刍议某大桥预应力砼连续钢构优化施工方案
前言
某大桥主跨为72 m + 128 m + 72 m 三向预应力钢筋混凝土连续钢构,中跨支点处梁高8. 8 m ,跨中及边跨支点处梁高为4. 8 m ,梁底曲线为圆曲线,其中部分梁段(跨中和边跨支点处) 底面为直线段。连续钢构采用悬灌法施工,每个T 构对称悬灌16 个梁段,其长度分别为: 0 段13 m ,其余梁段为3～4 m ,梁体设计为三向预应力,纵向采用12 或16 束钢绞线,HVM 型锚具,横向顶板采用4～7 根Ф5 钢绞线,HVM 型锚具,竖向腹板采用精轧螺纹钢筋。梁断面为单箱单室变截面箱形,箱梁底宽6. 3 m ,顶宽11 m ,梁体混凝土为C50 级。
1 原施工设计方案
原设计方案采用塔吊配合自锚三角挂篮施工。由于桥长703 m ,加上塔吊作业半径的局限性,需要在场内布置多台塔吊,严重影响了经济效益,同时由于现场设备多,难于管理,也存在安全隐患。自锚三角挂篮存在用钢量大、移动困难、造价高等缺点。
2 优化后施工方案
基于以上问题,对原方案进行优化设计。优化设计后的方案采用缆索吊配合菱形挂篮施工。采用自行设计的缆索吊负责起重、运输等工作,连续梁悬灌施工的主要设备采用菱形挂篮。自行设计的缆索吊的特点:现场只需安装一台,且易管理、造价低。菱形挂篮的特点是:体积小、用钢量少,造价低、移动方便,作业空间大,模板支立快速,可以大大提高施工速度。
3 优化后施工方案的实施
悬灌梁工艺控制复杂,关键应注意控制以下几个方面:
①因结构设计上0 段较高,达到了8.8 m ,因此,砼供应、捣固等成为关键问题; ②梁部悬灌过程中的应力监测和线型控制问题; ③合拢和体系转换问题。
3.1 预应力混凝土连续钢构0梁段施工
0 段是连续梁悬臂施工的基本梁段,是整个钢构施工的基础。本桥采用在已成型墩身上预埋型钢杆件,利用M型万能杆件组拼承力托架,在托架上整体一次性立模浇筑0 段混凝土。大桥梁高8. 8 m 高,采用一次灌注方案,采取墩旁托架施工。外模采用大块钢模板,内模用木模、组合钢模板。
3.1.1 0 段托架及模板设计施工。0段采用墩顶托架的施工方案。托架采用M 型万能杆件组拼,拼装高度410 m。根据托架布置形式,每个墩柱上竖向布置3 排预埋件,每排4组,具体是在接近墩顶部分,按设计位置准确安装各种预埋件,预埋件采用槽钢组拼,沿着桥的方向置于墩柱内,两端伸出墩柱外,与托架连接。最下排预埋件上设分布梁,托架的底端支撑于该分布梁上,上部分别与上两排预埋件连接固定,形成承力托架。在托架上即可进行布设分布梁、组装模板、绑扎钢筋、浇筑砼等施工。
模板设计本着尽量通用的原则,将外侧模板设计为大块钢模板,面板用高强竹胶板,骨架桁架采用角钢和槽钢组成,以两墩柱内边缘为界,将外模板顺桥方向分成3 段,中间段长5 m ,两端段长4. 5 m ,以满足悬灌节段的长度要求。结合梁高变化,为减小悬臂施工中临时结构重量,将外模板竖向分为三段,下部两段长分别为2 m ,当悬灌至5梁段、12 梁段时,分别拆除下部2 m 段模板。因0段内部变化较大、变截面较多,内模板采用木模板和组合钢模板相结合的组合结构,内模支撑以木支撑为主,配合脚手钢管进行加固。底模板在两墩柱间利用墩身施工模板、组合钢模板组拼,悬臂部分底模板利用钢板后附槽钢做肋板制成整体钢模板。
3.1.2 0 段混凝土浇筑。0段混凝土采取整体一次性浇筑工艺,混凝土输送利用输送泵自搅拌站直接送至梁上作业区。0段作为钢构施工的基本段,梁较高、管道较密、变截面较多,混凝土施工难度较大,为保证砼浇筑质量,在原材料选择、混凝土拌和、技术工人培训、设备保障上严格把关,保证设计意图的有效实施。梁体砼浇筑分为底板、腹板、顶板3个部分。
两墩柱间底板混凝土通过自制串筒自梁顶下料,两端悬臂部分,串筒直接从梁端将砼导入梁内,再由人工进行布料,砼振捣采用插入式振捣器完成。
