現(xiàn)澆箱梁施工工藝與質(zhì)量控制措施

陳祥會(huì)

（海南路橋工程有限公司，海南 三亞 572000）

0 引言

近年來，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)走上發(fā)展的快車道，橋梁作為跨河、過溝等重要構(gòu)筑物，無論是理論體系還是應(yīng)用范圍，都得到了極大的發(fā)展。其中現(xiàn)澆箱梁由于施工方便、構(gòu)造簡單、造價(jià)低廉等優(yōu)勢，已經(jīng)成為橋梁廣泛應(yīng)用的對象[1-2]?，F(xiàn)澆箱梁橋的橫截面是一個(gè)或者多個(gè)封閉的箱形，翼緣板和梁肋組成上部結(jié)構(gòu)，下部底板可以擴(kuò)展，該結(jié)構(gòu)形式可以提供足夠的抵抗正、負(fù)彎矩的混凝土受壓區(qū)。同時(shí)，在一定面積范圍內(nèi)其抗彎慣性矩和抗扭剛度均非常大，在偏心受力工況下可以保證梁肋部分受力均勻，進(jìn)而提高橋梁安全性能。但若地質(zhì)不良產(chǎn)生不均勻沉陷，該結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重安全問題，故通常箱梁對于橋基的要求較高。近年來，由于現(xiàn)澆箱梁的施工工藝和質(zhì)量保證措施的不完善，現(xiàn)澆箱梁橋出現(xiàn)了各種病害問題，輕則橋面結(jié)構(gòu)損壞，重則橋梁需要重建，給社會(huì)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失和安全問題。如何改善現(xiàn)澆箱梁施工工藝與質(zhì)量控制措施成為持續(xù)關(guān)注并亟待解決的問題[3-5]。

現(xiàn)有一工程實(shí)例：某橋梁的橋址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，地勢相對平緩，橋位軸線地面標(biāo)高為120.70~120.90 m，相對高差為 0.20 m。該區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有大斷裂構(gòu)造或全新世活動(dòng)斷裂通過跡象。本橋位于山坡上，附近未見河流和溝渠，地表水系不發(fā)達(dá)，橋址區(qū)不存在不良地質(zhì)和特殊巖土、液化和濕陷性土層。該橋樁號范圍是K0+245.375~K0+322.375，全長77 m，上跨主線。為了提高現(xiàn)澆箱梁的施工技術(shù)和安全水平，結(jié)合工程實(shí)例，主要從總體施工方案、施工工藝和質(zhì)量保證措施這三方面進(jìn)行分析研究，以期提高現(xiàn)澆箱梁施工水平，為同類施工技術(shù)和安全保障提供指導(dǎo)和借鑒。

1 總體方案

1.1 總體設(shè)計(jì)方案

橋梁上部結(jié)構(gòu)擬采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，按照部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工方法為滿堂支座施工[6]。下部結(jié)構(gòu)橋墩均采用薄壁墩、擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用柱式臺(tái)，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。根據(jù)該工程橋梁平面線性情況，現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)形式位于直線上，故橫斷面上橋面的橫坡設(shè)置雙向，坡度均為1.5%；結(jié)合縱斷面情況，橋梁位于豎曲線上（半徑為1 000 m），考慮到伸縮縫，故在0、3號臺(tái)的伸縮裝置采用型號為D-80。橋梁全斷面為變截面，梁高范圍是1.2~1.9 m，梁體為單箱單室，若頂寬為5.5 m，相應(yīng)底寬為3.1 m。箱梁的其他尺寸是：寬1.20 m的翼板（兩側(cè)相同），厚0.15 m的懸臂板端，底板厚0.2~0.35m，腹板厚0.45~0.65m。同時(shí)設(shè)置橫梁于支點(diǎn)處，中支橫梁和端橫梁寬度分別為1.6 m和1.2 m。在縱向腹板處設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，采用 N1、N2（15.2），M15-11 張拉錨具 16套。

1.2 總體施工方案

采用滿堂支架法進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁施工，主要分為兩次澆筑成型。第一次澆筑至翼板根部，安裝支架于內(nèi)箱室，在安裝頂模后綁扎頂板鋼筋。接著進(jìn)行第二次澆筑以及預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉，在張拉之前第二次澆筑的混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，然后張拉壓漿，最后進(jìn)行支架和模板的拆除。圖1為現(xiàn)澆箱梁兩次混凝土澆筑示意圖，圖2為支座平面布置圖。

