现浇箱梁施工技术在公路桥梁施工中的应用

2022-10-18范见荣谢忠良

运输经理世界 2022年10期

范见荣、谢忠良

（1.江西轶通建设工程有限公司，江西抚州344000；2.江西同联建设工程有限公司，江西抚州344000）

0 引言

在一些大中型公路桥梁工程中，受材料运输不便等因素的影响，公路桥梁的某些结构无法在厂家制成并运输到施工现场，故只能在施工现场完成制作，此种方法就是现浇箱梁施工技术。一般的流程为：首先对钢筋骨架进行绑扎作业，之后浇筑混凝土。原有的工艺为：完成一个区段的混凝土浇筑作业后，焊接下一段的钢筋，等待之前一段混凝土形成早期强度之后，围绕衔接面开展凸凹开凿作业，之后浇筑新的混凝土。改进后的工艺为：采用模板滑移的方法——在模板的包裹下，将混凝土分成几个区段（需同时包括凝固状、半凝固状、新浇筑三种状态的混凝土），之后交替前进，便可以完成现浇箱梁连续施工。为了提高现浇箱梁施工技术在公路桥梁中的应用水平，还需围绕施工过程中的多项质量控制要素进行详细梳理。

1 现浇箱梁施工技术的特点

我国从20世纪80年代开始使用现浇箱梁施工技术，时至今日已经取得了很大成就。其中，悬臂式预应力现浇箱梁施工技术在我国公路桥梁工程中的应用最为广泛。这种施工技术的主要特点为：大多设计为“三跨”式预应力混凝土变截面直腹板的连续箱梁，由“一个主跨”和“两个边跨”构成。进行路径具体大小设计时，要求设计人员根据公路桥梁所在区域的实际情况（如桥梁横跨河道的宽度、地形）而定。

围绕现浇箱梁预应力进行设计及施工时，作业人员必须充分考虑连续梁的受力特征及受力分布情况，在合龙作业前，应依次进行双悬臂梁及顶部双受拉施工。基于此，应首先完成顶板钢束张拉作业。考虑边跨一般为悬臂梁，故作业流程同上。

悬浇预应力箱梁一般存在“三向预应力”。针对纵向预应力，应在顶板处进行分段布置。针对横向预应力，应重点关注公路桥梁板面可能出现的纵向裂缝。可采用的方法为：降低箱梁顶板的厚度，加大翼板悬臂长度。针对竖向预应力，可采用的方法为：使用精轧螺纹钢，切实增强路桥结构体斜截面的抗剪能力，可有效防止腹板在纵向出现裂缝。这种针对“三个方向预应力”进行应对的现浇箱梁施工技术能够大幅度提高混凝土结构体的抗压能力，对多种可能出现的裂缝进行有效预防，最终达到整体提升梁体强度、刚度的目的。

2 现浇箱梁施工技术在公路桥梁施工中的具体应用

2.1 公路桥梁墩顶梁段的现浇施工和必要临时固定作业

2.1.1 公路桥梁墩顶梁段的现浇施工

在公路桥梁工程采用现浇箱梁施工技术时，针对墩顶梁段的施工是一个重点环节，且该环节的施工存在较大的难度。这是因为对应的混凝土现场浇筑过程在墩顶托架上未完成，且为了保证结构体的整体稳定性，还需在施工过程中完成临时锚固作业，从而使墩顶梁段能够承受住来自桥墩两侧悬臂施工时产生的“不平衡力矩”。一种通俗的理解为：墩顶梁段的悬臂浇筑作业实际上是在墩顶梁段建设出一个专用于“挂篮”安装作业的场地。为了更好地完成挂篮拼装作业，或是方便吊机作业，应该在墩柱的两侧选择合适位置，基于支撑托架，浇筑出长度达到一定量的梁段。如果墩顶梁段的设计长度较短时，也可以考虑在与该段相连接的区段采用现浇工艺。但在这种情况下选择施工托架时，必须充分考虑墩身的高度、路桥工程的承台形式以及工程所在地的地形情况，分别实现对墩身、承台、地面的加固。路桥工程现浇箱梁施工期间，常用的施工托架包括扇形、门式等，可由万能杆件、贝雷钢梁、钢筋混凝土、钢管立柱等构件拼接而成。托架的具体长度取决于拼装挂篮吊机的需要及拟浇筑阶段的实际长度，相关要求为：横向桥面的宽度一般应该超过箱梁翼板至少1.0m，最多可达到1.5m。这样设计与施工的目的在于，能够在一定程度上提高箱梁边肋外侧模板设置的便捷性。针对框架顶面进行设计时，应保证顶面与箱梁底面之间的“纵向线性变化”趋于一致。在搭设托架的过程中，施工人员应根据实际情况，或在承台施工期间便完成牛腿剪力销支架的预埋设作业，或在墩身较高的情况下，在墩身浇筑过程中，预先在其中完成支撑支架的埋设。

