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摘 要:探讨钢筋混凝土变截面连续箱梁桥边跨现浇段与边跨合拢段合二为一的施工技术.

关 键 词 :箱梁;现浇段;合拢段;合二为一

中图分类号:TU74 文献标识码:A

1概述

在挂篮悬臂施工的钢筋砼变截面连续箱梁等悬臂桥均存在边跨合龙和中跨合龙的工序问题,作业流程是先施工两头边跨合龙段,最后施工中跨合龙段.在边跨合龙这个部位,考虑到已经完成的变截面连续箱梁悬臂部分砼温度伸缩变形、悬臂端存在风载或施工引起的摆动以及新浇筑砼干缩等三个主要原因,可能会导致新老砼界面开裂,因此,目前该部位的常规设计和施工方法是:把边跨合龙部位分成“边跨现浇段”与“边跨合龙段”两个节段,先提前施工好边跨现浇段,用劲性型钢骨架把边跨现浇段和悬臂浇筑段末段刚性连接,再现浇边跨合龙段的砼,在边跨端头张拉预应力.如果将钢筋砼变截面连续箱梁的边跨现浇段与边跨合龙段合二为一施工,并能消除可能导致边跨合龙段砼开裂的三个主要因素,也就消除了该问题对施工现场的困扰,无疑在施工的进度和现场管理两个方面有较大的优势.

2.施工工艺原理分析

已经完成的变截面连续箱梁悬臂部分的砼温度伸缩变形、悬臂端因风载或施工引起的摆动、新浇筑砼干缩等三个主要原因,可能会导致箱梁悬臂末端新老砼界面开裂.针对这三个因素,研究其导致砼开裂的机理,并分别采取有效的技术措施解决:

2.1 砼材料产生温度应力导致产生裂缝的基本原理:主要是在降温过程引起砼收缩变形产生的拉应力超过了砼材料本身的抗拉强度(特别是砼初期抗拉强度较低),而在砼体升温过程所产生的压应力一般不会把砼压裂(砼抗压强度比抗拉强度高很多).

温度应力σ等于Eε等于E*⊿L/L等于E*(L*α*⊿Τ)/L等于E*α*⊿T

以上公式说明:

(1)钢筋砼梁体内产生温度变形与梁体长度L、钢筋砼材质的温度变形系数α和梁体内温差⊿T三者成正比关系.

(2)梁体内产生的温度应力与钢筋砼材质的弹性模量E、钢筋砼材质的温度变形系数α和梁体内温差⊿T三者成正比关系.

(3)梁体内温差⊿T主要是砼浇筑初期的水泥水化热以及环境气温的变化而产生的温度差,如果梁体内没有产生温差,就不会产生温度应力和温度变形;如果梁体内温差⊿T极小,并且钢筋砼梁体材质的温度变形系数α也很小,就只会产生极小的温度应力和温度变形.

(4)如果钢筋砼箱梁体内温差⊿T为负值(由低向高升温),梁体砼受压应力;如果温差⊿T为正值(由高向低降温⊿T),则梁体砼受拉应力.

(5)由环境气温变化而引起砼体内产生温差(从而产生温度应力)与钢筋砼材料的导热系数λ(λ等于1.5-1.7w/m.k,约为钢材的1/40,体现材质体内的热量或温度传递速度)及砼温度变形系数α(α等于1*10-5/℃,约为钢材的1/10,体现材质的温度膨胀或收缩变形性质)有关,与纯钢材相比较,钢筋砼材质的这两个系数都很小,对温度变化的

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敏感性较低.

2.2 根据在现场连续7天不间断的温度监测,砼浇筑的前3天一直处于水化热升温状态,在大约第3天之后开始降温,在第5天左右降到与环境温度基本一致,也就是说,在砼浇筑的前5天,砼体内温度一直高于环境温度,新浇筑砼基本上处于膨胀的受压状态,而5天之后,新浇筑的砼已经具备了一定的抗拉强度.

