装配式桥梁下部结构施工技术及质量控制要点

2020-03-01翟文旭郑七振

建筑施工 2020年9期

翟文旭郑七振

上海理工大学上海 200093

1 工程概况

浙江绍兴市某高架位于二环北路及东西延伸段。本工程主线全线设置高架桥梁，长11.6 km、宽27.0 m。上部结构采用预制装配式形式，下部结构除桩基础、承台外，墩柱、盖梁均采用预制拼装形式。标准桥墩立柱采用2.0 m×2.0 m矩形截面，倒圆角半径0.15 m；盖梁截面为正T形，中心高度2.6 m；承台平面采用矩形截面，埋入地面道路结构时，埋深不小于1.5 m，具体断面如图1所示。

图1 高架标准段断面

2 装配式桥梁下部结构施工技术

下部结构装配式施工，主要指墩柱、盖梁的工厂化预制、机械化运输及现场化拼接。其中，各构件间的拼接形式主要有：钢筋对接型、区域连接型及贯通串接型[1]。目前，钢筋对接型（灌浆套筒连接）由于自身施工速度快、造价成本低等优点常常被应用于工程中，如美国佐治亚州I-85 Interchange桥、上海S7公路城市高架及本工程案例等。

灌浆套筒连接的原理为：首先在墩柱与承台或盖梁的拼接面处施做坐浆垫层，其次做好构件之间预埋钢筋与套筒的精准对接，然后向套筒内灌注高强无收缩水泥，硬化后最终形成可靠的连接体系。墩柱内套筒材料采用高强球墨铸铁，主筋采用螺纹钢筋，套筒强度一般是纵向钢筋的1.5倍以上，具体连接结构如图2所示。

图2 拼接面连接结构

2.1 下部结构拼装施工工艺及质量控制要点

墩柱、盖梁预制拼装工艺主要有：承台预留钢筋埋设、拼接面坐浆、构件吊装、位置校核及套筒灌浆等。其中关键技术要点的质量控制好坏直接关系到拼装的成败。如：拼接过程中预埋钢筋的位置和尺寸不精确，预制墩柱和盖梁可能无法对接成功；吊装过程中墩柱翻转或盖梁吊点的受力不当，就易造成墩柱和盖梁混凝土发生破坏；坐浆过程中拼装面垫层密实度达不到规范要求，也将严重影响墩柱及盖梁的拼接质量；此外，压浆过程中受施工时间、温度及灌浆料质量等因素影响，或因某个套筒压浆工艺作业不当，也极易导致套筒内灌浆质量不符合设计要求。因此，加强关键技术质量控制至关重要。

2.2 墩柱、盖梁工厂化预制加工技术

墩柱、盖梁钢筋笼在专用胎架上制作成形，偏差在+2 mm以内。胎架主要由底座、支架、挂片及定位板等构件组成。其中，支架用于固定挂片和定位板，挂片用于定位主筋与箍筋，定位钢板用于固定连接套筒与连接钢筋。钢筋笼拼装前，需对胎架各构件验收复测，要求底座安装水平，支架位置精确，且支架在同一条直线上。

在浇筑混凝土前，应严格控制预制构件吊耳埋设的间距及伸出长度，吊点处还应采取补强措施[2]。预制墩柱浇筑时，严格控制入模高度，不得超过2 m；预制盖梁混凝土浇筑时应水平分层，从盖梁的一端向另一端或从中间向两端连续浇筑。其中，墩柱的工厂化生产工艺主要为：模板在钢筋笼胎架上的安装、钢筋笼绑扎、封模、模板及钢筋笼翻转、混凝土浇筑、拆模养护等。

2.3 承台拼接面钢筋预埋及质量控制

为保障承台预埋钢筋与预制墩柱灌浆套筒匹配连接，应采用与套筒配套的定位胎具来定位钢筋。定位胎具的主要组成构件有框架、定位钢管、卡板、水平限位销及支腿等，如图3所示。其中卡板用来定位面板，限位销用来固定插入无缝钢管内的主筋位置。

在浇筑混凝土前，应对预埋钢筋的高程、角度及相对位置进行测量复核，主筋的平面位置允许偏差为2 mm。

1）依据预埋钢筋平面坐标及高程，通过测量放线，临时绑扎安装胎具四角位置的4根预留钢筋。

2）将胎具吊装在4根预留钢筋上，测量并调整胎具的标高至胎具水平，满足设计要求时用卡板固定。

3）将4根预留钢筋与承台内其他钢筋焊接，或将胎具与基坑围护结构连接，确保预埋结构的整体稳定性。

4）将剩余的预埋钢筋插入定位胎具的钢管内，调整预埋的位置，并用限位销固定。

5）浇筑混凝土时，应测量复核预埋主筋的位置，减小混凝土对预埋钢筋的冲击，成形后混凝土面平直度应在2 mm以内。

2.4 墩柱翻转工艺

预制墩柱质量大、高度高，根据现场情况，一般吊装方案主要有主辅双机抬吊、用翻转台设备或橡胶垫作支点的单机吊装[3-5]。

双机抬吊是以辅吊配合主吊将立柱由平躺状态翻转至竖立状态，单机吊装是通过在立柱底部设置翻转台或橡胶垫单边起吊实现立柱翻转。双机抬吊法在翻转过程中的尼龙绳可能会出现滑移，安全风险较大；翻转台的质量较大、占用空间大，转移不便捷，经济性较差；而采用橡胶垫作支点进行墩柱翻转时，墩柱卸车后平放在橡胶垫上，可直接翻转，简单方便，且柱底混凝土不易破损，是非常实用的翻转方案，如图4所示。

