非标准跨度箱梁在武功农业园区科技大桥工程中的应用

非标准跨度箱梁在武功农业园区科技大桥工程中的应用

李为江,徐建,郑烨拴

通号工程局集团建设工程有限公司 湖南省 410008

摘要：在钢筋混凝土梁式桥结构体系中,先简支后连续桥梁是早期梁式结构体系。20世纪20年代末,预应力施工技术的研究成功,极大地改善和加强了混凝土结构的承载能力。而20世纪50年代后,由于我国建设需要，为加快设计、施工进度，对简支梁体大量采用了工厂化标准跨度定型生产，具体为10m、16m、20m、25m、30m、35m、40m等系列标准梁。在设计做好桥跨布置后，施工可直接套用对应跨度梁体标准图。随着我国经济的迅速发展，对景观、河道的保护随之加强，更多时候按10m、16m、20m、25m、30m、35m、40m等标准跨度进行桥梁布置，既不能满足跨河要求，又影响河堤美化和河道行洪，这样非标准跨度布梁方案应运而生。

关键词：预应力混凝土  非标准跨箱梁  预制安装  施工工艺  

1、工程概况

武功农业产业园区科技大桥建设项目位于陕西省武功县大庄镇，毗邻杨凌城区。整个产业园区占地面积28000㎡（合计42亩），科技大道为其中一条南北向道路，科技大道跨越漆水河处设计为科技大桥，科技大桥桥梁起止桩号为K1+141.92～K1+278.08，桥梁中心桩号为K1+210，全长136.16m。全桥共1联：4×32.5m；上部结构采用先简支后连续预应力混凝土预制小箱梁；下部结构桥台采用座板台，桥墩采用柱式墩，墩台基础均采用钻孔灌注桩基础。

2、施工工艺对比

该桥为32.5米桥跨布置，所有非标准跨度预制小箱梁。与传统标准跨桥梁施工工艺对比，其下部结构及附属工程施工与标准跨度桥梁施工类似。不同在于非标准跨度箱梁的预制与架设安装。

3、施工工艺的研究

3.1非标跨箱梁预制施工工艺

3.1.1预制箱梁台座的设计与制作

预制箱梁台座采用C25钢筋混凝土浇筑，钢筋按15*15cm网格布置，直径12mm，高出地面30 cm，上铺5mm的钢板作为底模，底模预留Φ10侧模板拉杆穿孔，台面边缘设50小槽钢，使用前均匀涂刷隔离剂，底座设置反拱。底模平整度需达到规定的模板检验标准，张拉端头需进行特殊处理，采用挖1.5*2.5*0.5m基坑，在坑底铺设直径20mm钢筋，按照15*15cm网格布置，浇筑50cm厚的钢筋混凝土。

3.1.2预制箱梁钢筋制作与安装

钢筋接头采用搭接电弧焊、直螺纹套筒连接或其它符合规范要求的连接方式。采用搭接电弧焊时两钢筋搭接端部应预先折向一侧，使两接合钢筋轴线一致。主筋搭接尽量使用双面焊，焊缝长度不小于5d，焊缝宽度不小于0.7d，焊缝深度不小于0.3d，焊接前进行可焊性试验，对焊接参数进行适当的调整。

预制梁钢筋骨架的保护层应使用梅花型高强度砂浆垫块。其强度不得低于梁体混凝土强度。绑扎牢固可靠，立面纵横向间距均不得大于80cm，梁底位置不得大于50cm，每平方米垫块数量不少于4块。

预埋钢筋应使用增设临时定位钢筋等辅助措施进行定位，确保定位准确、牢固。安装模板、预应力锚具、波纹管及其他预埋件时，局部与钢筋冲突时，钢筋不得任意切断。调整顺序为首先保证预应力管道位置，其次保证主要受力钢筋，其他钢筋可据实调弯或局部移动。

3.1.3预应力管道安装

箱梁波纹管采用金属波纹管，使用前必须检查是否渗漏，接头用大一号的波纹管，采用密封胶带缠紧，露出模板长度20cm左右。

非预应力钢筋骨架绑扎完成后，穿设波纹管，波纹管采用“定位网法”安装，严格按照设计给定的坐标将波纹管用“#”形定位筋进行固定，定位筋用φ8钢筋，曲线段每50cm一道，直线段每100cm一道。波纹管内衬直径稍小于波纹管的白塑料管，白塑料管的作用有两个：第一能增加波纹管的刚度，第二，当波纹管漏浆时，由于白塑料管在混凝土初凝后才拔出，因此，不会造成管道堵塞。

