箱梁合拢工艺要点控制

XX高速公路XX大桥连续刚构合拢施工—浅谈箱梁合拢工艺要点控制工程概况XXX大桥主桥箱梁为90m+170m+90m单箱单室三向预应力混凝土悬浇连续刚构。主墩墩身最高为126.06m，箱梁顶至常水位高达164m，为国内同类型桥梁中最高的预应力混凝土连续刚构桥。主墩与箱梁固结，主桥箱梁0#块高10m，箱梁顶宽12m，底宽6.7m，箱梁0#块从10m高按二次抛物线变化至跨中合拢块3.7m高。箱梁顶横坡为2%，纵坡为1.8%。全桥共设两个单T结构同步悬浇施工，每个单T分为21个号块对称浇灌；设有1个中跨合拢段（22#块），中跨合拢段长为2m；两个边跨合拢段（23#块），边跨合拢段长为2m；两个边跨直线段（24#块），边跨直线段长为3.83m，边跨直线段加边跨合拢段共长5.83m（详见桥型总体布置设计图）。二、悬浇箱梁合拢方案选择悬浇箱梁合拢，即体系转换，是控制全桥受力状态和线形的关键工序。因此，合拢顺序和施工工艺必须严格按施工规范、设计图纸、施工工艺及施工方案进行组织控制。牛栏江大桥边跨墩高达100余米，先边后中合拢施工难度大、资金投入多、施工工期长，因此，采取先中跨后边跨的合拢方案【先中后边合拢方案工艺控制的技术性较强，结构单T力矩平衡较复杂，合拢锁定前顶推施工安全性是关键。同时，在连续梁合拢施工中，不同的合拢顺序，其引起的结构恒载内力不同，结构体系转换时由徐变引起的内力重分布也不同，导致其结构最终恒载内力也不同；而当两悬臂端合拢时梁、墩固结为一体，显然静定合拢比超静定合拢所受刚架力要小。因此，建议施工设计优先考虑采用先边跨合拢，后中跨合拢的合拢顺序。“先边后中”与“先中后边”的合拢顺序相比，可减少超静定次数，使结构更稳定、受力更对称合理：即边跨先形成两个裁型单悬臂梁（静定小合拢），再中跨合拢形成3跨连续刚构梁（超静定大合拢）结构】。XXX大桥施工设计为两个合拢阶段：第一阶段合拢中跨；第二阶段同时合拢（6#墩、3#墩）两个边跨。通常施工设计为先浇灌边跨直线段，后进行边跨合拢，由于牛栏江大桥边跨直线段和边跨合拢段均较短（共长5.83米），考虑工期及资金投入情况，采取直线段和边跨合拢段一次浇灌方案（直线段和边跨合拢段一次浇灌方案能充分利用挂篮施工边跨合拢段及直线段，减少了边跨直线段施工时的支承支架、工序，缩短了工期，节省了大量资金，建议在边跨直线段和边跨合拢段均较短的桥梁边跨合拢施工设计时，优先考虑采取边跨直线段和边跨合拢段一次浇灌方案）。中跨采用挂篮改制的吊架方案进行合拢，两个边跨均采用改制的挂篮加墩旁牛腿托架方案进行合拢（详见合拢总体布置示意图）。中跨合拢工艺要点控制当4#墩、5#墩两个单T中跨的第21#块混凝土浇灌及纵向、竖向、横向预应力束张拉和孔道压浆工作完成后，立即将中跨端的挂篮改制成合拢吊架，中跨采用挂篮改制的吊架方案进行合拢（详见中跨合拢施工示意图），其施工步骤及工艺如下：1、挂篮改制吊架悬浇箱梁中跨合拢宜采用后浇灌21#块的中跨挂篮来改制成吊架，吊架结构设计原理：其一端采用挂篮的前吊带改制成前底吊带，使前底横梁固定于先浇灌箱梁21#块的底板上，并将挂篮前的外侧10吨倒链改换成Φ32精轧螺纹钢筋，使前底横梁固定于桥面板上；另一端保持挂篮箱梁号块悬浇施工时的原结构及固定形式不变。2、合拢段吊架安装（1）、当先浇灌21#块的中跨端挂篮完成号块施工后，宜后退2～2.5m进行锚固（此锚固位置施工19#、20#块时注意计算、安装预埋孔洞或预埋件）。（2）、与此同时另端的挂篮前移3～4m（具体位置依边跨合拢方案及挂篮前底横梁前端位置计算确定）进行锚固，准备边跨合拢。