满堂支架法在C匝道桥现浇箱梁施工中的应用

程 恒,万乾翊

(江西省交通工程集团建设有限公司,江西 南昌 330000)

箱梁是桥梁工程中梁的一种,同时也是桥梁的一个重要组成部件。由于箱梁形式的桥梁稳定性更高、安全性更好,并且工程成本比较低,已经被广泛应用在桥梁建筑工程中,成为一种常见的桥梁形式。桥梁箱梁结构主要为钢筋混凝土结构,因此现浇箱梁是桥梁工程中一道必不可少的工序。现阶段桥梁工程多数为大跨度桥梁,因此桥梁现浇箱梁施工具有较高的难度。满堂支架法作为一种新型桥梁施工方法,由于施工成本比较低、工序比较简单,早在上个世纪九十年代西方发达国家就已经将这种施工方法应用到桥梁工程中,但是在国内还没有得到广泛应用,主要是因为至今没有一套系统的应用理论,虽然部分工程应用了满堂支架法,但是由于应用经验不足,缺乏完善的理论支撑,在实际工程中并没有取得预期的施工效果,不仅箱梁力学性能比较差,而且箱梁位移变形量也比较大,为此在C匝道桥现浇箱梁施工中应用满堂支架法来积累经验。

1 工程概况

本次研究以七里岗服务区提质升级工程为工程背景,工程所在区域属于国家级新区——赣江新区的临空组团,在福银高速乐温路段K587+700处,对应乐温高速公路桩号K10+700,涉及乐温高速公路K9+862～K11+325路段,西面方向距杨家湖互通约0.9 km,距机场互通约5.2 km,东面约8.6 km为南新互通,北面约4 km为樵舍镇。七里岗服务区为对称布置,现占地面积约100 hm2。主要施工内容为C匝道桥现浇箱梁施工。本工程重点工作为C匝道桥现浇箱梁施工,由于C匝道桥跨度(30 m+60 m+30 m、3×30 m)较大,按照《江西省交通建设工程危险性较大的分部分项工程安全管理实施办法(试行)》(赣交质督字〔2020〕41号)编制要求,模板工程跨度大于18 m,具有较高的施工难度,根据施工需求,此次采用满堂支架法进行C匝道桥现浇箱梁施工。

2 基于满堂支架法的C匝道桥现浇箱梁施工

C匝道桥现浇箱梁采取满堂支架法,支架采取盘扣式钢管支架,钢管支架选用盘扣式钢管支架A类(60系列),搭设高度为4.3～7 m,搭设区域为原C匝道区域向内侧拓宽1 m,其施工流程如图1所示。

图1 基于满堂支架法现浇箱梁施工工艺流程

如图1所示,混凝土浇筑分两次,按照先底板、腹板,后顶板和翼板的顺序,基于满堂支架法的C匝道桥现浇箱梁施工大致可以分为施工准备、支架基础处理及安装、混凝土浇筑及养护、模板及支架拆除四个部分。以下将从四个方面出发,对满堂支架法在施工中的应用进行详细说明。

2.1 施工准备

现浇箱梁施工之前需要做一些准备工作,首先对施工区域四周进行围护,四周设置防护围栏和夜间施工红色警示灯,围栏高度不小于1.2 m,防止非施工人员进入到施工现场[1]。其次在施工前办理好特种设备及材料使用备案工作,施工主材为钢材、混凝土,箱梁浇筑使用的C50混凝土由商混站出产,对混凝土强度、硬度等指标进行严格控制,确保产品合格。托架及模板等,皆采用有资质厂家生产(加工)的合格产品,进场后按规范要求抽样检验、预拼装并做荷载试验,合格后才可采用。施工所使用的设备如表1所示。

表1 机械设备投入数量

按照使用说明书对表1中所有机械设备性能进行检验,检验合格后方可进场使用。

2.2 支架基础处理及安装

桥梁现浇箱梁施工对地基的稳定性和承载力要求比较高,根据地基承载力要求,需要满足大于200 kPa(采用轻型触探仪检测)。对原地面进行测量抄平,设置纵向排水2%坡面,内侧设置排水沟宽20 cm,深15 cm[2]。支架基础在利用原匝道路面的情况下,采用合格的路基利用方,经过25 t压路机碾压、调平,测地基承载力满足要求后,进行15 cm的C20混凝土硬化,横向硬化范围为支架最外侧立杆外延1 m[3]。对于特殊地段,高差较大的采用分台阶搭设支架,设计为台阶宽度≥3 m,需经过碾压成型并浇筑20 cm混凝土,以满足地基承载力要求。

