目前,大部分墩台仍采用现浇施工。一般墩台采用定型钢模板分节段浇筑,如图 3.1 所示。高墩或桥塔一般使用滑模、爬模、翻模施工工艺(详见项目 7 斜拉桥施工)。
现浇墩台施工工艺流程大致可分为:基础处理→绑钢筋→立模板→浇筑混凝土(详见项目 4)。
①明挖基础上灌注墩台第一层混凝土前,要洒水、铺塑料布,防止混凝土中的水分被基础吸收或基顶水分渗入混凝土而降低强度。
②墩台混凝土浇筑前,应对基础混凝土顶面凿毛处理,清除锚筋污锈,浇筑混凝土前最好撒一层与混凝土水灰比相同的水泥浆。
图 3.1 定型钢模板
③墩台混凝土浇筑按照大体积混凝土(现场浇筑的最小边尺寸≥1 m,且必须采取措施以避免因内外温差过大导致裂缝的混凝土)浇筑及质量控制:
a.宜选用低水化热和凝结时间长的水泥品种。粗集料宜采用连续级配,细集料宜采用中砂。宜掺用可减少混凝土早期水化热的外加剂和掺合料,外加剂宜采用缓凝剂、减水剂;掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。
b.进行配合比设计时,在保证混凝土强度、和易性及坍落度要求的前提下,宜采取改善粗集料级配、提高掺合料和粗集料的含量、降低水胶比等措施,减少单方混凝土的水泥用量。
c.大体积混凝土进行配合比设计及质量评定时,可按 60 d龄期的抗压强度控制。
d.大体积混凝土施工应提前制订专项施工技术方案,并应对混凝土采取温度控制措施。在浇筑后按设计要求对混凝土内部和表面的温度实施监测和控制。应使其内部最高温度不大于 75 ℃ 、内表温差不大于 25 ℃ 。通常在钢筋骨架内部设置循环冷水管的措施来降低内部温度。
e.大体积混凝土可分层、分块浇筑,分层、分块的尺寸宜根据温控设计的要求及浇筑能力合理确定。每层高度宜为 1.5 ~ 2 m;分块浇筑时,接缝应与墩台截面尺寸较小的一边平行,邻层分块接缝应错开,接缝宜做成企口形,如图 3.2 所示。当结构尺寸相对较小或能满足温控要求时,可全断面一次浇筑。
①模板、支架稳定计算中应考虑风力影响。
②墩台柱与承台基础接触面应凿毛处理,清除钢筋污锈;浇筑前应铺同配合比的水泥砂浆一层;墩台柱的混凝土宜一次连续浇筑完成。
③柱身高度内有系梁连接时,系梁应与柱同步浇筑。 V形墩柱混凝土应对称浇筑。
图 3.2 分层分块浇筑示意图
④钢管混凝土墩柱应采用补偿收缩混凝土,一次连续浇筑完成。
⑤采用预制混凝土管做柱身外模时,应注意预制管与基础以及管节之间接头的密封性,混凝土管外模应设斜撑,保证浇筑时的稳定。
①桥墩较矮以及空间不受限制时,可采用传统的满堂支架法施工盖梁(此法不推荐),如图 3.3 所示。
②宜采用抱箍(整体组装模板、快装组合支架)施工盖梁,可减少支架工作量与减少占路时间,如图 3.4 所示。
③盖梁为悬臂梁时,混凝土浇筑从悬臂端开始。
图 3.3 满堂支架现浇盖梁
图 3.4 抱箍支架现浇盖梁
一直以来,桥梁工程的装配式施工做得非常好,但仅限于上部结构。近年来,国家大力推行装配式建筑,桥梁下部结构的装配式施工在此背景下也在慢慢兴起并成为趋势(图 3.5)。下面以宁波-舟山港主通道项目为例讲解预制装配下部结构。
图 3.5 立柱预制、墩身预制
在专用的胎架上绑扎立柱钢筋骨架。在翻转台架上安装立柱模板,将钢筋骨架整体吊装至翻转台架的模板内,安装上面模板。利用龙门吊将安装好的模板整体翻转竖直,并将模板整体吊运至预制台座,固定好底部模板与底座的螺栓。安装顶部操作平台,检查垂直度合格后,利用汽车泵浇筑混凝土。模板拆除后,采用专用的养护罩覆盖保湿养护。立柱钢筋骨架底部和顶部分别设置了定位板和定位架,确保灌浆套筒和主筋位置、间距精准。
立柱预制流程如图 3.6 所示。
图 3.6 立柱预制流程
