变截面预应力混凝土连续箱梁合拢段施工技术总结.doc

变截面预应力混凝土连续箱梁
合拢段施工技术总结
(中铁二十三局集团一公司 山东日照 蔡湛)
【内容提要】本文结合青银高速公路齐河北至夏津段禹城南互通立交桥实例，总结了变截面预应力混凝土连续箱梁合拢段的施工方案、施工组织、施工工艺和关键技术，对类似工程施工具有较好的借鉴作用。
【关 键 词】 预应力混凝土刚构 变截面连续箱梁 合拢段 施工技术
1.工程概况
青银高速公路齐河北至夏津段禹城南互通立交桥，主桥跨京沪铁路和101省道，为40m+70m+40m变截面预应力混凝土连续箱梁，有两个边跨合拢（16#墩现浇段与17#墩T构之间；19#墩现浇段与18#墩T构之间），一个中跨合拢段即17#墩T构与18#墩T构之间。合拢段梁高均为2.3m.底板厚度为32cm,腹板厚度为40cm,箱梁顶板厚度为32cm。 每个合拢段长度为2m,合拢段混凝土标号为C50,边跨合拢段混凝土方量为22.1m3,节段重量57.5T,中跨合拢段混凝土方量为11.1 m3,节段重量28.9T。
2.施工方案：
合拢段采用合拢段吊架施工，由边向中间进行,即先合拢边跨再合拢中跨,合拢吊架利用施工挂篮底模及外模系统，吊架的锚固利用在9号梁段和现浇段中的预留孔才用精轧螺纹钢、钢棒等来进行操作。（见图1、2）

图1

右图2

3.施工工艺
3.1.施工工艺流程
边跨合拢段施工工艺流程图
后移及拆除挂篮

安装配重水箱
拼装支架，安装底模及外侧模

内模就位，绑扎钢筋，安装管道穿临
时束及底板预应力钢绞线束

焊死刚性骨架，合拢口锁定

补绑钢筋及安装缺口模板

检查，浇注合拢段

混凝土养生且强度达到45MPa以上

张拉底板纵向及合拢段
横竖向预应力筋、压浆

拆除边跨合拢段支架及模板

边跨合拢段完成合拢

中跨合拢段施工工艺流程图
移动17#、18#墩两端挂篮、安装合拢吊架，
后移主桁到0块撤除挂篮，安装配重水箱

顶推、焊死刚性骨架，合拢锁定
内模就位，绑扎钢筋，安装管道
穿临时束及底板预应力钢绞线束

补绑钢筋、安装缺口模板

检查，浇注合拢段

混凝土养生且强度达到45MPa以上

张拉底板纵向及合拢段横竖向预应力筋、压浆

解除临时束预应力并补张拉到设计吨位
拆除中跨合拢段吊架

中跨合拢段完成合拢

3.2具体施工方法
3.2.1合拢段吊架的组成
合拢吊架及其模板、外模、内模利用施工挂篮的部分构件，吊架布置见附图。吊架底模及外侧模采用挂篮大块模板，内模采用组合钢模。合拢吊架包括：底模系14.6t）、翼板系包含外模板（10t）、内拱系（1.3t）及其它零件（1.4t），共重约27.3t
3.2.2吊架安装及挂篮拆除
以17#、18#墩为例：当17#墩和18#墩T构施工张拉结束后，开始后移及拆除17#墩和18#墩T构挂篮，进行合拢段吊架的安装。由于挂篮吊带影响，不能将模板一次性移到位，首先利用挂篮先将模板前移到最大距离，两侧用钢丝绳吊在挂篮顶、底前横梁上代替吊带，拆除吊带，用钢丝绳穿过在8号（或9号）梁段的预留孔套在挂篮底前横梁上，人工用倒链继续前移模板到位后锚固。由于吊带已卸掉，为了保证施工时安全，在箱梁两侧翼缘板预留孔用精轧螺纹钢锚固。吊架安装完毕后移挂篮拆除。
3.2.3合拢段配重
单悬臂的合拢段混凝土配重重量取为0.5倍的合拢段混凝土重量，合拢段混凝土为11.1m3,合28.9T,单悬臂配重重量为14.45T，单悬臂的合拢段吊架配重重量取为0.5倍的合拢段吊架重量，根据实际吊架重量配重，配重采用水箱配重，配重水箱采用12砖墙浆砌。见下图3
配重水箱平面图

