石武客运专线驻马店特大桥(32+48+32)m连续梁支架现浇施工技术

王金明

(中铁十八局集团公司石武客运专线河南段项目部,河南驻马店 463200)

1 概述

预应力混凝土连续梁以其结构整体性好、跨度大,减少桥面伸缩缝使行车变得舒适等特点,在桥梁工程中得到广泛应用。预应力混凝土连续梁的施工方法一般有支架现浇、悬臂浇筑、悬臂拼装等施工方法。悬臂浇筑法在大跨度连续梁,以及跨越大江大河、深谷等桥梁中具有很大的应用空间,但从目前铁路客运专线桥梁来看,大部分连续梁都设计为中小跨度,因此,支架法现浇施工还是比较常见的。支架法现浇施工主要包括满堂支架和贝雷梁钢管柱式支架两种。对于地势陡峭、墩身较高的现浇预应力混凝土箱梁而言,采用满堂支架施工不仅地基处理难度较大,安全性降低,而且材料、人员投入也较大,尤其在地面交通较繁忙的时候不能满足地面通行要求。贝雷梁柱式支架是现浇箱梁施工中常用的一种支架形式,尤其在重荷载、高墩柱、大跨度、地面交通较繁忙的情况下,则是较为经济安全的一种支架形式。笔者结合石武客运专线驻马店特大桥跨S333省道(32+48+32)m连续梁施工,重点从支架设计与预压、球形支座及模板安装、混凝土浇筑及预应力张拉和压浆等方面介绍了钢管贝雷梁柱式支架浇连续梁施工技术,对于客运专线同类型桥梁建设具有一定的指导意义。

2 工程概况

石武客运专线驻马店特大桥跨S333省道(32+48+32)m连续梁,截面类型为单箱单室等高度,顶板、底板及腹板局部向内侧加厚,桥面板宽12.0m,桥梁建筑总宽度为12.28m,梁高为3.25m,连续梁全长113.3m,计算跨度为(32+48+32)m,整个梁体混凝土体积达到1410m3,两侧设声屏障,梁体沿箱梁中心线布置。

连续梁采用贝雷梁钢管支架一次现浇法施工,梁的侧模采用定型钢模,底模采用竹胶板,内模采用竹胶板刚性支撑,混凝土施工采用泵送混凝土。该地区主要为黄淮冲积平原,为第四系地层覆盖,系江河、湖泊沉积形成,为粉土、粉质黏土、黏土、粉细砂、砂砾石、卵石土层,软土和松软土分布广泛,工程地质条件较差。施工重点是支架法的地基处理、支架预压、连续箱梁混凝土施工质量控制及预应力张拉和压浆。

3 地基处理及支架设计

3.1 地基处理

在桥梁桩基、承台及墩柱施工完毕后进行地基处理工作,主要包括:

(1)清除地面上因旋挖成孔而废弃的泥浆、泥渣等。支架四周开挖排水沟,水沟边距支架不小于1m,严禁地表水冲刷、浸泡地基土;

(2)回填承台基坑,用路基填筑的B组填料按路基填方要求处理钢管立柱条形基础下的地基。必须严格控制填土的含水量在最佳含水量附近,分层(松铺层厚度小于30cm)振动夯实;

(3)将钢管立柱条形基础以下地基用碎石垫层(厚度为50cm)换填,并碾压密实,使地基承载力不小于0.3MPa。S333省道上的钢管立柱条形基础直接在混凝土路面上进行浇筑。

3.2 支架设计

本连续梁采用贝雷梁钢管支架一次现浇法进行施工,施工中为保证支架具有足够的刚度和强度,施工前严格对支架进行了强度、刚度及稳定性检算。本连续梁采用钢管柱作支撑,上设落架沙箱,其上为双排I40a型钢分配梁,分配梁上是18片贝雷片作承重梁,贝雷片间距在梁底腹板处适当加密,在翼缘板处间距适当调大;在贝雷片上横桥向按间距25cm铺设10cm×10cm方木,在其上布设厚2cm竹胶板作为底模。为了增强贝雷梁的横向稳定性,在贝雷片中间横穿1根I10型钢,沿顺桥向间距约为2m,并用U形螺栓固定。贝雷梁钢管柱支架横断面如图1所示。

图1 贝雷梁钢管柱支架横断面

为保证既有公路正常通行,在主跨(8号～9号墩)间搭设车行及人行门洞,设置2个行车门洞,行车门洞总宽15.6m,净高6.4m,行车门洞钢管立柱中心间距为5.2m,以保证每个行车门洞有3.5m×5.5m(宽×高)行车净空;每个过人门洞钢管立柱中心间距为2.6 m,使行人净空达到2.0m×5.5m。连续梁中间门洞钢管立柱共5排,每排共设置9根钢管立柱,钢管立柱上下各焊接1块600mm×600mm×20mm钢垫板,钢垫板和钢管间用厚1.5mm钢板加设4道加劲肋,以增强钢管端部承载能力,钢管柱高5.28m。钢管立柱上设置落架砂箱,其上安放2根I40a型钢作为分配梁,分配梁上顺桥向按60cm间距布置I40a型钢作为承重梁,承重梁上横桥向按间距25cm铺设10cm×10 cm方木,其上布设厚1.5cm竹胶板作为底模。所有承重梁工字钢均连续铺设,在排架上焊接接长,接头位置应错开。贝雷梁钢管支架纵断面见图2。

