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      公路橋梁工程中現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)

      2023-03-30 07:30:34孫相雨
      關(guān)鍵詞:貝雷施作現(xiàn)澆

      孫相雨

      (中交路橋南方工程有限公司,北京)

      前言

      現(xiàn)澆箱梁施作是公路橋梁工程中出現(xiàn)頻率較高的內(nèi)容。近幾年,各地快速公路橋梁數(shù)量持續(xù)增加,受區(qū)域建筑物高密度分布、周邊環(huán)境高度復(fù)雜等因素干擾,部分公路橋梁工程無法給現(xiàn)澆箱梁施作提供足夠的空間,常規(guī)箱梁二次澆注方法面臨重重困境,現(xiàn)澆箱梁施作周期顯著增加。因此,從箱梁現(xiàn)澆著手,探究空間受限情況下公路橋梁現(xiàn)澆作業(yè)技術(shù)具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

      1 公路橋梁工程

      一公路橋梁工程為雙層現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu),站臺(tái)梁為高2.5 m 的等截面混凝土。工程布置見圖1、圖2。

      圖1 公路橋梁工程縱斷面

      圖2 公路橋梁工程橫斷面

      圖1 中,1 為高架橋梁現(xiàn)澆箱梁/地面橋現(xiàn)澆箱梁;2 為高架橋梁鋼箱梁/地面橋鋼箱梁;3 為高架橋梁現(xiàn)澆箱梁/地面橋現(xiàn)澆箱梁。如圖1 所示,地面橋現(xiàn)澆箱梁共10 聯(lián)。

      圖2 中,1 為高架橋梁鋼箱梁,寬度為32.5 m;2、3、4 分別為地面橋現(xiàn)澆箱梁,寬度分別為17.5 m、11.3 m、6.8 m,為鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。由圖2 可知上部高架橋梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),與地面橋現(xiàn)澆箱梁凈空距離9.5 m±0.5 m,箱梁投影邊線、紅線之間距離小于等于3.8 m,現(xiàn)場(chǎng)可利用空間較小。

      2 公路橋梁工程中現(xiàn)澆箱梁設(shè)置方案

      2.1 支架大楞驗(yàn)算

      根據(jù)公路橋梁工程現(xiàn)場(chǎng)可利用場(chǎng)地面積小以及箱梁布置密度高的特點(diǎn),選擇一次性整體澆筑方式[1]。澆筑前根據(jù)方木、工字鋼均具有大自重、部件連接冗雜、進(jìn)場(chǎng)約束因素多且操作復(fù)雜的特點(diǎn),選擇抱箍貝雷支架法,將抱箍安裝到橋梁墩柱上,借助2 個(gè)抱箍之間高強(qiáng)螺栓預(yù)先緊固力向抱箍、墩柱間壓力轉(zhuǎn)化,獲得承重必需摩擦力。在抱箍貝雷支架法應(yīng)用前,對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行計(jì)算,確定滿足箱梁結(jié)構(gòu)荷載的支架主楞。在橋梁端下大楞選擇抱箍貝雷時(shí),支架大楞作用荷載為:

      式中:q0為支架大楞作用荷載kN/m;L 為支架立桿縱向間距,1.2 m;G 為作用于支架的現(xiàn)澆箱梁重力,頂板位置、腹板位置、底板位置、翼緣板位置的重力分別為10.95 kN/m2、65.0 kN/m2、26.50 kN/m2、11.00 kN/m2;G0為包含防護(hù)附加構(gòu)件在內(nèi)的支架結(jié)構(gòu)自重,kN/m2;L0為竹膠板寬度,1.4 m;G1為施工者、施工機(jī)械工具、施工材料的荷載,kN/m2;G2為振搗混凝土荷載,kN/m2;G3為澆筑混凝土沖擊荷載;Gm為支架大楞自重,kN/m2。將已有數(shù)值代入式(1),得出支架大楞最大彎曲應(yīng)力小于支架抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,最大剪切應(yīng)力小于支架抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,滿足規(guī)范要求,可根據(jù)圖3布置抱箍貝雷支架。

      圖3 公路橋梁現(xiàn)澆箱梁工字鋼主楞支架

      圖3 中,1 為箱梁;2 為邊跨位置鋼管立柱;3 為碗口支架;4 為貝雷縱梁;5 為承重梁;6 為上下抱箍;7為墩柱[2]。整體受力由抱箍間經(jīng)支撐桿連接形成,單一上抱箍承受全部荷載,下抱箍則作為安全儲(chǔ)備,降低高空作業(yè)量,提高安裝拆卸效率,突破進(jìn)場(chǎng)材料限制。抱箍貝雷支架主要參數(shù)見表1。

      表1 抱箍貝雷支架主要參數(shù)

