预应力混凝土连续梁桥施工实践

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　　摘 要：阐述了预应力混凝土连续梁桥施工的主要特点，以309国道张店立交桥工程为实例，探讨了预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法及相关理论计算，提出了预应力混凝土连续梁桥施工的对策举措。
　　关键词：预应力；混凝土；连续梁桥；施工
　　
　　1.引言
　　309国道张店立交桥工程由张博公路、张南公路两座完全苜蓿叶形互通立交和上跨、下穿张博铁路立交三部分组成，机动车与非机动车分行，路线全长5.2公里，工程概算总投资4.3亿元。2006年3月20日开工，2007年9月5日实现试通车，10月底全面完成。建成通车的国道309张店立交桥宛如一道飞虹横跨南部城区，它的建成将有效解决该路段交通瓶颈问题，方便群众快捷通行，实现了南部城区与中心城区的快速连接。由于预应力混凝土具有混凝土构件截面小、重量轻、刚度强，抗裂性和耐久性好，可以有效控制结构的挠度，在309国道张店立交桥工程二号合同工程中，我们采取了预应力混凝土连续梁桥施工技术，并取得了良好的经济效益和社会效益。
　　2.预应力混凝土连续梁桥施工的特点
　　预应力连续梁桥结构可以有效解决跨度小、柱网密，无法满足多种功能等问题，表现出了良好的优势，具有很好的工程实践性。预应力混凝土连续梁的施工具有十分突出的特点：一是工程成本低：悬臂施工法采用无支架施工，无需支架和大型吊装设备，可以节约一到两成的工程造价。二是便于施工：预应力混凝土连续梁桥悬臂施工时的受力状态与成桥后的受力相近，便于实施悬臂施工。三是工程影响性小：悬臂模式施工中不需要中断交通，对施工地交通影响相对较小，特别适合交通量大的地区实施。四是施工进度快：预应力混凝土连续梁桥施工每墩至少有两个工作面平行作业，而且几个墩可同时施工，采用分段施工，可以分节段调节梁底高程，各作业面互不干扰，有效提高施工进度，推进工程进程。五是工程质量高：预应力混凝土连续梁桥施工时多采用流水作业，进行重复性工作，施工过程容易控制，施工的质量可以得到有效保证。
　　3.预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法
　　预应力混凝土连续梁桥的施工具有对施工方法要求严格，不同的施工方法对连续梁桥的内力将会产生极大影响，甚至会影响梁桥的安全性，因此，施工单位必须要掌握科学的预应力混凝土连续梁桥施工方法，确保施工质量和工程安全。
　　3.1整体现浇施工法
　　整体现浇施工通过搭设支架，在支架上安装模板，绑扎及安装钢筋骨架，预留孔道，并在现场浇筑混凝土与施加预应力。预应力混凝土连续梁桥需要按一定的施工程序完成混凝土的现场浇筑，待混凝土达到所要求的强度后，拆除部分模板，进行预应力筋的张拉、管道压浆工作。落架要与施工程序和预应力筋的张拉工序相配合。
　　3.2预制简支－连续施工法
　　预制简支－连续施工通常采用：预制简支梁，分片进行预制安装，预制时按预制简支梁的受力状态进行第一次预应力筋的张拉锚固，安装完成后经调整位置，浇筑墩顶接头处混凝土，更换支座，进行第二次预应力筋的张拉锚固，进而完成一联预应力混凝土连续梁的施工。
　　3.3悬臂施工法
　　用悬臂施工法建造预应力混凝土连续梁桥，分悬浇和悬拼两种，其施工程序和特点与悬臂施工法建造预应力混凝土悬臂桥基本相同。在悬臂或拼浇过程中，要采取使上、下部结构临时固结的措施，待悬臂施工结束、相邻悬臂端连接成整体并张拉了承受正弯矩的下缘预应力筋后，再卸除固结措施，使施工中的悬臂体系转换成连续体系。
　　3.4移动式模架逐孔施工法
