關(guān)于山區(qū)高速公路橋梁施工方法探討

沈艷華,宋月江

(浙江金筑交通建設(shè)有限公司,浙江杭州 310051)

1 山區(qū)高速公路橋梁個(gè)體特點(diǎn)

(1)施工周期長(zhǎng)。對(duì)于高空作業(yè),模板的受力自成體系,從模板的受力性能考慮,高墩柱混凝土的一次澆筑高度一般為 4～6 m。對(duì)于 20m以上高墩的施工次數(shù)至少在 4次以上,最多的達(dá)到 10多次,這樣每一根墩柱的施工周期相當(dāng)長(zhǎng),受機(jī)械設(shè)備等因素影響,有的墩柱施工工期達(dá)到 5、6個(gè)月。

(2)模板和機(jī)械設(shè)備的投入大。由于單根高墩柱的施工周期長(zhǎng),且受總工期的限制,各大橋的高墩柱只能采取平行作業(yè)的施工組織方法,每根墩柱至少配備 6 m高度的模板,使其自成施工體系,這樣模板的投入相當(dāng)大。

(3)計(jì)量支付周期長(zhǎng),資金周轉(zhuǎn)壓力大。由于高墩柱的施工次數(shù)多、周期長(zhǎng),在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),雖然墩柱完成的延米數(shù)大,但其不符和計(jì)量原則的規(guī)定,大量的未完工高墩柱不能計(jì)量,施工單位墊付的資金不能回籠,而在墩柱施工的中后期,又開始了橋梁上構(gòu)大梁預(yù)制場(chǎng)的建設(shè),更是需要大量的資金投入。

(4)高墩施工定位控制難度大。對(duì)于高橋墩來(lái)說(shuō),截面相對(duì)面積小、墩身高、重心高、墩身柔度大、施工精度要求高。

(5)高空作業(yè),施工安全系數(shù)低。

2 山區(qū)高速公路橋梁施工技術(shù)與方法

本文重點(diǎn)分析適合山區(qū)高速公路橋梁的下部以及上部結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和施工方法。

2 1 橋梁下部結(jié)構(gòu)施工方法

(1)樁基及承臺(tái)。對(duì)于山區(qū)高速公路橋梁而言,由于原地表高低差很大,一般采用土石筑島施工樁基,采用人工挖孔的方法成孔。一般的施工順序?yàn)?場(chǎng)地平整放線,定樁位 澆墊層 架設(shè)支架和葫蘆,安裝潛水泵。鼓風(fēng)機(jī)照明設(shè)備等 邊挖邊抽水 自挖下 1 m左右土層進(jìn)行樁孔周壁的清理,標(biāo)核樁孔的直徑和垂直度 支撐護(hù)壁模板 澆灌一周護(hù)壁砼 拆模后繼續(xù)下挖,支模,澆護(hù)壁砼,循環(huán)作業(yè),達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)風(fēng)化巖一定深度后確定是否作持力層 作擴(kuò)大頭,對(duì)樁孔直徑,深度,垂直度,持力層進(jìn)行全面驗(yàn)收 排除孔底積水,鋼筋籠設(shè)置,用粗直徑鋼筋固定,每 2 m為一處 澆灌樁身砼。其承臺(tái)的施工方法可采取明挖基坑、簡(jiǎn)易板圍堰后開挖基坑等方法進(jìn)行施工。對(duì)特殊情況,有深水出現(xiàn)的情況下,可供選擇的施工方法通常有:鋼板樁圍堰、鋼管樁圍堰、雙壁鋼圍堰及套箱圍堰等。

(2)墩(臺(tái))身。腳手架的搭設(shè)在高墩柱施工中非常關(guān)鍵,主要起操作架及垂直運(yùn)輸作用,必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性;支承部分必須有足夠的支承面積,如有底托的碗扣件安置在鋪設(shè)好的枕木上或已澆筑的承臺(tái)上;腳手架立桿間距及橫桿步距必須滿足使用要求。對(duì)于一般的扣件式鋼管腳手架在搭設(shè)前首先必須力學(xué)驗(yàn)算,架體結(jié)構(gòu)的主要傳力途徑為:操作平臺(tái)上的各種豎向荷載橫向 水平桿一縱向水平桿 立桿一墊木一地基。從傳力途徑可以看出,結(jié)構(gòu)桿件中立桿底段是受力最大,因此在計(jì)算過(guò)程中主要計(jì)主桿底段和地基。計(jì)算時(shí)主要考慮的荷載可分為恒荷載和活荷載。前者主要包括結(jié)構(gòu)自重和構(gòu)配件自重,后者主要包括操作平臺(tái)上的施工荷載和水平風(fēng)荷載,還應(yīng)考慮河流中水的沖刷產(chǎn)生的荷載。在腳手架的搭設(shè)計(jì)算中,最主要的是通過(guò)荷載的分布情況及大小,驗(yàn)算立桿的剛度和穩(wěn)定性是否滿足要求。另外,腳手架構(gòu)造、腳手架加強(qiáng)加固必須滿足施工要求和安全技術(shù)規(guī)范要求。