      2.2 模板強(qiáng)度驗(yàn)算

      根據(jù)公路橋梁中簡(jiǎn)支混凝土、站臺(tái)梁高度一致的特點(diǎn),在支撐架間距無差異時(shí),選擇較大載荷。根據(jù)《混凝土模板用膠合板》(GB/T17656)關(guān)于15 mm 厚竹膠板的參數(shù),得出竹膠板參數(shù)見表2。

      根據(jù)表2 參數(shù),計(jì)算模板強(qiáng)度,計(jì)算公式如下:

      表2 現(xiàn)澆箱梁用模板參數(shù)

      式中:q 為模板強(qiáng)度,kN/m。代入以上數(shù)據(jù)后,得出q小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度,無法滿足現(xiàn)澆箱梁作業(yè)要求。基于此,選擇菲林板與不銹鋼復(fù)合模板(靜曲強(qiáng)度順紋方向45 MPa,橫紋方向52 MPa,密度0.9 g/cm3),在脫離安裝機(jī)械的情況下,人工便捷控制混凝土外觀質(zhì)量。

      3 公路橋梁工程中現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)

      3.1 抱箍貝雷支架施作

      因公路橋梁工程中抱箍貝雷支架各部位焊接縫隙承受較大荷載,初期加工可選擇雙面坡口對(duì)稱焊接處理板件間T 型接頭,進(jìn)而利用偏向側(cè)板的單面坡口焊接法處理角接頭。處理后,將300 mm×500 mm 鋼筋混凝土柱、300 mm×800 mm 鋼筋混凝土梁分別設(shè)置到圓筒結(jié)構(gòu)外側(cè)桁架部位、上弦桿部位,規(guī)避鋼結(jié)構(gòu)支撐桁架無錨固段導(dǎo)致的截面尺寸偏大、附加荷載威脅原公路橋梁箱梁結(jié)構(gòu)問題[3]。

      在鋼結(jié)構(gòu)支撐桁架錨固的基礎(chǔ)上,以桁架結(jié)構(gòu)安裝精度為重點(diǎn),先將2 榀桁架設(shè)置到原定位置,再開展等荷載堆載試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。確定桁架變形小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后,按照表2 參數(shù),規(guī)范施作抱箍貝雷支架。

      表3 荷載下桁架變形

      3.2 支架預(yù)先壓載

      因公路橋梁下凈空變化高度小、不同高度調(diào)整要求高,傳統(tǒng)履帶吊裝成捆鋼筋逐跨預(yù)先壓載的方式受2 側(cè)高壓線干擾,作業(yè)過程易間斷。基于此,借鑒樁基靜載小沙袋預(yù)先壓載經(jīng)驗(yàn),利用40 kg/袋小沙袋預(yù)先壓載支架,并利用彩條布均勻包裹,確保預(yù)先壓載重量與設(shè)計(jì)重量一致。在堆載預(yù)壓次日,進(jìn)行沉降效率計(jì)算,確定支架預(yù)先壓載前期、支架預(yù)先壓載至總重量60%、支架預(yù)先壓載至總重量80%、支架預(yù)先壓載至總重量100%、加載穩(wěn)定(支架預(yù)先壓載至總重量100%持續(xù)24 h 后)幾個(gè)階段支架結(jié)構(gòu)沉降值[4]。沉降觀測(cè)期間,需要順著公路橋梁線路布置控制點(diǎn),相鄰控制點(diǎn)之間距離為5.0 m,逐點(diǎn)觀測(cè),確定每天支架沉降值小于1.5 m 且維持3 天后,卸除支架荷載,反之則繼續(xù)預(yù)壓。

      3.3 基于BIM的模板拼裝

      因公路橋梁工程中現(xiàn)澆箱梁模板為菲林板與不銹鋼復(fù)合模板,表面高度光滑,選擇BIM+公路橋梁工程道路中線測(cè)量技術(shù),先確定現(xiàn)澆箱梁控制樁號(hào),再經(jīng)平面圖中軸圓曲線測(cè)量中樁坐標(biāo),最終經(jīng)箱梁截面圖進(jìn)行頂板坐標(biāo)、邊樁坐標(biāo)、底板坐標(biāo)的測(cè)量計(jì)算。得出結(jié)果后,輸入Rhioceros7 軟件內(nèi),根據(jù)規(guī)范指引完成建模,得出三維模型見圖4。

