现浇箱梁施工工艺与质量控制措施

陈祥会

（海南路桥工程有限公司，海南 三亚 572000）

0 引言

近年来，基础设施的建设走上发展的快车道，桥梁作为跨河、过沟等重要构筑物，无论是理论体系还是应用范围，都得到了极大的发展。其中现浇箱梁由于施工方便、构造简单、造价低廉等优势，已经成为桥梁广泛应用的对象[1-2]。现浇箱梁桥的横截面是一个或者多个封闭的箱形，翼缘板和梁肋组成上部结构，下部底板可以扩展，该结构形式可以提供足够的抵抗正、负弯矩的混凝土受压区。同时，在一定面积范围内其抗弯惯性矩和抗扭刚度均非常大，在偏心受力工况下可以保证梁肋部分受力均匀，进而提高桥梁安全性能。但若地质不良产生不均匀沉陷，该结构会产生较大的附加内力进而出现严重安全问题，故通常箱梁对于桥基的要求较高。近年来，由于现浇箱梁的施工工艺和质量保证措施的不完善，现浇箱梁桥出现了各种病害问题，轻则桥面结构损坏，重则桥梁需要重建，给社会带来极大的经济损失和安全问题。如何改善现浇箱梁施工工艺与质量控制措施成为持续关注并亟待解决的问题[3-5]。

现有一工程实例：某桥梁的桥址区属构造剥蚀丘陵地貌，地势相对平缓，桥位轴线地面标高为120.70~120.90 m，相对高差为 0.20 m。该区内未发现有大断裂构造或全新世活动断裂通过迹象。本桥位于山坡上，附近未见河流和沟渠，地表水系不发达，桥址区不存在不良地质和特殊岩土、液化和湿陷性土层。该桥桩号范围是K0+245.375~K0+322.375，全长77 m，上跨主线。为了提高现浇箱梁的施工技术和安全水平，结合工程实例，主要从总体施工方案、施工工艺和质量保证措施这三方面进行分析研究，以期提高现浇箱梁施工水平，为同类施工技术和安全保障提供指导和借鉴。

1 总体方案

1.1 总体设计方案

桥梁上部结构拟采用预应力混凝土现浇连续箱梁，按照部分预应力混凝土A类进行设计，施工方法为满堂支座施工[6]。下部结构桥墩均采用薄壁墩、扩大基础，桥台采用柱式台，基础为桩基础。根据该工程桥梁平面线性情况，现浇箱梁结构形式位于直线上，故横断面上桥面的横坡设置双向，坡度均为1.5%；结合纵断面情况，桥梁位于竖曲线上（半径为1 000 m），考虑到伸缩缝，故在0、3号台的伸缩装置采用型号为D-80。桥梁全断面为变截面，梁高范围是1.2~1.9 m，梁体为单箱单室，若顶宽为5.5 m，相应底宽为3.1 m。箱梁的其他尺寸是：宽1.20 m的翼板（两侧相同），厚0.15 m的悬臂板端，底板厚0.2~0.35m，腹板厚0.45~0.65m。同时设置横梁于支点处，中支横梁和端横梁宽度分别为1.6 m和1.2 m。在纵向腹板处设置预应力钢束，采用 N1、N2（15.2），M15-11 张拉锚具 16套。

1.2 总体施工方案

采用满堂支架法进行现浇箱梁施工，主要分为两次浇筑成型。第一次浇筑至翼板根部，安装支架于内箱室，在安装顶模后绑扎顶板钢筋。接着进行第二次浇筑以及预应力钢筋的张拉，在张拉之前第二次浇筑的混凝土强度必须达到设计要求，然后张拉压浆，最后进行支架和模板的拆除。图1为现浇箱梁两次混凝土浇筑示意图，图2为支座平面布置图。

图1 现浇箱梁两次混凝土浇筑示意图

图2 支座平面布置图（单位：mm）

1.3 施工流程

现浇箱梁整体施工流程如图3所示。

图3 施工流程图

2 施工工艺

2.1 地基处理

场地要平整、压实以用于支架的搭设，承载力要满足上部结构荷载的要求，沉降变形要求控制在允许范围以内。桥址处地层多为粉质粘土，必须进行换填处理，控制沉降变形并满足支架搭设、结构稳定性的要求。具体采取以下措施：

