沙田特大桥大体积预应力盖梁施工技术分析

方 兵

(中铁十八局集团第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

在沙田特大桥大体积预应力盖梁施工中，因为受到工程现场地理环境等因素影响，需要设计多孔30 m预应力混凝土简支小箱梁。在实际施工中，全幅横向设置采用为三柱式预应力钢筋混凝土盖梁，桥墩设计采取的方式是直径2.0 m的圆柱形桥墩，墩身最大高度是28.371 m。盖梁截面形式是矩形截面，横向水平长度是41 m和43 m，高度是2.5 m，纵向宽度是2.5 m。在沙田特大桥大体积预应力盖梁施工中，采取一次性浇筑方法，底模、侧模和端模均采用满足强度、刚度、稳定性的定型钢模板进行安装。根据工程现场施工条件，此位置盖梁施工选择的是3根墩柱上安装双抱箍+墩柱间设置钢管支撑的型钢托架。在施工支架设计过程中，综合考虑模板安装、混凝土浇筑等工序，施工中需要2台汽车吊来实现支架安拆、钢筋吊装及1辆汽车泵进行混凝土浇筑，从而保证盖梁的施工质量和人员安全。

1 工程概况

本标段为惠清项目TJ17标段，起点里程桩号为K163+418，终点桩号为K175+152，路线长11.734 km。该公路等级：双向6车道高速公路；行车速度：主线100 km/h；互通匝道 40 km/h、50 km/h；设计荷载：公路-Ⅰ级；标准横断面：整体式桥梁宽度33 m，分离式桥梁宽16.25 m(单幅)，主线路基宽度33.5 m。

沙田特大桥为上跨旅游大道、规划长埔路、笔架河、乡道Y101、Y171、Y288、鱼塘及灌溉沟渠等而设。右线桥上部结构采用8-30+2-20+30-30+12-29.5+20-30.5+12-30 m P.C.小箱梁，桥梁全长2 510.4 m，左线桥上部结构采用8-30+2-20+30-30+11-29.5+2-20+2-30.5+1-20+7-30.5+20-30+1-20 m P.C.小箱梁，桥梁全长2 465.4 m。最大桥高35 m，平均桥高22 m。下部结构桥墩采用钢筋砼半幅双柱桩柱式圆墩及整幅三柱式圆墩，桥台采用肋板式及柱式桥台。本桥平面位于S形平曲线上，纵断面由起到止位于1.038%、0.500%、1.900%、2.750%升坡段上；墩台径向布置和等角度布置。沙田特大桥17、18、19、43、44、45#墩盖梁为后张法预应力盖梁，沙田特大桥盖梁立面结构如图1所示。

图1 沙田特大桥45#预应力盖梁立面图

2 施工重点和难点及应对措施

在沙田特大桥大体积预应力盖梁施工中，施工重点和难点在以下3个方面：

1)为确保高空中竖向钢管支撑和横向贝雷梁精确安装、安全固定，施工中采取3项措施：①在每节钢支撑下部采用螺栓固定吊篮，方便施工人员站立和安装；②在地面上支立临时钢管支架进行模拟上节支撑吊装准确性、稳定性；③利用全站仪和水准仪精确测量钢管支撑、卸荷砂箱顶部高程，确保一次性安全吊装、调整到位；④贝雷梁安装采用2台汽车吊同时匀速起吊上升，同时贝雷片两端配合施工人员采用施工绳进行牵引；⑤施工人员在墩柱顶部外露钢筋骨架内进行手拉葫芦、对拉螺栓进行贝雷片固定[1]。在竖向4根支撑内部进行焊接。

2)17#、19#、43#、45#预应力盖梁设计分别采用256.3 m3C45砼(18#、44#预应力盖梁设计分别采用268.8 m3C45砼)，为确保浇筑过程中支架强度、刚度、稳定性满足施工要求，施工中采取以下措施：①按照18#墩混凝土总质量1.1倍的总荷载在其钢管支架上进行混凝土预制块模拟压载；②预压过程中预制块按照其总荷载的60%、90%和110%三级进行压载；③通过预制块相互错开和支垫确保预制块连接稳定同时考虑到距离3#钢筋加工场较近，预制块顶部适当采用其钢筋原材进行配合压载。

3)混凝土浇筑工程量方量大且砼标号为C45砼，为确保浇筑、养护过程中混凝土的施工质量采取以下施工技术措施：①试验室对用于盖梁的水泥、碎石、中砂、减水剂等材料和混凝土的质量特性进行检测，确保砼质量符合要求和避免砼早期裂缝产生；②在混凝土浇筑过程中，施工员应详细记录每车砼浇筑时间、部位，施工人员采取分层浇筑方法，控制混凝土灌速，不可由于作业疏忽而出现冷缝问题[2]；③施工中采用汽车泵进行浇筑，防止汽车吊浇筑时间过长造成施工冷缝和避免夜间浇筑现象；④在浇筑过程中，监控测量人员及时对模板支架进行监测；⑤经咨询设计单位和公司技术专家确认，盖梁砼初凝后指派试验员监测和专人进行覆盖土工布和洒水养护，养护时间不少于7 d，可满足养护要求。

