关于山区高速公路桥梁施工方法探讨

沈艳华,宋月江

(浙江金筑交通建设有限公司,浙江杭州 310051)

1 山区高速公路桥梁个体特点

(1)施工周期长。对于高空作业,模板的受力自成体系,从模板的受力性能考虑,高墩柱混凝土的一次浇筑高度一般为 4～6 m。对于 20m以上高墩的施工次数至少在 4次以上,最多的达到 10多次,这样每一根墩柱的施工周期相当长,受机械设备等因素影响,有的墩柱施工工期达到 5、6个月。

(2)模板和机械设备的投入大。由于单根高墩柱的施工周期长,且受总工期的限制,各大桥的高墩柱只能采取平行作业的施工组织方法,每根墩柱至少配备 6 m高度的模板,使其自成施工体系,这样模板的投入相当大。

(3)计量支付周期长,资金周转压力大。由于高墩柱的施工次数多、周期长,在相当长的时间内,虽然墩柱完成的延米数大,但其不符和计量原则的规定,大量的未完工高墩柱不能计量,施工单位垫付的资金不能回笼,而在墩柱施工的中后期,又开始了桥梁上构大梁预制场的建设,更是需要大量的资金投入。

(4)高墩施工定位控制难度大。对于高桥墩来说,截面相对面积小、墩身高、重心高、墩身柔度大、施工精度要求高。

(5)高空作业,施工安全系数低。

2 山区高速公路桥梁施工技术与方法

本文重点分析适合山区高速公路桥梁的下部以及上部结构的施工技术和施工方法。

2 1 桥梁下部结构施工方法

(1)桩基及承台。对于山区高速公路桥梁而言,由于原地表高低差很大,一般采用土石筑岛施工桩基,采用人工挖孔的方法成孔。一般的施工顺序为:场地平整放线,定桩位 浇垫层 架设支架和葫芦,安装潜水泵。鼓风机照明设备等 边挖边抽水 自挖下 1 m左右土层进行桩孔周壁的清理,标核桩孔的直径和垂直度 支撑护壁模板 浇灌一周护壁砼 拆模后继续下挖,支模,浇护壁砼,循环作业,达到设计要求强风化岩一定深度后确定是否作持力层 作扩大头,对桩孔直径,深度,垂直度,持力层进行全面验收 排除孔底积水,钢筋笼设置,用粗直径钢筋固定,每 2 m为一处 浇灌桩身砼。其承台的施工方法可采取明挖基坑、简易板围堰后开挖基坑等方法进行施工。对特殊情况,有深水出现的情况下,可供选择的施工方法通常有:钢板桩围堰、钢管桩围堰、双壁钢围堰及套箱围堰等。

(2)墩(台)身。脚手架的搭设在高墩柱施工中非常关键,主要起操作架及垂直运输作用,必须具有足够的强度、刚度和稳定性;支承部分必须有足够的支承面积,如有底托的碗扣件安置在铺设好的枕木上或已浇筑的承台上;脚手架立杆间距及横杆步距必须满足使用要求。对于一般的扣件式钢管脚手架在搭设前首先必须力学验算,架体结构的主要传力途径为:操作平台上的各种竖向荷载横向 水平杆一纵向水平杆 立杆一垫木一地基。从传力途径可以看出,结构杆件中立杆底段是受力最大,因此在计算过程中主要计主杆底段和地基。计算时主要考虑的荷载可分为恒荷载和活荷载。前者主要包括结构自重和构配件自重,后者主要包括操作平台上的施工荷载和水平风荷载,还应考虑河流中水的冲刷产生的荷载。在脚手架的搭设计算中,最主要的是通过荷载的分布情况及大小,验算立杆的刚度和稳定性是否满足要求。另外,脚手架构造、脚手架加强加固必须满足施工要求和安全技术规范要求。