安装后，应及时检查波纹管位置、形状是否符合要求，固定是否可靠，接头是否良好，管壁是否有破损，如有破损应用胶带裹之以防漏浆。

3.1.4箱梁模板安装

箱梁模板采用定型钢模板，安装前刷脱模剂，采用汽车吊运进行分段拼装，上下拉杆固定，外侧以倒链拉紧，拼装完成并自检，模板内无杂物，接缝塞海绵条防止漏浆。

板顶张拉预留槽模板采用定型钢模，模板的安装要按设计要求准确定位，符合构件施工的工艺要求，满足钢筋安装与混凝土浇筑的需要。预制箱梁应采用定位钢架防止混凝土浇筑过程中内模上浮，以确保顶板混凝土厚度，并应采用竖向定位钢筋保证底板厚度。

箱梁横隔板采用独立的钢板底模，不得与侧模连成一体。端部侧模应根据设计规定的横向钢筋位置、间距进行开槽、开孔。

3.1.5箱梁混凝土浇筑、振捣

混凝土分层连续浇筑，先从距梁端3m左右处开始向梁端浇注，梁端浇注好后，再向相反方向分层浇注，每层不大于30cm，长度在10～12m之间，保证浇注面坡比不大于1：5。

混凝土浇筑完成后，立即进行修整、抹面，待定浆后再重复抹面并压光或拉毛。抹面时严禁洒水，并应防止过度操作影响表层混凝土的质量。混凝土初凝至达到拆模强度之前，模板不得振动，伸出的预埋钢筋及模板固定杆件不得承受外力。

振捣时先使用插入式振捣器振捣，使混凝土基本到位，然后使用附着式振捣器振捣到密实为止。振动时不与波纹管、钢筋、模板、预埋件相接触。振捣器不得碰撞模板、波纹管和其他预埋件。派专人观测模板和预埋件，如发现变形移位及时纠正。梁板边角不易震实的部位，应辅以锤击模板振捣，以保证混凝土密实及其表面平滑。

3.1.6箱梁的养护、拆模

箱梁混凝土浇筑完毕终凝后进行养护，防止表面出现裂纹，采用自动喷淋设备，顶板采用土工布覆盖洒水养护。养护期应在7天以上，并始终保持砼表面湿润。混凝土强度达到拆模要求后再进行拆模，拆模时混凝土强度不小于2.5MPa。拆膜采用吊车配合人工进行，模板拆除后，在梁体内侧标识箱梁浇筑日期、梁编号等。

3.1.6预应力施工

钢绞线下料场地整理平整，下料前应制作铁笼，将钢绞线罩住，以防钢绞线紊乱弹出伤人。工作段长度65cm，下料误差应控制在-20～+120mm以内。不得将钢绞线在砼地面硬拽，以防磨伤钢绞线，场地应垫方木或彩条布，钢绞线不得直接接触地面，以免生锈。钢绞线下料宜用砂轮切割机切割，不得采用电弧切割，切口平整，无毛头。

钢绞线下料后编束、编号，钢绞线编束用20#铁丝绑扎，间距1～1.5m，编束时应将钢绞线理顺，并尽量使之松紧一致。贴上标签表明长度及编号，分类存放和穿束。

预制梁混凝土强度达到设计要求时，并且混凝土的龄期不少于7天，方可进行预应力张拉。钢绞线、锚具、夹具要符合设计要求，施加预应力所用的机具设备及仪表应由专人使用和管理，并定期维护和校验，张拉机具应与锚具配套使用。

张拉采用群体两端对称张拉，以防止箱梁产生侧弯。张拉时两端同步张拉，张拉施工工艺：锚具安装→ 限位板安装 →千斤顶安装→工具锚及挡板安装→张拉→ 伸长值校核→ 持荷5min→卸荷锚固 。

用应力控制方法对预应力筋张拉，以伸长值进行校核。实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在±6%之内，否则应暂停张拉。张拉程序为：0——初应力——σcon（持荷5 min锚固）。伸长值根据试验数据进行计算。

张拉时派专人负责，并作好施工记录。待张拉完稳定后， 锚固钢绞线，经检验合格后，用砂轮机切割掉多余的钢绞线。

压浆应在张拉结束24h内进行，特殊情况必须在48h内完成。压浆前，应对孔道进行清洁处理。对孔道内可能发生的油污等，可采用对预应力筋和管道无腐蚀作用的中性洗涤剂和皂液，用水稀释后冲洗。冲洗后，应使用不含油的压缩空气将孔道内的所有积水吹出。在压浆施工的同时，要做浆体同条件试块，放在梁上一起养护，等达到验标要求的天数后，测试各项指标，看是否符合验标要求，借以确认压浆的施工质量。