图3
3.2.4中跨顶推施工
此桥仅在中跨设有顶推，顶推力为60t。拆除合拢段一端挂篮，锁定另一端挂篮，在相应的梁端安装配重。
在合拢段上安装2套千斤顶进行顶推，各千斤顶顶推力为60t，顶推到位后，焊接合拢段劲性骨架，拆除千斤顶，张拉合拢段临时预应力束，浇注合拢段混凝土。
在梁段腹板顶部各预埋2块150mm×150mm×10mm钢板，焊接两根[14a的槽钢，配以相应的辅助焊件，形成千斤顶操作平台，辅以安全防护设施。
千斤顶采用460t张拉千斤顶，为保护千斤顶前后端的限位槽口，在千斤顶前后端安装配套的工具锚或工作锚。根据千斤顶和锚具的总长，以及合拢段的实际长度，配备顶铁。顶铁采用2[24a的槽钢焊接，或相当于2[24a槽钢的组焊件，安装时，要求与千斤顶中心重合。
3.2.5劲性骨架锁定
合拢口锁定是为了保证合拢段在浇注的新混凝土达到足够强度前的期间内合拢口不会因为梁体由于温度变化产生膨胀或收缩变形至使合拢段混凝土在凝固过程中受到影响而破坏，即保证合拢口长度的稳定性。边跨合拢段由于一端为纵向自由活动，故仅采用刚性骨架支撑进行锁定保证合拢口的相对长度的稳定即可。中跨合拢为双端固定，温差引起的变形变位及应力都很大，故临时锁定采用内设刚性骨架支撑、外设外锁装置（见图4）和张拉临时预应力束来共同锁定。
3.2.5.1内刚性骨架施工
合拢段劲性骨架按设计图设置。合拢段两端后施工的一侧在槽钢预埋时，箱梁纵向要充分估计施工正常误差并考虑温差范围，留足预埋槽钢之间的间距；箱梁横向对已施工一侧预埋槽钢的位置进行仔细精确定位测量，尽量保证合拢段两侧预埋槽钢相对于9（9/）号梁段或现浇段横截面的位置相同，以便合拢施工时，两侧预埋槽钢尽可能在一条直线上（其精度与箱梁合拢精度相同）。T构9（9/）号梁段、现浇段及合拢段施工时，劲性骨架在竖向预应力筋通过处预留一个Φ55mm的孔(略大于波纹管直径,波纹管直径为Φ50mm)，以便精轧螺纹钢通过。若其他普通钢筋与槽钢发生冲突时，可适当移动普通钢筋的位置。
在合拢段钢筋安装的同时把骨架安装进去，并进行一端固接，另一端预先把位置调整好并临时托住，但暂时不进行固接，在此位置预留空位，以便锁定时锚固操作，待合拢锁定后在补充绑扎钢筋和安装空缺的模板。骨架下料加工时应根据现场合拢口的实际长度确定，并且与封口连接板采用满焊焊接，并在焊接操作时应注意防止钢材的变形，如在安装时存在小的间隙时，可利用薄钢板和环氧树脂进行垫填塞，保证骨架端头与预埋连接板紧密结合。
合拢段钢筋及预应力筋（包括临时束、底板束、横竖向束）安装就位，两端悬臂配重设置完成和悬灌梁标高调整到位并经过检查合格以后，选择合适的温度（20℃左右并且变化不大）时间段进行刚性骨架锁定，要求安排10个熟练的焊工同时进行施做，并控制在2～3个小时内完成，锁定焊接操作时需采取在旁边准备冷水进行浇水强制降温的措施，以防由于施焊时梁体及骨架局部的温度升温过大而产生膨胀使梁体上挠。锁定完毕后需仔细检查焊缝质量是否满足要求，再对两端头的悬臂梁标高进行复测，检查是否正确。
3.2.5.2临时预应力与外锁施工
边跨合拢时现浇段端的梁段可以沿支座滑动，由于支座及支架底模的摩阻作用产生的约束力远小于由于温度变化产生的梁体轴向力及刚性骨架的承受能力，边跨梁体一端可以自由活动，由于温度升降产生收缩膨胀在刚性骨架支撑及联接作用合拢口的长度不会产生变化，故边跨合拢时只采取设计图纸的内劲性骨架装置，故不需设置外锁设置，但采用临时预应力外锁。两个中跨合拢段顶板、底板设置外锁装置，具体详见示意图。在T构8号梁段顶板预留孔以便悬吊千斤顶，T构9号梁段施工时施工临时束管道及张拉端齿板。在合拢段顶板钢筋绑扎时安装临时预应管道并穿束，穿束后即安装锚具并使张拉千斤顶就位，做好各项张拉准备。由于临时束的张拉端齿板在箱室的内上角，张拉时需搭设支架以满足人员操作需要。