（1）根据标高要求清除表层杂草树根及淤泥土，原地碾压，经碾压后出现弹簧位置用砂砾土换填；在砂砾土处理面上面浇筑厚15 cm的C20混凝土，且面层经过硬化处理。

（2）地基处理时顶面设置一定横坡，在地基处理范围外设置排水沟，防止支架基础被雨水侵泡；地基处理过程中通知监理进行过程验收，地基处理完后经检测合格后方可进行下道工序。

2.2 支架搭设

现浇箱梁支架采用轮扣式满堂支架。首先放出支架边线及底托标高，然后根据具体位置摆放底托，搭设脚手架。根据检算设计支架应按照如下进行布置：

（2）纵向、横向和水平向都需要设剪刀撑。在横向和纵向每隔一段距离（横向3.6m，纵向4.5 m）均要设置竖向剪刀撑。水平方向的剪刀撑在支架高度大于4.8 m时才需要设置，以保证支架的整体稳定性，水平设置的间距为3.6 m。

（3）采用调节螺杆与钢管轴心连接以充分利用钢管的轴心受压能力。立杆顶托上设横桥向I12工字钢，同时设置间距为25 cm的纵向方木，尺寸为10 cm×10cm。另外设置15 mm的优质竹胶板于方木上，以形成底模和侧模。

2.3 钢管柱搭设

钢管柱搭设在第二跨中间，4.8 m×4.8 m单车道，钢管柱基础采用C20混凝土基础1.2m×1.3m，按桥梁横桥向4.8 m两排布置，其钢管柱分布在基础两边，基础中间设置15工字钢，钢管柱与15工字钢上布置横桥向45工字钢，横桥向45工字钢再布置顺桥向6排45工字钢，间距为1 m。钢管柱搭设施工立面图见图4。

图4 钢管柱搭设施工立面图（单位：m）

2.4 支架预压

支架的安装会产生非弹性变形，同时地基也在一定程度上出现非弹性沉陷，为了消除这种现象，加强安装过程的安全和稳定性，需要在支座安装之后进行支架预压，通常预压质量为现浇箱梁自重的1.2倍。堆载预压过程可以获得支架在荷载作用下的弹性变形数据，基于此获得施工预拱度，进而在卸落支架后使得箱梁获得设计标高。主要工序工艺体现在堆载过程、监测点布置和加载布设阶段。

2.4.1 堆载过程

通常堆载预压时取1.2的保证系数，主要考虑到在堆载施工过程中的操作误差。预压材料为砂袋，总质量按梁体自重的1.2倍换算，其梁体总重量为767 t，并进行分跨预压，顺桥向第一、三跨为213 t，第二跨341 t。考虑到加载效果和安全性，常采用三级加载进行预压，依次的荷载值分别为预压值的0.6，0.8和1.0倍。

2.4.2 监测点布置

结合底板宽度3.1 m，可以在断面底板边线和中线处布设，同时也可在梁端、1/4跨、1/2跨，1/4跨进行纵向布点。每跨共布置15个观测点，其中每个编织袋装砂后质量约1.4 t、底面积为1 m2。观测点横向布置图见图5所示。

图5 观测点横向布置图

2.4.3 加载布设工艺

第一、三（20 m）底板面积为62 m2，需要编织袋总袋数量为152个，考虑编织袋堆放时预留观测点位置及四周不能堆放到临边（预留20 cm），则加载编织袋有效面积为52.92 m2，取值53 m2。加载为60%时，需要加载总质量128 t，需总加载编织袋91个，布设两层，第一层加载编织袋53个，第二层加载编织袋38个；加载为80%时，需要加载总质量170 t，需总加载编织袋121个，布设三层，第一、第二层各加载编织袋53个，第三层加载编织袋15个；加载100%时，需要加载总质量213 t，需总加载编织袋152个，布设三层，第一、第二层各加载编织袋52个，第三层加载编织袋48个。