孔道压浆完毕后立即将梁端水泥浆冲洗干净，同时清除支承垫板、锚具及锚穴砼的污垢，对锚圈与锚垫板之间的交接缝用聚氨酯防水涂料进行防水处理，同时检查确认无漏压的管道后，方可浇筑封端砼。

3.1.7移梁、存放

为保证预制梁台座合理周转，加快施工进度，待同条件试块强度达到45Mpa，将箱梁运到存梁区，为下一片梁提供工作面。梁体堆放时在梁体两端设置支点，同时采取可靠措施，避免梁产生负弯矩。

3.2非标跨箱梁安装施工工艺

3.2.1架桥机选择

根据32.5米箱梁自重及结构特点，架梁采用150t/40m型架桥机架设，架设箱梁最大吊装重量120.38t,吊装最小安全储备系数为160/120.38=1.33。

3.2.2吊绳的选用

本次架设箱梁捆绑吊装的钢丝绳采用32根直径为22mm,6×19的钢芯钢丝绳，公称抗拉强度为1870MPa=1870N/mm2。

单根6×19的钢芯钢丝绳的钢丝破断拉力总和

Fg=3.141*(22/2)2*1870=710714N=710.714KN

单根6×19的钢芯钢丝绳的允许拉力

[Fg] =0.82*710.714kn/6=97.13KN

式中： [Fg]—钢丝绳的允许拉力

Fg—钢丝绳的钢丝破断拉力总和(kN)；

α—换算系数（考虑钢丝受力不均匀性），6×19的钢丝绳结构换算系数为0.82；

K—安全系数，作吊索、无弯曲时时安全系数取6—7，此处计算取系数为6。

32根6×19的钢芯钢丝绳允许的重量G：

G=[Fg]*32/g=97.13KN*32/9.8=317.2t

本次架梁箱梁最大吊装重量120.38t,钢丝绳最大允许的重量为317.2t，钢丝绳吊装安全系数为，所选用的钢丝绳可满足施工要求。

3.2.3支座安装

(1)永久支座安装

1)支座进场后，应检查支座上制造商的商标或永久性标志及出厂合格证书、实验检验单。如不符合要求时，不得使用。

2)支座垫石顶面标高要求准确,表面平整,在平坡情况下同一片梁两端支座垫石及同一桥墩、台上支承垫石应处于同一设计标高平面内，其相应高差不应超过2mm，避免支座发生偏歪、不均匀受力和脱空现象。

3)支座安装时，应按照设计图纸要求，在支承垫石和支座上均标出支座位置中心线，以保证支座准确就位；支座各部分应保持完整、清洁；要防止橡胶支座接触油脂，对梁底及墩、台帽上的残留机油等应进行清洗。安装完成后，必须保证支座与上、下部紧密接触，不得出现脱空现象。对未形成整体的梁板结构，应避免重型车辆通过。

4)支座安装后，应全面检查是否有支座漏放，支座安装方向、支座形式是否有错，临时固定设施是否拆除等现象，一经发现，应及时调整和处理，确保支座安装后的正常工作，并记录支座安装后出现的各项偏差及异常情况。

(2) 临时支座安装

临时支座采用罐砂筒罐砂和放砂，在梁板架设前安放在梁板连续端，安装时按照弹出的临时支座中心线，使临时支座居中放置。每个梁板连续端设2个临时支座。临时支座的高程控制按照设计永久性支座高程控制。临时支座在湿接缝及横隔梁浇注并完成顶板负弯矩钢束张拉后拆除。

3.2.4提梁、运梁

(1)提梁

存梁区内由两台150T吊车抬吊箱梁，起吊后平移落梁到运梁车上。起吊时，先提升箱梁约50-100mm，静停5min，再次检查起吊装置是否位于负载垂直平面上，吊具有无异常，然后垂直提升箱梁，慢慢转动吊车大臂使箱梁位于运梁炮车上方，然后将箱梁高度降低至运梁炮车顶面约20mm，开始调整箱梁的位置，使箱梁中线与运梁炮车中线基本重合后，将梁落至运梁车。

(2)运梁

本工程箱梁用150吨运梁车运梁。箱梁直接从存梁区起吊吊放在运梁车上，并用钢丝绳和支撑杆在两端固定牢靠、稳固与运梁车上，运输至架桥机尾部喂梁处。

运梁前,派专人负责对运梁车经过的道路和已架桥梁进行检查,确定运输线路上无障碍物,用白线划出运梁通道上的中心线及边线,运梁车必须严格按照规定路线行驶。运梁线路路基要达到质量要求,重载启动起步应平稳,严禁急停急加速,雨雪及大风等恶劣条件下,不得进行运梁作业。

