公路施工：桥台盖梁预制装配式施工工法

1 桥台盖梁预制装配式施工工法桥台盖梁预制装配式施工工法 GGG浙C2※※※-2016 裘闻亮 张元光 李云超 徐炳 陈卫民 （宁波交通工程建设集团有限公司） 1 1 前言前言 在梁桥的施工中，桥梁立柱及盖梁的建造一般以人工绑扎钢筋、现场浇筑混凝土为主的传统施工 模式，其特点为需搭设支架和模板，安全风险大；现场作业需大量劳动力；施工效率低，施工周期长； 对既有道路交通影响大，社会影响面大；粉尘、泥浆、噪声、灯光等环境因素干扰大，文明施工难以 满足社会公众要求；这种粗放型的施工模式导致工程建设行业整体能耗高，浪费严重。为突破传统桥 梁立柱及盖梁施工模式的缺陷，采用工厂化预制、现场快速装配是解决以上问题的有效途径。这就要 求除预制装配式桥台盖梁和现浇立柱结构受力可靠安全以外，盖梁预制构件和现场立柱必须有比较 高的精度，才能确保装配工序施工顺利进行和达到预期的工程质量目标。 在 S319 省道甬（宁波）余（余姚）线江北段（K10025～K19200）省道改造提升项目中，进行 预制装配式盖梁和现浇立柱试点。根据施工现场特点，首先进行预制装配式桥台盖梁试验，取得成功 经验后再推广到一般盖梁、立柱的预制装配式施工。按设计要求，预制盖梁与现浇立柱采用锚固钢筋 连接，预制盖梁锚固孔内径 6cm，现浇立柱锚固采用精轧螺纹钢筋32mm,可见预制盖梁锚固孔与现 浇立柱锚固钢筋连接对中余地较小，定位安装需要较高的精度。本次试验为浙江省内首次科研试验， 预制拼装混凝土桥梁下部结构设计施工关键技术研究课题已列入宁波市交通运输委员会 2015 年 科技计划项目（201507），目前已取得了阶段性成果，研发的预制装配桥梁盖梁定位装置实用新 型专利已获得了国家知识产权局的授权（专利号ZL201520925803.8）,并编制了施工工法。 2 2 工法特点工法特点 （1）钻孔灌注桩桩基施工严格控制桩位偏位，减少接桩现浇立柱位置误差。 （2）研制刚度较大的预制装配桥梁盖梁专用定位架，精确定位预制盖梁锚固孔道与现浇立柱锚 固钢筋的位置。 （3）震动打桩机打入台后路基吊车支腿垫板底承载临时钢管桩，避免大吨位吊装荷载引起桩基 和立柱的水平位移乃至路基失稳，影响已精确定位的立柱顶坐标。 （4）盖梁吊装阶段接入视屏监控，吊装指挥人员通过手持视频设备，实时掌握盖梁与立柱吊装 动态，保证吊装过程的准确性和安全性。 3 3 适用范围适用范围 适用于新建、改扩建桥台盖梁预制装配施工，也适用一般桥墩盖梁的预制装配施工。 4 4 工艺原理工艺原理 根据预制盖梁锚固孔道与现浇立柱锚固钢筋高精度装配的特点， 严格控制钻孔灌注桩桩基和现浇 第 1 页 共 25 页 2 立柱的接桩偏位，同时借助于定位架精确定位预制盖梁锚固孔道与现浇立柱锚固钢筋的位置，以及设 置台后路基吊车支腿垫板底承载临时钢管桩避免大吨位吊装荷载引起桩基和立柱的水平位移乃至路 基失稳，吊装指挥人员通过现场视频实时监控吊装实况并及时准确指挥，强化预制盖梁和立柱连接处 高压注浆以及锚固措施，实现盖梁准确安装和质量保证的目的。 4.1 大吨位吊装荷载引起桩基和立柱的水平位移及路基失稳性验算 大吨位吊装荷载可能引起桩基和立柱的水平位移乃至路基失稳，影响已精确定位的立柱顶坐标。 