第二跨（32 m）底板面积为99 m2，需要编织袋总袋数量为244个，考虑编织袋堆放时预留观测点位置及四周不能堆放到临边（预留20 cm），则加载编织袋有效面积为85.32 m2，取值85 m2。加载为60%时，需要加载总质量205 t，需总加载编织袋146个，布设两层，第一层加载编织袋85个，第二层加载编织袋61个；加载为80%时，需要加载总质量273 t，需总加载编织袋195个，布设三层，第一、第二层各加载编织袋85个，第三层加载编织袋25个；加载100%时，需要加载总质量341 t，需总加载编织袋244个，布设三层，第一、第二层各加载编织袋85个，第三层加载编织袋74个。

2.5 模板的制作与安装

（1）底模安装。布置厚1.5 cm的优质竹胶板于长边横桥向，采用面板尺寸为2.44 m×1.22 m。为保证整体性，用小块竹胶板在墩处进行拼接组合。考虑到制作出的横梁需要用特制翼板进行拼接通线，设置通长方木于纵向拼接缝处以抵抗底模的纵向位移。若铺设的竹胶模板宽度大于底板且超过10 cm以上，需要每隔3 m用全站仪对底板边线进行放设以获得侧模的安装线。

（2）侧模及翼缘板安装。侧模背后采用方木加固，间距为30 cm，尺寸为5 m×10 cm；在表面采用竹胶板；在背肋后设置木方横撑，尺寸为10 cm×10 cm，共3道。采用底模包侧模的形式进行拼缝设置，在安装线位置设置方木限位，尺寸为5 cm×10 cm，具体示意图见图6。

图6 侧模及翼缘板安装示意图（单位：cm）

（3）芯模安装。用竹胶板材料制作芯模，主要包括侧模与顶模两部分。先设侧模，在完成底腹板钢筋绑扎后设置内侧模模板，为防止芯模上浮需要将芯模的下倒角拉在底板钢筋上。顶模铺设在底腹板混凝土浇筑之后，为保证顶模支撑的牢固稳定性，需要在横向布置2道，竖向设置6道，图7为芯模与顶模安装示意图。

图7 芯模与顶模安装示意图（单位：cm）

2.6 钢筋加工及预应力管道安装

（1）钢筋加工。钢筋进场前应预先加工成半成品，在现场绑扎时要相互错开设置垫块，同时设置短钢筋支垫于两层钢筋与底层钢筋之间以保证位置准确。全桥设置厚4 cm的钢筋混凝土保护层，钢筋尺寸和安装间距要满足规范[7]要求。底模板及外侧模板安装完成后进行钢筋绑扎及预应力管道的布设，管道布设在底、腹板钢筋安装之后.有干扰时，普通钢筋让预应力筋，构造钢筋让主筋；接头采用单面焊方式，焊缝长度不小于10倍钢筋直径；现场焊接时，为使预应力管道和底板不受损坏，对预应力管道采用遮挡措施。腹板钢筋及预应力管道安装完成后，再支立芯模侧模板，在底、腹板混凝土浇筑后，再铺设芯模的顶板模板，然后进行顶板部分的钢筋绑扎和预应力管道安装，再进行顶板混凝土的浇筑。图8为钢筋安装布置示意图。

图8 钢筋安装布置示意图

（2）预应力管道施工。用定位钢筋按规定间距对预应力管道进行定位，定位钢筋要有一定的刚度以防止孔道移动，在直线和曲线段的间距分别为0.8 m和0.4 m。用胶带缠裹紧密以防止水泥浆的渗入。在管道最高点和最低点设置排气孔和排水孔，并在全段设置内径均为20 mm的压浆孔，为保证不渗水，需要对塑性管连接处进行密封。

3 质量控制措施

质量控制对于工程安全来讲是重要环节，其包括施工过程的全阶段，存在于施工过程的各个环节，尤其是主要工序方面以及对施工工艺要求严格的地方[8]。在不同阶段的控制措施各不相同，具体包括以下阶段。