（3）、挂篮在进行后退及前移过程中，后退端的21#块箱梁顶板上应采取配重方法保持单T箱梁两侧荷载同步及力矩平衡原则，施工时分步后退、前移；相应同步地按力矩平衡原则进行分级加载（此工序中分步后退、前移；分级加载及力矩平衡控制是合拢段吊架安装时的关键）。（4）、待后浇灌21#块的挂篮完成号块施工、改制成吊架后，挂篮（吊架）前移，前移位置宜使底模、外侧模伸至对面先浇灌的21#块箱梁段1.5～2m处进行临时锚固（具体位置应考虑合拢荷载作用下，两侧21#块箱梁受力基本一致，各锚点吊带受力均匀），锚固位置应在浇灌21#块箱梁时，分别在箱梁底板、顶板相应处预埋钢盒，钢盒大小必须考虑中跨合拢时的顶推位移量，确保箱梁中跨合拢前的顶推工作完成后，各吊带不变形、受力均衡。（5）、与此同时另一端的挂篮前移3～4m（具体位置依边跨合拢方案及挂篮前底横梁前端位置计算确定）进行锚固，准备边跨合拢。两挂篮在前移时，由于中跨挂篮移动距离短，故中跨侧需加配重保持单T箱梁两侧荷载同步及力矩平衡，配重作业时分步前移，相应同步地按力矩平衡原则进行分级加载（此工序中分步前移、分级加载及力矩平衡控制是合拢段吊架安装时的关键）。3、合拢段模板安装（1）、底模采用两根底横梁配合扁钢吊带及外侧加Φ32精轧螺纹钢筋进行承力锚固。（2）、外侧模及外顶模采用外滑梁配Φ32精轧螺纹钢筋进行承力锚固。（3）、内侧模待合拢段箱梁底板、腹板钢筋及其它预埋件安装完毕后进行安装，内侧模与内顶模采用Φ16螺拴连接、内侧模与外侧模采用Φ22螺杆对拉，箱梁腹板（内外模之间）加支撑，确保腹板混凝土厚度满足设计要求。（4）、内顶模待内侧模安装完毕后，采用内滑梁配Φ32精轧螺纹钢筋进行承力锚固（或采用竹胶板配钢管支架结构）。（5）、各吊带锚点、底模、外侧模初步安装、就位，待合拢前顶推完成及劲性骨架锁定后再进行精确就位及固定牢靠。（6）、合拢段的立模标高应根据合拢段两侧箱梁的顶板混凝土面的实测标高及监控单位提供的资料最终确定，若标高不能满足要求时应采取不等量压重方法进行调整，使合拢段两侧标高满足目标线形。（此工序加载时可以采取不平衡力矩进行调整标高，但必须是在监控单位测试箱梁、墩身应力及应变的情况下进行）。4、合拢段钢筋、波纹管安装（1）、合拢段箱梁底板、腹板及顶板钢筋均采用单面焊连接，由于合拢前需顶推而使箱梁产生位移，故钢筋只能先焊一端的接头，另一端待合拢段劲性骨架锁定后再快速焊接。（2）、预应力孔道位置及材料应符合设计要求，并满足灌浆工艺（灌浆宜优先采用真空注浆工艺：真空灌浆是后张预应力混凝土结构施工中的一项新技术，其原理是在孔道的一端采用真空泵对孔道进行抽真空，使之产生-0.06～-0.1MPa左右的真空度，然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，直至充满整个孔道，并加以0.5～0.7MPa的正压力，以提高预应力孔道灌浆的饱满度和密实度。质量控制要点：孔道的密封性和浆体配方的合理性）的技术要求。预应力束的制孔管应管壁严密不易变形，定位准确、牢靠，合拢段定位网应加密，直孔段宜每50cm设一道定位网，弯曲段每30cm设一道定位网。合拢段底板钢筋拉钩应加密，在制孔管两侧适量增设钢筋拉钩，以防体系转换、合拢段预应力束张拉时常出现的底板混凝土开裂及崩脱（在箱梁悬浇18#～21#块及合拢段时加密预应力制孔管的定位网；调整、加密箱梁底板钢筋拉钩极为重要）。5、合拢段劲性骨架及反力座制造牛栏江大桥箱梁腹板厚度从70cm渐变到50cm，中跨跨中设置一道横隔板。