由于盖梁预制安装工地现场为单幅通车单幅施工，吊车安排在单幅施工路基内进行，图 1～2 为两台 吊车的布置图，钢板桩为桥台台后路基施工围护桩。 图 1 预制盖梁安装吊车平面布置图 图 2 预制盖梁吊装立面图 采用 ADINA 软件（9.0）建立大吨位吊装阶段台后路基稳定计算模型，二维分析吊装阶段预制盖 梁吊装台后路基稳定分析验算。 通过逐渐加载试算， 发现模型出现不收敛现象时的荷载为 34.5kPa75 kPa。在 34.5 kPa 荷载下的竖向位移和侧向位移云图见图 3～图 4，最大竖向位移发生在前加载面底 面（靠近河道侧的加荷底面），最大位移值为 43.9 mm；最大侧向位移发生在路基顶面围护钢板桩端 部，最大侧向位移值为 9 mm。 图 3 路基竖向位移图 图 4 钢板桩侧向位移图 经计算分析，现有桥台后路基在吊装阶段将整体失稳而破坏，需采取加固措施。经多方案分析比 较后，采用受力明确、施工简单、费用低廉、材料重复使用的开口钢管桩对吊机支腿部位地基进行加 固，每个支腿由 4 根长 13m、直径 70cm 的钢管桩承受所有吊装荷载，确保盖梁精确定位和吊装安全。 4.2 定位架定位预制盖梁锚固孔位与现浇立柱锚固钢筋的位置并观测监控 第 2 页 共 25 页 3 定位架精确定位预制盖梁锚固孔道与现浇立柱锚固钢筋的位置，在预制盖梁吊装阶段，在立柱顶 设置观测点，用全站仪进行观测立柱顶的变位情况。同时盖梁表面埋设应变仪，测量并分析盖梁在工 厂内预制成型和安装完成后的应变、应力状况，复核盖梁吊装结果与设计要求应变、应力变化，确保 安装质量和结构安全。 4.3 预制盖梁锚固孔位与现浇立柱锚固钢筋锚固扭矩确定 锚固钢筋由锚固钢筋压浆材料粘结，锚固钢筋在锚固螺栓紧张力的作用下，粘结剪应力与压浆孔 道孔壁之间的相对位移成正比（图 5），则 压浆嘴 立柱 锚固浆料 垫石混凝土 橡胶垫块 密封圈 盖梁螺栓 锚固钢筋 压浆抱箍 F0 x 锚固浆料 锚固钢筋 0 Fx M 盖梁 x S S x x x截面 图 5 锚固钢筋受力计算图式                0 4 // 2 FDM DE xF x DdxxxF BdxxKBxKsx x l x l     1 式中 xx截面处锚固钢筋压浆材料粘结作用下锚固钢筋表面的粘结力， 也即锚固钢筋压浆材料 的剪切应力，MPa； xsx截面处锚固钢筋与压浆孔道孔壁之间的相对位移，m； xx截面处锚固钢筋的拉应变； xFx截面处锚固钢筋的轴力，MN； K 21 21 KK KK K  ； 1 K为锚固钢筋压浆材料的剪切刚度，MPa； 2 K为盖梁混凝土的剪切 刚度，MPa； D锚固钢筋直径， m； B锚固钢筋与压浆孔道之间的空隙宽度，一般为D5 . 0，m； l锚固钢筋锚固段长度，即盖梁高度，m； 第 3 页 共 25 页 4 E锚固钢筋的弹性模量，MPa； M扭紧锚固钢筋螺栓的扭矩（mMN ）。 解式（1）得 D EKx Cex /8   （2） 式中 C积分常数； 当0x，][0 C，][为锚固钢筋压浆材料的容许粘结强度即锚固钢筋压浆材料的 容许剪切强度，MPa； 当lx ， D EKl Cel /8  ，为锚固钢筋压浆材料的剪切刚度，MPa； 一般05. 0 E K ～1 . 0,当15 D l 时，得 ][0105 . 1 61 . 0815 /8    CCeCel D EKl EK D e EK D