图4外锁装置示意图
合拢段临时预应力，临时束为15.24-19型，初步按设计张拉吨位的40%，边跨合拢时张拉顶板两束和底板两束，中跨合拢时张拉顶板两束Hz和底板两束Dz；临时束张拉吨位根据计算力，张拉吨位为40%δk，初步定位148t能满足轴向力要求，临时预应力束张拉在刚性骨架锁定后进行，采取两端对称张拉。如果不能在设定的合适的温度条件下合拢，需在温度变化较大的时段强迫合拢，但需设计院及监控单位认可，因两端悬臂梁由于升温或降温产生膨胀或收缩而导致合拢口的长度产生较大的变化，需通过顶撑或拉缩来调整时，可根据实际情况对张拉吨位作相应的调整。
采用劲性骨架和张拉临时合拢束锁定方案，使合拢段两端形成可以承受一定弯矩和建立力的刚接结点，防止由于温度等各种因素影响在合拢未完成之前就产生变形。对刚性支撑的短面积和支撑的位置及临时束的张拉力必须严格按设计意图要求施工。刚性支撑锁定时间根据连续观测的结果确定，原则上是各合拢段在规定的时间，即梁体变形最小和温度变化幅度最小的时间区间内，同一合拢段两端对称、均衡同步锁定，以免合拢段造成结构温度变形零点发生突变。为了减少锁定时间，在锁定之前，应完成合拢临时束的张拉准备工作（如千斤顶安装就位等）。待刚性支撑焊完并检查合格之后，要求尽快张拉临时束，并在1小时之内张拉完按要求的全部合拢临时束，临时束张拉完毕即完成了合拢锁定，至此已构成超静定刚构体系，锁定完后应立即灌注混凝土。
为便于合拢段施工，在施工T构9（9/）号梁段时，在梁段箱梁顶板预留一个方形（横向长100cm,纵向宽70cm）人孔作为穿束、人员、机具、千斤顶进出操作通道，见后合拢段预留孔图。
3.2.6预应力预应力施工
3.2.6.1孔道施工
合拢段施工时两端均封闭，不能再采用在波纹管内加PVC管的方法来防止漏浆堵管，为了确保孔道畅通无阻，采取以下措施：（1）合拢段在合拢前先把底板束钢绞线穿进孔道内；（2）合拢段的预应力孔道采用双层波纹管；（3）加强对管道两端头的连接密封操作及检查 ，增加定位排架数加强孔道定位。
3.2.6.2穿束
纵向钢绞线为群锚，每束19根钢绞线，加之钢绞线较长，为了解决在钢绞线分散穿束过程中存在的钢绞线互相打扰、长短不一、钢绞线之间的内摩阻增加、整体受理性差、伸长值降低、预应力的有效性降低的问题，采取统一整体穿束，穿束采用焊接牵引。具体操作方法：采用自制梭板梭理，铁丝捆扎，完成编束工作，在钢绞线一端焊接成整体，采用卷扬机牵引，完成整体穿束工作。
3.2.6.3预应力张拉
合拢段预应力筋张拉时，先张拉底板纵向束，再张拉竖向及横向预应力筋。底板束张拉一般按先长筋后短筋的顺序，并对称实施张拉。施加预应力前应对混凝土试验构件做强度检验，要求其强度达到设计强度的90%以上方可进行预应力张拉。预应力下料长度，根据计算确定，加工一律采用砂轮锯或切割机，不得使用电弧焊，编束应梳理顺直，绑扎牢固，防止互相缠绞。
张拉应对称同步进行，具体的操作规程及方法同连续钢构预应力张拉施工组织的要求。在张拉正弯距筋（底板束）过程中，需要有专人观察记录齿板后端梁断面的变化情况，检查是否出现裂纹。
3.2.6.4孔道压浆
孔道压浆采用真空压浆，在真空状态下孔道内的空气、水分以及混在水泥浆中的气泡被消除，使浆体充满整个孔道，保证孔道内浆体的饱满性，且真空压浆是一个连续且迅速的过程，缩短了灌浆时间。
真空泵安装在孔道较低的一侧，灌浆泵安装在较高侧,浆液从低处向高处压更能保证浆体的密实度。打开阀门进行抽真空，当真空泵油压表读数不变保持恒压（一般为-0.9～-1.0MPa,最低不能低于-0.06MPa,否则应检查孔道是否破损）时表明孔道中空气已抽净,可以进行压浆,压浆过程真空泵一直打开,当浆体流入与真空泵连接的管道时立即关吊阀门,禁止浆液进入真空泵，压浆泵补压保持3分钟后关掉进浆处阀门待初凝后卸掉。
3.2.7合拢段混凝土施工
3.2.7.1对混凝土的基本要求
a要求并具有早强、微膨胀的效果；
b混凝土坍落度控制在18cm左右，要求拌和物和易性良好，易于泵送。
C配合比经过中心实验室批复的C50配合比。
3.2.7.2混凝土的灌注
合拢段混凝土灌注宜选择在一天中气温相对较低时（一般选择在凌晨，一般根据几天连续观测温度的情况决定），尽量保证新浇的混凝土处于温度缓慢上升的环境中，在受压状态下达到终凝，以防混凝土开裂。
合拢段混凝土共计11.1m3，混凝土的灌注采用输送泵泵送，浇注速度以12m3 /h计算，施工动作应迅速地进行，控制在1小时内完成，合拢锁定及浇注混凝土需在一个晚上完成（根据施工时的季节、气温而定）。
在合拢段劲性骨架处，骨架内不宜振捣到位，采用开小窗以小口径振捣器进行振捣，以确保骨架内砼的质量，以防止出现漏振的现象。
合拢时派专人排放悬臂两端水箱中配重，保证T构的平衡及合拢的稳定。排水重量需根据入模混凝土重量效应平衡、同步地进行，并安排测量人员在浇注的整个过程中对悬臂梁的标高随时进行测量、分析，指导配重的调整。
3.2.7.3混凝土的养护
合拢段混凝土灌注完毕后应及时进行二次抹面处理，以防止干缩裂缝，并用麻袋或草被覆盖洒水养护。当在施加预应力前的时间段内日照温差过大时，悬臂梁需进行覆盖或洒水调温，同时在箱室内进行用鼓风机通风等措施来减少日照温差以及水泥水化热等引起悬臂端变位对合拢段混凝土产生影响。混凝土的养护,指派专人负责。覆盖、洒水养护，使混凝土尽快达到张拉条件，使合拢段两端在预应力作用下整体受力。
4.劳力组织及机具配置
表1合拢段施工劳力组织表
序号
工序名称
劳动力
时间（小时）
1
前移挂篮
8
6
2
卸挂篮主桁
10
10
3
配重
8
36
4
合拢吊架定位
6
6
5
绑扎钢筋、波纹管定位
8
16
6
穿束、张拉临时束
8
8
7
骨架锁定
8
2
8
混凝土浇注
10
1．5