腹板部分相对较高,钢筋及预应力管道密集,混凝土浇筑质量不易控制是0 段混凝土施工的关键。腹板混凝土入模仍通过串筒完成,由于预应力管道等影响,串筒布料点采用2. 5 m 间距,整个0 段布设串筒下料口在10～12 个。顶板混凝土施工按常规工艺进行,振捣时应切实保证预应力管道不被移动。浇筑完成后及时清除梁顶多余的混凝土,保证梁顶的平整度。顶板混凝土采用插入式振捣器和平板振捣器联合振捣。
3.2 预应力混凝土连续钢构悬灌段施工
0 段施加预应力结束后,在梁段上组拼菱形挂篮,然后将底模板、外模板悬吊于挂篮上,形成悬臂施工作业平台,即可在此平台上进行悬臂节段的钢筋绑扎、混凝土灌注、预应力张拉及压浆等工作。主墩顶部13 m 梁段施工结束后,将挂篮按走行轨道安装并锚固在梁体竖向预应力钢筋上,然后在梁顶组装菱形挂篮。利用缆索吊机将在加工厂部分组拼完成的挂篮部件吊至梁顶进行组装,主要完成挂篮的横向连接及加强、锚固等工作。
3.3 预应力混凝土连续钢构端部梁段(边跨段) 施工
边跨现浇节段应在悬灌节段施工后期同步进行。采用在边墩侧利用预埋件搭设托架进行施工。托架系采用M 型万能杆件组拼而成,在托架平台上铺设分布梁、底模板等,然后进行钢筋绑扎、混凝土浇筑等工作。为保证边跨合拢时温度应力的有效释放,在底模板与分布梁间设滑板。托架应保证伸入合拢段不少于0. 5 m。托架使用前用自制水箱加载预压,以消除其非弹性变形,并为现浇梁段底模板预留下沉量获得数据。
3.4 预应力混凝土连续钢构合拢段施工及体系转换
悬臂施工至16节段结束后,暂时停止悬臂施工,利用挂篮搭设跨中合拢段支架,将跨中合拢段临时锁定,进行钢筋、混凝土等工序施工。待结构强度达到设计要求后,张拉预应力钢束,拆除临时锁定设施,完成跨中合拢段施工。跨中合拢施工时按设计要求在边跨同步施加配重。合拢施工应在一天内气温较低时进行,施工最高气温不超过18 ℃。比较合拢段相邻两个梁端的顶面标高,如果其高差△≤15 mm ,则着手下一步施工,如果△> 15 mm ,则运行线形控制软件,计算使△≤15 mm 时的水箱配重所需的重量及布置位置,按运算结果,调整△,使其达到要求后,再进行合拢段施工。
中跨合拢段混凝土强度达到设计强度的90 %时,预应力束按先顶板后底板、先短束后长束、顶板与底板交错进行、先张拉50 %控制应力(预应力束剩余伸长量小于千斤顶最大行程) 、第二次张拉至设计控制吨位的顺序和方法进行张拉。在边跨合拢段预应力束张拉前后各测量一次与该合拢段相邻T 构上观测点标高,留着供合拢段施工时控制参考。临时支撑:合拢段设4 个临时支撑,每个由2 根I22 工字钢焊接而成。安装时先将其一端焊牢,另一端加楔子,并略打紧,在合拢段钢筋、预埋件安装完成后,临时索张拉前用力打紧楔子,再将支撑与楔子、楔子与预埋钢板间断焊。
临时锁定:在钢筋、管道绑扎安装完毕,支撑打紧焊牢后,张拉顶板、底板临时钢束,完成合拢段临时锁定。合拢段混凝土达到张拉强度后,拆除顶板临时束,将底板临时束张拉力补至后期束设计张拉力。后期钢束张拉:当全桥全部合拢后,即开始张拉后期钢束,后期钢束一次张拉完成,不拖延、间断,张拉完成后即开始压浆,一次全部压完。后期钢束认真按设计的顺序张拉,每一编号的钢束张拉顺序为先中后边。体系转换:在合拢段混凝土灌注完成,次日早晨开始进行,形成连续钢构。
4 结束语
本文对某大桥预应力砼连续钢构优化施工方案进行了优化设计。优化后的设计方案己被施工采用,节约工期5个月、资金230 多万元,取得了良好的社会效益和经济效益,并为今后的同类桥梁工程施工积累了经验。
参考文献
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[3]王会永. 连续钢构桥箱梁腹板开裂成因分析及应力限值研究[D] .长沙:长沙理工大学,2005.
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