预应力混凝土变截面连续箱梁悬臂浇筑施工技术讲座

预应力混凝土变截面连续箱梁桥悬臂法施工质量通病与防治措施施鸿佩2012．2一、预应力混凝土变截面连续箱梁施工技术的特点概述梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力（恒载与活载）的作用方向与承重结构的轴线几乎接近垂直，因而与同样跨径其他结构体系的桥梁相比，梁桥内产生的弯矩最大，因此梁式桥是以受弯为主的结构。通常需用抗弯、抗拉能力强的材料（钢、配筋混凝土、钢–混组合结构等）来建造。设计上一般以梁体的弯矩和剪力来控制设计。对于中、小跨径的桥梁，目前在公路上应用最广的是标准跨径的钢筋混凝土简支梁桥，施工方法有预制装配和现浇两种，这种梁桥的结构简单，施工方便，简支梁桥对地基承载力的要求也不高，其常用跨径在25m以下，当跨径较大时，需采用预应力混凝土连续梁桥，但跨度一般不超过50m。为了改善受力条件和使用性能，地质条件较好时，中、小跨径梁桥均可修建等截面连续梁桥，对于大跨径的大桥和特大桥，可采用预应力混凝土变截面梁桥、钢桥和钢–混凝土组合梁桥，本节主要讲述预应力混凝土变截面连续箱梁施工中的悬臂施工的工艺。1.预应力混凝土变截面连续箱梁悬臂施工法特点：悬臂施工法也称为分段施工法。悬臂施工法施工是以桥墩为中心开始向两岸对称地、逐节悬臂接长的施工方法。预应力混凝土变截面连续箱梁采用悬臂施工法是从钢桥悬臂拼装发展而来。悬臂施工法最早主要用于修建预应力T型刚构桥，由于悬臂施工方法的优越性，后来被广泛用于预应力混凝土悬臂梁桥、连续梁桥、斜腿刚构桥、桁架桥、拱桥及斜拉桥。悬臂施工法采用在主墩两侧对称进行现浇梁段或将预制节段对称进行拼装的施工方法。前者称悬臂浇筑施工，后者为悬臂拼装施工。据资料统计，国内外自1952年以来100m以上大跨径桥梁中，采用悬臂浇筑法施工的占80%左右，采用悬臂拼装法施工的占20%左右。悬臂施工的主要施工特点：a)悬臂施工法是充分利用预应力混凝土承受负弯矩能力强的特点，将跨中正弯矩转移为支点负弯矩，加大了桥梁的跨越能力，并适合变截面桥梁的施工。b)桥梁在施工过程中产生负弯矩，桥墩也要承受由施工而产生的弯矩，因此悬臂施工宜在运营状态的结构受力与施工阶段的受力状态比较接近的桥梁中选用，如预应力混凝土T型刚构桥、变截面连续梁桥和斜拉桥等；c)非墩梁固结的预应力混凝土梁桥，采用悬臂施工时应采取措施，使墩梁、临时固结，结构为T型刚构，合拢前，撤销墩梁临时固结，结构呈悬臂梁受力状态，待结构合拢后形成连续梁体系。因而在施工过程中有结构体系转换；设计时应对施工状态进行配索验算d)采用悬臂施工的机具设备种类很多，就挂蓝而言，有桁架式斜拉式等多种形式，施工中可根据实际情况选用；e)悬臂浇筑施工方法简便，结构整体性好，施工过程中可不断调整梁体线型，一般常在跨径大于100m的桥梁上选用；悬臂拼装法施工速度快，桥梁上下部结构可同时平行作业，但施工精度要求比较高，可在跨径100m以下的大桥中选用；悬臂施工法可不用或少用支架，施工不影响桥下通航和桥下交通。多孔桥跨接管可同时施工，加快了施工进度，节省了工期；f)悬臂施工投入的施工机具设备可重复使用，节省了施工成本，降低了工程造价；2、预应力混凝土变截面连续箱桥梁悬臂浇筑法施工：悬臂浇筑（简称悬浇）采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，利用挂篮对称向两岸浇筑梁段混凝土，待混凝土达到要求强度后，张拉预应力束，再移动挂篮，进行下一节段施工。悬臂浇筑法是桥梁施工中难度较大的施工工艺，需要一定的施工设备和一支熟悉悬臂浇筑工艺和施工技术的队伍。由于80%左右的大跨径的桥梁均采用悬臂浇筑法施工，通过大量实桥施工，目前在国内悬臂浇筑施工工艺日趋成熟。下面就悬臂浇筑程序、0#号块施工、墩梁临时固结、挂篮浇筑梁段混凝土、结构体系转换及合拢段施工等几个方面进行较为详细的讲述。