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装配式桥梁施工,从索塔到墩台一文打尽!

随着体外预应力技术的发展、体内预应力筋腐蚀等问题的出现,装配式施工方法在国内越来越火,还不赶紧来学学?


一、装配式墩台施工


装配式墩台是将高大的墩台沿垂直方向、按一定模数、水平分成 若干构件,在桥址周围的预制场地上进行浇筑,通过车船运输至现场,起吊拼装。


(一)装配式墩台:


主要特点:可以在预制场预制构件,受周围外界干扰少,但相对来说,对运输、起重机械设备要求较高。装配式柱式墩系将桥墩分解成若干构件,如承台、柱、盖梁(墩 帽)等,在工厂或现场集中预制,再运送到现场装配成桥墩。其施工工序主要为预制构件、安装连接与混凝土填缝。其中拼装接头是关键工序,既要牢固、安全,又要结构简单便于施工。


常用的拼装接头有以下几种:


1.采用有粘结后张预应力筋连接构造


有粘结后张预应力筋连接构造往往配合砂浆垫层或环氧胶接缝构造实现节段预制桥墩的建造,方案中的预应力筋可采用钢绞线或精轧螺纹钢等高强钢筋。该构造特点是预应力筋通过接缝,实际工程应用较多,设计理论和计算分析以及施工技术经验成熟。不足是墩身造价相对传统现浇混凝土桥墩要高许多,同时现场施工需对预应力筋进行张拉、灌浆等操作,施工工艺复杂,施工时间较长。


2.灌浆套筒连接


预制墩身节段通过灌浆连接套筒连接伸出的钢筋,墩身与盖梁或承台之间的接触面往往采用砂浆垫层,墩身节段之间采用环氧胶接缝构造。构造特点是施工精度要求较高,现场施工所需时间短,同时也不需要张拉预应力筋,现场工作量显著减小,其正常使用条件下的力学性能与传统现浇混凝土桥墩类似,因此具有一定的经济优越性。从国外应用经验看,低地震危险区已开始广泛应用,高地震危险区域的应用和科学研究还在进行中。


3.灌浆金属波纹管连接


该连接构造常用于墩身与承台或墩身与盖梁的连接,预制墩身通过预埋于盖梁或承台内的灌浆金属波纹管连接墩身内伸出的钢筋,在墩身与盖梁或承台之间的接触面往往采用砂浆垫层,墩身节段之间采用环氧胶接缝构造,见图5所示。该构造现场施工时间短,但需要满足纵筋足够的锚固长度,其力学性能与传统现浇混凝土桥墩类似。目前国外已有少数桥梁使用这种连接构造进行施工,高地震危险区域内应用较少,其抗震性能如何目前仍在研究中。


4.插槽式连接


插槽式连接构造如图6所示,已在一些桥梁工程中得到应用,主要用于墩身与盖梁、桩与承台处的连接,与灌浆套筒、金属波纹管等相比,优点是所需施工公差可以大一些,现场需要浇筑一定的混凝土。



5.钢筋焊接或搭接并采用湿接缝


预制拼装桥墩预先伸出一定数量的钢筋以便与相邻构件预留钢筋搭接,需设临时支撑,钢筋连接部位需通过后浇混凝土(湿接缝)方式连接,这也是目前国内较多采用的节段拼装桥墩的设计思路。采用该构造建造桥墩,力学性能往往与传统现浇混凝土桥墩类似,但湿接缝的存在会增加施工时间和现场钢筋搭接、浇筑的作业量,从快速施工角度考虑,该方案存在一定不足。


6.承插式连接


承插式接缝连接构造是将预制墩身插入基础对应的预留孔内,插入长度一般为墩身截面尺寸的1.2~1.5倍,底部铺设一定厚度的砂浆,周围用半干硬性混凝土填充。优点是施工工序简单,现场作业量少;不足是接缝处的力学行为如何,特别是抗震性能如何,尚需进一步研究。国内北京积水潭桥采用该连接构造建造,美国一些桥梁也采用该连接构造进行建造。


预制拼装立柱的抗震性能


预制立柱的抗震性能是阻碍全预制拼装技术在高地震危险区域桥梁中应用的一个技术难题,为了实现全预制拼装技术的全面推广应用,必须对预制拼装立柱的抗震性能展开深入的研究。


以典型实际工程桥墩构造为原型,选取套筒、波纹管和有粘结预应力筋三种预制拼装连接方式,进行了矩形实心节段预制立柱的低周反复水平加载缩尺试验研究,通过对不同构造细节下节段预制立柱试件的拟静力试验和有限元数值分析,研究了不同构造方式下节段预制立柱的滞回特性、延性变形、接缝处的非线性力学行为、损伤和破坏机理等。