由于箱梁腹板较簿、预应力管道及腹板和中隔板钢筋较多，若采用常规内置劲性骨架进行顶推、锁定的方案，施工时劲性骨架安装难度大、顶推作业完成后需要进行安装的部件多、时间长，不能满足劲性骨架锁定后快速浇灌合拢段混凝土的技术要求，因此，采取外置劲性骨架顶推、锁定方案（合拢施工采用外置劲性骨架安装方便、简单、省工、省时、省料，同时顶推作业中便于操作、观察构件受力状态及变形，建议合拢施工优先采用外置劲性骨架）。施工设计劲性骨架4个：顶板2个、底板2个（图纸设置在腹板内，为内置劲性骨架）；每个劲性骨架承受150吨顶推力。因此，劲性骨架在进行设计、制造时，必须进行结构的轴心承压、失稳受力验算。外置劲性骨架是通过埋置在中跨合拢段两侧的21#块箱梁底、顶板混凝土内的反力座来进行承力、顶推及锁定，因此，反力座的焊缝长度、劲性骨架与反力座锁定的焊缝长度及反力座锚固钢筋的焊缝长度均应进行剪切受力计算。劲性骨架、传力锚固的反力座，必须严格按施工设计图制造严格按焊接工艺进行施焊作业，要求板面平整、不变形（劲性骨架结构的轴心承压、失稳受力及各焊缝的受力验算是关键）。6、合拢段劲性骨架及反力座安装合拢段劲性骨架及反力座安装工序极其重要，在进行安装时必须注意以下事项：（1）、反力座安装位置应设置在靠近箱梁腹板内侧、上下对称、左右对称及平行。（2）、反力座安装位置要准确、标高与箱梁线型一致、顶面平顺、固定要牢靠。（3）、合拢段劲性骨架安装就位时必须对传力锚固反力座进行分中画线，确保千斤顶、劲性骨架及传力锚固反力座在同一轴线上，各构件必须互相垂直。（4）、劲性骨架安装前应进行24小时气温观测，观测时间不少于1个星期，以找出气温变化规律。（5）、为了确保顶推完毕后达到尽快锁定劲性骨架的技术、工艺要求，在对中跨合拢段混凝土荷载配重完成后，可以将安装好的劲性骨架的一端进行施焊，另一端待顶推作业完成后再进行施焊锁定。7、中跨合拢段两侧配重合拢段立模前对合拢段两侧箱梁进行过不等量压重，其目的是为了调整标高及线形。现在所说的中跨合拢段两侧配重是指合拢顶推、劲性骨架锁定前，对合拢段混凝土荷载进行等量代换，以保箱梁合拢后结构内力满足设计要求。中跨合拢顶推及劲性骨架锁定前必须在中跨两侧的两个21#块上进行对称配重，宜采用水箱加水的方法，每个水箱加水重一般为合拢段砼重的1/2，最终水箱加水重量宜由监控单位确定；水箱外侧要求画有刻度线，以便加、卸载时计量准确；加水时要求中跨两侧的加水速度一致；边跨端则同时采用其它水箱或物体进行相应对称、同步配重，保持单T两侧力矩平衡。8、箱梁梁体降温连续梁桥合拢施工时，温度应力常常是预应力混凝土梁桥产生裂缝的主要原因。如何在温度变化时保证合拢段混凝土的质量，是合拢段施工成功与否的关键。因此，中跨合拢温度（指合拢时的环境气温和梁体温度）的选择很重要。若在高温季节合拢时，对箱梁混凝土全表面喷水降温很有必要，使箱体温度基本保持与自然气温一致；减少箱梁内、外温差及箱梁梁体与自然气温温差，有利于箱梁低温时快速合拢、合拢质量及合拢后体系能达到设计的受力状态。故建议合拢前在箱梁顶面、箱梁外侧与外顶板交界处及箱梁内侧与内顶板交界处各设置双排水管路，每3m设置1个喷头进行全天候、全表面、内外喷水降温，降温持续时间宜为合拢前3天，合拢后4天。9、顶推及劲性骨架合拢锁定牛栏江大桥合拢段劲性骨架施焊锁定前按设计要求对两侧箱梁进行顶推：采用4台400吨千斤顶进行分级加载顶推，千斤顶、劲性骨架、传力锚固钢支座必须相互对中、垂直，进油应缓慢均速，每台千斤顶的顶推力为150吨，4台共计600吨水平推力（合拢前依据两个T构线型等情况，由设计院最终确定顶推吨位）。