图2 贝雷梁钢管柱支架纵断面

3.3 支架预压

为了消除支架及地基的非弹性变形并得到支架的弹性变形值。根据设计要求,每跨均进行预压。为减少对箱梁底模板的损伤,在支架搭设完成并铺设完方木、楞木,未铺底模前即对支架进行预压,预压采用在支架顶面堆码钢筋的方式,钢筋的重力须达到箱梁荷载的1.2倍,用吊车吊装,荷载分布与箱梁荷载分布相同,先从跨中处开始加载,然后逐步推进到墩身。加载完成后,连续进行沉降观测,直到沉降趋于稳定,不再下沉为止,时间一般为5d。

梁体预压前,支架按照设计高程调整,确保支架各杆件均匀受力。预压后梁体基本消除预压荷载作用下基础塑性变形和支架各竖向杆件的间隙等非弹性变形。通过预压,观测计算得出支架弹性变形数值,调整梁底高程。梁底立模高程=设计梁底高程+设计预留拱度+支架弹性变形值。

4 球形支座与模板安装

4.1 球形支座安装

本连续梁支座安装采用重力灌浆方式,安装前凿毛支座安装部位的支承垫石表面,清除预留孔中的杂物,安装灌浆用模板,用水将支承垫石表面浸湿。灌浆用模板可采用钢模,底面设1层4mm厚橡胶防漏条,通过膨胀螺栓固定在支承垫石顶面,见图3。

图3 支座重力灌浆示意(单位:cm)

采用重力灌浆方式,灌注支座下部及锚栓孔处空隙,估算浆体体积,备料充足,一次灌满。灌浆口不低于梁顶面,实际灌注体积数量不应与计算值产生过大的误差,防止中间缺浆。灌浆过程应从支座中心部位向四周注浆,直至从模板与支座下支座板周边间隙处观察到灌浆材料全部灌满为止。待强度达到20MPa之后,拆除钢模板,检查是否有漏浆处,必要时对漏浆处进行补浆,拧紧下支座板下套筒螺栓。

4.2 模板安装

模板安装顺序依次为:底模、侧模、内膜及端模。

(1)底模安装。底模采用 15mm厚的高强竹胶板,安装前先放出底模中心线,然后直接将竹胶板钉在贝雷梁顶的方木上,为保证竹胶板之间接触严密,在竹胶板之间用单面胶条填塞。

(2)侧模安装。侧模根据设计箱梁的截面形式采用定型钢模板,在钢筋加工场预制,加工的模板必须有足够的强度、刚度和平整度。模板在使用前必须进行除锈,并用碱性洗液对模板进行清洗,晾干后均匀涂抹BT-20模板漆。安装时认真调整接缝,每节背面用连接螺栓紧固,定型钢模板接缝处设置单面胶,避免漏浆。侧模安装好之后,在侧模底部按纵向1m的间距设置φ20mm的对拉钢筋,将侧模连成整体。

(3)内模安装。内模也采用15mm厚的高强竹胶板,由于箱梁内部齿块较多,内模的制作必须严格按照设计图进行,保证预应力孔道位置的正确。为方便箱梁底板混凝土的振捣,内模底板不安装竹胶板。在内模竹胶板背部设置10cm×10cm方木骨架,间距不大于60cm。在箱梁里面设置横向和竖向都带顶托的钢管支撑,将顶托直接顶到竹胶板背部方木骨架上,钢管支撑横竖向间距不大于60cm。

5 混凝土浇筑

在混凝土浇筑前,项目部专门召开了跨S333省道连续梁浇筑方案专家论证会。从理论上说,混凝土浇筑应该从跨中部位往梁端墩柱方向浇筑,这是为了避免后期浇筑的混凝土引起的支架下沉对先期浇筑混凝土产生影响。通过试验室的数据得知,C50混凝土的初凝时间在7～8h,因此只要保证在混凝土初凝时间之内浇完一跨的混凝土,就可以不采用上述的浇筑方式,而改为从梁端往跨中的浇筑方式,这种浇筑方式便于施工人员、机械等方面的组织和安排,便于施工。

5.1 设备投入

所使用混凝土由1号、2号拌和站同时生产,其中1号拌和站额定生产能力为90m3/h,实际生产混凝土能力不少于40m3/h,2号拌和站额定生产能力为120 m3/h,实际生产能力不少于60m3/h,拌和站生产能力能够满足施工需要。每个拌和站配备足够的混凝土运输车保证混凝土的运输供应。在7号、8号墩和9、10号墩之间各配置2台泵车,总共投入4台泵车,每台泵车实际浇筑能力不小于30m3/h,能够满足浇筑需要。

