徐登票,陳忠欣,張榮敦

(溫州交通建設集團有限公司,浙江 溫州 325003)

0 引 言

隨著國內城市基礎設施建設的不斷推進,大量結構新穎、造型美觀的互通立交、城市高架橋以及景觀橋梁不斷涌現。碗形箱梁橋以線條流暢、美觀大方等特點,備受設計者青睞[1]。碗形混凝土箱梁的外形和受力均較為復雜,變曲率的弧形斷面不易控制,對模板及支撐系統(tǒng)的設計和施工帶來了較大難度。對于表面不在同一平面內的碗形箱梁,要保證其外形的美觀,必須使模板與箱梁有相同的弧形,普通的木模板是難以做到,而采用鋼模又過于笨重,且造價高。此外,近年來在國內外橋梁施工中,許多橋梁外觀要求達到清水混凝土的效果,即澆筑成型后的混凝土表面平整光潔,不作任何裝飾,無大面積鼓包或蜂窩麻面、氣泡、開裂,成色均勻一致,混凝土澆筑無明顯 “冷縫”,接縫過渡自然,無錯臺、漏漿現象,保持混凝土原汁原味的質感效果,對模板的設計和施工要求更高[2-3]。另外,碗形箱梁的腹板是曲面形狀,為腹板混凝土的澆筑帶來了較大的難度。因此,必須對碗形箱梁的施工支架模板的支撐體系和混凝土澆筑工藝進行研究,確保澆筑完成后的碗形箱梁各項指標都滿足設計要求。

在此背景下,溫州交通建設集團有限公司通過現場調研和工程實踐相結合的方法,對碗形箱梁施工的關鍵技術進行研究,開發(fā)出施工簡便快捷、造價低和可循環(huán)利用的支架模板支撐體系和混凝土澆筑工藝,并將之推廣到該類型橋梁的施工中去。

1 工程概況

某大橋工程上部結構為現澆等高度預應力混凝土箱形連續(xù)梁,三跨一聯(lián),等跨布置,單跨跨徑為35 m,箱梁采用碗型斷面 (見圖1),上、下分幅,單幅寬12 m,分幅間距0.5 m。箱梁高1.8 m,寬24 m,單箱三室斷面,箱梁結構頂面和底面平行布置,橫坡通過支座墊石和梁底鍥塊進行調整。

圖1 上部結構箱梁斷面圖(單位:cm)

該碗形箱梁采用支架現澆方法施工,其工藝流程如圖2。

圖2 碗形箱梁施工流程圖

2 碗形箱梁施工支架模板支撐體系研究

2.1 碗型箱梁施工組合模板支架體系設計

現澆碗型箱梁施工模板支架體系采用 “竹塑模板片+仿形鋼托架+碗扣式鋼管滿堂架”的組合體系,見圖3。

圖3 模板支架體系

支架分上下兩個部分,下部支架采用碗扣式鋼管滿堂搭設,上部支架為箱梁模板仿形鋼托架。碗扣式支架其接頭傳力可靠,搭設時不用擰螺栓,不受人為因素影響。立桿連接為同軸心承插,各桿件軸心交于一點,架體受力以軸心受壓為主,因而承載力高,不易發(fā)生失穩(wěn)坍塌。用作模板支架時,頂部插入可調托座。橫桿與立桿連接工人用一把鐵錘敲擊輔助完成,速度快、功效高。全部桿件系列標準化,便于實施倉儲、運輸、現場堆放的現代化管理,工程成本較低。支架上部箱梁模板仿形鋼托架為輕鋼制作的仿形支架片,設計主要考慮的是克服現場場地的限制,作業(yè)人員操作方便,仿形支架片連接組成穩(wěn)定可靠的托架系統(tǒng),支架片利用汽車吊運至施工跨部位,只要通過作業(yè)人員安裝就可以完成,模板拆除時,只要拆卸托架片的連接鋼管,支架片自然放倒在碗扣式支架的頂部平臺上,騰出空間拆除模板片,有利于施工。

箱梁底模采用竹塑模板,主要是材料本身板面光滑平亮,保證混凝土外表光潔度,達到清水模板要求;模板與混凝土很難粘接,脫膜容易,澆筑混凝土表面質量光滑,無須混凝土的抹灰作業(yè);模板質量比普通模板較輕,易于彎曲,適用于變截面及弧度較大的曲面結構模板,且模板輕便,給施工帶來方便,極大的縮短工作時間;耐水性好,材料鼓脹率小于 0.06%(竹質、木質的鼓脹率均超過12%～17%),永不分層,耐酸堿;可切割 (切完后無須封邊,無須刮漆)、打孔,滿足電焊作業(yè)條件;力學性能高,強度高于 《混凝土模板用膠合板(GB/T17656-1999)》國家標準相關要求;另外此類型模板為再生材料,廢料通過回爐可以很快重新生產,使用成本低,只相當于竹、木模板的30%～50%,滿足工程的需求,更利于環(huán)保材料在工程建設中運用及推廣。