对支架基础处理完毕后,对支架进行安装。在安装前将支架安装现场内障碍物与垃圾清理干净,从一端开始,严格按计算书要求的立杆纵横间距、横杆步距、斜撑布置间距等施工,严禁擅自改变支架参数[4]。首先对可调底座排列到定点,如图2所示。然后将标准基座的套筒从底座上方套入,如图3所示。

图2 可调底座示意图

图3 标准基座示意图

然后进行横杆与起步立杆安装。支架搭设至顶面以后,一侧设置≥50 cm施工通道,两侧设置高度≥1.2 m的临边防护栏杆,栏杆立杆与支架立杆连为一体,横向按间隔40 cm左右设置三道,栏杆设置20 cm高踢脚板,且外侧挂密目网。施工通道底面铺设竹夹板,并与支架捆绑连接,防止出现翘头板[5]。安装完支架后对支座进行安装,支座安装前先确认支座型号、不同型号对应的安装位置、支座安装方向,确认无误后方可安装。安装前须确保支座的临时锁定装置完好,并保证在混凝土浇筑至支架拆除之前不得拆除支座的临时固定装置。

2.3 钢筋绑扎

桥梁上部结构使用的钢筋规格为:φ12 mm、φ16 mm、φ20 mm、φ22 mm、φ25 mm、φ28 mm六种,均为HRB400钢筋。钢筋绑扎就位前,在底模上放置垫块,按4个/m2均匀散布。按由下到上的顺序对钢筋进行绑扎,根据间距、位置的设计要求对底层钢筋绑扎,然后绑扎腹板钢筋,之后支立内模顶模,绑扎翼板钢筋和顶板钢筋,纵向通长钢筋采用绑扎或焊接均可,接头应设于箱梁最大弯矩处以外,一般设于箱梁L/4处,梁顶伸缩缝预埋钢筋、护栏预埋钢筋按照设计图纸进行,绑扎时与梁体钢筋同步进行,钢筋预埋位置要准确,并且避免漏埋和埋错位置。在钢筋绑扎过程中要及时对预埋件进行安装,并且使用钢筋将预埋件固定在桥梁箱梁钢筋上,使预埋件不上下左右移动,保证预埋件的垂直度。在绑扎钢筋骨架时按设计图纸要求安放锚后加强钢筋和锚后螺旋钢筋,螺旋钢筋由锚具厂家提供。预应力管道中心线利用模板为参照定位,安装时采用定位钢筋定位,在曲线变化大的截面定位钢筋间距缩小为0.4 m每道。

2.4 模板安装

模板为底模、内模、侧模、端模,其具体设计如表2所示。

表2 C匝道桥现浇箱梁模板参数表 单位:mm

如表2所示,C匝道桥箱梁底模纵向主龙骨采用14#工字钢,横向次龙骨采用100 mm×100 mm方木,将14#工字钢铺设在支架顶面,并在14#工字钢上安装100 mm×100 mm横向方木,模板接缝处必须有横纵方木托垫。因箱梁底板的纵坡、横坡较大,横坡方向底模较低处与外侧模相连,在外侧模使用顶托撑住外侧模,保证底板滑动。纵坡方向底模较低处使底模及木方卡死在墩柱上,防止纵向滑移。根据支架预压的结果将底模预抬弹性变形高度。侧模与底模一样采用厚15 mm的竹胶模板,为防止雨水顺翼缘板下板顺流,翼缘板下设止水线。内模施工顺序:支底侧模板→支撑横向钢管→浇筑底板、腹板混凝土→安装顶模。端模预留通气孔:每条腹板沿纵桥向每隔5 m设置φ8 cm透气孔,于第一联第一跨首部6 m、第一联第二跨首部5.5 m、第一联第三跨首部5.5 m开设φ10 cm泄水孔,于第二联第一跨尾部4.5 m、第一联第二跨首部4.5 m、第一联第三跨首部5 m开设φ10 cm泄水孔。泄水孔、通风孔安装好后内填黄砂,顶口用宽胶带封闭,施工完成后通开。