3.2.5箱梁安装

(1)架桥机架梁施工工艺流程 

根据梁片之间的距离和桥面的总宽度，采取左右幅分幅运架梁的方式，先架设右幅后架设左幅的架梁顺序。运梁车均受力在主梁上，重车道选择第3片和第4片梁，喂梁完成后原路返回存梁区装运箱梁。

(2)架设顺序

每跨梁板的架设顺序为:一端向另一端依次架设，每片梁准确落位后及时用优质的方木四角支撑，确保梁体安全稳固，安装就位后，钢筋工快速的将端、中横隔板和湿接缝钢筋进行焊接连接。

单幅单孔梁片按照先架设中梁，再依次架设一侧边梁、次边梁，最后依次架设另外一侧边梁、次边梁的顺序进行，即主梁3→主梁6→主梁5→主梁4→主梁1→主梁2。

(3)箱梁架设

箱梁通过运梁车运输至安装现场，运梁车将箱梁缓慢运至架桥机的起吊位置。梁车将箱梁运至架桥机的起吊范围点内，准备箱梁的起吊。

步骤一：架桥机于其起吊位置停放妥当，将箱梁倒运至架桥机起吊范围内。

步骤二：运梁车将箱梁运输至架桥机的起吊范围点内，准备梁板的起吊。

步骤三：运梁车将梁体前端运到架桥机后方尾架与中横梁之间时，在尾支腿可靠支垫的情况下，可用前吊梁桁车捆起梁体前端，捆梁用钢丝绳应根据梁体重量、外形尺寸事先确定好，注意不宜过长。前端天车将箱梁前端起吊之后，这时候，前端天车与运梁车前端（驱动端）托架配合，同步同向向前（前起吊天车向前行驶，运梁车行驶）行走，直至箱梁的后端吊点到达后端天车起吊点位置。

步骤四：后端天车将箱梁后端起吊，将箱梁前后端起吊至同一水平面。等前后端完全起吊之后，前后天车配合，同步同向向前行走，将箱梁起吊到其就位的垂直上空。

步骤五：通过架桥机的天车前、后纵向移动，以及架桥机的主车的横向位移系统（主车位于前、后盖梁上铺设好的专用行走轨道行走）来调整箱梁就位位置的前后、左右位置，确定箱梁的安装就位位置准确无误之后，方可落钩将箱梁于其就位点上准确就位，就位完毕之后，复查就位位置准确之后方可摘钩，准备下一片梁板的安装工作。

(5)架桥机纵向运行（过孔）

步骤一（架桥机过孔前基本状态）：架桥机两列纵导梁、提升小车、横移轨道的中心形成垂直线；后托轮距架桥机尾部位置；中托轮距前盖梁位置；1#提升小车停在中托轮装置上方，2#提升小车停在架桥机最尾部。

步骤二：拆除中托轮与纵导梁连接的U型螺栓，同时启动前支腿、后支腿液压装置，调整好后托轮高度，架桥机具备6个支点同时受力。按过孔要求将中托轮和横移轨道拉紧固定，用1#提升小车将其吊至前盖梁位置，安装固定。1#提升小车停在中托轮上方不动，后托轮移至中托轮后方处。

步骤三：启动中托轮上层轮箱，驱动纵导梁向前平移，2#提升小车随纵导梁向前平移，同时启动1#提升小车同步后移，1#提升小车位置保持在中托轮上方；纵导梁前移停止。

步骤四：运梁台车运梁至架桥机尾部，2#提升小车与预制梁捆绑牢固，作过孔配重。启动中托轮上层轮箱和运梁台车电控系统，驱动纵导梁向前平移，2#提升小车与预制梁随纵导梁同步向前平移，同时启动1#提升小车同步后移，1#提升小车位置保持在中托轮上方。

步骤五：前支腿前移至前方盖梁上方前部，放下前支腿横移轨道，垫实垫牢，调整前支腿高度并穿销轴，放下后支腿支承起纵导梁。

步骤六：将中托轮上层轮箱用U型螺栓与纵导梁下弦固结，解除下层轮箱与横移轨道的固定装置；再解除2#提升小车与配重预制梁的捆绑，1#提升小车移至配重预制梁前端，过孔完成。

参考文献

［1］周宪伟 胡龙兴  预应力混凝土小箱梁的施工技术与质量控制策略   掌桥科研  2017

［2］李元 韩明珠  不同跨度非标准预制箱梁模板通用技术研究

掌桥科研 2021