浅谈现浇预应力连续箱梁施工及质量控制

来源:用户上传      作者:

　　摘要：以承唐高速二期唐山段某服务区上跨天桥预应力连续箱梁施工为例，结合工程实践经验，对预应力连续箱梁的支架及模板设计、混凝土浇筑、预应力施加、真空辅助压浆等施工工艺及质量控制作了初步的分析与研究。
　　关键词：预应力连续箱梁支架模板设计预应力施工质量控制
　　1、概述
　　 承唐高速公路唐山段二期遵化南服务区某上跨立交天桥，其上部结构为25+30+30+25m预应力混凝土现浇连续箱梁，全桥位于R=2200m平圆曲线内。采用单箱单室、直腹板断面形式，梁高160cm，C50砼，箱梁底板宽420cm，顶板宽800cm。
　　 预应力筋采用φs15.24高强度低松弛钢绞线，标准抗拉强度fpk=1860MPa；预应力锚具采用YM12型群锚体系及配套产品。预应力孔道采取预埋塑料波纹管的管道成孔方法，管道灌浆采用真空压浆的新工艺。
　　2、施工工艺流程
　　 采用支架法施工，工艺流程为：
　　 支架基础处理→支架搭设→支架预压→根据预压结果调整模板→底腹板模板安装→底腹板钢筋安装→预应力纲绞线、波纹管安装→第1次砼浇筑（底板与腹板）→顶模安装→顶翼板钢筋安装→第2次砼浇筑（顶板）→养生→预应力张拉→真空压浆→封锚继续养护→支架模板拆除。
　　3、模板与支架的设计和验算
　　3.1 支架和模板布置
　　 根据以往施工经验，结合箱梁的实际尺寸，模板及支架施工方案选定如下：
　　 采用φ48×3.5mm碗扣式脚手架，初步拟定支架立杆在跨中段纵横向间距为120×90cm，梁端底腹板加厚段加密4排，纵横向间距调整为90×60cm；立杆步距120cm。为减少支架类型，组装方便，保证安全，翼缘板区立杆横向间距仍采用120cm，在立杆的上部放置可调承托螺杆，可调承托螺杆的最大升降量为30cm。
　　 箱梁内模和外模拟采用两种形式。外模采用15mm厚高强度涂塑竹胶板, 内模用单光面12mm厚的竹胶板，用5×7cm方木做背带。由于箱梁箱内净空较小，混凝土浇筑后顶板内模及内支架拆除困难，为节省材料，考虑内模支架的周转使用，采用型钢加工成标准构件，构件之间用螺栓连接，再用组合钢模板做顶板内模。这样内支架和模板既利于安装与拆除，又可提高劳动效率，一举多得。
　　3.2支架及模板荷载验算
　　3.2.1设计荷载
　　 箱梁全桥长110m，梁体底板面积110×4.2=462m2，设计箱梁C50混凝土总量534.9 m3；取钢筋砼重度为26kN/m3，混凝土自重534.9×26=13907.4 kN，自重产生的荷载近似按均布荷载计算，g1=13907.4/462=30.1kN/m2
　　 根据《路桥施工计算手册》，施工荷载取值如下：
　　 施工人员及设备荷载g2=2.5 kN/m2
　　 倾倒砼产生的荷载g3=2.0 kN/m2
　　 振捣砼产生的荷载g4=2.0 kN/m2
　　 模板及支架属于临时结构，采用容许应力法计算，不考虑荷载分项系数。因此，验算强度时，g=g1+g2+g3+g4=36.6 kN/m2；验算刚度时，g=g1 =30.1 kN/m2；为方便计算，并偏于安全，按相同取值计算。
　　 满堂支架（按最高9m计算）产生的荷载0.14 kN/m3，那么近似均布荷载为9×0.14=1.26kN/m2
　　 6×12方木自重均布荷载q1=0.05×0.10×8=0.04kN/m
　　 15×15方木自重均布荷载q2=0.10×0.15×8=0.12kN/m
　　3.2.2底模验算
　　 竹胶板底模自重忽略不计，考虑到模板本身的连续性，按三等跨连续梁，取1m宽板带计算：
　　 Mmax=l12=×0.32=0.33kN・m，
　　 其中l1为相邻横梁之间的距离，即模板计算跨径，
　　 模板净截面抵抗距Wj：Wj=bh2=×100×1.52=37.5 cm3，
　　 其中b为模板宽度（取1米），h为模板厚度。
　　 ÓW===8.8×106Pa=8.8Mpa<[ÓW]=32 Mpa，满足要求。
　　 [ÓW]――竹胶板容许抗弯曲应力32 Mpa；
　　 惯性矩：I===28.125cm4
　　 挠度：f===6.379×10-4m=0.6mm
　　 E――弹性模量，取9.2×103 Mpa；
　　 挠跨比：==<[]=1/400，满足要求。
　　3.2.3方木横梁验算
　　 所有荷载均由横梁承受并传给纵梁，由于横梁间距30cm，因此横梁横向均布荷载为q横=q1+gl1=0.04+36.6×0.3=11.02kN/m，