2.2 碗型箱梁組合模板支架體系的實施

2.2.1 碗扣式鋼管滿堂支架搭設

碗扣式鋼管立桿為定尺桿件,為滿足箱梁底部縱坡平順的要求,立桿底部及與箱梁底部模板下木方接觸的頂端采用可調節(jié)底托與頂托,底托與頂托外露絲桿不超過15 cm,當通過調節(jié)螺桿還不能滿足要求時,可利用在底托下方墊枕木來完成。支架搭設定位、高度嚴格按設計坐標、高程實施測量放樣 (見圖4)。

為保證支架的穩(wěn)定性,確保整個支架系統(tǒng)為幾何不變體系,支架外圍、中間每三排三列 (三跨)從底到頂設剪刀撐,底層、頂層、中間每三步設水平剪刀撐,立桿上端包括可調螺桿伸出頂層水平桿的長度不大于70 cm(除翼板邊緣3列1.8 m段不大于50 cm外),剪刀撐穿越每步皆與立桿扣件連接,不允許虛扣,每隔3層布設水平剪刀撐。每道剪刀撐由底到頂、從左到右連續(xù)布置。剪刀撐用6 m長Φ48×3 mm普通鋼管連續(xù)布置,鋼管接長采用對接扣件接長,立向剪刀撐與地平面成45°～60°夾度,水平向剪刀撐與橋梁縱向成45°～60°夾度[4]。與碗扣支架連接處必須用扣件緊固,剪刀撐必須上至底模板,下至地面,頂和底必須設置水平剪刀撐。

圖4 碗扣式鋼管滿堂支架搭設

2.2.2 滿堂支架上方輕鋼仿形托架體系安裝

輕鋼仿形托架片用無縫鋼管依據箱梁底部設計弧形工廠彎曲加工成型,設縱、橫兩層規(guī)格為Ф48×3.5 mm鋼管,將模板荷載傳至支架。鋼管曲率滿足橋梁橫斷面梁底曲率變化要求,梁底4 m為直線段,兩側各4 m為圓弧鋼管,間距與相應支架區(qū)段排距相同 (端橫梁和橫隔梁段采用單鋼管,腹板及空箱段采用雙鋼管,翼板邊緣2 m采用三并排鋼管)。縱向鋼管置于橫向鋼管之下,布置間距與相應支架區(qū)段列距相同,置于碗扣式支架頂托上;橫向與縱向鋼管扣件連接。輕鋼仿形托架與下部支架體系通過剪刀撐連接,確保托架以上體系與下部支架體系連成牢固穩(wěn)定的整體,避免混凝土澆筑過程中因集中荷載與動荷載造成托架上部體系整體位移,如圖5所示。

圖5 輕鋼仿形托架體系

2.2.3 輕鋼托架體上方模板體系安裝

托架上方安裝10 cm×10 cm方木,方木與托架通過鐵絲固定,其上安鋪15 mm覆膜竹膠板作為箱梁模板。方木縱橋向布置,方木與方木中心間距23 cm,置于橫向鋼管上。模板通過鐵釘與下部木方釘牢,因竹塑模板本身的硬度,鐵釘很難直接通過釘錘釘入,另一方面亦是為了避免釘入過程中可能對模板面造成損傷,在鐵釘擬釘入的位置,采用電鉆預開孔后再依孔釘入鐵釘與下部木方釘牢。模板鋪設時要注意縱橫接縫通縫,縫寬一致,接縫寬度不得大于1.5 mm,接縫利用粘貼海綿條或膠質材料嵌填,利于后期混凝土表面觀感 (見圖6)。

圖6 模板安裝

2.2.4 組合模板支架體系預壓

模板支撐體系安裝完成后,尚需通過預壓實驗檢查支撐體系的穩(wěn)定性,確保混凝土澆筑的質量與安全。

預壓前,用彩條布鋪在模板上保護模板不被受損和污染,計算出箱梁各段的自重,采用砂袋按各段設計自重的120%進行預壓。預壓過程分三級加載,第一級加載到總重的80%,第二級加載到總重的100%,第三級加載到總重的120%,各級加載時間間隔在1天左右,加載時以混凝土澆筑的先后順序從一端向另一端階梯式加載。觀測位置設在每跨縱向的0、1/4、2/4、3/4、4/4處設置5個斷面,每個斷面設置3個觀測點,基礎中同樣設置,觀測點上下對應,加載過程中分別在80%、100%、120%滿載情況下各觀測一次,120%滿載后分別每天觀測兩次,并做好記錄。全部加載后不能立即卸載,需恒壓72小時,直到沉降穩(wěn)定為止。預壓完逐級卸載,卸載與堆載次序相反,卸載次序為:120%→100%→80%→0。每卸一次載進行一次測量,并做好記錄,以求出非彈性變形和彈性變形,觀測時間每30分鐘一次,連續(xù)3次無變化時即可進行下一步卸載,以此類推。預壓后,做出加載預壓與變形、卸載與變形的曲線關系圖和詳細記錄。