圖1 現(xiàn)澆箱梁兩次混凝土澆筑示意圖

圖2 支座平面布置圖（單位：mm）

1.3 施工流程

現(xiàn)澆箱梁整體施工流程如圖3所示。

圖3 施工流程圖

2 施工工藝

2.1 地基處理

場地要平整、壓實(shí)以用于支架的搭設(shè)，承載力要滿足上部結(jié)構(gòu)荷載的要求，沉降變形要求控制在允許范圍以內(nèi)。橋址處地層多為粉質(zhì)粘土，必須進(jìn)行換填處理，控制沉降變形并滿足支架搭設(shè)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求。具體采取以下措施：

（1）根據(jù)標(biāo)高要求清除表層雜草樹根及淤泥土，原地碾壓，經(jīng)碾壓后出現(xiàn)彈簧位置用砂礫土換填；在砂礫土處理面上面澆筑厚15 cm的C20混凝土，且面層經(jīng)過硬化處理。

（2）地基處理時(shí)頂面設(shè)置一定橫坡，在地基處理范圍外設(shè)置排水溝，防止支架基礎(chǔ)被雨水侵泡；地基處理過程中通知監(jiān)理進(jìn)行過程驗(yàn)收，地基處理完后經(jīng)檢測合格后方可進(jìn)行下道工序。

2.2 支架搭設(shè)

現(xiàn)澆箱梁支架采用輪扣式滿堂支架。首先放出支架邊線及底托標(biāo)高，然后根據(jù)具體位置擺放底托，搭設(shè)腳手架。根據(jù)檢算設(shè)計(jì)支架應(yīng)按照如下進(jìn)行布置：

（2）縱向、橫向和水平向都需要設(shè)剪刀撐。在橫向和縱向每隔一段距離（橫向3.6m，縱向4.5 m）均要設(shè)置豎向剪刀撐。水平方向的剪刀撐在支架高度大于4.8 m時(shí)才需要設(shè)置，以保證支架的整體穩(wěn)定性，水平設(shè)置的間距為3.6 m。

（3）采用調(diào)節(jié)螺桿與鋼管軸心連接以充分利用鋼管的軸心受壓能力。立桿頂托上設(shè)橫橋向I12工字鋼，同時(shí)設(shè)置間距為25 cm的縱向方木，尺寸為10 cm×10cm。另外設(shè)置15 mm的優(yōu)質(zhì)竹膠板于方木上，以形成底模和側(cè)模。

2.3 鋼管柱搭設(shè)

鋼管柱搭設(shè)在第二跨中間，4.8 m×4.8 m單車道，鋼管柱基礎(chǔ)采用C20混凝土基礎(chǔ)1.2m×1.3m，按橋梁橫橋向4.8 m兩排布置，其鋼管柱分布在基礎(chǔ)兩邊，基礎(chǔ)中間設(shè)置15工字鋼，鋼管柱與15工字鋼上布置橫橋向45工字鋼，橫橋向45工字鋼再布置順橋向6排45工字鋼，間距為1 m。鋼管柱搭設(shè)施工立面圖見圖4。

圖4 鋼管柱搭設(shè)施工立面圖（單位：m）

2.4 支架預(yù)壓

支架的安裝會(huì)產(chǎn)生非彈性變形，同時(shí)地基也在一定程度上出現(xiàn)非彈性沉陷，為了消除這種現(xiàn)象，加強(qiáng)安裝過程的安全和穩(wěn)定性，需要在支座安裝之后進(jìn)行支架預(yù)壓，通常預(yù)壓質(zhì)量為現(xiàn)澆箱梁自重的1.2倍。堆載預(yù)壓過程可以獲得支架在荷載作用下的彈性變形數(shù)據(jù)，基于此獲得施工預(yù)拱度，進(jìn)而在卸落支架后使得箱梁獲得設(shè)計(jì)標(biāo)高。主要工序工藝體現(xiàn)在堆載過程、監(jiān)測點(diǎn)布置和加載布設(shè)階段。