图3 钢筋预埋定位胎具

图4 立柱橡胶支点翻转

2.5 墩柱试拼装的预定位技术

为保证墩柱拼装后坐浆垫层的密实度，必须在坐浆完成后30 min内完成墩柱吊装和垂直度校核。为此，可先将墩柱进行预拼装，在确定辅助限位装置位置之后，吊离墩柱，完成承台面坐浆后，再实现墩柱正式吊装就位。

1）在承台面上放样墩柱中心线，放置调节垫块，安装4台千斤顶（图5）。

2）在墩柱拼接面安装钢支撑牛腿。

3）当立柱起吊距钢筋约2 cm时，调整墩柱方位，使预埋钢筋缓缓插入连接套筒内；当距垫块约2 cm时，调整与承台中心线对齐，并用水平限位板微调固定。

4）中心垫块受力后，随着吊机逐级卸力千斤顶同步支撑，并由2台光电经纬仪在2个方向进行监测校核，实现边下放、边测量、边调节，当垂直度控制在允许偏差范围内后，锁定千斤顶位置不动，吊离墩柱（图6）。

图5 墩柱中心线放样

图6 墩柱预拼装就位

由于后续盖梁拼装时可调整余量极小，因此，立柱安装精度控制是整个墩柱预制拼装质量控制的关键，根据相关规范标准，墩柱拼装垂直度控制在0.15%H（H为墩柱高），且≤10 mm。

2.6 拼接面坐浆与正式拼装

1）立柱吊装前，需对坐浆料测试28 d龄期抗压强度。

2）浆料搅拌前，需要按照设计配合比控制好集料配比，在不影响垫层强度的情况下适当减少水灰比，以避免浆料离析；搅拌时，应采用高速搅拌机依次对加入的干料和水进行搅拌，一般搅拌时间约4 min，慢速1 min，快速3 min；搅拌好后，静置3 min，以待搅拌气泡消除。

3）摊铺砂浆垫层前，先应对承台界面凿毛清理、撒水湿润，然后在四周设置符合设计要求的坐浆挡板（图7）。

4）人工将浇筑桶内浆料倒入处理好的承台面上，并做收平作业（图8）。

图7 承台拼接面凿毛清理

图8 坐浆垫层摊铺与找平

5）坐浆后，进行墩柱正式吊装就位。墩柱沿设置好的辅助限位装置进行下放，就位后，通过复测和微调限位装置，使墩柱水平位置和垂直度符合设计要求。

2.7 套筒灌浆施工工艺

1）垫层砂浆终凝后，方可进行套筒压浆作业。

2）浆料搅拌前，需清洗干净灌浆机，以免堵塞。套筒内的灌浆料采用C100高强无收缩水泥灌浆料，在搅拌桶中依次放入干料和水，配合比为100∶12。搅拌设备采用自制搅拌机，一般慢速搅拌1 min，快速搅拌3 min，实际搅拌时间以完全没有干料为止，拌浆结束后，需静置放出多余气泡。根据规范要求，需对拌浆料测试1 d、3 d和28 d龄期的抗压强度。

3）压浆前，先使用高压冲洗装置将承台顶面及立柱灌浆套筒清理干净，安装好L形出浆管；压浆时，采用压浆机从下部注浆孔将浆料压入，上部出浆孔出气，压浆70 s左右，当浆料溢出时，及时封堵出浆口，压浆管压力稳定后，拔出压浆枪头，及时封堵注浆孔（图9）。

4）灌浆完成后，清理构件上残留的多余浆体，1 d后割除L形出浆管。

2.8 盖梁安装及盖梁间拼装方案

安装前，需在经凿毛且设有挡浆模板的墩柱顶面进行坐浆垫层施工；当墩柱下部结合面套筒灌浆强度达到设计强度后，进行盖梁安装，盖梁安装采用2台250 t履带起重机，双机抬吊并辅以人工精准对位；其中盖梁平面位置的调整，主要通过顶面中心线和两端中部垂线来控制，辅以顶部标高和横向坡度测量调控[6]；盖梁就位后，进行套筒压浆作业（图10）。

图9 套筒灌浆作业

图10 盖梁拼装就位

针对不同桥梁宽度、吨位的盖梁，考虑到运输起吊的影响，适用的预制拼装方案也不同。小吨位盖梁采用整体预制吊装的方案，大悬臂盖梁采取分段预制、现场拼装的方案。盖梁分段施工是在盖梁合适位置划分节段缝，实现盖梁分段预制拼装。目前，盖梁上常见的接缝形式主要有牛腿，竖直、倾斜胶接缝及湿接缝等[7]。盖梁节段拼装过程中，需加强节段拼装的线形控制。在不断地测量纠偏、偏差修正[8]的过程中，确定下一匹配梁段的线形，指导拼接施工。