　　移动式模架逐孔施工法将机械化的支架和模板支承在长度稍大于两跨、前端作导梁用的承载梁上，然后在桥跨内进行现浇施工，待混凝土达到一定强度后脱模，并将整孔模架沿导梁前移至下一浇筑桥孔加些有节奏地逐孔推进直至全桥施工完毕。尚须指出，移动式模架逐孔施工法不仅用来建造连续梁桥，同样也往往用来修建多孔简支梁桥。
　　3.5临时锚固施工技术
　　预应力混凝土连续箱梁悬臂施工过程中，临时约束结构的设置是工程施工不可缺少的一道流程，其主要作用是承受悬臂浇筑过程中产生的不平衡弯矩和保护永久支座不被破坏。在承台上设置临时支墩，墩顶设临时支座，通过临时支墩的预应力筋进行承台与梁底之间的固结，临时支墩通常采用钢管混凝土或钢筋混凝土柱，墩顶临时支座通过钢板和硫磺砂浆混凝土组合来实现。在施工过程中，应严格控制合龙口两悬臂端之间的施工荷载，使其两端对称相等。在非对称相等的情况下，应在各悬臂端加与混凝土重量相等的配重，并在浇筑过程中根据浇注速度逐渐卸载。
　　4.相关理论计算
　　4.1关于钢铰线的弹性模量
　　Ey的的理论值为Ey=(1.9～1.95)×105Mpa，而在试验报告中常会出现Ey’=(2.04～2.06)×105Mpa的结果，如按Ey’=2.04×105Mpa计算张拉伸长量，则理论值与实际值的误差将超过施工规范6%的误差范围。采用了理论值Ay（偏小值）代进上式计算Ey，从而得到了偏大的Ey’值。因而，在工程应用中的伸长值控制，必须按实测值Ey’控制，而不应是理论值Ey的计算伸长量。
　　4.2跨径与梁高计算
　　一般情况下，为使边跨正弯矩和中支点负弯矩大致接近的原则，以使布束更趋合理，构造简单，故L1/L2=0.539～0.692是常见的边、主跨的跨径比范围，当L1/L2≤0.419时，边跨则需压重，应属于非常规的特殊处理；大都L1/L2=0.54～0.58则较合理，这将有可能在边跨悬臂端用导梁支承于端墩上合拢边跨，取消落地支架。
　　主跨箱梁跨中截面的高跨比h0≈(1/46.2～1/86)L2，通常为（1/54～1/60）L2，在箱梁根部的高跨比h1≈（1/15～1/20.6）L2，大部分为（1/18）L2左右。一般情况下，可采用2次抛物线的梁底变高曲线，但往往会在1/4•L2和1/8•L2处的底板砼应力紧张，且在该截面附近的主拉应力较紧张，采用1.5～1.8次方的抛物线更合理。
　　4.3连续梁桥混凝土徐变计算
　　大跨度预应力混凝土连续梁桥等采用悬臂施工时，各节段混凝土的加载龄期差异较大，因而混凝土徐变对结构内力和变形变化的影响明显。混凝土的徐变会导致结构的变形和预应力损失，因此，必须认真分析，采取一定的应对措施。
　　混凝土徐变：σ*=Eφ（ti，ti-1）
　　式中：εs（ti，ti-1）为第i个阶段总的徐变应变
　　第i个阶段结构的徐变应变能为：
　　U=dv
　　 =Eφ（ti，ti-1）-2φ（ti，ti-1）εs（ti，ti-1）-dv
　　Δε(ti)=+φ（ti-1，ti-1）+γ（tj，tj-1）ij
　　式中：Eφ（ti，ti-1）为按龄期调整的有效模量，第i阶段由徐变引起的杆端节点的总位移：
　　{δi}＝{δ0j}φij+γij+{δ0i-1}φ（ti-1，ti-1）＋{δi}-{δ}
　　整理上式后可得到第i阶段结构等效固端节点位移为：
　　{δ}＝{δ0j}φij+γij +{δ0i-1}φ（ti-1，ti-1）
　　5.预应力混凝土连续梁桥施工对策
　　预应力混凝土连续梁桥施工是一项系统工程，必须超前进行谋划，统筹协调，科学施工，确保工程质量。下面，以309国道张店立交桥工程为例，对预应力混凝土连续梁桥主要施工环节进行探讨。
　　5.1承台的施工
　　搞好测量放线，根据导线控制点测设出桩中心后，放出承台四周边桩，外移50cm，用油漆作出标记，同时测出承台底至桩顶的高差。浇注素砼垫层：基坑开挖至比设计标高低10cm，浇注一层10cm厚的CIO素砼作底模，混疑土顶面必须平整。模板安装：采用组合钢模板，钢管、对拉螺杆、方木作为侧向支撑。浇注砼：浇注砼从一端向另一端分层进行，每层厚30cm，振动棒插入下层砼5～10cm，规避与钢筋和模板碰撞。