2.4.1 堆載過程

通常堆載預(yù)壓時(shí)取1.2的保證系數(shù)，主要考慮到在堆載施工過程中的操作誤差。預(yù)壓材料為砂袋，總質(zhì)量按梁體自重的1.2倍換算，其梁體總重量為767 t，并進(jìn)行分跨預(yù)壓，順橋向第一、三跨為213 t，第二跨341 t?？紤]到加載效果和安全性，常采用三級加載進(jìn)行預(yù)壓，依次的荷載值分別為預(yù)壓值的0.6，0.8和1.0倍。

2.4.2 監(jiān)測點(diǎn)布置

結(jié)合底板寬度3.1 m，可以在斷面底板邊線和中線處布設(shè)，同時(shí)也可在梁端、1/4跨、1/2跨，1/4跨進(jìn)行縱向布點(diǎn)。每跨共布置15個(gè)觀測點(diǎn)，其中每個(gè)編織袋裝砂后質(zhì)量約1.4 t、底面積為1 m2。觀測點(diǎn)橫向布置圖見圖5所示。

圖5 觀測點(diǎn)橫向布置圖

2.4.3 加載布設(shè)工藝

第一、三（20 m）底板面積為62 m2，需要編織袋總袋數(shù)量為152個(gè)，考慮編織袋堆放時(shí)預(yù)留觀測點(diǎn)位置及四周不能堆放到臨邊（預(yù)留20 cm），則加載編織袋有效面積為52.92 m2，取值53 m2。加載為60%時(shí)，需要加載總質(zhì)量128 t，需總加載編織袋91個(gè)，布設(shè)兩層，第一層加載編織袋53個(gè)，第二層加載編織袋38個(gè)；加載為80%時(shí)，需要加載總質(zhì)量170 t，需總加載編織袋121個(gè)，布設(shè)三層，第一、第二層各加載編織袋53個(gè)，第三層加載編織袋15個(gè)；加載100%時(shí)，需要加載總質(zhì)量213 t，需總加載編織袋152個(gè)，布設(shè)三層，第一、第二層各加載編織袋52個(gè)，第三層加載編織袋48個(gè)。

第二跨（32 m）底板面積為99 m2，需要編織袋總袋數(shù)量為244個(gè)，考慮編織袋堆放時(shí)預(yù)留觀測點(diǎn)位置及四周不能堆放到臨邊（預(yù)留20 cm），則加載編織袋有效面積為85.32 m2，取值85 m2。加載為60%時(shí)，需要加載總質(zhì)量205 t，需總加載編織袋146個(gè)，布設(shè)兩層，第一層加載編織袋85個(gè)，第二層加載編織袋61個(gè)；加載為80%時(shí)，需要加載總質(zhì)量273 t，需總加載編織袋195個(gè)，布設(shè)三層，第一、第二層各加載編織袋85個(gè)，第三層加載編織袋25個(gè)；加載100%時(shí)，需要加載總質(zhì)量341 t，需總加載編織袋244個(gè)，布設(shè)三層，第一、第二層各加載編織袋85個(gè)，第三層加載編織袋74個(gè)。

2.5 模板的制作與安裝

（1）底模安裝。布置厚1.5 cm的優(yōu)質(zhì)竹膠板于長邊橫橋向，采用面板尺寸為2.44 m×1.22 m。為保證整體性，用小塊竹膠板在墩處進(jìn)行拼接組合?？紤]到制作出的橫梁需要用特制翼板進(jìn)行拼接通線，設(shè)置通長方木于縱向拼接縫處以抵抗底模的縱向位移。若鋪設(shè)的竹膠模板寬度大于底板且超過10 cm以上，需要每隔3 m用全站儀對底板邊線進(jìn)行放設(shè)以獲得側(cè)模的安裝線。

（2）側(cè)模及翼緣板安裝。側(cè)模背后采用方木加固，間距為30 cm，尺寸為5 m×10 cm；在表面采用竹膠板；在背肋后設(shè)置木方橫撐，尺寸為10 cm×10 cm，共3道。采用底模包側(cè)模的形式進(jìn)行拼縫設(shè)置，在安裝線位置設(shè)置方木限位，尺寸為5 cm×10 cm，具體示意圖見圖6。