3 沙田特大桥大体积预应力盖梁施工

3.1 贝雷片和立柱上的支撑结构

2根立柱的两跨中部位置安装双排4根直径600 mm壁厚16 mm钢管支撑立柱作为支撑，钢支撑下部设置横向长5.0 m×纵向宽3.0 m×高1.2 m的C20砼的条形基础，钢支撑上部并排搭设2排I20纵向工字钢布置+(单侧)双排单层贝雷片支撑设计方式，在钢支撑上部焊接固定并排2根I20纵向工字钢作为贝雷梁底支撑，在工字钢和贝雷梁之间安装一个卸荷砂箱，其目的在于调节贝雷高度，让贝雷横向坡度和盖梁横坡高度相同[3]。钢支撑之间利用10型槽钢当做横联进行交叉连接，横联竖向连接高度为1.5 m，横向宽度和盖梁宽度相统一，钢支撑横纵向连接槽钢布置在底、中、顶部位(上层横联距离钢支撑顶层和下层横联距离基础顶0.5 m左右，中层布置在钢支撑中间部位)。贝雷梁前后采用Φ16拉杆进行稳固连接，贝雷片上部铺设长度4.5 m间距0.3 m的I16型工字钢作为纵向分布梁布置，在靠近立柱位置需要安装第一根和最后一根。贝雷片和立柱上的支撑结构见图2，沙田特大桥预应力盖梁钢支撑平面布置见图3。

图2 贝雷片和立柱上的支撑结构图

(a)钢支撑底部基础硬化及横联连接 (b)贝雷梁及I16纵向工字钢拼装

3.2 模板安装

为了确保盖梁砼施工质量，模板采取定型大块钢模，在专业模板厂内加工制作，模板加工需要根据规范允许误差来操作，底模板面板采取厚度为8 mm的钢板，大肋采用63 mm等肢角钢，背枋选用2根100 mm槽钢。在模板安装过程中，采用吊车吊装的方法，为了确保模板能够正常使用，模板安装应保证其形状、刚度以及强度的稳定性，在模板表面涂抹一层脱模剂，禁止使用废机油。

在盖梁底模安装之前，需要按照由下至上的原则进行，在上述工序检查没有错误以后，才能安装盖梁底模板，在钢筋骨架和骨架内波纹管等安装结束以后才能进行侧模安装。为抵消模板、支架的弹性变形、非弹性变形及地基沉降的影响和保证结构受力，结合首件18#同类型预应力盖梁预压检验，盖梁底模在钢支撑顶部中心线位置设有一个向上高度20 mm的施工预拱度，并向两侧墩柱呈圆曲线布置。在侧模安装过程中，按照预先拼装的模板编号采用先立中间再立两端的方法进行安装，立模过程中，指挥人员采用对讲机指挥安装人员和下面牵引人员对模板进行调整同时吊车操作员应缓慢进行微调，确保避免碰撞钢筋骨架造成变形[4]。待相邻模板竖直接缝表面高差满足规范(<2 mm)要求，底面、立面相邻模板采用Φ18 mm螺栓全部拧紧和在模板顶口及底部位置将背方槽钢采用Φ16 mm的螺杆对拉处理，避免模板浇筑时产生变形。具体盖梁模板安装结构见图4。

图4 盖梁模板安装结构图

3.3 钢筋加工

钢筋下料过程中，需要依据施工设计图纸内容控制钢筋下料尺寸，钢筋工长和质检员需要定期将已加工钢筋的下料长度和钢筋工长的料单长度二者进行对比分析，误差超过规定要求的要重新制作[5]，见表1。制作完成的半成品材料，需要在加工场地内进行检查，通过以后才能运送到施工现场，做好标记。钢筋绑扎时，用粉笔在底模上按设计要求画出主筋间距，逐一进行绑扎；箍筋与受力钢筋呈垂直状态，在箍筋搭接处承受力钢筋方向要互相错开。钢筋绑扎完成后，在钢筋外侧和梁底用与盖梁混凝土标号相同的混凝土垫块垫齐，以确保混凝土保护层的厚度和不露筋。钢筋骨架中，采用双面焊缝将Φ28纵向主筋与Φ28斜筋进行焊接，焊缝长度需不小于70 mm，在纵向钢筋多层焊接时，可用双面焊短焊缝，焊缝长度为70 mm，短焊缝间距不宜大于1 000 mm。

