提篮式拱桥上部结构预制安装施工技术

金寒睿 邵建军

近年来,随着我国交通工程建设的发展,提篮式系杆拱桥由于造型优美、承载能力大、稳定性好等优点,在公路、铁路及城市桥梁建设中得到了较为广泛的应用。为了体现出施工完成后拱桥的优点,其上部结构预制安装施工技术要求也较高,值得我们慎重掌握。

1 工艺原理

提篮式钢筋混凝土拱桥上部结构预制安装技术的工艺原理是:先在桥位附近设置预制场,在预制场地按拱圈的尺寸1∶1放样,严格遵照构件的曲线直向,然后按节段立模预制。在预制构件的同时在安装孔处设置临时支墩、搭设支架。待构件混凝土强度达到设计强度后按规定的施工流程采用浮吊进行安装成桥。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 工艺流程

1)构件预制施工工艺流程:预制场地整平→测量放样→预制底座、模板制作→钢筋绑扎(预埋件设置)→模板安装→混凝土浇筑→养生。2)构件安装施工工艺流程:安装支座→搭设临时支架并进行预压→浇筑系梁端部、端横梁及拱脚段→吊装系梁预制段及中横梁并湿接合龙→张拉系梁、横梁第一批预应力束→搭设拱肋支架并进行预压→吊装拱肋、风撑预制段并湿接合龙→拆除拱肋支架→安装吊杆并初张拉→拆除系梁支架→安装预制桥面板,浇筑铰缝混凝土→吊杆第二次张拉及张拉第二批系梁及横梁预应力束→浇筑桥面层及护栏→吊杆张拉至成桥索力→第三批系梁预应力束张拉压浆封锚。

2.2 操作要点

1)构件预制。a.构件的预制场地尽可能选在桥位附近较平坦和宽敞的地方。b.采用坐标法放样,根据拱轴线方程算出拱轴线各预定的纵横坐标,先放跨径尺寸,再分段放出预定的纵横坐标,并量出加预拱度值后的各点。据设计尺寸定出系梁、拱肋轴线,画出构件轮廓线及交角圆弧线,定出各吊杆位置、横系梁联结点位置及风撑结点位置。c.构件为弧形预制件,模板采用钢模,钢板厚5 mm,为抵抗侧向弯曲,模板背面每隔50 cm焊竖向角钢加固。为便于拆装及构件线型顺畅,每块模板长2 m～3 m。d.钢筋焊接与绑扎接头应符合规范及设计要求。e.模板应涂刷脱模剂,外露面混凝土模板的脱模剂采用同一品种,不得使用废机油。把模板沿放样线拼装成整体,调整好板垂直度、直顺度、底部、上部用螺栓加固。然后加固模板,确保立模不变形,尺寸准确。浇混凝土前,应对模板尺寸、钢筋尺寸、位置、焊接长度、预埋件数量、位置等做全面检查,符合设计要求后方可进入下道工序。f.严格按设计配合比配料、拌制。

2)临时支架。a.支架施工方案采用栈桥体系,支架基础采用打入式钢管桩,钢管桩的入土深度根据计算确定,承载力可根据贯入度进行双控,桩顶承台采用槽钢形成钢平台,槽钢应形成箱形断面后,再通过纵横间焊接形成整体平台。b.搭支架时,按设计规定预留通航孔,其宽度、净高应满足要求。并在通航孔两侧施打钢管保护桩。桩顶纵横采用槽钢连接形成整体框架,保护桩与支架桩基间不得有任何连接。c.考虑桥梁梁底设计高程,结合支架搭设的高度,船只通过该桥位时需限制通航等级以确保支架安全。

3)系梁端部、拱脚段及端横梁浇筑。a.为保证系梁混凝土内实外光,系梁底模、侧模采用钢板制作,对销螺栓固定模板,模板强度及刚度应满足要求,模板接缝夹海绵条,确保接缝严密,不漏浆。端横梁模板亦采用钢模,槽钢作加劲肋。b.在支架上铺设系杆底模,根据支架预压所测得的弹性变形值设置一定的预拱度,施工预拱度按二次抛物线分配。弹性变形的数值需将此变形量按二次抛物线分段考虑在内。c.钢筋焊接与绑扎接头应符合规范及设计要求。d.首先浇筑系梁混凝土,然后浇筑端横梁混凝土,为保证系梁混凝土的密实,用插入式振捣器振捣。在系梁及端横梁拆模后,在对应的中横梁位置凿毛处理系梁。混凝土浇筑采用整片浇筑,斜向分层,纵向分段,分段长度控制在4 m～6 m,分层厚度不超过30 cm,采用插入式振捣器振捣,灌注连续均匀进行,混凝土运输采用输送泵运输。