试验结果表明,采用套筒、波纹管预制拼装连接构造的桥墩与传统现浇混凝土桥墩相比,具有相近的抗震性能,可满足预期抗震性能的要求。有粘结预应力筋连接预制拼装桥墩具有与现浇混凝土桥墩相近的变形能力,但耗能能力较弱。此外,通过计算分析、连接装置试验、对整批试件的制作和运输过程的研究表明,套筒和波纹管两种预制拼装连接方式,立柱总体受力、构造连接、抗震性能和整个施工工艺细节均可以满足当前设计和施工的要求,可用于工程实践。


应用实例:



装配式柱式墩台施工应注意以下几点:


(1)墩台柱构件与基础顶面预留杆形基座应编号,并检查各个墩、 台高度和基坐标高是否符合设计要求;基口四周与柱边空隙不得小于2cm。


(2)墩台柱吊人基杯内就位时,应在纵、横方向测量,使柱身竖直度或倾斜度以及平面位置均符合设计要求;对重量大、细长的墩柱,需用风缆或撑木固定后,方可放吊钩。


(3)在墩台柱顶安装盖梁前,应先检查盖梁上预留槽眼位置是否符合设计要求,否则应先修凿。


(4)柱身与盖梁(墩帽)安装完毕并检查符合要求后,可在基杯空隙与盖梁槽眼处浇筑稀砂浆,待其硬化后,撤除楔子、支撑或风缆,再在楔子孔中灌填砂浆。


(二)预应力技术墩台


随着预应力技术的成熟与发展,预应力开始应用于墩台上,特别是后张法预应力钢筋混凝土装配式墩台。它的施工方法与装配式柱式墩台施工方法相似,除了安装时的连接接头处理技术之外,节段预制构件之间的连接方式主要依赖于预应力钢束。


后张法预应力钢筋混凝土装配式墩台采用的预应力钢材主要有高强度低松弛钢丝和冷拉Ⅳ级粗钢筋两种。后张法预应力钢筋混凝土装配式墩台的预应力张拉方式有以下两种:张拉位置可以在墩帽顶上张拉;亦可以在墩台底的实体部位张拉。一般采用墩帽顶上张拉。


1.墩帽顶上张拉预应力钢束其主要特点是:


①张拉操作人员及设备均处于高空作业,张拉操作虽然方便,但安全性较差;②预应力钢束锚固端可以直接埋人承台,而不需要设置过渡段;


③在墩底截面受力最大位置可以发挥预应力钢束抗弯能力强的特点。


2.墩底实心体张拉预应力钢束其主要特点是:


①张拉操作人员和设备均为地面作业,安全方便;


②在墩底处要设置过渡段,既要满足预应力钢束张拉千斤顶安放要求,同时又要布置较多的受力钢筋,满足截面在运营阶段受力要求;


③过渡段构件中预应力钢束的张拉位置与竖向受力钢筋相互关系较为复杂。 预应力钢束的张拉要求、预应力管道内的压浆要求与预应力混凝土梁的要求一致。


应用实例:


(1)预制工艺流程:


承台墩身整体模板桁架体系总重量约420t,采用全钢模设计,主要分为:模板体系、桁架体系、滑移系统及调整系统四个部分。整体一次精确定位。


模板体系:承台外模、承台底模、墩身外模、承台预留孔模板、墩身内模及承台顶面压模。

桁架体系:承台桁架与墩身桁架两部分,支承在滑移系统上。

滑移系统:滑道与滑移装置。

调整系统:模板到位后的微调措施,包括水平调整千斤顶与楔块。

承台及底节墩身混凝土浇筑:

承台及底节墩身混凝土浇筑完成拆模:


(2)埋床法全预制基础:


采用一套集吊装、导向调位、安装一体化的悬挂系统,该系统除具备预制墩台吊装和悬挂功能外,还具备包括墩台垂直度、竖向标高、平面内位置等调位功能,调位精度达到0.5mm。


二、索塔施工


(一)混凝土索塔:


1.工程难点


索塔高、柔,极易受日照、温变和风等因素影响,线性控制难度大;

锚固区首次采用钢锚箱,精度要求高,施工控制难度大;

索塔高且离岸远,测量精度难以保证;

大风天气多,有效作业天数少。


2.关键技术


混凝土索塔控制技术;

钢锚箱安装控制技术。



(二)钢索塔:



三、钢梁悬拼施工


悬臂拼装法是将预制好的节段,用支承在已建成悬臂上的专门悬拼吊机,悬吊于梁位上逐段拼装,与已成型节段锚固后,在拼装下一节段,拼装长度一般2-5m为宜。


悬拼按照起重吊装方式的不同分为:浮吊悬拼、牵引滑轮组悬拼、连续千斤顶悬拼、缆索起重机(缆吊)悬拼及悬臂吊机。悬拼的核心是梁的调运与拼装,梁体节段的预制是悬拼的基础。悬拼施工工序主要包括梁体节段的预制、移位、存放、运输;梁段起吊拼装;悬拼梁体体系转换;合拢段施工。



四、混凝土节段梁施工


(一)预制节段(钢筋砼节段、钢梁节段)拼装施工法:是将桥梁的梁体纵向划分为若干节段块,在工厂里或桥位附近的预制场内预制后,运至桥位,然后通过施加预应力,将节段块组拼成为整体结构。是近四十年内才发展起来的施工方法,被广泛应用于钢筋混凝土及钢桥施工中。