图1为一种常见的路桥工程桥墩各构件构成图。为了保证在托架上现浇混凝土的施工质量，有效防止或降低因托架变形而导致的不良影响，在设计与施工阶段，除了围绕强度方面的要求进行充分考量外，还应尽量加大托架主桁的刚度、整体性。可行性方法为：除使用大型型钢、板梁之外，还可以使用装配式的钢桁架或节点较少的组合体系，完成拼接作业后立刻进行预压作业，以达到抛高“预留沉落度”及调整相关设施的目的。通过上述方式，现浇作业期间产生的托架变形幅度及对现浇混凝土体质量造成的影响都会有效降低。

图1 一种常见的路桥工程桥墩构件构成图

2.1.2 几种临时固定方法

在公路桥梁现浇施工过程中，为保证工程整体的结构稳定性，还需设置临时性的梁墩锚固结构，或是临时性的固结措施、支撑措施。可采用的形式分为以下几种。

其一，将墩顶梁段与桥墩预埋钢筋、预应力筋进行临时固结处理，在路桥整体结构稳定之后，可根据工程进展情况，随时解除固结（切断）。

其二，如果路桥工程的桥墩高度并不高，跨径河流的水深不大，搭设临时支架的难度相对不高时，便可采用支架式的固结措施。

其三，针对桥墩上下部结构进行锚固作业时，最佳方式为：使用临时支柱、预应力筋完成锚固。

其四，如果路桥工程跨径的河流水深及桥墩高度较大，则应将墩身上部的三角支架用于临时性的梁段支撑设施。还可以采用砂筒、硫磺水泥砂浆块、混凝土块等，作为悬臂施工完毕后的转换体系临时支撑的卸落设备。如果将硫磺水泥砂浆块作为锚固支承结构，进入拆除作业阶段时，应采用高温熔化的拆除方式。在这种情况下，必须在不同支承块之间设置隔热措施，防止高温损坏支座部件。

其五，考虑到上述施工过程中的难点，要求设计人员在编制施工方案时，应对所采用的临时固定的方法进行详细且分别的计算，特别是围绕临时固结结构强度进行计算时，每一个节段的不平衡力矩都应得到重点考虑（主要是验算稳定性，且稳定系数不能低于1.5）。此外，针对墩顶梁段进行混凝土现浇作业前，必须完成预压施工，之后布置观察点，根据观测到的数据，计算出弹性变形和非弹性变形的具体值，以完成底模标高的计算。