3.1 施工准备

该阶段主要包括施工图审核、技术交底、施工测量和配合比设计及原材料的检测等方面。在施工图审核时针对现浇箱梁上部结构施工图设计，着重对全桥的标高、坐标、各构件的结构尺寸、钢筋和混凝土工程量及施工顺序等进行仔细复核，并详细掌握本桥的各项施工工序关键点。在技术交底阶段，做到层次分明，层层管理；施工测量要满足精度规范[7]要求。本工程中，由于主桥采用C50高标号混凝土，故必须在现场对混凝土配合比进行检测，合格后才可使用。

3.2 支架立杆强度验算

支架施工采用钢管脚手架搭设，纵横向间距为0.6 m×0.9 m，步距为1.2 m，因此单根立杆承受区域即为底板0.6 m×0.9 m模板均布荷载，由10 m×10 m木方传递给I12工字钢，再由I12工字钢集中传至杆顶.现以间距0.6 m×0.9 m立杆作为受力验算杆件，取最不利位置即梁端部进行受力验算。

对于支架钢管，其长细比λ为：式中：L为横杆步距，mm；i为支架钢管截面回转半径，mm。

现 L=1 200 mm，i=15.78 mm,将其代入式（1）得：λ=1200/15.78=76。

式中：μ为轴心受压构件稳定系数；A为立杆的截面面积，mm2；f为钢材抗压强度设计值，MPa。

由长细比λ值查表得轴心受压构件稳定系数μ 为 0.744，而 A=489 mm2，f=205 MPa，将其代入式（2）得[N]=0.744×489×205=74.582 kN。

已知：混凝土自重荷载q1为40.3 kN/m2；考虑安全系数，取1.2，则：

施工荷载取2.5 kPa，安全系数取1.2，而振捣、倾倒混凝土时产生荷载各取2 kPa，箱梁模板产生荷载取1 kPa，这三者的安全系数取1.4，则q2为：

由此可知下传荷载q为：

单杆立杆受力N为：

N=0.9×0.6×q=0.9×0.6×58.36=31.51 kN＜[N]，所以立杆抗压强度满足要求。

3.3 预压监测点布置控制

（1）监测点具体布置要满足以下要求：混凝土结构纵向每隔1/4跨径处应设置监测断面，每个断面宜对称布置监测点，总个数不少于5个；每级加载完成后，对支架沉降量进行监测，频率为每间隔12 h 1次；当平均沉降量小于2 mm时，可进行下一级加载。

（2）当加载全部预压荷载后，监测频率变为24 h 1次，且满足以下几个监测结果之一即可判定合格，然后可以进行支架卸载：各监测点最初24 h沉降量平均值小于1 mm；最初72 h沉降量平均值小于5 mm。在卸载时，由上至下分级卸载，预压荷载应与跨中对称、均衡、同步卸载。

3.4 混凝土板浇筑

为防止混凝土出现收缩裂缝，应严格按设计配合比施工，严格控制原材料质量、加强养护及控制混凝土表面温差等；同时在混凝土振捣时要保证混凝土供应连续且分层浇筑。振捣时，振捣棒需插入下层混凝土深度5~10 cm。

要防止梁体出现节段错台。避免因模板拼接不好导致节段错台或由于混凝土侧压力较大，在振捣过程中出现螺母滑丝。组拼安装箱梁模板后，要安排专人检查，每块模板均需检查到位；达不到要求的地方要进行局部调整，确保拼缝平整。浇注箱梁时，若出现滑移、胀模等情况，应及时加固。

在向波纹管浇筑混凝土过程中，为防止管道堵塞，浇筑前要对波纹管进行全面检查，加强监督管理，着重注意防止振捣棒破坏波纹管。为防止混凝土堵管，波纹管应反复拉通。在张拉预应力钢筋过程中，若张拉时锚垫板崩陷，要剔除不密实的混凝土，并重新浇筑高强度等级混凝土，达到张拉强度时再进行张拉。

4 结语

为了提高现浇箱梁的施工技术和安全水平，结合具体工程实例，主要从总体施工方案、主要工序施工工艺和质量保证措施等方面进行分析研究，对同类桥梁现浇箱梁施工技术方面具有实际借鉴意义。在具体参考该施工技术时，要结合具体的工程概况和要求进行施工，以便达到最佳效果。