2.5 混凝土浇筑

在混凝土浇筑前,必须精确预埋预应力管道,预应力管道必须通过预应力定位钢筋和加强钢筋与钢筋骨架固结,混凝土浇筑时需严格控制混凝土浇筑和振捣,防止造成预应力管道移位和破损。现浇梁混凝土施工方量较大,且施工须连续进行,因此混凝土浇筑之前要进行细致的安排组织。第一次混凝土浇筑后木工板、钢筋班组要立即开始安装内箱顶模,绑扎顶板、翼板钢筋,随后开始第二次混凝土浇筑。浇筑总顺序为纵向由低端横梁向高端横梁,横向由低向高,浆体达到初凝后,对预应力锚具进行封端处理,具体作业流程如下:拆除锚具封端及进出浆接管,将锚具和垫板清洗干净后涂刷防水涂料;凿毛锚穴,安装封锚钢筋网,钢筋网利用带弯勾锚栓固定于锚垫板上;安装封端模板,模板上口预留2～3 cm高缺口,便于灌注封端混凝土;灌注封端混凝土,并捣固密实。封端混凝土一般使用无收缩细石混凝土;待混凝土强度达到初凝后,拆除封端模板,并用砂浆将封端混凝土表面抹平;抹面砂浆凝固并处于干燥状态后,采用防水涂料对封端混凝土进行防水处理。待桥梁箱梁混凝土强度达到设计要求后,将模板与支架拆除,以此完成基于满堂支架法的C匝道桥现浇箱梁施工。

3 施工效果检验

为了验证本次基于满堂支架法的C匝道桥现浇箱梁施工方案的可行性与可靠性,对施工后的桥梁箱梁力学性能及位移变形进行测试。力学性能方面主要检验桥梁箱梁的抗弯强度、抗剪强度以及承载力,其中抗弯强度计算公式为

(1)

式中:ε为桥梁箱梁抗弯强度,kN;Mmax为箱梁最大弯矩,N;E为箱梁截面抵抗矩。

桥梁箱梁抗剪强度计算公式为

(2)

式中:μ为桥梁箱梁抗剪强度,MPa;Hmax为最大剪力,N;S为混凝土弹性模量,GPa。

箱梁承载力计算公式为

(3)

式中:F为桥梁箱梁承载力,MPa;A为桥梁箱梁抗压设计强度,MPa;q为箱梁截面面积,m2;x为主梁钢筋混凝土的套箍指标。根据相关规范以及桥梁实际情况,该桥梁现浇箱梁容许抗弯应力为20.15 MPa,容许抗剪应力为23.59 MPa,最大压应力为26.45 MPa,将其作为依据,对桥梁箱梁力学性能进行检验。试验随机选取完成浇筑施工的10个箱梁,将每个箱梁实际数值代入到上述公式中,计算出抗拉应力、抗剪强度以及承载力,具体数据如表3所示。

表3 C匝道桥现浇箱梁力学性能 单位:MPa

从表3中数据可以看出,箱梁抗弯强度与抗剪强度均比较高,单个箱梁平均抗弯强度为51.26 MPa,平均抗剪强度为54.76 MPa,均大于容许抗弯应力与容许抗剪应力。并且箱梁承载力最大值仅为43.06 MPa,最小值为40.56 mm,符合规范需求。通过以上验算说明该桥梁现浇箱梁具有较强的力学性能。为了进一步验证施工方案的可靠性,对桥梁箱梁位移变形进行检测,据相关规范规定,大跨度桥梁现浇箱梁位移变形量不应超过15.55 mm,将其作为检验依据,随机选择8个测点,在测点上安装位移变形监测仪,每隔7 d统计一次箱梁位置变形数据,具体数据如表4所示。

表4 C匝道桥现浇箱梁位移变形情况 单位:mm

从表4中数据可以看出,C匝道桥现浇箱梁位移变形量比较小,最大变形值仅为0.17 mm,并且在施工完成后的第21 d开始,箱梁位移变形量没有增长,稳定在0.11 mm左右,符合规范需求。因此本次试验数据证明了,应用满堂支架法对C匝道桥现浇箱梁施工,箱梁力学性能与位移变形方面均达到了质量要求,具有良好的施工效果。

4 结束语

此次结合相关文献资料以及实际工程案例,对满堂支架法在C匝道桥现浇箱梁施工中的应用进行了探究,并对应用效果进行了检验。但是由于此次研究时间有限,仅对施工工艺进行了研究,未涉及到施工安全控制和质量控制,在研究内容方面可能存在一些不足之处,今后会在施工质量控制与安全控制方面展开研究,为桥梁现浇箱梁施工提供有力的理论支撑。