　　 受弯构件按三等跨连续梁计算，横梁计算跨度l2为立杆横向间距,即90cm，
　　 Mmax=l22=×11.02×0.92=0.89kN・m
　　 Wj=bh2=×5×102=83.33cm3
　　 ÓW===10.68×106Pa=10.68MPa<1.2[ÓW]=1.2×12=14.4Mpa，满足要求，式中1.2为容许应力提高系数。
　　 I===417cm4
　　 fmax===1.3×10-3m=1.3mm
　　 ==<[]=1/400，满足要求。
　　3.2.4方木纵梁验算
　　 横梁以集中力传递给纵梁,q集=0.9×11.06=9.954 kN，由于横梁间距较密（0.3m）,横梁传给纵梁的集中荷载近似按三等跨连续梁均布荷载计算。
　　 q纵= q2+4×q集/1.2=0.18+4×9.954/1.2=33.36kN/m
　　 Mmax=×l2=×33.36×1.22=4.80kN・m
　　 Wj=bh2=×10×152=375cm3
　　 ÓW===12.80×106Pa=12.80MPa<1.2[ÓW]=1.2×12=14.4Mpa
　　 I= ==2813cm4
　　 fmax===1.85×10-3m=1.6mm
　　 ==<[]=1/400，满足要求。
　　3.2.5立杆验算
　　 立杆承受纵梁传来的荷载，因此N=q纵l=33.36×1.2=40.03kN，
　　 因为横杆步距为1.2m，所以，长细比λ===76，r为回转半径，查表，得折减系数ψ=0.676，
　　 [N]=ψA[Ó]=0.676×489×140=46279N=46.3kN
　　 N＜[N]，满足要求。
　　4、模板与支架的施工及质量控制
　　4.1支架搭设与质量控制
　　4.1.1 地基处理
　　 桥区地基表层为种植土，在支架搭设前对地基做以下处理：先把施工区域内的淤泥、杂物及桩基施工泥浆池中的泥浆清理干净，分层换填碎石土并压实，压实度不小于90%；最后在其上浇筑15cm厚的C15素混凝土，以方便支架立柱划线搭设。
　　 地基处理范围为桥下翼缘板垂直投影外加1.0m,在两侧开挖排水沟，确保工程施工时地基免遭水淹影响地基承载力，引起不均匀沉降。
　　4.1.2 支架搭设
　　 混凝土浇筑完成,强度达到70%后,开始搭设支架。搭设支架时根据梁底、纵横向方木大小和地面标高选配支架，由专业架子工和木工负责支设，支架必须垂直、水平；设置纵横向的剪刀撑在梁底模板施工前放置，保证支架体系的刚度和稳定性。
　　 为保证支架的稳定性，支架四边与中间纵向每隔4排设置通长剪刀撑, 剪刀撑用6 m长φ48普通钢管连续布置，每道剪刀撑宽度不应小于4跨，且不应小于6m，斜杆与地面的倾角宜控制在45°~60°之间。
　　4.2模板施工质量控制
　　4.2.1 铺设外模板

　　 外模板采用15mm优质竹胶模板。铺设时，底板和翼缘板模板牢固钉在方木上，模板与模板之间用双面胶填塞。模板铺设完成后，清除模板表面外露双面胶，竹胶板的横向拼缝下面必须设置通长方木，确保模板拼缝质量。
　　 为了检查支架的―承载能力，减小和清除支架的非弹性变形及地基的沉降量，在支设模板前对支撑体系进行预压。预压材料为砂袋，最大荷载为设计荷载的1.2倍，分段加载，预压48h，预压时每跨5个断面，每6小时观测一次。压载前先在支架上做观测点，分别测出加载前标高、加载后标高各卸载后标高。
　　4.2.2 支设内侧模和倒角模板
　　 腹板内模和倒角模板用12mm厚的单面竹脚板，用5×7cm方木作竖向背带。两腹板之间用脚手管内撑，脚手管的一端设可调承托螺杆，以调节腹板尺寸。在浇注砼过程中，腹板必须同时浇注，每两条腹板间浇注长度差必须适当，否则砼的侧压力过大会引起未浇注的腹板变形，严重时腹板内撑会凿穿外模板。
　　 由于箱梁的倒角比较宽，浇注砼时容易出现模板上浮现象，倒角与侧模之间接缝处漏浆比较严重。把倒角模板与内侧模订一起做成整体式，并用型钢压在两倒角之间，再用钢筋与底板钢筋相连，既解决上浮现象又防止了漏浆，效果显著。
　　4.2.3 支设顶板支架及模板
　　 浇注完底板混凝土并后，在腹板钢筋上测出支架标高，搭设支架时先单片拼装好。上方按测量标高控制，下方悬空的部位垫钢板(此钢板可调节底板砼浇注时的误差，拆除时把钢板拆出，支架整体下落又可相当于卸荷块的作用)，支架纵向间距为1.5m，完成后下方用型钢联接成一个整体，增加稳定性，间距以利于铺组合钢模板为原则铺设，最后铺组合钢模板。