表1 钢筋加工允许偏差

N8钢筋为勾筋，勾于N11箍筋最外侧之上，沿盖梁纵向箍筋加密区每间隔4倍箍筋间距设一道，非箍筋加密区每间隔3倍箍筋间距设置一道。当盖梁内普通钢筋与梁内预应力钢束波纹管冲突时，优先保证钢束定位的准确，可适当调整盖梁普通钢筋的位置，管道周边混凝土应振捣密实；预应力波纹管定位钢筋沿盖梁方向每间隔0.5 m布设一道；预应力波纹管定位钢筋的位置应按照钢束几何要素精确放样，同时应紧贴波纹管点焊在相关钢筋上进行固定，详见图5。钢筋工程在浇筑砼前需做好钢筋及预埋件验收，并作好记录。盖梁钢筋安装过程中，应预埋支座垫石、挡块钢筋。支座垫石钢筋预埋前，测量员在已安装完成的盖梁钢筋骨架顶部确定放样垫石的纵横向中心点，钢筋安装时严格按中心点拉线量测标记执行[6]。预应力波纹管定位钢筋示意图如图5所示。

图5 预应力波纹管定位钢筋示意图

3.4 预应力施工

在预应力筋分布过程中，预应力筋需要从盖梁的一端穿入到波纹管，波纹管连接时取大于主管3 mm波纹管做连接头，接头长度不小于250 mm，管接口用胶带密封，以防接口漏浆。波纹管就位以后，根据设计图纸要求把12根Φ15.2 mm钢绞线进行编束、穿束，从一端穿入到波纹管的另一端。在穿束过程中需要注意，不可损伤波纹管及两端暴露在外的钢绞线。在预应力筋安装结束后，需要逐一进行曲线圆顺、矢高、反弯点位置及高度等进行检查，检查支垫高度和支垫点是否结合牢固，对波纹管外皮破损位置利用塑料水密性胶带进行捆绑处理。当管道与盖梁钢筋发生冲突时，首先考虑预应力管道位置的准确，避让普通钢筋；预应力管道安装好后，安装人员要注意保护，不得随意在管道上踩动，防止管道变形或破坏其线形[7]。在波纹管安装中，尽可能防止波纹管发生弯曲现象，避免波纹管断裂。如果波纹管出现破损现象，需要及时处理，小破损可以利用胶带进行处理，大洞则需要及时更换管道。预应力钢筋布置如图6所示。

图6 预应力钢筋布置图

3.5 混凝土施工

45#墩盖梁采用256 m3C45砼进行浇筑施工。在混凝土浇筑过程中，需进行分层浇筑，在下层混凝土初凝以前完成上层浇筑，分层应保证水平，分层厚度不可大于30 cm。在混凝土振捣中，使用插入式振捣器进行处理，振捣时间控制在25 s左右，每次移动距离应小于振动器半径1.5倍，距离侧模7 cm左右，同时插入下层深度7 cm左右。每次振捣完成以后，边振捣边提出振捣棒，防止振捣棒碰撞模板、钢筋，不得利用振捣棒运送混凝土，严禁漏振或者过振。必须振捣密实，即混凝土不再下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆[8]。浇筑混凝土期间，应设专人检查模板、支架、钢筋及预埋件等稳定情况，发现松动或变形时，立即采取补救措施。测量人员及时采用测量仪器观测模板、支架的变形情况，浇筑时，应做到对称、均衡、分层浇筑，及时消除施工隐患。在完成混凝土浇筑工作后，在初凝之前及时进行二次收浆，避免盖梁混凝土出现裂缝问题。初凝以后及时洒水养护，覆盖过程中不可损坏或者污染混凝土表面，混凝土表面覆盖薄膜时，需要在养护阶段保证薄膜内部湿润。在温度小于5 ℃的情况下，需要做好保温工作，不可向混凝土表面洒水。一般情况下，混凝土洒水养护时间不少于7 d，可以结合施工现场实际情况、气候环境等进行设定。每天洒水次数应该保证混凝土表面处于湿润状态即可。

3.6 盖梁模板及支架拆除

在模板拆除过程中，需要结合试块强度参考相同环境下养护混凝土试块强度，在满足相关标准以后才能进行模板拆除。一般应在混凝土抗压强度达到2.5 MPa时方可拆除侧模，钢筋混凝土达到设计强度95%以上时张拉预应力筋、压浆后落架拆除底模。在侧模拆除过程中，砼强度需要控制在其表面不会破损的情况下，不得强行拉撬模。模板拆除以后，需要按照位置进行摆放，由专业人员进行养护处理，清除表面浮渣，整理模板表面，保证模板正常运行[9]。暂时不使用的模板需要集中存放，用篷布进行覆盖。

4 施工效果分析

经过采用以上施工，沙田特大桥大体积预应力盖梁施工过程中，混凝土的外观效果，内实外美、无蜂窝麻面、开裂、露筋等现象，外观颜色一致。盖梁成品轴线、预埋件等各项指标都符合规定要求，确保了施工质量及安全，为后序桥梁工程顺利施工奠定坚实的基础。同时为大体积预应力盖梁施工技术积累了一定的经验。