墩柱预制安装施工技术研究

雷洋波* 赵 鹏

（1、中交路桥建设有限公司,北京 100027 2、中国路桥工程有限责任公司,北京 100081）

装配式桥梁是将各个结构单独预制成构件,然后进行组装安装形成整体桥梁。装配式桥梁的特点就是在后场标准化预制场预制混凝土构件,采用运输车运至施工现场,主要用大型机械设备进行安装。装配式桥梁标准化程度高,各构件在预制场进行预制,钢筋采用专用胎架加工,安全、质量易控制,后场预制,机械化程度高,可以充分集中发挥机械设备优势,施工效率高,可以大大减少前场现场作业时间,减少对现场周边环境的影响,符合绿色发展理念要求。

肯尼亚内罗毕快速路是中国路桥工程责任有限公司在非洲投资开发的第一条BOT 公路项目,项目主线全长27.131Km,穿越首都内罗毕核心区,为肯尼亚国道A 级公路。受城市道路交通影响大、安全风险高,项目工期紧张,采用装配式桥梁设计。

墩柱预制在预制场进行,预制场机械、设备、材料集中,能够有效整合资源,几乎不受外部天气影响,预制场能够存储一部分预制完成的墩柱,能充分满足现场墩柱安装施工要求。墩柱采用运输车运至施工现场后,利用350t 大型履带吊进行安装,墩柱连接采用灌浆套筒,灌注高强度灌浆料,钢筋连接满足力学性能要求,并且墩柱安装时间周期短,施工效率高。

1 工程概况

立柱根据中央分隔带宽度不同,分别采用独柱墩、双柱墩或门式墩型式,立柱共有9 种不同类型,截面均为矩形,四周设有50×50mm 倒角,最大墩柱高度约18.2m。其中PB01、PB02 和PB03 类墩柱采用预制拼装工艺,PB01类墩柱最大预制高度8m,最大预制重量150t,PB02 和PB03 类墩柱最大预制高度12m,最大预制重量112t。

图1 预制墩柱模型

图2 墩柱断面图

2 墩柱预制工艺工法

2.1 墩柱预制台座

在墩柱预制区设置专用台座,台座根据墩柱设计尺寸专项设计,作为立柱浇筑的基座。台座主要包含两个部分,台座基础和下底座。墩柱采用竖立姿态方式进行混凝土浇筑,竖向荷载较大,对台座基础地基承载力要求较高,基础须进行承载力验算,做好地基处理,以确保立柱不发生不均匀沉降。基础施工时,顶面收面平整,检查顶面平整度,预埋下底座固定钢板。

下底座采用H200×200 钢进行加工,采用钢板作为加劲板对H 型钢进行加强,提高承载能力。下底座加工完后,在H 型钢翼缘上开螺栓孔,孔位与立柱底模螺栓孔一致,确保后序施工过程中立柱底模板能够与下底座顺利连接固定。根据立柱尺寸型号及数量,将台座设置成共用台座,提高台座的利用率,共用台座的H 型钢翼缘开孔需要与墩柱模板底座螺栓孔相匹配。

下底座与基础预埋钢板焊接固定,固定前先对下底座进行调平,下底座的水平度为关键控制点,以确保后序立柱浇筑时的垂直度。

2.2 墩柱钢筋绑扎胎架及定位架

由于墩柱钢筋连接采用灌浆套筒连接,墩柱钢筋需要与承台及盖梁的钢筋进行对接,因此对墩柱钢筋笼的平面位置、间距等要求高,对钢筋笼的加工及绑扎精度要求高。为满足施工需要,需要结合墩柱主体设计结构图纸专项设计墩柱钢筋笼的加工绑扎胎架,胎架采用槽钢、角钢、扁钢等型钢加工,按设计图纸的钢筋间距进行开槽定位,定位槽和胎架骨架之间采用螺栓连接,为装配式结构,方便组装及调整尺寸,提高胎架的共用性。