墩柱支架塔設(shè)完成后進(jìn)行墩柱鋼筋幫扎施工。鋼筋統(tǒng)一在加工棚進(jìn)行下料和制作,鋼筋的調(diào)直、截?cái)嗉皬澱鄣染鶓?yīng)符合技術(shù)規(guī)范要求,鋼筋加工完成后進(jìn)行編號(hào)堆放,運(yùn)至作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)再用吊車吊至作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行綁扎、機(jī)械連接,連接時(shí)應(yīng)注意墩柱主筋接頭必須錯(cuò)開,使接頭鋼筋面積不超過(guò)鋼筋總面積的 50%,接頭間距錯(cuò)開 35 d以上;中心點(diǎn)誤差控制在 2 cm內(nèi),墩柱邊側(cè)的保護(hù)層利用墊塊來(lái)保證,鋼筋的保護(hù)層厚度應(yīng)符合 30 5mm的要求。

針對(duì)墩柱墩身較高的特點(diǎn),墩身模板全部采用特制定型鋼模板,模板每節(jié)高度為 3 m。采用大噸位吊車進(jìn)行模板安裝,在模板頂和中部分別以風(fēng)纜繩緊固穩(wěn)定,保證立模后的剛度及豎直度。近年來(lái),滑升模板、爬升模板和翻升模板等的高墩及索塔上應(yīng)用較多,其共同的特點(diǎn)是:將墩身分成若干節(jié)段,從下至上逐段進(jìn)行施工。采用滑升模板(簡(jiǎn)稱滑模)施工,對(duì)結(jié)構(gòu)物外形尺寸的控制較準(zhǔn)確,施工進(jìn)度平衡、安全,機(jī)械化程度較高,但因多采用液壓裝置實(shí)現(xiàn)滑升,故成本較高,所需的機(jī)具設(shè)備亦較多;爬升模板(簡(jiǎn)稱爬模)一般要在模板外側(cè)設(shè)置爬架,因此這種模板相對(duì)而言需耗用較多的材料,且需設(shè)專門用于提升的起吊設(shè)備。高墩柱的施工,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,進(jìn)行綜合比較后來(lái)選擇適宜的施工方案。

考慮到墩身高度較高,單個(gè)墩柱砼一次成型難度較大,必須分次澆筑成型,砼澆筑盡量減少工作縫,接縫嚴(yán)密平整,并保證前后澆筑砼的外觀一致,墩身、臺(tái)身未達(dá)終凝前,不得泛水。在砼澆筑時(shí),設(shè)有堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固的工作平臺(tái),采用砼輸送泵澆筑。距離超過(guò)600 m時(shí),采用二級(jí)泵站轉(zhuǎn)送,在澆筑過(guò)程中,應(yīng)設(shè)專人檢查支架、拉桿、模板、鋼筋及錨桿螺栓等預(yù)埋件的位置和保護(hù)尺寸,確保位置正確,不發(fā)生變形、位移,確保砼配合比,水灰比和坍落度等技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)范要求,應(yīng)加強(qiáng)振搗,使砼在模板周邊充實(shí)、飽滿,表面光滑,無(wú)氣水泡或蜂窩等。當(dāng)砼抗壓強(qiáng)度達(dá)到 2 5MPa后方可拆模,并要保證其表面及棱角不受損。拆模和裝模時(shí)一樣,輕拿輕放,以免模板損壞變形。拆模后,要特別注意墩身、臺(tái)身的養(yǎng)護(hù),采用高壓泵自上而下進(jìn)行定期灑水或采用養(yǎng)生布包裹養(yǎng)生。