桥面运梁车将立柱水平运输至架桥机尾部。两台天车将立柱吊运到前端。两台天车配合,完成立柱翻转竖直,安装牛腿、清洗半灌浆套筒。立柱吊装对位试拼装,试拼后提起立柱约 30 cm,铺设砂浆垫层。垫层铺好后,下放立柱,调整平面位置和垂直度。待砂浆垫层达到一定强度后,进行正式安装与孔道压浆。立柱安装流程如图 3.7 所示。
图 3.7 立柱安装流程
①基础杯口的混凝土强度必须达到设计要求,方可进行预制柱安装。杯口尺寸在安装前应校核确认。杯口与预制柱接触面均应凿毛处理,埋件应除锈并校核位置。
②预制柱安装就位后应采用硬木楔或钢楔固定,并加斜撑保持柱体稳定,在确保稳定后方可摘去吊钩。
③安装后应及时浇筑杯口混凝土,待混凝土硬化后拆除硬楔,浇筑二次混凝土,待杯口混凝土达到设计强度 75%后方可拆除斜撑。
在胎架上绑扎盖梁钢筋骨架。将盖梁钢筋骨架整体吊装到底模台座上,安装侧模和端模;利用汽车泵浇筑混凝土;模板拆除后,采用专用养护罩保湿养护;待混凝土强度和弹性模量达到设计值的 90%以上时,完成预应力张拉及孔道压浆。盖梁钢筋骨架底部设置定位板,确保灌浆套筒位置、间距精准。
①预制盖梁安装前,应对接头混凝土面凿毛处理,预埋件应除锈。
②在墩台柱上安装预制盖梁时,应对墩台柱进行固定和支撑,确保稳定。
③盖梁就位时,应检查轴线和各部尺寸,确认合格后方可固定,并浇筑接头混凝土。接头混凝土达到设计强度后,方可卸除临时固定设施。
盖梁预制流程和盖梁安装分别如图 3.8 和图 3.9 所示。
图 3.8 盖梁预制流程
图 3.9 盖梁安装
装配式施工过程主要包括 3 个阶段:预制构件制作、预制构件运输与堆放、预制构件安装与连接。这 3 个阶段均会涉及起重机械的吊装。桥梁构件自重大,吊装危险性高,为保证吊装安全、产品质量,必须进行吊装验算。本节简单介绍最常见的汽车吊吊装计算步骤与原理。
施工场地狭小,需根据实际情况选择汽车吊最合适的位置。确定吊车站位通常需要考虑的因素有:
①吊车站位处场地是否平整压实,作业半径内是否有遮挡。
②吊车站位处的作业半径与吊物的最大质量是否匹配满足(可直接查阅该型号吊车产品介绍书)。
③验算吊车站位处地基承载力是否满足。
根据起吊物重力计算出钢丝绳内力:
根据《重要用途钢丝绳》(GB 8918—2006)选择相应钢丝绳,计算其容许拉力:
N < P 时,所选钢丝绳满足要求。
式中 N ——每根钢丝绳索具的拉力;
Q ——最大吊装构件重力;
n ——吊索根数;
α ——吊索钢丝绳与吊装构件水平夹角, α ≥60 ° ;
K 1 ——吊装时动载系数,取 1.1 ~ 1.5;
P ——钢丝绳容许拉力;
Ψ ——钢丝捻制不均折减系数,对 6×37 绳, Ψ = 0.82;
S ——钢丝绳规格表中提供的钢丝绳最小破断拉力;
K 2 ——吊索钢丝绳的安全系数,取 8。
为保证汽车吊在吊装过程中的稳定,需进行起重机整体抗倾覆稳定性验算:当稳定力矩的代数和大于倾覆力矩的代数和时,可以认为该起重机抗倾覆性能是稳定的。计算简图如图3.10 所示,对支腿 O 点取矩。尽量选择在无风天气吊装,可不计风荷载。
图 3.10 最不利吊装工况计算简图
抗倾覆稳定系数: 时,满足要求。
式中 G ——汽车吊自重+配重;
L 1 ——支腿全伸或半伸距离(查阅汽车起重机产品介绍书);
Q ——最大吊装构件重力,并考虑动载系数 1.1 ~ 1.5。
L 2 ——汽车吊站位处最大作业半径。
汽车吊支腿全伸或半伸工作时,最不利的情况是三点着地:
F/ = ( G + Q ) /3
在 σ = F/ S <[ σ ]时,地基承载力满足要求。
式中 F ——单个支腿最大支承力;
σ ——汽车吊对路基的最大应力;
[ σ ]——地基承载力特征值;
S ——支腿下垫钢板箱的面积。