(二)节段的预制主要有长线台座法和短线台座法。


1.长线台座法:就是按照设计的制梁线型,将所有的块件在一个长台座上一块接着一块的匹配预制,使两块间形成自然匹配面。该方法的优点是容易控制几何形状,而且在预制过程中不积累偏差,对于已制块件的偏差可以通过下一个块件及时调整,更可多点同时匹配预制,加快施工进度,除此之外,使用该方法预制构件完成脱模后,不必立刻转运到贮放地。但是该方法也有如下不足:①占地面积大;②台座必须建筑在坚固的基础上面。③弯桥还需形成所需曲度。④浇筑、养生等设备都是移动式的。


2.短线台座法:施工是指每个节段的浇筑均在同一个模板内进行,其一端为一个固定模,而另一端为一个先浇筑的节段,模板的长度仅为一个节段的长度,模板是不移动的,而梁段则由浇筑位置移至匹配位置后运至存梁场。这种方法占地面积较小,可以形成流水线作业,提高了施工速度,适用于节段类型变化较多,模板倒用较频繁的工程需求。它的不足之处主要在于要求匹配段必须非常精确的放置,因而需要精密的测量仪器设备以及精确的测量和控制方法。


(三)混凝土节段梁预制:


1.节段梁搬运:节段合理搬运的起吊点应选取合适,以便把节段应力控制在允许的范围内。


2.节段梁堆放:节段必须按能避免翘曲和二次应力的方式堆放,地坪能为节段提供良好的支承;节段的腹板下方和紧靠腹板处应支架起来,叠堆时应将上面节段的重量由腹板直接传递,避免顶、底板弯曲传力。


3.节段梁运输:由于混凝土梁体节段自重较大,因此混凝土梁体节段预制场地一般选在离桥位较近处,采用轮胎式搬运机、运梁车或运梁轨道车运输至桥位拼装。


(四)节段梁拼装:


1.满堂支架法:


2.少支架法(多用于钢梁):由于满堂支架要求对桥下整个地基进行处理,费用较大,施工周期长。因此条件允许的情况下一般将节段加长,采用少支架形式进行拼装施工。


3.逐跨拼装法:是上部结构按一个方向架设,一次完成一跨。在施加预应力前,预应节段通过下悬梁(主梁下方)或架桥机(主梁上方)临时支承。架设完的主梁可以简支在桥墩上,也可通过后张预应力将几孔联成连续结构。


适合中小跨径、全体外和体内外混合的预应力凝土简支梁桥、逐跨简支变连续的连续梁桥。施工方法主要设备是一根长度小于(或大于)两倍标准跨长的钢桁架导梁、起吊平车、导梁行进及调整等设备组成。


如果节段位于导梁下用吊挂方式拼装,架桥机称为上导梁式架桥机;如果节段位于导梁之上用支撑方式拼装,架桥机称为下导梁式架桥机;导梁将承受一跨预制节段的重量。


4.平衡悬臂法:是以一个桥墩为中心,对称顺序拼装节段。每一节段与前面的已装节段达成一体,自我平衡,并作为下一节段的拼装基础。对于每个施工步骤,悬臂结构通过张拉设置在箱梁节段中的预应力钢束来确保其安全和稳定。节段的吊装则可通过桥面支承吊机、导梁或地面起重机进行。



适合悬臂施工的、中大跨径体内外混合的预应力混凝土桥梁


5.悬臂拼装法:利用在已拼结构悬臂上移动的简单装置,来保证节段起吊、平移和拼装;起吊设备装在平车上,平车在桥面轨道上行驶。



适合悬臂施工的中大跨径桥梁


6.缆索吊装法:利用悬挂的缆索运输和安装构件的施工方法,一般适用于拱桥的拱肋或梁体以及悬索桥主梁施工。


体外预应力筋安装:体外预应力钢绞线束通常采用HDPE管作为外套管,为使钢绞线在外套管内排列整齐,并有可能实现单根钢绞线调整、更换,应采用按序单根安装的方法。


(五)体外预应力筋调整与更换


1.当体外预应力筋拉力需要调整时,可卸掉保护罩、清除防腐油脂,采用专用千斤顶张拉或放松钢绞线,然后重新安装保护罩、注满防腐油脂;


2.当体外预应力筋需要更换时, 采用专用连接器将新、旧钢绞线连接,抽出老钢绞线、拉入新钢绞线,然后张拉、重新安装保护罩、注满防腐油脂。


(六)节段接缝拼接方法通常采用三种方法处理:


1.不作处理的干接缝;


2.涂以环氧树脂的胶接缝;


3.浇以水泥混凝土的湿接缝。


湿接缝主要用于合拢节段或连接段;体内、体外混合预应力桥梁和循环冻融地区应采用胶接缝,胶接缝处体内预应力筋管道口拼合前应设密封垫圈。


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