墩柱支架塔设完成后进行墩柱钢筋帮扎施工。钢筋统一在加工棚进行下料和制作,钢筋的调直、截断及弯折等均应符合技术规范要求,钢筋加工完成后进行编号堆放,运至作业现场再用吊车吊至作业平台进行绑扎、机械连接,连接时应注意墩柱主筋接头必须错开,使接头钢筋面积不超过钢筋总面积的 50%,接头间距错开 35 d以上;中心点误差控制在 2 cm内,墩柱边侧的保护层利用垫块来保证,钢筋的保护层厚度应符合 30 5mm的要求。

针对墩柱墩身较高的特点,墩身模板全部采用特制定型钢模板,模板每节高度为 3 m。采用大吨位吊车进行模板安装,在模板顶和中部分别以风缆绳紧固稳定,保证立模后的刚度及竖直度。近年来,滑升模板、爬升模板和翻升模板等的高墩及索塔上应用较多,其共同的特点是:将墩身分成若干节段,从下至上逐段进行施工。采用滑升模板(简称滑模)施工,对结构物外形尺寸的控制较准确,施工进度平衡、安全,机械化程度较高,但因多采用液压装置实现滑升,故成本较高,所需的机具设备亦较多;爬升模板(简称爬模)一般要在模板外侧设置爬架,因此这种模板相对而言需耗用较多的材料,且需设专门用于提升的起吊设备。高墩柱的施工,应根据现场的实际情况,进行综合比较后来选择适宜的施工方案。

考虑到墩身高度较高,单个墩柱砼一次成型难度较大,必须分次浇筑成型,砼浇筑尽量减少工作缝,接缝严密平整,并保证前后浇筑砼的外观一致,墩身、台身未达终凝前,不得泛水。在砼浇筑时,设有坚实稳固的工作平台,采用砼输送泵浇筑。距离超过600 m时,采用二级泵站转送,在浇筑过程中,应设专人检查支架、拉杆、模板、钢筋及锚杆螺栓等预埋件的位置和保护尺寸,确保位置正确,不发生变形、位移,确保砼配合比,水灰比和坍落度等技术指标满足规范要求,应加强振捣,使砼在模板周边充实、饱满,表面光滑,无气水泡或蜂窝等。当砼抗压强度达到 2 5MPa后方可拆模,并要保证其表面及棱角不受损。拆模和装模时一样,轻拿轻放,以免模板损坏变形。拆模后,要特别注意墩身、台身的养护,采用高压泵自上而下进行定期洒水或采用养生布包裹养生。

(3)盖梁。盖梁,也称帽梁,一般设于墩柱顶部,是钢筋混凝土简支梁桥中的下部结构主要受力构件。墩柱顶盖梁,如采用现浇施工,其施工质量,不仅受控于混凝土配合比、浇灌方法,且与采用的支架紧密相关。只有选择了坚实的支架,使模板牢固、可靠,拼缝严密、接口顺直,能抵抗混凝土自重和施工荷载,操作人员能安全地进行各种施工作业,才能确保施工质量和安全,杜绝模板漏浆、胀模等质量通病,杜绝模板支撑倒塌等安全事故。墩柱顶盖梁现浇施工的支架型式,主要有自落地支架式、抱箍挑架式和埋设托架式等。自落地支架,即在盖梁下部的地面上立支柱,搭成落地满堂支架,然后在支架上铺设模板,抱箍挑架式,即在盖梁下的墩柱上套钢板箍,拧紧套箍的拼接螺栓,然后利用套箍搭设支架并铺设模板。埋设托架式,即墩柱上预留水平孔,待墩柱混凝土拆模并有一定的强度后,向预留孔中穿人钢锭,然后利用钢锭两端悬臂部分搭设支架并铺设模板。支架设计时,计算承受的荷载包括:模板自重、新浇筑钢筋混凝土重量、施工人员和运输工具重量、倾倒和振捣混凝土产生的荷载及支架自重等。各种支架中,模板下、支架顶的纵横梁的设计计算大同小异,一般可将之当作简支梁计算。设计计算时,先初选构件类型(如方木、槽钢或工字钢等),再根据最大弯矩或最大剪力的数据,选择构件型号及截面,验算构件的挠度、弯曲强度和抗剪强度。自落地支柱可当作两端简支的轴心受压构件计算,先初选构件类型(如钢管、型钢或门式架等),再根据最大轴力的数据,按计算值选择构件型号及截面,最后验算抗压稳定性和水平联系杆的竖向间距(即水平联系杆的道数),并按构造要求设计扫地杆、剪刀撑、抛撑和缆风绳等。如盖梁离地面高度较大,所在地区基本风力较大,则应考虑风荷载,并核算选择抛撑和缆风绳。抱箍所能承受的荷载可由抱箍与墩柱之问的摩擦力平衡,其摩擦系数 由墩柱面的平整度和粗糙程度而定,一般可取为 =03～05。设计时应选择拧紧螺栓的数量,并验算其抗剪强度,同时应验算抱箍钢板的局部抗剪强度和抗挤压强度。预埋托架的设计,除选择计算纵横梁外,还应对埋设的钢锭的规格和截面积进行计算,核实其最大弯、剪力和支座处挠度。支架型式的选用,应结合现场设备及施工条件与盖梁的高度,还应考虑经济成本尽量能就地取材,并应保证现浇盖梁的施工质量和操作安全。自落地支柱可采用钢管、型钢或门式架等,根据施工设备状况及荷载经计算选用;无论采用何种支架,施工时都应按计算挠度值设预拱度,并应搭设足够宽度的操作面 (一般每边不小于1 m)和周边护栏(高度不小于 12 m);各种支架的护栏边,都应满挂密目安全网,以防止高空坠落。