设置制作墩柱钢筋笼端头及承台预埋的墩柱连接钢筋定位架,使承台预埋筋、墩柱钢筋、盖梁柱头共尺寸,以确保墩柱安装过程中与承台、墩柱、盖梁顺利对接,提高安装施工效率。

图3 钢筋定位架

2.3 灌浆套筒

全灌浆套筒为高强球墨铸铁材质,作为墩柱主筋连接构件,设置在预制墩柱内,一端与墩柱预制端连接,一端与另一节段钢筋连接；φ32 全灌浆套筒全长60cm,外径77mm,内径55mm,钢筋伸入灌浆套筒长度为27cm；套筒下端设置止浆垫,套筒上端为出浆口,压浆口与端部净距为45mm。灌浆连接套筒与高强无收缩水泥灌浆料组合体系性能符合规范要求,满足I 级连接接头要求,灌浆套筒钢筋连接件应做抗拉试验,连接件抗拉强度大于等于钢筋本身抗拉钢筋强度,断裂位置在灌浆套筒连接位置以外。灌浆连接套筒与高强无收缩水泥灌浆料进场前应出具型式试验合格报告,满足要求后才能使用。

灌浆套筒固定在预制墩柱柱底模上,接触位置设置橡胶柱塞。主要具有两个作用,一是对灌浆套筒进行定位,使钢筋间距满足图纸设计要求,方便精确安装；二是起到密封作用,防止墩柱混凝土浇筑时混凝土进入到灌浆套筒内,从而堵塞套筒影响后续灌浆,密封柱塞可重复使用。

图4 灌浆套筒结构图

图5 灌浆套筒定位图

2.4 柔性吊点

预制墩柱的转运及安装需要采用200t 龙门吊及350t履带吊进行起吊,需要在墩柱顶端设置吊点。墩柱采用柔性吊点,顶部设置两个吊点。吊点材料采用φs15.2mm钢绞线制作,钢绞线采用单根绕环,埋入墩柱深度1m 左右,末端设置16mm 锚板及P 锚限位固定,吊点外露混凝土表面20cm 左右,钢绞线外露部分套上镀锌钢管进行保护,吊点沿墩柱长边中心线布置。采用柔性吊环施工轻便,方便安装及切除,方便墩柱进行翻转。

每个吊点钢绞线根数根据立柱重量进行布置,每根钢绞线承载力按10t 计,对于PB01 类墩柱,墩柱高度≤2m 时,单个吊点两根钢绞线,2m＜墩柱高度≤4m 时,单个吊点4 根钢绞线,4m＜墩柱高度≤6m 时,单个吊点6根钢绞线,6m＜墩柱高度≤8m 时,单个吊点8 根钢绞线;对于PB02 和PB03 类墩柱,墩柱高度≤4m 时,单个吊点两根钢绞线,4m＜墩柱高度≤8m 时,单个吊点4 根钢绞线,8m＜墩柱高度≤12m 时,单个吊点6 根钢绞线。

图6 墩柱吊点设置

2.5 墩柱预制

墩柱模板在翻转台上进行安装,水平放置,首先安装底面、两侧面,然后采用钢筋笼吊架整体吊装墩柱钢筋笼,将钢筋笼从胎架上吊运至翻转台水平状态入模。安装好墩柱预埋件,调整好保护层后,进行剩余的墩柱顶面模板安装。利用翻转台配合龙门吊将墩柱模板缓慢进行竖转,将墩柱模板从水平状态调整为竖直状态,然后采用龙门吊将墩柱模板连同里面安装好的钢筋笼整体吊运至墩柱预制台座上,采用高强螺栓将墩柱模板与墩柱预制台座进行固定。下一步进行混凝土浇筑,工艺与一般墩柱现浇工艺类似。墩柱拆模后及时进行洒水养生,墩柱养护达到强度要求后方能吊运至墩柱存放区。本项目墩柱场内转运采用200t 龙门吊,龙门吊起重能力根据墩柱最大重量进行配置。

