实例解析菱形挂篮施工技术及施工过程

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本文结合工程实例就菱形挂篮施工技术及施工过程进行了探讨。该桥梁的主桥上部结构设计为(95m+170m+95m)变截面预应力混凝土连续箱型梁桥。笔者从理论上阐述了可行性方案,然后从技术上进行了认真分析,探讨了详细的施工过程。

  1. 工程概况 
  某特大桥长2.62Km,主跨上部构造为95m+170m+95m预应力混凝土连续刚构。箱梁为左右分离的两幅桥,两幅桥间距0.34m,每幅桥宽16.58m,底板宽10m。上部结构共划分27块梁段,其中0~24#梁段为T构梁段;25、26#梁段分别为中、边跨合拢梁段;27#梁段为边跨现浇梁段。梁段分为3m、4m、5m,最大重量梁段为9#块,4m长,约273t。在施工中0、1#梁段为支架现浇梁段,2~24#梁段为挂篮悬臂浇筑梁段。
  2. 挂篮悬臂施工技术
  2.1 悬浇箱梁施工挂篮操作工艺
  在0#块浇筑完毕,强度达到90%并张拉预应力钢束后,安装施工挂篮,挂篮设计为菱形桁架挂篮,共4套,分别安装在17#、18#主墩0#块上,挂篮模板由底模、侧模、内模构成,其中设计按逐段悬臂浇注最大尺寸3米设计,各节段箱梁模板设计能共用,为保证上部结构美观,结合施工现场实际情况,用槽钢作骨架,钢模作为外模、内模上部采用钢模,侧模采用竹夹板作为内模全断面一次浇筑,以适应梁体变截面的要求。
  挂篮行走系统:挂篮行走系统主要由牵引葫芦、行走小车、滑梁小车、滑轨等组成。挂篮主桁架前支点下方设置滑船,由葫芦牵引挂篮通过滑船在工字钢滑轨上前移。工字钢滑轨设计成两段,分前移滑轨与行走滑轨。前移滑轨长5.0m,行走滑轨长3.8m。
这样更加便于装拆,移动方便迅速。滑船在前移滑轨上滑移。挂篮后支点巧妙地设计行走小车,行走小车在行走滑轨上翼缘底面滚动前移。行走滑轨与前移滑轨通过压在其上面的锚梁与箱梁竖向预应力筋连接而锚固,这样取消了挂篮尾部的配重,有效地减轻了挂篮自重,挂篮行走亦变得平稳可靠。滑梁小车通过精轧螺纹钢固定于已浇混凝土梁段的顶面,用于支撑内、外模板的工字钢滑梁通过滑梁小车,由挂篮主桁架牵引其同步前移。
  此挂篮的行走装置与其他类型挂篮相比有着明显的优势,挂篮的主承重系统与底篮及其他各部分均同步一次性就位,这样减少了施工工序,缩短了施工周期。
  2.2 箱梁节段施工作业程序
  (1)挂篮前移就位后,调整其平面位置及标高。
  (2)绑扎底板与腹板钢筋,安放竖向预应力筋及底板纵向预应力管道;绑扎顶板钢筋,安放纵向预应力管道;安装端模。
  (3)浇注梁段混凝土,梁段混凝土养生。
  (4)梁段混凝土强度达到设计值的90%后,张拉纵向预应力钢束及竖向预应力筋;纵向预应力钢束及竖向预应力筋压浆。
  (5)挂篮前移就位。
  内,再分布到底模上。浇筑顺序为由下而上,先底板,后腹板,最后顶板。底板又分先左右两侧对称浇筑,然后中间合拢;顶板浇筑时先两翼,后中间,浇筑时加强振捣。在施工中还需要控制一个“T”上两端总施工荷载均衡,并且每幅挂篮的两侧腹板浇筑砼高差不能相差太大。
底板与顶板施工均从未成梁端向已成梁段方向浇筑,最后在已成梁段范围内合拢。砼施工中加强对锚固端振捣。振捣采用插入式振捣器,当振动时砼不再有显著的沉落,不再出现大量的气泡,砼表面均匀、平整,并泛浆,说明振动适宜。振动时间应避免过短或过长,过短时砼振不实,过长时砼可能产生离析现象,振动时间约20~30s。砼浇筑完成后用锤检查,如发现空洞或不密实情况应及时通知监理工程师现场检查并处理。
  2.3 预应力施工
  在绑扎钢筋的同时,应根据图纸要求布置预应力管道,预应力管道采用塑料波纹管,纵向预应力采用φS15.20高强度低松驰预应力钢绞线,锚具采用OVM15-7型、OVM15-9型、OVM15-12型,钢束张拉控制应力取用σcon=0.73fpk。
竖向预应力采用φ25mm高强精轧螺纹钢筋,标准强度为fpk=785 Mpa,设计张拉强度为σcon=0.9fpk。竖向预应力管道采用金属波纹管,波纹管安装要严格按设计要求的坐标实施,遇到与钢筋发生“打架”时,适当移动钢筋位置,布管时曲线段每隔20cm设一井字架,直线段每隔50cm设一井字架固定管道,井字架以点焊固定在钢筋骨架上,安装波纹管时,采用胶管作芯棒,防止变形或漏浆堵塞孔道,波纹管接头用防水胶带包扎护漏,箱梁节段施工时,波纹管伸出断面外出口段要仔细认真保护,不致损坏,管道附近进行电焊作业时,需用湿麻袋包裹管道,避免电弧烧伤,在每次浇筑混凝土前,均须经灌水作渗漏检查,合格后才可进行混凝土施工作业。