2.2 公路桥梁施工中挂篮桁架的设置及稳定性要求

2.2.1 挂篮桁架的设计思路

公路桥梁工程现浇箱梁施工期间，挂篮是重要设备之一。该设施的本质是一种“能够沿着轨道行走，具有一定活动能力且悬挂在已经完成悬空浇筑施工的悬臂梁段之上的脚手架”。挂篮的主要作用为：用于下一区段梁段的施工，在多次循环之下，最终完成整段梁段的混凝土现浇作业。挂篮桁架的设计施工思路为：第一，梁段之上的多环节施工（包括模板施工、钢筋绑扎、管道安装、混凝土浇筑等）均属于“交叉高空作业”，且大多是梁段的承重结构。因此，除了考虑挂篮的强度、稳定度足够可靠之外，还应尽量降低挂篮的自重。第二，与其他高空作业类似，挂篮的安全防护设施也必不可少，主要是防止人与物从高空坠落。具体的标准为：一是在挂篮四周应该设置护栏，以达到“全封闭”的状态；二是挂篮上下层均应设置专用的扶梯，以方便施工人员上下挂篮；三是要提高对航道安全的重视程度，全面提高水上管理水平——在施工现场及航道上下游均应设置明显的标志；四是挂篮支撑平台设计施工要求的强度、平面尺寸都应满足相关标准，否则难以满足现浇箱梁施工需要。具体而言，挂篮质量与梁段现浇混凝土体质量之间的比值必须介于0.3～0.5之间，在一些比较特殊的情况下，该值可以适当提升，但不能超过0.7。挂篮设计参数方面的具体值及要求为：一是挂篮的总重量必须控制在设计限重之内；二是挂篮本身及吊带形变量的最大允许值为20mm；三是施工期间，挂篮行走时的“抗倾覆安全系数”“自锚固系统安全系数”“斜拉水平限位系统安全系数”“上水平限位安全系数”均为“2”。

2.2.2 挂篮桁架的结构及形式

常规的挂篮桁架结构包括主桁架、悬吊系统、锚固系统、平衡重力系统、行走系统、工作平台、底模等。上文提到，悬臂浇筑混凝土所用的挂篮桁架应该设置在已经完成混凝土浇筑作业的梁段之上，且在梁段行走过程中应该位于后端，起到“压重稳定”的作用。进行混凝土浇筑作业时，挂篮后端应该被锚固在已经完成浇筑作业的梁段之上。在某些施工现场，锚固设施可以通过在梁内埋设竖向预应力筋而实现。为了进一步保证施工安全性，还需在施工期间多次检查、旋紧锚固螺栓，避免出现任何松动（所使用的螺帽最好是双螺帽）。作为挂篮的主要受力结构，主桁架通常由多个桁片构成（两组），如贝雷钢架、万能杆件、大型型钢等。整个悬吊系统的正面、侧面图如图2所示。该系统的主要作用是：将底模架、张拉平台的自身重量、其上产生的荷载等传递到主桁架之上。该系统一般由已经钻出销孔的钢带、两段带有螺纹的圆钢等组成。整个张拉平台的悬吊系统中，用于吊装作业的材料可以是钢吊带、钢丝绳、链条等。基于行走系统，挂篮可以实现整体的纵向移动、横向平滑移动等。

图2 挂篮悬吊系统效果示意图

2.2.3 挂篮桁架试安装完成后的载重试验

构成挂篮的材料运抵施工现场之后，施工人员首先应该完成试拼装作业。在确认材料本身质量达标并完成试拼装作业之后，应进行载重试验，检测系统结构稳定性。具体的流程为：其一，预压加载的最大值应该是最大混凝土浇筑块体重量的1.2倍，该试验环节被称为“超载预压”。其二，加载压力和卸载压力的过程都应逐级进行，切不可骤然之间便大幅度提高或降低载荷。在这个过程中，技术人员可以对多个部件的变形量进行评估，并对其中已经出现的永久变形情况进行处理，最终达到控制各段箱梁预拱度的目的。其三，针对挂篮底模的前吊点、主桁架的前支点、主桁架的后锚点、主桁架前吊点等点位进行试验时，应从挂篮底模前吊点位置开始，沿着横桥方向至少设置5个观察点位。

2.2.4 挂篮变形稳定性判定标准

载重试验期间，判定挂篮变形相对稳定性的标准如下：第一，每级荷载加载后，需保持稳定大小一段时间。技术人员每间隔0.5个小时便需对关键点位的变形情况进行测读。如果1个小时内的沉降总量不超过1mm，且连续两次测量结果均认定这一层级荷载下的挂篮具备变形稳定性，则应进展至下一层级荷载，直到上文提到的混凝土浇筑体总重量1.2倍最大荷载为止。所有级别的荷载测定完成且相关结果均显示“稳定度达标”后，应暂停检测，等待3～4个小时后，重复上述试验。两次检测结果对比期间，技术人员还应充分考虑各项环境因素，保证试验结果质量。