2.3 根据工地现场连续7天不间断的温度观测数据(表4.0.1)可以看出,在砼水化热已经稳定的情况下(第5天),尽管24小时环境气温有10℃以上的温差,但钢筋砼结构体表面下20-25cm以内的砼温度变化却没有超过±2℃.所以,对钢筋砼材质而言,在短时间(2-3天)内,悬臂梁体长度砼体内几乎没有温度变化(不随气温迅速变化而波动,只与近期的平均气温值有关),也就不会产生(或产生极小的)温度伸缩变形和温度应力.标注说明:变截面连续箱梁各节段的腹板、顶板、底板等结构厚度尺寸一般为40-60cm居多,温度计的数据以砼埋深20-25cm深度比较具有代表性.

在1天或几天内的环境大气温差可能较大,但砼体内的温度却是近期(5-7天)气温的平均温度(钢筋砼材质对温度的敏感性较低),即: 对体积较大的箱梁钢筋砼体而言,环境气温变化只能引起砼表面的温度变化,而砼体内的平均温度在短期内是基本不变或变化极小的(±2℃).

而且,通过在现场悬臂梁端底模板上刻线,实际观察了一段时间(10天左右),发现60-70m长的已浇筑悬臂梁端并没有产生任何的水平纵向伸缩位移,至少是肉眼看不到任何变化.

2.4 在施工中,我们在悬臂端头位置的边跨合龙段底模板上做了刻(画)线观察了一周,确实没有发现钢筋砼变截面箱梁悬臂端与支架底模板之间有任何相对移动,至少是肉眼看不出.

所以,综合以上1-4条对现场的实际监测数据和对温度应力产生机理的理论研究、分析和实地观测,说明钢筋砼梁体在砼浇筑初期5-7天短期内一直没有受到拉应力,新浇筑砼不存在受环境温差产生拉应力而开裂的理论机理,也即:针对已完工的悬臂梁老砼可能因环境日温差变化而随时产生较大的收缩变形和拉应力,或者是由于新浇筑砼温度应力原因而会导致新老砼界面开裂的假设,其实是一个误解!

因此,在悬臂端头受到支架的支撑,而且端头桥面有压载时,短时间内(5-7天),可以不考虑受环境温度变化而使悬臂梁水平纵向产生伸缩的问题.

2.5 在悬臂状态下,可能会由于风载、施工等摆动引起悬臂梁末端新老砼界面有相对位移,另外,短期内气温变化虽然对钢筋砼悬臂梁的水平纵向长度伸缩影响不大,但对悬臂梁上下挠度影响却是很大的.对此,现场通过在悬臂端箱梁桥面加载、箱梁下用刚度较大的支架支撑顶紧,使悬臂末端的上下和左右不能有任何位移,而且将新砼底模板伸进至少1m与老砼箱梁底板固定为整体,这样就完全可以做到新老砼界面不会出现任何相对移动.而常规施工仅仅用劲性型钢骨架悬空加固,是远远达不到这样的稳定效果的. 2.6 砼本身干缩产生微裂缝在任何情况下都不可避免,即使分成边跨现浇段和边跨合龙段两段现浇也是如此,对此问题,主要是针对一次浇筑的节段较长时,砼如果出现较大收缩,会在新老砼界面产生裂缝.针对此问题的解决办法及其机理是:


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2.6.1 把边跨合龙段的砼底模板做到非常平整、光滑(竹胶板刷油),即使出现了整体较大的收缩变形,也会因为设置的底模板很光滑及梁端头的四氟滑动支座而整体相对底模板滑移,不会使砼梁体内产生过大的收缩拉应力产生裂缝.

2.6.2 在悬臂梁端头增加一些接茬钢筋,并对老砼严格凿毛和充分湿润,以加强新老砼界面的整体性和砼粘合力.

2.6.3 由于砼干缩的原因,即使出现了微裂缝,但在施加预应力之后,一般可以弥合,不会影响钢筋砼的使用寿命,属于可接受的正常现象.