　　5.2墩台身施工
　　模板工程：柱式墩模板采用整体式定型钢模，薄壁墩、座板式桥台采用大块组合钢模。圆柱施工时根据柱高选择模板在现场拼装，拼装成节后由吊车吊起安装，通过风缆固定。薄壁墩、桥台模板使用组合钢模拼装，加固使用拉杆拉钢管内拉，为防止露浆，模板接缝处夹胶条或海绵条止浆。钢筋在进场前进行抽检，杜绝不合格品进场。进场的钢筋全部堆放在钢筋棚内，在钢筋加工车间内加工。
　　墩台身混凝土浇筑：当墩台高度过高时，采用倒模施工法分段进行施工。墩台身混凝土采用吊车配吊斗入模。砼采用分层浇筑，每层厚度不超过30cm，且在下层砼初凝前浇筑完成上层砼。混凝土灌注时的自由倾落度控制在2米以内，高于2m使用串简缓冲。浇筑砼时，采用插入式振动器振捣密实。插入式振动器移动间距不超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模保持5～10cm的距离，且插入下层砼5～10cm，每一处振动完毕后边振动边徐徐提出振动棒，避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件。对砼裸露面及时进行修整、抹平。砼浇筑完2～3小时后覆盖渗水土工布并浇水养护，派专人负责此项工作。混凝土强度达到要求后拆模，拆模后用塑料薄膜包裹后继续洒水养生。
　　5.3现浇梁施工
　　支架搭设：支架采用WDJ碗扣式支架，底部落在10cm×10cm方木上，方木与处理合格地基间空隙采用细砂或者石粉找平。碗扣支架顺桥向间距严格按120cm、横桥向间距严格按90cm控制，对于横梁及箱梁边腹板处支架进行加密，即横向间距不变，纵向间距按60cm控制。横杆上下层的间距按不大于120cm控制，且每根立杆至少要有2层横杆连接。为增强大架体系的稳定性，顺桥向每4.5m设1道通长剪刀撑。横向每隔3跨没1道剪刀撑，剪刀撑与碗扣支架立杆、水平杆相交处，转扣设置数量按大于85%控制。最后按作业要求设置防护栏及连接、加固杆件。为便于调节支架顶部高度，在支架顶部设置了可调顶托，顶托上面横向分布一层10cm×10cm方木,调节可调顶托高度使方木均匀受力，在横向方木上满布10cm×10cm方木，间距为50cm,并把钯钉固定牢靠，可调顶托调整高度严格控制在30cm以内。以确保架子顶自由端的稳定。
　　模板安装：为保证外观，底模采用1.5厘米厚质地优良的覆模竹胶板，模板分块拼装，钉装在底部分布方木上，施工中需保证纵横向接缝在一直（曲）线上，用模板底加设木片来消除相邻模板的高差，减小和清除支架的非弹性变形及地基的沉降量，模板钉装完成后用液体玻璃胶水填塞模板接缝，防止混凝土浇筑中漏浆。
　　支架预压：为消除基础变形和支架的非弹性变形及支架的不均匀下沉，保证结构线形和结构安全，并为预拱度设置提供依据，主体结构施工前需对支架进行预压，预压期限原则上以支架变形稳固后即可结束，预压荷载为结构自重加临时施工荷载，一般为结构自重的1.2倍。加载物选用砂袋，加载顺序按混凝土浇筑次序分段分层进行，加载过程中需有安全人员值班，检查支架和分配方木的支承情况。加载完成后由测量人员进行沉降观测，直至支架变形稳固方可卸载。
　　①布点：加载前需对支架基础顶、支架底和底模顶进行标高测量，测量位置设在支点、梁跨的1/6、1/3、1/2、2/3和5/6处，每点位横向均设3点。
　　②加载及卸载顺序：按荷载总重的0→25%→50%→120%→50%→25%→0进行加载及卸载，并测得各级荷载下的测点的变形值。
　　③预压时间：荷载施加120%后，前三个小时每小时观测一次，以后每三小时观测一次，并测量各测点数据；压重24小时后，再次测量各测点数据，测量的数据应填写表格，并计算出相应的沉降量，直到沉降趋于零时，停止测量。卸载时分层卸载，卸载后量测支架顶底标高，根据加载前后测量结果计算变形量并绘制支架变形曲线，作为调整模板预拱度的依据。