4)系梁及中横梁安装。a.吊装设备采用浮吊。各预制节段用船只运输至安装孔处,在移运过程中,应注意使构件稳定安全。b.要求垂直起吊,吊点位置应符合设计要求,各吊点同时均匀受力,起吊安装必须缓慢、平稳。用浮吊将系梁预制段放置在桥位贝雷桁架上,架设临时支撑,防止预制件倾覆,随后架立横向另一侧对应的节段,并以强大的横向剪刀撑及设有法兰螺丝的钢筋在节段的两端临时对角拉紧固定成框构,后拼装相邻节段,继续依次由两端往跨中对称安装,同样采取临时固定措施。c.使用千斤顶和硬木楔调整预制件标高及预制件轴线位置,达到设计标高。d.浇筑湿接头时务必保证预应力管道的通畅,严防堵塞,同时必须用高压水枪冲洗干净后方可施工。e.安装中横梁及浇筑湿接头,中横梁需由两端往跨中对称进行安装。

5)预应力束张拉。a.张拉采用4台千斤顶,配套压力表两端同步张拉,张拉前千斤顶压力表应配套校验,以确定张拉力与压力表之间的关系曲线。张拉以张拉力和伸长值双控控制,实际伸长值与理论伸长值控制在±6%以内。b.系梁锚具为夹片式自锚型锚具,预应力束张拉程序为:0→初应力(10%δk)→100%δk(持荷2 min锚固)。c.预应力束张拉顺序按设计要求,张拉工艺如下:千斤顶与配件装置顺序:安装工作锚板→夹片→限位板→千斤顶→工具锚→工具锚夹片。施加预应力:两端同时向千斤顶张拉缸加油压至10%δk→测量伸长量→20%δk→测量伸长量→设计油压值→测量伸长量→做好张拉记录。锚固:打开高压油泵截止阀,张拉油压缓慢降至零→活塞回程。d.用砂轮机割除锚外钢绞线,外露长度不小于30 mm。用水泥砂浆密封张拉端,以防压浆时冒浆。

6)搭设拱肋支架,安装拱肋及风撑。a.搭设拱肋支架,拱肋支架全部采用贝雷片,贝雷片间连接采用贝雷片专用螺栓连接,安装好的支架在纵横间采用钢丝绳斜拉,保证支架的整体稳定性。b.在拱肋节段拼装点下部搭设支架,精确放出支架平面位置,同时不能妨碍吊杆施工,支架高度和高程按拱肋下缘坐标准确放出,并按设计要求预加预拱度,为加强拱肋支架的稳定性,在支架的外侧采用缆风绳加以固定。c.支架搭设完毕后,在支架顶部放出拱肋安装控制点位置。拱肋安装控制点按图1设置。d.拱肋、风撑吊装,根据构件的重量及安装高度选择起吊能力满足要求的浮吊,吊装顺序由两端往跨中对称进行。吊装预制好的拱肋节段,准确调整好位置及标高,调整时拱肋湿接头钢筋一般不全部焊死,先焊顶层钢筋,4个角用槽钢顶死,用螺旋千斤顶调整。e.现浇拱肋及风撑湿接段混凝土。接头处钢筋密集,此处受力又较复杂,钢筋焊接应满足规范要求,混凝土应精心配制,采用同标号的膨胀混凝土,振捣时采用小型振动棒,配合插钎、插捣以保证密实,浇筑应一次完成,防止出现施工缝。

7)拱肋落架,吊杆安装及张拉。a.等拱肋及风撑湿接段混凝土强度达到设计规定的强度,拆除拱肋支架,将拱肋形成裸拱结构。卸架前对拱肋的混凝土质量、拱轴线的坐标尺寸、卸架设备情况等进行全面检查,符合要求后可卸架。b.准确测量吊杆长度,有吊杆生产厂家提供成品索,成品索需进行超张拉检验合格后方可安装。对称安设各吊杆,并对吊杆进行初步收紧。c.吊杆张拉是成桥最关键的工序,张拉前千斤顶压力表应配套校验,用4台千斤顶对4根对应吊杆同步张拉,吊杆张拉必须严格按设计规定的张拉力和规定顺序进行,并不断调整其索力,使每根吊杆张拉力达到设计要求,保持吊杆索力均衡。

8)拆除系梁支架,卸架时宜从跨中向支座依次循环卸落。系梁支架采用对称人工配合机械分跨拆除,吊装至运输船只上外运。

9)安装预制桥面板:在桥横向,由两侧往中间铺设,在桥纵向,从两端往跨中对称进行,横桥向也对称安装。浇筑铰缝混凝土。

3 结语

由于提篮式拱桥上部结构预制安装施工技术相对于现浇上部而言更能够确保工程质量安全,可以节约工程造价与合理利用能源资源;另外与其他施工技术、方法相比,可以缩短施工工期,施工质量较容易控制;施工期间支架受船舶、漂流物的威胁及支架对排洪、通航的影响周期较短,具有较大的经济效益和社会效益,因此,上述详细的施工技术值得同行学习与借鉴。

[1]JTJ 041-2000,公路桥涵施工规范[S].

[2]GB/T 14370-2000,预应力筋用锚具、夹具和连接器[S].

[3]GB/T 5224-1995,预应力混凝土用钢绞线[S].