2 2 桥梁上部结构施工方法

桥梁上部结构的形式是多种多样的,其施工方法的种类也较多,但除一些比较特殊的施工法之外,大致可分为预制安装和现浇两大类。现将适合山区高速公路桥梁的常用一些施工方法的特点分述如下:

(1)预制安装法。预制安装可分为预制梁安装和预制节段式块件拼装两种类型。前者主要指装配式的简支梁板,如空心板梁、T形梁、I形梁及小跨径箱梁等的安装,然后进行横向联结或施工桥面板而使之成为桥梁整体;后者则将梁体(一般为箱梁)沿桥轴向分段预制成节段节式块件,运到现场进行拼装,其拼装方法一般多采用悬臂法。连续梁、T构、刚构和斜拉桥都可应用这种方法进行施工。

1)自行式吊车吊装法。这种吊装法多采用汽车吊、履带吊和轮胎等机械,有单吊和双吊之分,此法一般适用于跨径在 30m以内的简支梁板的安装作业。在现场吊装孔跨内或引道上应有足够设置吊车的场地,同时应确保运梁道路的畅通,吊车的选定应充分考虑梁体的质量和作业半径后方可决定。

2)架桥机安装法。这是预制梁的典型架设安装方法。在孔跨内设置安装导梁,以此作为支承梁来架设梁体,这种作为支承梁的安装梁结构称为架桥机。按形式的不同,架桥机又可分为单导梁、双导梁、斜拉式和悬吊式等等。悬臂拼装和逐跨拼装的节段式桥梁也经常采用专用的架桥机设备进行施工。其特点是:不受架设孔跨的桥墩高度影响,亦不受梁下条件的影响;架设速度快,作业安全度高,对于山区高速公路桥梁更具优越性。

3)缆索吊装法。当桥址为深谷等桥下净空不能利用时,在桥台或桥台后方设立钢塔架,塔架上悬挂缆索,以缆索作为承重索进行架设安装的施工方法。缆索吊装较多的应用于拱桥的拼装施工,有直吊式和斜拉式之分。梁式桥及其它桥型亦有采用此法施工的。缆索吊装法比其它方法的架设机械庞大且工期长,采用时对其经济性应进行充分分析。

4)悬臂拼装法。悬臂拼装法现多用于预应力混凝土梁体的施工,其它类型的桥梁亦可选用。此法是将梁体分节段预制,墩顶附近的块件用其它架设机械安装或现浇,然后以桥墩为对称点,将预制块件沿桥跨方向对称起吊、安装就位后,张拉预应力筋,使悬臂不断接长,直至合龙的施工方法。悬臂拼装法施工速度快,桥梁上、下部结构可平行作业,预制块件的施工质量易控制,悬臂拼装可用的机具设备较多,有移动式吊车、缆索吊、汽车吊和浮吊等,可根据不同的桥梁结构和地形条件进行选择。