(3)蓋梁。蓋梁,也稱帽梁,一般設(shè)于墩柱頂部,是鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋中的下部結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件。墩柱頂蓋梁,如采用現(xiàn)澆施工,其施工質(zhì)量,不僅受控于混凝土配合比、澆灌方法,且與采用的支架緊密相關(guān)。只有選擇了堅(jiān)實(shí)的支架,使模板牢固、可靠,拼縫嚴(yán)密、接口順直,能抵抗混凝土自重和施工荷載,操作人員能安全地進(jìn)行各種施工作業(yè),才能確保施工質(zhì)量和安全,杜絕模板漏漿、脹模等質(zhì)量通病,杜絕模板支撐倒塌等安全事故。墩柱頂蓋梁現(xiàn)澆施工的支架型式,主要有自落地支架式、抱箍挑架式和埋設(shè)托架式等。自落地支架,即在蓋梁下部的地面上立支柱,搭成落地滿堂支架,然后在支架上鋪設(shè)模板,抱箍挑架式,即在蓋梁下的墩柱上套鋼板箍,擰緊套箍的拼接螺栓,然后利用套箍搭設(shè)支架并鋪設(shè)模板。埋設(shè)托架式,即墩柱上預(yù)留水平孔,待墩柱混凝土拆模并有一定的強(qiáng)度后,向預(yù)留孔中穿人鋼錠,然后利用鋼錠兩端懸臂部分搭設(shè)支架并鋪設(shè)模板。支架設(shè)計(jì)時(shí),計(jì)算承受的荷載包括:模板自重、新澆筑鋼筋混凝土重量、施工人員和運(yùn)輸工具重量、傾倒和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載及支架自重等。各種支架中,模板下、支架頂?shù)目v橫梁的設(shè)計(jì)計(jì)算大同小異,一般可將之當(dāng)作簡(jiǎn)支梁計(jì)算。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),先初選構(gòu)件類型(如方木、槽鋼或工字鋼等),再根據(jù)最大彎矩或最大剪力的數(shù)據(jù),選擇構(gòu)件型號(hào)及截面,驗(yàn)算構(gòu)件的撓度、彎曲強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。自落地支柱可當(dāng)作兩端簡(jiǎn)支的軸心受壓構(gòu)件計(jì)算,先初選構(gòu)件類型(如鋼管、型鋼或門式架等),再根據(jù)最大軸力的數(shù)據(jù),按計(jì)算值選擇構(gòu)件型號(hào)及截面,最后驗(yàn)算抗壓穩(wěn)定性和水平聯(lián)系桿的豎向間距(即水平聯(lián)系桿的道數(shù)),并按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)掃地桿、剪刀撐、拋撐和纜風(fēng)繩等。如蓋梁離地面高度較大,所在地區(qū)基本風(fēng)力較大,則應(yīng)考慮風(fēng)荷載,并核算選擇拋撐和纜風(fēng)繩。抱箍所能承受的荷載可由抱箍與墩柱之問的摩擦力平衡,其摩擦系數(shù) 由墩柱面的平整度和粗糙程度而定,一般可取為 =03～05。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇擰緊螺栓的數(shù)量,并驗(yàn)算其抗剪強(qiáng)度,同時(shí)應(yīng)驗(yàn)算抱箍鋼板的局部抗剪強(qiáng)度和抗擠壓強(qiáng)度。預(yù)埋托架的設(shè)計(jì),除選擇計(jì)算縱橫梁外,還應(yīng)對(duì)埋設(shè)的鋼錠的規(guī)格和截面積進(jìn)行計(jì)算,核實(shí)其最大彎、剪力和支座處撓度。支架型式的選用,應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及施工條件與蓋梁的高度,還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)成本盡量能就地取材,并應(yīng)保證現(xiàn)澆蓋梁的施工質(zhì)量和操作安全。自落地支柱可采用鋼管、型鋼或門式架等,根據(jù)施工設(shè)備狀況及荷載經(jīng)計(jì)算選用;無(wú)論采用何種支架,施工時(shí)都應(yīng)按計(jì)算撓度值設(shè)預(yù)拱度,并應(yīng)搭設(shè)足夠?qū)挾鹊牟僮髅?(一般每邊不小于1 m)和周邊護(hù)欄(高度不小于 12 m);各種支架的護(hù)欄邊,都應(yīng)滿掛密目安全網(wǎng),以防止高空墜落。

2 2 橋梁上部結(jié)構(gòu)施工方法

橋梁上部結(jié)構(gòu)的形式是多種多樣的,其施工方法的種類也較多,但除一些比較特殊的施工法之外,大致可分為預(yù)制安裝和現(xiàn)澆兩大類?，F(xiàn)將適合山區(qū)高速公路橋梁的常用一些施工方法的特點(diǎn)分述如下:

(1)預(yù)制安裝法。預(yù)制安裝可分為預(yù)制梁安裝和預(yù)制節(jié)段式塊件拼裝兩種類型。前者主要指裝配式的簡(jiǎn)支梁板,如空心板梁、T形梁、I形梁及小跨徑箱梁等的安裝,然后進(jìn)行橫向聯(lián)結(jié)或施工橋面板而使之成為橋梁整體;后者則將梁體(一般為箱梁)沿橋軸向分段預(yù)制成節(jié)段節(jié)式塊件,運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝,其拼裝方法一般多采用懸臂法。連續(xù)梁、T構(gòu)、剛構(gòu)和斜拉橋都可應(yīng)用這種方法進(jìn)行施工。

1)自行式吊車吊裝法。這種吊裝法多采用汽車吊、履帶吊和輪胎等機(jī)械,有單吊和雙吊之分,此法一般適用于跨徑在 30m以內(nèi)的簡(jiǎn)支梁板的安裝作業(yè)。在現(xiàn)場(chǎng)吊裝孔跨內(nèi)或引道上應(yīng)有足夠設(shè)置吊車的場(chǎng)地,同時(shí)應(yīng)確保運(yùn)梁道路的暢通,吊車的選定應(yīng)充分考慮梁體的質(zhì)量和作業(yè)半徑后方可決定。

2)架橋機(jī)安裝法。這是預(yù)制梁的典型架設(shè)安裝方法。在孔跨內(nèi)設(shè)置安裝導(dǎo)梁,以此作為支承梁來(lái)架設(shè)梁體,這種作為支承梁的安裝梁結(jié)構(gòu)稱為架橋機(jī)。按形式的不同,架橋機(jī)又可分為單導(dǎo)梁、雙導(dǎo)梁、斜拉式和懸吊式等等。懸臂拼裝和逐跨拼裝的節(jié)段式橋梁也經(jīng)常采用專用的架橋機(jī)設(shè)備進(jìn)行施工。其特點(diǎn)是:不受架設(shè)孔跨的橋墩高度影響,亦不受梁下條件的影響;架設(shè)速度快,作業(yè)安全度高,對(duì)于山區(qū)高速公路橋梁更具優(yōu)越性。

3)纜索吊裝法。當(dāng)橋址為深谷等橋下凈空不能利用時(shí),在橋臺(tái)或橋臺(tái)后方設(shè)立鋼塔架,塔架上懸掛纜索,以纜索作為承重索進(jìn)行架設(shè)安裝的施工方法。纜索吊裝較多的應(yīng)用于拱橋的拼裝施工,有直吊式和斜拉式之分。梁式橋及其它橋型亦有采用此法施工的。纜索吊裝法比其它方法的架設(shè)機(jī)械龐大且工期長(zhǎng),采用時(shí)對(duì)其經(jīng)濟(jì)性應(yīng)進(jìn)行充分分析。

4)懸臂拼裝法。懸臂拼裝法現(xiàn)多用于預(yù)應(yīng)力混凝土梁體的施工,其它類型的橋梁亦可選用。此法是將梁體分節(jié)段預(yù)制,墩頂附近的塊件用其它架設(shè)機(jī)械安裝或現(xiàn)澆,然后以橋墩為對(duì)稱點(diǎn),將預(yù)制塊件沿橋跨方向?qū)ΨQ起吊、安裝就位后,張拉預(yù)應(yīng)力筋,使懸臂不斷接長(zhǎng),直至合龍的施工方法。懸臂拼裝法施工速度快,橋梁上、下部結(jié)構(gòu)可平行作業(yè),預(yù)制塊件的施工質(zhì)量易控制,懸臂拼裝可用的機(jī)具設(shè)備較多,有移動(dòng)式吊車、纜索吊、汽車吊和浮吊等,可根據(jù)不同的橋梁結(jié)構(gòu)和地形條件進(jìn)行選擇。