顶推作业时应分级加载，每级间应停顿2～3分钟使结构受顶推力后充分变形，有利于应力重分布，避免应力集中，每级宜为5KN。分级顶推的同时采用扁直钢尺进行对应位移量测量，施工设计顶推位移量为12.21厘米（合拢前依据两个T构线型等情况，由设计院最终确定顶推位移量），顶推操作采用顶推位移量和顶推吨位双控，以预顶推位移值为主，以预顶推吨位为校核。同时采用全站仪对两个T构墩墩中心位移进行观测，测定两墩位移偏差，以便采取措施进行调整（是否调整由设计单位决定）。顶推作业完成后，根据温度情况快速进行劲性骨架锁定，合拢锁定要求在一天的较低温度下进行，合拢温度宜控制在13～18℃内。牛栏江大桥中跨合拢于8月份，虽然此时期白天气温较高，但晚上7点钟后气温下降速度较快。加之通过上述箱梁降温措施，并在晚上低温时间段（11点～凌晨1点钟左右）进行快速锁定（箱梁内外挂温度计进行测温），锁定时采用8台电焊机同时进行施焊，其速度快、效果较好。劲性骨架合拢锁定完毕后，快速对另一端未焊接的钢筋接头施焊，进行模板各点固定、堵缝等，以便在最短的时间内进行合拢段混凝土的浇灌。顶推作业必须是在监控单位测试箱梁、墩身应力及应变的情况下进行（合拢前是否需要实施顶推，通常对低于40m的桥墩受力设计为刚性墩，高于40m的桥墩受力设计为柔性墩。对刚性桥墩合拢前必须进行顶推，对柔性桥墩可以不实施顶推，为了改变桥墩身受力状态、减小箱梁合拢后及运营时收缩徐变引起的跨中下挠，延长结构使用时间，建议柔性桥墩合拢前宜实施预顶推作业）。10、张拉临时预应力束劲性骨架锁定完毕后，应及时按设计要求张拉临时预应力束，临时预应力束的张拉力可根据劲性骨架的合拢温度做适当调整（张拉力由设计单位计算确定）。要求张拉时的温度与劲性骨架锁定合拢时的温度保持一致。11、浇灌中跨合拢段砼临时预应力束张拉完毕后，应尽快进行合拢段混凝土的浇灌。宜在凌晨最低温度时间段（1～8点钟）时，按箱梁号块使用的配合比进行浇灌合拢段砼（亦可采用微澎胀混凝土），全部混凝土应在早晨8点钟前浇灌完毕。在浇灌中跨合拢段混凝土的同时进行中跨水箱分级、对称、等量放水，放出水的重量必须与入模的混凝土重量相等（注意：放水卸载作业必须是在全部的混凝土浇灌完毕前先完成，否则新浇灌的合拢段混凝受结构的弹性变形的影响而产生裂纹），边跨端则的水箱配重不变。10、混凝土养生：混凝土浇灌完毕后，必须进行二次收浆抹面，终凝前进行拉毛，拉毛后采用湿土工布进行覆盖养生（覆盖养生范围应是中跨合拢段前19#～21#块及合拢段本身，有利于新浇灌的混凝土强度自然增长及新老混凝土间的粘合），终凝后必须进行洒水，保持混凝土表面湿润，养生期不少于7天。四、边跨合拢工艺要点控制在进行中跨合拢施工的同时，3#、6#墩边跨合拢段的部分工作亦可同步进行，其施工步骤及工艺如下：1、将挂篮改制为合拢吊架（详见边跨合拢示意图），根据两边跨21#块实测标高及结构线形，由监控单位确定边跨压重吨位，调整立模标高，同时在中跨跨中侧进行相应配重。2、根据监控单位的意见确定立模标高，安装支座，支座安装时应临时固定，并使支座上盘预偏一定距离（根据合拢时平均气温计算确定预偏值），进行立模、绑扎钢筋等作业。3、由于采用边跨直线段和边跨合拢段一次性浇灌方案，墩顶盖梁上的箱梁混凝土受底部摩擦力约束，而不能与悬臂部分箱梁混凝土同时自由伸缩，在强度增长期内可能会产生拉裂现象，因此，必须在3#和6#边跨墩盖梁上的箱梁底模下设置垂直箱梁轴线的滚轴，实现箱梁受底部约束部分的混凝土与悬臂部分箱梁混凝土同时自由伸缩。4、由于采用边跨直线段和边跨合拢段一次性浇灌方案，墩顶盖梁上的箱梁混凝