1)悬臂浇筑施工程序2)悬臂梁段0#号块施工3)挂篮施工悬臂梁段施工4)边跨支架现浇梁段施工5)合拢段施工及体系转换3、预应力混凝土变截面连续箱桥梁施工过程中的受力特点：成桥后：混凝土与预应力共同受力的超静定结构；成桥前：混凝土与预应力分阶段受力的静定结构；施工中：从静定结构—连续超静定结构的过程；静定体系与超静定体系在施工中的特点支座不均匀沉降位移；环境温度的相应变化；预应力施加的过程；4、预应力混凝土变截面连续箱桥梁施工过程中的工艺特点：A.不同节段其施工工艺不同：0#块托架现浇；边跨段满堂支架现浇；悬浇段挂蓝悬臂浇筑；合拢段吊架现浇；B.同类型的桥梁不同的结构形式其施工工艺不同：单箱单室与单箱多室；宽幅箱梁与窄幅箱梁；直腹板与斜腹板箱梁变截面连续箱梁；变截面连续刚构；C.分部、分项施工环节多、工序复杂：(一)、下部结构施工（略）(二)、上部结构施工（1）、施工工艺及体系转换1)0#块施工→悬浇块段施工→边跨现浇段施工→合拢段施工2)托架法施工→挂篮悬浇施工→支架法施工→吊架法施工3)三次体系转换第一次体系转换→临时固结→形成静定T构第二次体系转换→边跨合拢→形成静定单悬臂梁第三次体系转换→中跨合拢→形成超静定连续梁（2）、预应力混凝土变截面箱梁施工过程中的质量特性A.质量问题的不可逆转性B.工序间质量问题的可传递性C.桥梁线形与桥梁应力双控（3）、桥梁设计时的参数假定与实际桥梁施工时差异设计中的平截面假定与实际施工时的局部应力差异；设计中的温度假定与实际施工时的环境温度差异；设计中的材料性能参数与实际采用材料性能参数差异；5、预应力混凝土桥梁施工过程中的质量依据1)中华人民共和国行业标准公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50–2011）2)中华人民共和国行业标准公路工程质量检验评定标准（JTGF80/1–2004）二、预应力混凝土变截面连续箱梁施工及施工过程中的质量通病(一)悬臂浇筑施工程序悬臂浇筑施工时，梁体一般要分四部分浇筑，墩顶梁段（又称0#号块）、悬臂块段、边跨现浇段及合拢段。施工程序一般如下：在墩顶托架上浇筑0#号块并实施墩梁临时固结系统；在0#号块上安装挂篮，向两侧依次对称地分段浇筑主梁至合拢段；在临时支架上浇筑边跨现浇段采用吊架浇筑合拢段，多跨合拢段浇筑顺序按设计要求进行。施工流程，见图6.5.3-1混凝土强度及弹模满足要求波纹管制作混凝土养生箱梁钢筋制作挂篮前移就位孔道压浆、封锚依次张拉纵向、横向、竖向预应力筋疏通预应力管道、穿钢绞线拆除堵头模板、进行拼缝处理对称浇筑箱梁混凝土精确调整高程、检查挂篮悬挂系统安装堵头模板绑扎顶板钢筋、安装预埋件波纹管及锚具内模就位安装底板、腹板预埋件及预应力管道绑扎底板、腹板钢筋调整模板高程、中线模板安装就位在0号段上拼装挂篮主构架0#块支架设计、临时固结设计现浇0#块，完成临时固结0#块支架预压挂篮静载试验图6.5.3-1悬臂现浇箱梁施工流程图1.0#块段施工及施工过程中的质量通病A.0#号块施工0#号块结构复杂，预埋件、钢筋、各向预应力钢束及其孔道、锚具密集交错，梁面有纵横坡度，端面与待浇面密切相连，务必精心施工。施工程序如下：a)安装墩顶托架平台；b)浇筑支座垫石及临时支座；c)安装永久盆式橡胶支座；d)安装底、侧钢梁及降落木契或千斤顶；e)安装底板部分堵头模板；f)托架平台试压；g)调整模板位置及标高；h)绑扎底板及腹板的伸入钢筋；i)安装底板上的竖向预应力管道和预应力筋；j)监理工程师验收；k)浇筑0#号块第一次混凝土；l)混凝土养护；m)绑扎腹板、横膈梁钢筋；n)安装腹板纵向横膈梁横向预应力管道及预应力筋；o)安装全套模板；p)监理工程师验收；q)浇筑腹板、横膈梁混凝土；r)混凝土养护；s)拆除部分内模后，安装顶模板；t)安装顶板端模；u)绑扎顶板底层钢筋网及管道定位筋；v)安装顶板纵向预应力管道及横向预应力管道和预应力及；w)安装顶板上层钢筋网；x)监理工程师验收；y)浇筑顶板混凝土；z)纵向管道内衬抽拔；aa)管道清理及混凝土养生；bb)拆除顶、底板端模；cc)两端面混凝土凿毛；dd)混凝土强度达到设计要求强度后张拉竖、横向预应力筋；ee)竖横向预应力管道压浆；ff)拆除内模、侧模和底模；gg)拆除墩顶托架平台。