  混凝土经过养生,强度达到设计值以上即可按设计要求的顺序进行预应力张拉,张拉程序严格按规范要求进行,各预应力张拉完后,即可压浆密实,压注的水泥浆强度应达到设计标准。纵向预应力筋采用φS15.20钢绞线,钢绞线在现场下料,待梁段混凝土浇筑完毕后,开始穿该段锚固束。箱梁混凝土强度达到设计强度的90%后,钢绞线方可进行张拉。张拉两端同时进行,以张拉力为主,应力和应变双控,张拉顺序严格按设计要求进行。
竖向预应力筋采用精轧螺纹钢筋作竖向预应力,设计张拉强度为706.5MPa,张拉控制力为346.8kN,张拉时预应力筋所受应力可以通过油压表反映,但当螺母锚固回油后,预应力筋所受的应力不能用刚张拉时应力来表示,可采用多次反复张拉,旋紧螺母的形式,直接在锚固端头量取张拉前后的差值,作为实际伸长量。预应力高强精轧螺纹粗钢筋在张拉端露出锚具的长度为10cm,张拉结束挂篮前移后预应力筋应使用砂轮机切割,露出锚具的长度保留为3.6cm左右。
  2.4 合拢段施工
  合拢段施工顺序为先两边跨合拢再中跨合拢,在边跨及中跨的12#梁段加平衡重,平衡重为合拢段及施工荷载总和的一半。安装顶拉装置,浇筑边跨合拢段砼,边浇筑边卸载平衡重。当合拢段砼强度达到90%以上时,拆除顶拉装置,张拉边跨合拢钢束,张拉完毕后拆除模板,拆除次序由合拢段向现浇方向进行,形成一次超静定结构体系。
拆除0#块下临时墩顶的临时支座,使永久支座受力,此时注意17#墩上永久支座为活动支座,须同时采取措施,使之形成固定支座,形成简支单悬臂结构。待边跨合拢段完成后,拆除中跨一端的吊篮,利用另一端的吊篮前移到中跨合拢段位置进行施工。
中跨合拢段安装顶拉装置,安装完成后立即配合张拉顶板LS钢束及2根对称的底板Y1钢束(其中LS钢束张拉至控制应力,Y1钢束张拉至35%fpk),并在钢束张拉的瞬间拆除17#墩永久支座的纵向水平约束,使之形成活动支座,之后浇筑中跨合拢段砼。边浇筑边卸载平衡重中跨合拢。待中跨合拢段砼强度达到90%以上时,拆除顶拉装置,此时再将所有中跨合拢钢束张拉至控制应力,张拉完毕一次压浆,此时即形成三跨连续梁。
  合拢段施工两悬臂结构由于受日照温度、砼收缩徐变的影响,应严格按设计要求的合拢顺序进行。安装顶拉装置、张拉临时预应力束及浇筑合拢段砼均应在一天中温度最低且梁体温度均匀时进行。合拢段砼施工应采用早强剂或减水剂,以达到减少砼收缩、徐变的目的。当施工中跨合拢段时应在“T”型悬臂端设置施工平衡重保证“T”构两侧平衡,一般通过放置水箱来实现。
  3. 质量保证措施 
  (1)在箱梁进行各工序施工前,应对全体技术人员、具体实施作业的施工班组人员等进行全面的技术交底,确认各工序,各结构部位的技术要求和精度要求。对测量放样、支架搭设、模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力钢绞线、预应力钢筋张拉等工序都要组织质检小组进行认真细致地检查、监督,每道工序的开工都要得到监理工程师的签认批准方可进行。
  (2)建立完整质量保证体系,严格控制材料质量,要求进场材料是合格品,做到每道工序都有专人负责,层层把关,严格管理,不合格的坚决返工重来,并做好施工原始记录。
  (3)混凝土浇筑时,支架、模板要有专人值班,观测其变形及沉降情况发现问题及时处理。
  4. 结语
  菱形挂篮的外侧模和底模均为整体模板,无模板接缝。挂篮下沉量小,外侧模和底模均为桁架支撑不易变形,可保证梁体砼的外观质量。菱形挂篮结构为中空式,受风面积小,抗风能力强,其顶部可安装雨棚,适合全天作业。菱形挂篮取消了平衡重,尾部采用高强度钢筋锚固,劳动强度低,安全性能好。在施工中取得了显著的效果,给企业带来了较高的经济效益和社会效益。
  参考文献:
  [1]《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011,人民交通出版社.2011-8-1实施.
  [2]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62- 2004
  [3]范立础. 桥梁工程(上、下册,第二版)[M].北京:人民交通出版社,1996.
  [4]赵青山.菱形挂篮的研制及应用.施工技术,1994(3):21-26
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