综合以上第1-6点论述,无论是从理论分析还是现场实际观测,就钢筋砼这种对环境温度变化不是很敏感的材质而言,可以通过对钢筋砼悬臂箱梁边跨合龙部分另外增加一些施工辅助措施,从而打破传统观念,采取“将钢筋砼变截面连续箱梁桥的边跨现浇段和边跨合龙段合二为一现浇”的施工方法,是完全符合科学原理并切实可行的.

3.施工操作技术要点

3.1 处理支架地基时必须整平、碾压、硬化和注意四周排水,确保支架地基牢固;如果边跨位于水上平台,则该平台必须进行超载预压,以保证平台稳固不再沉降.

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3.2 在地基或平台上一次搭建边跨现浇段与边跨合龙段的现浇支架和铺筑箱梁砼底模板.现浇砼的支架可以用吊架或托架组合来代替,但是,用于支撑和固定悬臂箱梁末端的必须是有坚固地基或平台的刚性支架.

该刚性支架和现浇砼的底模板必须伸进悬浇段箱梁末段底板至少1m远,箱梁下的支架利用天托进行高度调节,使底模板密贴、顶紧悬臂末端箱梁砼底板,再在悬臂末端的桥面上适当加载压重(15-20t砂袋).该支架必须比普通承重支架刚度更大、更加稳固,务必使悬臂箱梁不能产生左右上下任何摆动.另外,底模板用光面竹胶板刷油,要做到表面很平整、光滑,并在新老砼界面与悬臂箱梁底板砼密贴、压紧、连为一体.

该点技术措施是针对温度变形、施工震动和砼收缩的最主要的有效控制措施,也是本工法的关键点.

3.3 用砂袋对现浇砼支架进行等载或超载预压.

3.4 在支架平台上施工钢筋、预埋单端张拉P锚预应力钢绞线及其波纹管、安装侧模板及内模.

3.5 在悬臂箱梁末端端头预先增加一些接茬插筋,以增强新老砼界面的整体性;必须对悬臂端老砼认真凿毛,在浇筑边跨合龙段砼前充分冲洗湿润;根据砼的初凝时间选择砼浇筑的时间,安排砼初凝时间在一天中气温最低的凌晨2-4点钟为宜;砼浇筑方向由远(边跨墩)到近(悬臂端),最后浇筑新老砼交界面.

该点的几项辅助施工措施,也是本工法不可缺少的关键技术措施.


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3.6 砼洒水养护7天以上.

3.7 等砼强度和龄期都满足要求后,实施边跨预应力张拉(P锚单端张拉)及压浆.

3.8 待压浆强度到设计值以后,拆除所有模板及支架.

结语

通过应用本技术,在确保了钢筋砼变截面连续箱梁边跨合龙段施工质量和安全的前提下,减少了一个箱梁节段的施工周期(二合一施工),更主要是能够使相邻跨的预制梁吊装及其先简支后连续桥面施工不受限制,可以连贯作业,不需要设备和辅材等待或回过头来再施工.这样,每座桥至少节省了工程项目的关键线路总工期30-60天以上(可以向业主提前交工,产生收费或其它综合效益),而且节省了施工现场大量的管理成本、人力成本和机械设备资源.对于城市高架桥中间分布有很多处变截面连续箱梁的情况,运用本工法所产生的综合效益就更加可观.

总之,在公路和市政桥梁中,以钢筋砼变截面连续箱梁为主桥、先简支后连续预制箱梁为两头引桥的组合桥型被广泛使用,对于这种桥型,通过运用本技术,与以前常规的设计施工方法相比较,在缩短工期、降低总体管理成本、简化施工和管理程序、解决作业人员心理困扰等方面具有明显的优势.经实际效果检验,本工法在施工现场起到了很大的作用,能够节省可观的社会资源,并能创造出显著的经济效益和社会效益.

参考文献

[1]JTG_TF50-2011,公路桥涵施工技术规范[s]人民.

参考文献:

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