圖6 側(cè)模及翼緣板安裝示意圖（單位：cm）

（3）芯模安裝。用竹膠板材料制作芯模，主要包括側(cè)模與頂模兩部分。先設(shè)側(cè)模，在完成底腹板鋼筋綁扎后設(shè)置內(nèi)側(cè)模模板，為防止芯模上浮需要將芯模的下倒角拉在底板鋼筋上。頂模鋪設(shè)在底腹板混凝土澆筑之后，為保證頂模支撐的牢固穩(wěn)定性，需要在橫向布置2道，豎向設(shè)置6道，圖7為芯模與頂模安裝示意圖。

圖7 芯模與頂模安裝示意圖（單位：cm）

2.6 鋼筋加工及預(yù)應(yīng)力管道安裝

（1）鋼筋加工。鋼筋進(jìn)場前應(yīng)預(yù)先加工成半成品，在現(xiàn)場綁扎時(shí)要相互錯(cuò)開設(shè)置墊塊，同時(shí)設(shè)置短鋼筋支墊于兩層鋼筋與底層鋼筋之間以保證位置準(zhǔn)確。全橋設(shè)置厚4 cm的鋼筋混凝土保護(hù)層，鋼筋尺寸和安裝間距要滿足規(guī)范[7]要求。底模板及外側(cè)模板安裝完成后進(jìn)行鋼筋綁扎及預(yù)應(yīng)力管道的布設(shè)，管道布設(shè)在底、腹板鋼筋安裝之后.有干擾時(shí)，普通鋼筋讓預(yù)應(yīng)力筋，構(gòu)造鋼筋讓主筋；接頭采用單面焊方式，焊縫長度不小于10倍鋼筋直徑；現(xiàn)場焊接時(shí)，為使預(yù)應(yīng)力管道和底板不受損壞，對預(yù)應(yīng)力管道采用遮擋措施。腹板鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝完成后，再支立芯模側(cè)模板，在底、腹板混凝土澆筑后，再鋪設(shè)芯模的頂板模板，然后進(jìn)行頂板部分的鋼筋綁扎和預(yù)應(yīng)力管道安裝，再進(jìn)行頂板混凝土的澆筑。圖8為鋼筋安裝布置示意圖。

圖8 鋼筋安裝布置示意圖

（2）預(yù)應(yīng)力管道施工。用定位鋼筋按規(guī)定間距對預(yù)應(yīng)力管道進(jìn)行定位，定位鋼筋要有一定的剛度以防止孔道移動(dòng)，在直線和曲線段的間距分別為0.8 m和0.4 m。用膠帶纏裹緊密以防止水泥漿的滲入。在管道最高點(diǎn)和最低點(diǎn)設(shè)置排氣孔和排水孔，并在全段設(shè)置內(nèi)徑均為20 mm的壓漿孔，為保證不滲水，需要對塑性管連接處進(jìn)行密封。

3 質(zhì)量控制措施

質(zhì)量控制對于工程安全來講是重要環(huán)節(jié)，其包括施工過程的全階段，存在于施工過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是主要工序方面以及對施工工藝要求嚴(yán)格的地方[8]。在不同階段的控制措施各不相同，具體包括以下階段。

3.1 施工準(zhǔn)備

該階段主要包括施工圖審核、技術(shù)交底、施工測量和配合比設(shè)計(jì)及原材料的檢測等方面。在施工圖審核時(shí)針對現(xiàn)澆箱梁上部結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)，著重對全橋的標(biāo)高、坐標(biāo)、各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋和混凝土工程量及施工順序等進(jìn)行仔細(xì)復(fù)核，并詳細(xì)掌握本橋的各項(xiàng)施工工序關(guān)鍵點(diǎn)。在技術(shù)交底階段，做到層次分明，層層管理；施工測量要滿足精度規(guī)范[7]要求。本工程中，由于主橋采用C50高標(biāo)號混凝土，故必須在現(xiàn)場對混凝土配合比進(jìn)行檢測，合格后才可使用。

3.2 支架立桿強(qiáng)度驗(yàn)算

支架施工采用鋼管腳手架搭設(shè)，縱橫向間距為0.6 m×0.9 m，步距為1.2 m，因此單根立桿承受區(qū)域即為底板0.6 m×0.9 m模板均布荷載，由10 m×10 m木方傳遞給I12工字鋼，再由I12工字鋼集中傳至桿頂.現(xiàn)以間距0.6 m×0.9 m立桿作為受力驗(yàn)算桿件，取最不利位置即梁端部進(jìn)行受力驗(yàn)算。