5.2 人力及小型机具

浇筑共分2个作业面,每个作业面安排振捣工30人,收面工10人,其他辅助工30人,包括模板工16人(负责在浇筑过程中检查和加固模板)、串动钢绞线12人(负责在浇筑过程中拉动钢绞线,以免漏浆堵塞波纹管)、电工2人。施工过程中根据人力情况配备足够的φ30mm和 φ50mm振捣棒,并配备充足的振捣棒备用。

5.3 混凝土浇筑

梁体混凝土浇筑采用从梁体两端向跨中连续推进,水平分层、斜向分段、两侧对称、连续浇筑的方式。浇筑时同一断面先浇筑底板,然后腹板、顶板,最后浇筑箱翼缘板和桥面。浇筑过程中混凝土坍落度的控制要根据现场试验来决定,底板和腹板坍落度控制在20 cm左右,顶板坍落度控制在17cm左右。

(1)分别从7号墩、10号墩开始从梁腹板两侧(每侧1台泵车)对称均匀下料,振捣与下料交替进行。浇筑梁端腹板混凝土,腹板两侧混凝土应对称下料,以防内模受侧压、偏压过大而发生偏移。下料过程中,应严格分层,分层厚度不超过30cm,尤其是波纹管以下的混凝土;腹板两侧采用φ50mm振捣棒振捣混凝土至密实,振捣时间一般控制在20～30s,以混凝土表面层不再下沉、泛浆且不再有大量气泡冒出为准;因锚垫板后部钢筋较密和腹板下部波纹管较多,则采用φ30mm振捣棒振捣,确保该处混凝土振捣密实;振捣过程中,特别注意波纹管起弯段的振捣质量。同时,在箱内腹板两侧倒角处采用φ50mm振捣棒振捣腹板底部及腹板内外翻向底板的混凝土,振捣倒角处混凝土时,振捣力度要适中,不宜长时间振捣。浇筑示意见图4。

图4 混凝土浇筑示意(单位:m)

(2)在内模顶部预留窗口,窗口间距约3m,底板混凝土不足部分从顶板窗口补足。

(3)待底板混凝土浇筑长度达到30m左右或浇筑底板混凝土时间达到1.5～2.0h时,梁体两端7号墩用1号泵车、10号墩用4号泵车分别开始浇筑剩余的腹板混凝土(浇筑时间以下料振捣时底板不再泛浆为准)。同时,分别用2号泵车、3号泵车向大、小里程继续浇筑底板混凝土。

(4)浇筑顶板混凝土时,顶板混凝土易先浇筑两侧翼缘板混凝土,再浇筑中间混凝土,混凝土坍落度控制在17cm左右,坍落度太小振捣后不易收面,过大混凝土泌水大、混凝土面有浮浆。

(5)箱梁底板和顶板表面要求收面平整。加强抹面人员责任心,现场技术人员跟班作业。抹面采用木抹子和铁抹子,要求表面平整,不允许出现混凝土表面高低不平,不能有松散的石子和脚印。顶板表面要进行二次收浆抹面。在完成二次收浆抹面后,及时覆盖土工布并洒水养生,防止混凝土表面产生裂纹。

经过精心组织和合理安排,本连续梁的浇筑施工开始于2009年10月28日上午9点30分,浇筑完成时间为10月28日23时30分,浇筑时间约 14h,浇筑非常成功,创造了我国客运专线(32+48+32)m连续梁浇筑时间最短的纪录。

6 预应力张拉与压浆

当梁体混凝土强度及弹性模量达到90%,且龄期大于10d时方可进行预应力的张拉工作,混凝土强度确定以现场同期养护的试块的抗压强度为准。张拉前要进行管道摩阻试验,根据试验所得的摩阻系数计算实际张拉伸长值。张拉时侧模的连接螺栓必须松开,以免张拉时阻碍梁体的滑动。预应力筋张拉采用张拉应力和伸长值进行双控,并以油压表的读数为准,实际伸长值与理论伸长值的差值控制在6%以内,否则暂停张拉,查明原因并采取措施予以调整,方可继续张拉。张拉作业顺序依次为:安装锚具和千斤顶、初张拉至控制应力的10%、测量初始伸长值、张拉到控制应力的 100%、测量伸长值、持荷5min、测量伸长值、比较实测伸长值与计算伸长值、回油自锚,退出千斤顶、检查滑丝。张拉作业完成后,及时进行孔道压浆和封锚施工。

7 结语

石武客运专线驻马店特大桥跨S333省道连续梁的成功浇筑表明,贝雷梁钢管支架现浇施工方法施工过程安全,对地基的要求也没有满堂支架现浇施工那么严格,特别是在地面交通较繁忙时能满足通行要求。

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