　　 使用这种可装配式内模支架搭设、拆除快捷方便，极大节约施工时间，缩短了施工周期。
　　5、混凝土浇筑质量控制
　　 箱梁砼分两次进行浇筑。第一次浇筑底板和腹板，浇至腹板顶部；第二次浇筑顶板和翼板，在顶板砼浇筑前应对第一次浇筑的砼面进行全面的凿毛，确保新旧砼结合。为避免浇筑过程引起压力不均匀，导致基底不均匀沉陷或模板侧向压力不匀，引起支架变形，两次浇筑均应分别从跨中向两支点循序渐进对称进行。
　　 为减少砼的干缩和徐变影响，两次浇筑的混凝土龄期间隔宜控制在一个星期以内，浇筑时间宜选择在一天气温较底的时段进行。
　　 在进行顶板混凝土浇注过程中，应防止人为造成上层钢筋下落，顶板有效高度减少，降低结构的承载能力，使结构在实际受力时因超负荷而产生裂隙。
　　6、预应力施工质量控制
　　 预应力筋的布置、穿束、张拉、压浆是箱梁施工的关键，为保证预应力的施工质量和安全，应从以下几个方面着手进行控制。
　　6.1预应力施工材料及设备
　　 钢绞线进场时应分批验收，每批钢绞线的重量不应大于60t。每批钢绞线均应试验其弹性模量，以作为伸长量计算的依据。钢绞线进场抽样检验合格后，应存放在通风良好的仓库中。如需露天堆放，则应搁置在方木支垫上，离地高度不少于20cm。
　　 工作锚按照Ⅰ类锚具的标准进行验收，按规范规定进行外观、硬度及静载锚固性能试验，锚具和夹具应不超过1000套为一批。验收合格后的工作锚应妥善保管，不得与油污或其他有害物质接触，不得遭受机械损伤和锈蚀。搬运过程中严禁剧烈碰撞。
　　 塑料波纹管搬运时，不得抛摔或在地面拖拉。室外堆放不可直接堆放在地面上，并应有遮盖物，避免暴晒。
　　 千斤顶及高压油泵在使用前应配套标定，以确定油表读数与张拉应力的直线回归方程。当张拉200次或连续使用6个月后，应重新标定。
　　6.2预应力的施加
　　6.2.1预应力孔道的预留及穿束
　　 由于塑料波纹管孔径较大（设计采用φ90mm），在墩顶弯起段，易与横梁抗剪主筋冲突。因此，在横梁钢筋骨架下料前,要按1:1的比例放样,标出波纹管的实际位置,以此调整钢筋骨架弯起位置,保证钢束坐标正确。
　　 孔道的内径应比预应力束外径大5~10 mm，孔道面积为预应力钢束面积的两倍以上，以保证穿束和满足压浆的需要。
　　 管道应采用足够数量的定位钢筋来进行固定安装，使其能牢固地置于模板内的设计位置，并在混凝土浇筑期间不产生位移。在平弯段，还应设置防崩裂钢筋。固定管道用的定位钢筋的间距，直线段为0.8m，曲线段按0.5m控制。
　　6.2.2预应力张拉
　　 当混凝土强度达到100%并且龄期大于7天后方可进行张拉预应力钢束。由于现浇箱梁钢束曲线复杂，在施加预应力前，要根据钢束起弯角度、半径等参数，绘制钢束钢束布置图，以此计算钢束各段伸长值。
　　 按照设计张拉顺序，两端对称张拉。采用逐级加压的方法进行，当张拉端达到设计吨位时，继续供油维持张拉力不变，持荷2分钟，同时测量实际伸长量是否与计算值相符。计算伸长量和实测伸长量误差应在±6%以内。当实测伸长量与计算值不符时应查明原因，调整计算伸长量再进行张拉。
　　7、真空压浆质量控制
　　 为保证管道密实,采用真空压浆工艺,其基本原理是：在孔道一端采用真空泵，对孔道进行抽真空，使之产生-0.08 MPa左右的真空度，然后用灌浆泵将水泥浆从孔道的另一端灌入，直至充满整条孔道，并在另一端加以0.5~0.7MPa的正压力，以提高预应力孔道灌浆的饱满度和密实度，消除气泡，减少孔隙和泌水现象。
　　 预应力张拉完成后，切除外露多余的预应力筋，在灌浆前的24~48小时，检查灌浆孔、排气孔是否畅通，若是堵塞，则必须疏通。如孔道有异物需用水冲洗干净，然后用高压风把孔道中的水吹干，严禁在孔道有积水的情况下进行抽真空灌浆。
　　8、结束语
　　 支架法施工现浇箱梁，要做好支架和模板设计，同时进行支架预压工作，严格控制支架变形，在浇筑过程中一定要对称进行并加强支架模板稳定性的观测和监控。尽量缩短前后两次混凝土浇筑的时间差，宜控制在一周以内，同时要对第一次浇筑的砼进行彻底的清洗和凿毛。
　　 真空压浆对提高管道浆体的密实性有显著效果，但不能对真空进行绝对化的理解，无论用什么样的真空机，受管道密闭性，抽真空机的工作效率，操作因素等的影响，管道内总是会有残余空气，因此即使采用真空铺助压浆技术，也一定要在恰当的位置设置排气孔。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-591585.htm