表2机具设备配置表
序号
名称
单位
数量
功率（M3/h)
备注
1

拌和机
台
2
100
JDY1000
2
输送泵
台
2
60
HBT60A（一台备用）
3
装载机
台
2

ZL40（一台备用）
4
电焊机
台
20

两个中跨同时施工
5
切割机
台
3

每T构一台
6
弯曲机
台
3

每T构一台
7
对焊机
台
3

每T构一台
8
塔吊
台
3
63T.m

9
运输车
辆
2

10
千斤顶
台
8

YCL520或650-200
11
台
4

YG70-100
12
台
4

YDC2400-200
13
发电机
台
1
　250KW
250KVA一台
14
振动棒
台
16

两个中跨同时施工
15
卷扬机
台
4
5T
穿钢绞线和撤除挂篮
16
倒链葫芦
个
8
10T
移动和撤除挂篮
17
红外线温度仪
个
2

合拢前温度监控
5.结束语
禹城南互通立交桥主桥合拢段施工中借鉴兄弟单位施工经验，并对合拢吊架中一些关键性问题进行了相应的改进，其方案比较经济、合理的，对以后相应的施工可以起到借鉴作用。
【参考文献】
《公路桥涵施工技术规范》 路桥集团第一公路工程局 人民交通出版社 第一板
《桥梁施工控制技术》 向中富 人民交通出版社 第一板
《预应力工程设计施工手册》 熊学玉 黄鼎业 中国建筑工业出版社 第一板

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