對于支架鋼管，其長細(xì)比λ為：式中：L為橫桿步距，mm；i為支架鋼管截面回轉(zhuǎn)半徑，mm。

現(xiàn) L=1 200 mm，i=15.78 mm,將其代入式（1）得：λ=1200/15.78=76。

式中：μ為軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；A為立桿的截面面積，mm2；f為鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa。

由長細(xì)比λ值查表得軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)μ 為 0.744，而 A=489 mm2，f=205 MPa，將其代入式（2）得[N]=0.744×489×205=74.582 kN。

已知：混凝土自重荷載q1為40.3 kN/m2；考慮安全系數(shù)，取1.2，則：

施工荷載取2.5 kPa，安全系數(shù)取1.2，而振搗、傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生荷載各取2 kPa，箱梁模板產(chǎn)生荷載取1 kPa，這三者的安全系數(shù)取1.4，則q2為：

由此可知下傳荷載q為：

單桿立桿受力N為：

N=0.9×0.6×q=0.9×0.6×58.36=31.51 kN＜[N]，所以立桿抗壓強(qiáng)度滿足要求。

3.3 預(yù)壓監(jiān)測點(diǎn)布置控制

（1）監(jiān)測點(diǎn)具體布置要滿足以下要求：混凝土結(jié)構(gòu)縱向每隔1/4跨徑處應(yīng)設(shè)置監(jiān)測斷面，每個(gè)斷面宜對稱布置監(jiān)測點(diǎn)，總個(gè)數(shù)不少于5個(gè)；每級加載完成后，對支架沉降量進(jìn)行監(jiān)測，頻率為每間隔12 h 1次；當(dāng)平均沉降量小于2 mm時(shí)，可進(jìn)行下一級加載。

（2）當(dāng)加載全部預(yù)壓荷載后，監(jiān)測頻率變?yōu)?4 h 1次，且滿足以下幾個(gè)監(jiān)測結(jié)果之一即可判定合格，然后可以進(jìn)行支架卸載：各監(jiān)測點(diǎn)最初24 h沉降量平均值小于1 mm；最初72 h沉降量平均值小于5 mm。在卸載時(shí)，由上至下分級卸載，預(yù)壓荷載應(yīng)與跨中對稱、均衡、同步卸載。

3.4 混凝土板澆筑

為防止混凝土出現(xiàn)收縮裂縫，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比施工，嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)及控制混凝土表面溫差等；同時(shí)在混凝土振搗時(shí)要保證混凝土供應(yīng)連續(xù)且分層澆筑。振搗時(shí)，振搗棒需插入下層混凝土深度5~10 cm。

要防止梁體出現(xiàn)節(jié)段錯(cuò)臺(tái)。避免因模板拼接不好導(dǎo)致節(jié)段錯(cuò)臺(tái)或由于混凝土側(cè)壓力較大，在振搗過程中出現(xiàn)螺母滑絲。組拼安裝箱梁模板后，要安排專人檢查，每塊模板均需檢查到位；達(dá)不到要求的地方要進(jìn)行局部調(diào)整，確保拼縫平整。澆注箱梁時(shí)，若出現(xiàn)滑移、脹模等情況，應(yīng)及時(shí)加固。

在向波紋管澆筑混凝土過程中，為防止管道堵塞，澆筑前要對波紋管進(jìn)行全面檢查，加強(qiáng)監(jiān)督管理，著重注意防止振搗棒破壞波紋管。為防止混凝土堵管，波紋管應(yīng)反復(fù)拉通。在張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋過程中，若張拉時(shí)錨墊板崩陷，要剔除不密實(shí)的混凝土，并重新澆筑高強(qiáng)度等級混凝土，達(dá)到張拉強(qiáng)度時(shí)再進(jìn)行張拉。

4 結(jié)語

為了提高現(xiàn)澆箱梁的施工技術(shù)和安全水平，結(jié)合具體工程實(shí)例，主要從總體施工方案、主要工序施工工藝和質(zhì)量保證措施等方面進(jìn)行分析研究，對同類橋梁現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)方面具有實(shí)際借鑒意義。在具體參考該施工技術(shù)時(shí)，要結(jié)合具體的工程概況和要求進(jìn)行施工，以便達(dá)到最佳效果。