3 墩柱安装工艺工法

3.1 墩柱转运及翻转

墩柱存放是采用竖直的存放方式,运输至现场是需要将墩柱竖转至水平状态,装车前的竖转在预制场的沙坑进行,采用200t 龙门吊翻转,下方支垫橡胶垫等柔性物,避免墩柱棱角被破坏。

图7 墩柱场内翻转

墩柱采用运输车运至施工现场,运输车载重能力根据墩柱重量来配置,墩柱采用吊带起吊进行装车。墩柱预制现场后,需要进行第二次翻转,从水平状态竖转至竖直状态,以便后续墩柱的安装。竖转采用350t 履带吊进行,墩柱下方支垫橡胶垫或者两个轮胎等柔性物,防止墩柱边角磨损及表面被污染。

3.2 墩柱安装

3.2.1 承台凿毛及预埋钢筋清理

墩柱与承台之间连接部位进行混凝土凿毛,增强混凝土连接力学性能,凿毛要彻底,一般以露出混凝土骨料为准。立柱中心安放标高调节的垫块,此区域一般不凿毛,使表面平整方便调节垫块安装水平及后续墩柱安装标高调整。

检查承台外露预埋钢筋的长度及间距,避免钢筋过长及间距与墩柱灌浆套筒间距不一致从而使墩柱无法安装,外露预埋钢筋检查完成后对钢筋表面进行打磨清理,防止钢筋表面灰尘锈迹影响钢筋连接性能。

3.2.2 挡浆模板及调节垫块安装

用墨线弹出立柱的中线和边线,以确定墩柱安装位置,安装好挡浆模板并进行固定。

墩柱底安装调节标高垫板,垫板采用钢板制作,一般墩柱底部设置一处垫板,4×1.8m 墩柱设置两处垫板,垫板层数根据墩柱标高要求来确定,垫板尺寸为20×20cm。

3.2.3 座浆

采用座浆料专业厂家提供的配比进行座浆料配置,座浆前先对接触位置进行洒水湿润,再进行座浆。座浆料顶面磨平,高度高于调节垫板高度,使座浆料能够溢出座浆饱满,座浆前安装好灌浆套筒底部密封垫。

3.2.4 吊装就位及垂直度调整

履带吊起吊立柱,进行位置调整,灌浆套筒对准预埋外露的钢筋,缓慢下放到位。履带吊吊钩缓慢下放,使墩柱与调节垫块之间逐步接触,稳步参与受力。采用全站仪对墩柱的平面位置和垂直度进行微调整,调整采用专项设计加工的钢制牛腿配合50t 千斤顶进行,牛腿千斤顶设置在墩柱所需调整面进行顶升微调。测量调整完成后,履带吊松勾,待座浆料达到强度要求后方可拆除牛腿和千斤顶,避免墩柱发生位移。

3.2.5 套筒灌浆

墩柱座浆料满足要求后才能进行下一步灌浆套筒灌浆作业施工,灌浆前确保套筒内部未发生堵塞,加工注浆管及阀门,连接灌浆套筒灌浆口。然后进行灌浆料搅拌,灌浆料采用专业厂家提供的高性能灌浆料。使用专用压浆机进行灌浆作业,灌浆从套筒下口进、上口出,上口设置pvc 弯管,使出浆口顶高于灌浆套筒顶,确保灌浆饱满。

4 结论

装配式桥梁是一种新型工艺、绿色工艺。本文依托肯尼亚内罗毕快速路项目,提出了一种桥梁墩柱预制及安装施工工艺。桥梁墩柱预制能够充分发挥资源集中、机械化的优势,受外界天气等因素干扰小,墩柱安装施工效率高,施工进度快。本文为墩柱预制和安装提供了一套可行的成熟解决方案,在城市装配式桥梁施工中有着可推广、可借鉴的意义。