3 底板和腹板混凝土的澆筑工藝研究

箱梁混凝土分兩次澆筑。第一次澆筑底板及箱梁翼板和腹板,翼板和腹板澆筑至上倒角處 (如圖7所示)。第一次澆筑養(yǎng)生7天后,再進行第二次頂板部分澆筑,兩次澆筑的接茬部位按施工縫處理。第二次澆筑前,先將混凝土表面浮漿和松動的石子鑿除,將鋼筋上的銹斑及浮漿刷凈,再用高壓水沖洗干凈。

圖7 箱梁混凝土澆筑示意圖

混凝土澆筑遵循由低到高、對稱澆筑、縱向分段、水平分層的原則。澆筑順序為:先澆筑中間腹板倒角外側1 m左右寬底板混凝土,縱向澆筑長度根據氣溫實際控制,保證在初凝前進行第二次混凝土澆筑→澆筑中間腹板混凝土,腹板澆筑時少量的混凝土溢出用人工抹平→澆筑兩腹板中間水平段剩余底板→兩側弧形段中間約1.5 m底板→澆筑弧形上口的小梁及剩余弧形腹板。

由于曲線腹板不設內模 (設內?；炷翢o法灌入和澆搗,易形成空洞),底板混凝土一次性澆筑,混凝土會下滑涌起,所以曲線腹板部分混凝土應分三次澆筑完成。第一次在中間腹板底部八字角處設置壓板并向底板延伸1 m,先澆筑一段靠近中間腹板底部的混凝土 (見圖8(a)),以抑制澆筑中間腹板混凝土時向曲線腹板側涌出,第二次澆筑中間腹板以及曲線腹板頂部混凝土,最后澆筑曲線腹板中間剩余部分的混凝土 (見圖8(b))。為控制碗形箱梁底板混凝土的澆筑厚度,在板面按每平方米均勻布置厚度控制點1個,控制點采用短鋼筋預先綁扎在底板鋼筋網上,其長度為超出底板厚度5 cm以上,待混凝土澆筑完成后割除。

圖8 曲線底板混凝土澆筑

振搗時,振動棒垂直插入應快入慢出,分層振搗,每層厚度不大于30 cm,并正確控制好振搗時間,既充分使混凝土振搗密實,混凝土表面無蜂窩麻面和氣泡,又不產生過振現象,其移動間距不大于振動棒作用半徑的1.5倍,即45～60 cm。振搗時插點均勻,成行或交錯式前進,以免過振或漏振,振動時間約20～30秒,每一次振動完畢后,徐徐拔出振動棒,以混凝土表面不再泛漿下沉為振搗密實標準。振搗時注意不得碰模板、鋼筋、波紋管及其他預埋件。對每一振動部位必須振到該部位混凝土密實為止,也就是混凝土停止下沉,不再冒氣泡,表面呈現平坦、泛漿[5]。

在澆筑同時,按照規(guī)定制作混凝土試件,除標養(yǎng)試件外,并現場養(yǎng)護3組試件,進行強度檢查,以便確定預應力張拉和拆模落架時間。

箱梁澆筑完成后在混凝土初凝后立即灑水養(yǎng)生,為防止收縮裂縫,在箱梁頂部和側面覆蓋白色土工布等不褪色的保水材料進行養(yǎng)生,每天澆水次數以保持混凝土處于足夠潤濕狀態(tài)為準,養(yǎng)生期不少于7天[5]。

4 實施效果

結合碗形箱梁的施工實踐,采用本項目研究提出的 “竹塑模板片+仿形鋼托架+碗扣式鋼管滿堂架”的組合模板支架體系和混凝土澆筑技術,同傳統(tǒng)鋼木模板相比,模板費用節(jié)約36%左右,模板安裝時間可縮短50%,大大縮短了施工周期,并降低了施工成本;同時確保了箱梁整體線形,滿足了箱梁達到清水混凝土的效果,如圖9所示,取得了較好的經濟和社會效益,為其它異形混凝土現澆箱梁施工提供了可靠的技術支撐。

圖9 成型的碗形箱梁

5 結 語

碗形箱梁施工模板支架體系采用 “竹塑模板片+仿形鋼托架+碗扣式鋼管滿堂架”的組合體系,可以簡單方便地適應碗形箱梁的曲線底板的定型需要。箱梁曲線腹板混凝土分三次澆筑完成,成功地解決混凝土澆筑的流動性問題并保證施工質量。本文的研究成果為碗形箱梁的施工提供可靠的技術支撐,同時能夠降低工程造價,縮短工期,保障施工安全,可以為類似工程提供借鑒。

[1]劉君,屠漢林,何新,等.碗型混凝土箱梁施工組合模板及支撐體系應用研究[J].建筑施工,2009,31(11):998-1000.

[2]徐新華,蘇君明.魚腹式預應力混凝土現澆連續(xù)箱梁施工[J].施工技術,2007,36(11):96-98.

[3]楊鳳鶴,張寶鴻,張海榮.城市立交工程大型魚腹式混凝土箱梁模板的設計與施工[J].建筑施工,2008,30(7):585-587.

[4]JGJ130-2011,建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范[S].

[5]JTJ041-2000,公路橋涵施工技術規(guī)范[S].