(2)现浇法。1)固定支架法。这是在桥跨间设置支架,安装模板,绑扎钢筋,现场浇筑混凝土的施工方法,特别适用于山区较旱,且桥下空间较为平坦开阔。支架按其构造的不同可分为满布式、柱式、梁式和梁柱式几种类型,所用材料有门式支架、扣件式支架、碗扣式支架、贝雷桁片、万能杆件及各种型钢组合构件等。这种施工法,无体系转换的问题,但需要大量施工支架,并需要有较大的施工场地。2)逐孔现浇法。在支架上逐孔现浇施工:这是一种与前述的固定支架法相类似的施工方法,其区别在于逐孔现浇施工仅在梁的一孔(或二孔)间设置支架,完成后将支架整体转移到下一孔时行连续施工,因此这种方法可仅用一孔(或二孔)的支架和模板周转使用,所花施工费用较少。支架可用落地式、梁式和落地移动式。落地式支架多用于旱地桥梁或桥墩较低的情况;梁式支架的承重梁则可支承在位于桥墩承台的立柱上或锚固于桥墩的横梁上;落地移动式支架可在地面设置轨道,支架在轨道上(或其它滑动、滚动装置上)进行转移。3)移动模架逐孔现浇施工:这种方法是使用不着地移动式的支架和装配式的模板进行连续地逐孔现浇施工。此法特别对于多跨长桥,使用十分方便,施工快速,安全可靠,机械化程度高,节省劳力,减轻劳动强度,少占施工场地。不会受桥下各种条件的影响,能周期循环施工,同时也适用于弯、坡、斜桥。

4)悬臂拼装法。这种方法最常用的是采用挂篮悬臂浇筑施工,在桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土,待混凝土达到一定强度后张拉预应力筋,移动挂篮继续进行施工,使悬臂不断接长,直至合拢。悬臂浇筑施工不需在跨间设置支架,使用少量施工机具设备,便可以很方便地跨越深谷,适用于大跨径连续梁桥的施工。同时根据施工受力特点,悬臂施工一般宜在变截面梁中使用。

5)顶推法。顶推施工是在桥台的后方设置施工场地,分节段浇筑梁体,并用纵向预应力筋将浇筑节段与已完成的梁体联成整体,在梁体前端安装长度为顶推跨径 07倍左右的钢导梁,然后通过水平千斤顶施力,将梁体向前方顶推出施工场地。重复这些工序即可完成全部梁体的施工。顶推法特点是:设备简单、施工平稳、噪声低、施工质量好,可在深谷桥梁、高架桥以及等曲率曲线桥、带有部分竖曲线的桥和坡桥上采用。

3 高墩柱施工的几点体会

(1)在施工中开辟 2～4个工作面,减少中间停顿时间,以平行流水作业法来组织施工,以加快分项工程的完工时间,从而确保工期。

(2)由于模板周转次数多,因此易产生模板变形,应在加强肋中间设几道横穿墩身的对拉螺杆,高度方向每隔 1 m设 1道与加强箍固定联结。

(3)墩身需分段分次施工,为避免接缝处有明显的痕迹,每次浇注砼时尽量不要浇满,使接头在上一次模板之内。为保证混凝土质量,尤其是外观质量,混凝土浇筑过程要求在施工过程中操作人员必须规范操作,从混凝土拌和、浇筑和拆模养生等都要做到一丝不苟,重视和加强混凝土施工工艺水平和过程管理工作。

(4)搞好安全施工是高墩柱施工的关键环节之一,要经常对施工操作人员进行安全教育,强化安全意识,各工序应按安全操作规程办事。

实践证明,采用高墩钢管支架及特制定型刚模板的施工技术,使高空、立体、平行、交叉作业有了可靠的安全保证,同时也加快了工程进度,降低了工程成本,此技术是合理可行的。

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