(2)現(xiàn)澆法。1)固定支架法。這是在橋跨間設(shè)置支架,安裝模板,綁扎鋼筋,現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的施工方法,特別適用于山區(qū)較旱,且橋下空間較為平坦開闊。支架按其構(gòu)造的不同可分為滿布式、柱式、梁式和梁柱式幾種類型,所用材料有門式支架、扣件式支架、碗扣式支架、貝雷桁片、萬(wàn)能桿件及各種型鋼組合構(gòu)件等。這種施工法,無(wú)體系轉(zhuǎn)換的問題,但需要大量施工支架,并需要有較大的施工場(chǎng)地。2)逐孔現(xiàn)澆法。在支架上逐孔現(xiàn)澆施工:這是一種與前述的固定支架法相類似的施工方法,其區(qū)別在于逐孔現(xiàn)澆施工僅在梁的一孔(或二孔)間設(shè)置支架,完成后將支架整體轉(zhuǎn)移到下一孔時(shí)行連續(xù)施工,因此這種方法可僅用一孔(或二孔)的支架和模板周轉(zhuǎn)使用,所花施工費(fèi)用較少。支架可用落地式、梁式和落地移動(dòng)式。落地式支架多用于旱地橋梁或橋墩較低的情況;梁式支架的承重梁則可支承在位于橋墩承臺(tái)的立柱上或錨固于橋墩的橫梁上;落地移動(dòng)式支架可在地面設(shè)置軌道,支架在軌道上(或其它滑動(dòng)、滾動(dòng)裝置上)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。3)移動(dòng)模架逐孔現(xiàn)澆施工:這種方法是使用不著地移動(dòng)式的支架和裝配式的模板進(jìn)行連續(xù)地逐孔現(xiàn)澆施工。此法特別對(duì)于多跨長(zhǎng)橋,使用十分方便,施工快速,安全可靠,機(jī)械化程度高,節(jié)省勞力,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,少占施工場(chǎng)地。不會(huì)受橋下各種條件的影響,能周期循環(huán)施工,同時(shí)也適用于彎、坡、斜橋。

4)懸臂拼裝法。這種方法最常用的是采用掛籃懸臂澆筑施工,在橋墩兩側(cè)對(duì)稱逐段就地澆筑混凝土,待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后張拉預(yù)應(yīng)力筋,移動(dòng)掛籃繼續(xù)進(jìn)行施工,使懸臂不斷接長(zhǎng),直至合攏。懸臂澆筑施工不需在跨間設(shè)置支架,使用少量施工機(jī)具設(shè)備,便可以很方便地跨越深谷,適用于大跨徑連續(xù)梁橋的施工。同時(shí)根據(jù)施工受力特點(diǎn),懸臂施工一般宜在變截面梁中使用。

5)頂推法。頂推施工是在橋臺(tái)的后方設(shè)置施工場(chǎng)地,分節(jié)段澆筑梁體,并用縱向預(yù)應(yīng)力筋將澆筑節(jié)段與已完成的梁體聯(lián)成整體,在梁體前端安裝長(zhǎng)度為頂推跨徑 07倍左右的鋼導(dǎo)梁,然后通過(guò)水平千斤頂施力,將梁體向前方頂推出施工場(chǎng)地。重復(fù)這些工序即可完成全部梁體的施工。頂推法特點(diǎn)是:設(shè)備簡(jiǎn)單、施工平穩(wěn)、噪聲低、施工質(zhì)量好,可在深谷橋梁、高架橋以及等曲率曲線橋、帶有部分豎曲線的橋和坡橋上采用。

3 高墩柱施工的幾點(diǎn)體會(huì)

(1)在施工中開辟 2～4個(gè)工作面,減少中間停頓時(shí)間,以平行流水作業(yè)法來(lái)組織施工,以加快分項(xiàng)工程的完工時(shí)間,從而確保工期。

(2)由于模板周轉(zhuǎn)次數(shù)多,因此易產(chǎn)生模板變形,應(yīng)在加強(qiáng)肋中間設(shè)幾道橫穿墩身的對(duì)拉螺桿,高度方向每隔 1 m設(shè) 1道與加強(qiáng)箍固定聯(lián)結(jié)。

(3)墩身需分段分次施工,為避免接縫處有明顯的痕跡,每次澆注砼時(shí)盡量不要澆滿,使接頭在上一次模板之內(nèi)。為保證混凝土質(zhì)量,尤其是外觀質(zhì)量,混凝土澆筑過(guò)程要求在施工過(guò)程中操作人員必須規(guī)范操作,從混凝土拌和、澆筑和拆模養(yǎng)生等都要做到一絲不茍,重視和加強(qiáng)混凝土施工工藝水平和過(guò)程管理工作。

(4)搞好安全施工是高墩柱施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,要經(jīng)常對(duì)施工操作人員進(jìn)行安全教育,強(qiáng)化安全意識(shí),各工序應(yīng)按安全操作規(guī)程辦事。

實(shí)踐證明,采用高墩鋼管支架及特制定型剛模板的施工技術(shù),使高空、立體、平行、交叉作業(yè)有了可靠的安全保證,同時(shí)也加快了工程進(jìn)度,降低了工程成本,此技術(shù)是合理可行的。

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