下面将主要程序施工和结构构造要点分述如下：1.施工托架采用悬臂浇筑法施工时，墩顶0#号块梁段采用在托架上立模现浇，并在施工过程中设置临时梁墩锚固，使0#梁段能承受两侧悬臂施工时产生的不平衡力矩。施工托架支撑方式：可根据承台形式、墩身高度和地形情况，分别支撑在承台墩身地面上。施工托架的结构类型：1)可采用满布式钢管脚手架式托架；2)采用由万能杆件、贝雷桁架钢管及型钢组成的梁式支架；3)也可采用钢筋混凝土构件作临时支撑的组合托架。施工托架的支撑形式：1)扇形托架2)高墩托架3)墩顶预埋牛腿托架4)临时墩及型钢结构支撑托架2.支座1)支座垫石支座垫石是永久支座的基石，由于支座安装平整度和对中精度的要求高，因此垫石四角及平面高差应小于1mm,为此垫石分两次浇筑。首层浇筑标高比设计标高低15cm。第二层应利用带微调整平器的模板，控制浇筑标高比设计标高稍高，再利用整平器及精密水准仪量测，反复整平混凝土面。在安装支座前凿毛垫石，铺2～3cm厚与墩身等强度的砂浆。砂浆浇筑标高较设计标高略高（3mm），然后安放支座就位，用锤振击，使之符合设计标高，偏差不得大于1mm;水平位置偏差不得大于2mm.2)临时支座大跨径预应力混凝土桥梁采用悬臂施工法施工，为保证施工过程中结构的稳定可靠，必须采取0#号块梁段与桥墩间临时固结或支承措施。临时支座一般有两个作用，一是在施工阶段临时固结墩、梁，承受施工时由墩两侧传来的悬浇梁段荷载，在梁体合拢后便于拆除和体系转换，二是在施工期间保护永久支座，以防止永久支座在施工过程中由于不平衡力致使永久支座偏心受压产生破坏。临时固结措施或支承措施有下列几种：自平衡体系：60m跨径以下；墩梁固结体系：100m以下；墩旁固结体系：100m以上。临时支座一般采用C40混凝土在墩身上浇筑，防止墩身在施工过程中发生劈裂破坏，临时支座的位置应距墩身边25cm，原则上混凝土的设计强度与墩身强度等强。为方便临时支座的拆除，临时支座的混凝土浇筑前在墩顶放置隔离层。3.0#号块模板和托架模板与支架是0#号块施工的关键，其设计施工的主要技术要求是：应有足够的强度和刚度；准确计算在浇筑过程中的结构的弹性变形与非弹性变形；施工偏差和定位要求应符合有关规定；便于操作，确保施工质量。当墩身较高时宜采用高墩托架；当墩身较低时宜采用扇形托架、临时墩或型钢结构支承平台；4.预应力管道的设置为确保预应力筋布置、穿管、张拉、灌浆的施工质量，必须确保预应力管道的质量，一般采用钢质波纹管和塑料波纹管，钢质波纹管在施工过程中再加寸管，定位应准确。5.预应力混凝土施工在预应力混凝土结构中不得使用加气剂加气型减水剂及掺加氯化纳，氯化钙等各种氯盐。浇筑养护时应注意：对于0#号块混凝土的浇筑应对混凝土布料、混凝土纵桥向横桥向及竖向进行浇筑顺序的设计。浇筑混凝土时不得使其流到波纹管里，特别是波纹管端部连接部分与锚具处：检查锚具固定的是否与预应力钢束轴线垂直；检查布置梁体内灌浆用的灌浆管与排气管固定的是否可靠；对于预应力混凝土注意振捣器不要直接碰到波纹管上以免造成破坏；对于预应力锚固处附近的混凝土应特别注意振捣；施工托架的顶面尺寸：视拼装挂篮的需要和拟浇梁段的长度而定，一般考虑：横桥向的宽度：一般比箱梁底板宽出1.5m～2.0m，以便设立箱梁边肋的外侧模板；托架底面应与箱梁底板纵向线形的变化一致（可增设垫梁）。应该考虑到在托架上浇筑0#号块混凝土，托架变形B.0#号块施工施工过程中的质量通病1)混凝土浇筑振捣不实2)混凝土早期强度不达标3)混凝土外观质量差色差施工冷缝水波纹4)竖向预应力孔道压浆不实5)混凝土裂缝受力裂缝及其成因：混凝土缓凝时间较短托架设计刚度较小混凝土浇筑顺序有误混凝土收缩裂缝及其成因：混凝土配合比设计中细料成分偏多混凝土浇筑施工中振捣有误混凝土浇筑施工后养生不及时温度裂缝及其成因混凝土浇筑中的