      圖4 公路橋梁模板三維模型

      圖4 中,側(cè)模、底模均選擇菲林板,在已安裝底模上釘設(shè)防滑木(長(zhǎng)50 cm×寬20 cm×厚2 cm),相鄰防滑木之間距離大于25 cm 但小于35 cm,為箱梁邊模安裝提供足夠空間。箱梁底板邊界設(shè)置木條(厚18 mm×寬10 mm)。木條設(shè)置完畢后,再次放出底板標(biāo)高,準(zhǔn)備進(jìn)行側(cè)模安裝;在側(cè)模背部安裝方木(長(zhǎng)10 cm×寬10 cm),相鄰方木之間距離為15 cm,并根據(jù)側(cè)模背部方木頂固要求,增設(shè)加固用方木,加固用方木之間距離為60 cm。對(duì)于圓弧位置,先將模板釘設(shè)到上部高度超出設(shè)計(jì)高12.5 cm±2.5 cm,再利用寬10 cm、2 mm 厚不銹鋼板處理圓??;側(cè)模安裝完畢后,利用局部具備延展性能雙壁波紋管配合φ16 mm 鋼筋、φ10 mm 螺紋鋼,有效焊接內(nèi)模[5]。進(jìn)而將對(duì)拉螺桿距離底部27.5 cm±2.5 cm、距離頂部27.5 cm±2.5 cm,配合同側(cè)φ14 mm 螺桿加固箱梁。箱梁加固后,將2 根φ12 mm 鋼筋安裝到底部,配合最外側(cè)箍筋,完成箱梁鋼筋安裝。

      3.4 一次性整體澆筑

      面對(duì)常規(guī)公路橋梁現(xiàn)澆箱梁二次操作存在的工期滯后、作業(yè)難度大、大規(guī)模設(shè)備布置難等問題,應(yīng)用一次性整體澆筑思路進(jìn)行作業(yè)優(yōu)化,優(yōu)化后作業(yè)流程見圖5。

      圖5 一次性整體澆筑作業(yè)

      如圖5 所示,公路橋梁工程箱梁分二次澆筑時(shí)以腹板與翼板折角位置為分界線,首次施作底板、腹板,待兩者強(qiáng)度與設(shè)計(jì)要求相符后鑿毛腹板進(jìn)行頂板施作[6]。而公路橋梁工程箱梁一次性整體澆筑是一次性完成底板、腹板、頂板澆筑,減少1 次混凝土泵車與汽車吊進(jìn)場(chǎng)、禁燒混凝土接縫鑿毛環(huán)節(jié),無施工縫,在縮短工期、減少設(shè)備投入的同時(shí),獲得更加優(yōu)良的外觀條件。

      3.5 預(yù)應(yīng)力張拉

      根據(jù)作業(yè)要求,在狹小空間內(nèi)應(yīng)用后張法預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)。技術(shù)應(yīng)用時(shí),先將張拉槽預(yù)先設(shè)置到簡(jiǎn)支箱梁端部,再利用擠壓錨方法張拉梁端部,擴(kuò)大作業(yè)空間,解決狹小空間現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉問題[7]。

      具體操作時(shí),預(yù)先安裝張拉槽、端頭模,提前準(zhǔn)備穿束孔位,規(guī)避鋼絞線穿束、張拉槽安裝矛盾問題。若張拉槽模板、鋼筋仍然存在沖突,則適當(dāng)錯(cuò)開截?cái)噤摻睿摻钛由斓綇埨勰0鍍?nèi)部。同時(shí),預(yù)先在跨左側(cè)、右側(cè)張拉槽頂部設(shè)置天窗,為張拉工具進(jìn)出提供渠道。狹窄空間內(nèi)公路橋梁現(xiàn)澆箱梁張拉工具為250 t 及以上穿心式千斤頂(含配套油泵)。

      在張拉槽模板施作完畢后,經(jīng)內(nèi)徑90 mm 金屬波紋管穿束縱向預(yù)應(yīng)力筋。為確定波紋管位置與設(shè)計(jì)方案相符,需在借用φ12 mm 定位網(wǎng)的基礎(chǔ)上,經(jīng)U形卡完成重要部位劃定,加密操作,形成順直線性,進(jìn)而從已架設(shè)剪支梁端部出發(fā),經(jīng)2 孔相鄰現(xiàn)澆箱梁端部穿入,從系桿拱連續(xù)梁端部穿出。最終,選取相鄰空間,直接利用擠壓錨錨固,錨固后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉。

      4 結(jié)論

      綜上所述,現(xiàn)澆箱梁施作現(xiàn)場(chǎng)可利用場(chǎng)地不夠?qū)拸V,加之箱梁結(jié)構(gòu)高密度分布,對(duì)澆筑、吊裝作業(yè)提出了較大的難題。一次性整體澆筑方法可在滿足狹小空間內(nèi)箱梁現(xiàn)澆作業(yè)要求的同時(shí),盡可能減少大規(guī)模設(shè)備應(yīng)用頻次與現(xiàn)場(chǎng)干擾因素,規(guī)避箱梁模板、混凝土與鋼筋二次進(jìn)場(chǎng)、吊裝矛盾,配合菲林板與不銹鋼復(fù)合模板系統(tǒng),為現(xiàn)澆箱梁的高質(zhì)量、高效率施作提供充足保障。

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