）=22.9KN/m2，采用砂袋预压，容重取1.45KN/m3，预压期7d。
预压砂袋高度 h=22.9/14.5=1.6m。
预压前先在竹胶板上铺一层厚塑料薄膜，以防砂袋搬运时划毛竹胶板光面，影响砼外观质量。
4.2 沉降观测
4.2.1 沉降标设置
在1/8、1/4、1/2跨处设置沉降观测标，沉降标主要用不易变形的优质木条制作。沉降标要竖直，上端固定在接触模板的方木上。在地基上用风枪打一个孔后打入一根圆钢，作为沉降桩，圆钢与孔之间留一定的空隙，避免地基沉降时沉降桩跟着沉降。沉降桩与沉降标之间的相对位移值即为沉降值。这里指出，由于沉降量多为1cm左右，用水平仪观测，一不够直观，二由于操作原因不能准确反映出实际沉降，水平仪只能作为辅助观测。
4.2.2 观测
加载前划好刻度线，加载后立即观测沉降量，以后每天的同一时间观测一次（避免由于温度变化而影响观测值的准确性），记录加载前、加载中、加载满、稳定后和卸载后的沉降量。
4.2.3 沉降分析
撤压后,沉降标回弹，沉降量减少，此时的沉降量为永久性沉降h永，是预压的目的：压实，消除塑性变形。回弹量h弹等于稳定后沉降量h累减去卸载后沉降量h卸，为接点间及地基基础的弹性变性，是设置预留沉降量的依据。
4.2.4 沉降观测结果
沉降观测记录(mm)
表 三
项 目
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
加载前h0
0
0
0
0
0
0
0
0
1d h1
9
11
10
12
10
12
10
9
2d h2
3
2
3
2
2
1
3
3
3d h3
1
1
0
1
0
1
1
1
4d h4
0
0
0
0
0
0
0
0
累积沉降量 h累
13
14
13
15
12
14
14
13
卸载后沉降量 h卸
3
3
2
3
1
2
2
3
弹性变形量 h弹
10
11
11
12
11
12
12
10
非弹性变性量 h永
3
3
2
3
1
2
2
3
表中 h累=∑hi h弹= h累-h卸 h永=h卸
从表四数据可知：平均弹性变形量 h弹=∑h弹i/n=12mm， 预留沉降量取1.5cm。由此说明确定的预压重量及预留的沉降量是正确的。
4.2.5 调整模板
按照预压所得的数据重新仔细调整支架高度，使各点标高满足平整度、预拱度、弹性变形和设计要求。
5 混凝土浇筑要点
箱梁砼结构特点：底板、顶板薄而宽；腹板、隔板钢筋密且断面高而狭；砼一次浇筑方量大，而且桥面较宽（最宽达24米），使用吊车吊运砼有一定的限制。为此，我们采用泵送砼技术。
5.1为确保梁体美观，减少工序，箱梁砼采用全断面一次浇注。
5.2 由于底板砼是靠砼的流动性、腹板振捣及砼压力实现密实、光洁，故要求砼必须有足够的和易性和流动性，砂率控制在40～50%，坍落度控制在14cm左右，1～2碎石与1～3碎石的比例为55：45，并掺用泵送剂。
5.3 钢筋保护层垫块
由于箱梁钢筋较密，这就需要很多的钢筋保护层垫块。根据以往经验，采用高标号的水泥砂浆方垫块，砼拆模后会出现一块块“小补丁”，影响了砼外观质量。我们经过试验，采用长条曲面形砂浆垫块，曲面朝下放置，平面朝上作为钢筋支承面。实践证明，砼拆模后“小补丁”基本消灭。
5.4 砼浇注前用高压水冲洗底板，在底板低处留2～3个临时排泄孔，以排除冲洗的杂物，冲洗完后用尺寸相符的模板封堵。砼泵送作业时，先泵送一部分水泥砂浆以润滑管道，而后最先泵出的砼废弃，直到排出质量一致、和易性好的砼为止。砼应连续不断地输出，且不产生气泡。
5.5 砼浇注过程中，要做到排列有序，层次分明，先振捣腹板，等底板砼密实饱满后，立即将内模50cm缝隙封堵，防止翻浆过多。
6 卸落支架要点
为防止梁体在卸落支架过程中由于不均匀受力或集中受力造成底板裂缝，要根据箱梁结构的受力特点制定严格的卸落次序：纵向先边跨后中跨，每跨由跨中向支座部位依次卸落；横向先外侧翼板后内侧箱体。这样做的优点是：（1） 翼缘板为悬臂结构，先拆该部位，可防止翼缘板与外腹板分界处受集中剪力而造成开裂；（2） 跨中部位正弯矩最大，先拆这一部分，可让梁体跨中截面逐渐受力，防止梁体底板开裂。
第一作者简介：杨利全（1976年12月），男，工程师。1994年毕业于石家庄铁道学院，铁道工程专业。