　　④安全注意事项：所有工作人员必须戴安全帽，严禁人员进入试压区，现场试压人员及机具由负责人统一指挥。加载时逐步加载，禁止加载物冲击承重平台，发现异常情况，应立即停止作业，经检查分析处理后方可继续进行。
　　根据预压结果进行底模调整，并检查模板、紧固支架。
　　钢筋绑扎：箱梁用所有钢筋及接头的施工严格按有关施工规范和图纸要求操作，在加工前必须作清污、除锈和调直处理。钢筋骨架在钢筋棚内加工后现场安装成型。钢筋安装，先底板和腹板，然后将内模组合拼装固定，最后施工顶板钢筋。
　　箱梁砼施工： 混凝土采用自制拌和站拌和混凝土，拌和中严格按设计配合比配制，混凝土搅拌运输车运输，泵车灌注，插入式振捣器振捣。混凝土浇筑采用全截面一次浇筑，浇筑方向为由低墩身向高墩身进行，浇筑中水平分层、纵向分段、连续浇筑，根据施工时外界温度和混凝土初凝时间及混凝土每小时输送率来调整分段长度，浇筑上层混凝土前必须保证下层混凝土未初凝；混凝土振捣采用插入式振捣棒，浇筑底板混凝土时每次分层厚度不得大于30厘米，并严格按规范振捣，振捣时选用经验丰富的作业工人，确保底板混凝土振捣密实；混凝土浇筑过程中需注意每个内模两侧对称下料，对称振捣，浇筑分层厚度控制在15厘米，减小内模上浮力并防止倾斜、偏位。浇筑中需严格控制梁顶标高，并对梁顶面抹平、拉毛。
　　若箱梁体不能一次浇筑完成，而需分二次浇筑时，第一次浇筑到梁的底板的承托顶部以上30cm。第一次和第二次浇筑的时间应间隔至少24h。在第二次浇筑前，应检查脚手架有无收缩和下沉,并打紧各楔块,以保证最小的压缩和沉降。悬出的承托及悬出板的底面，一般应在离外缘不大于15cm处设一1cm深V形滴水槽以阻止水流污染混凝土表面。
　　预应力张拉：张拉采用应力控制，伸长值校核，安装锚具前需对锚垫板清理干净，后安装工作锚具、张拉千斤顶和工具锚，安装中需保证工作锚、千斤顶、工具锚三对中，为有利脱锚，需在工具锚锚孔涂上脱锚剂。
　　张拉程序为：
　　0 → 10%δk → 100%δk (持荷2分钟 ) →δk
　　张拉中分级加载，张拉至10%的初应力后量取伸长值，后分级张拉分级量取伸长值。张拉后若实际伸长值与理论伸长值之差超过6%时，应停止张拉，查明原因并采取措施后再继续施工。
　　张拉时应先中间后两边对称张拉，张拉完成后需对先期张拉的钢绞线进行补拉，减少因混凝土压缩造成的损失。
　　压注水泥浆：严格按照设计强度配制水泥浆，如无设计要求时水泥浆强度标号不低于梁体标号80%，且不低于30N/mm2。压降水泥采用不低于42.5#硅酸盐水泥，水灰比一般控制在0.4-0.45之间，稠度一般控制在14-18s之间，水泥浆配制时可掺入适当膨胀剂，膨胀剂掺入量为水泥用量的0.01%。水泥浆的泌水率最大不超过3%，拌和后3h泌水率控制在2%以内，且24h后须能全部被浆吸回。拌和好的水泥浆通过真空压降泵压注到预应力预留孔道内，水泥浆压注前首先在贮浆桶内过筛，防止水泥浆搅拌不均匀结块，待前一筒压注完毕后再进行下次的搅拌，两次间隔时间不超过灰浆初凝时间，每次搅拌的灰浆控制在30-45分钟内使用完。
　　封锚：在每联连续梁最后一段张拉、压浆完毕后，要进行封端混凝土施工，施工前将梁端水泥浆清洗干净并凿毛。按设计要求绑扎封端钢筋网并固定封端模板。经监理工程师检查同意后即可拌制封端混凝土，灌注、振捣，施工中注意各边角处振捣密实，施工后用土工布覆盖洒水养护。
　　拆除模板和支架：支架的卸落应按程序进行。卸落量开始宜小，逐次增大，每次卸落均由跨中开始，纵向应对称、均衡，横向应同步平行，遵循先翼底板的原则。碗扣式支架自上而下依次卸落。
　　参考文献：
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