李永强杭州湾跨海大桥m预应力混凝土箱梁梁场预制技术及质量控制要点.doc
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中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文2006年
杭州湾跨海大桥70m预应力砼箱梁
梁场预制技术及质量控制要点
李永强孙国安李志敏关红军
(铁道科学研究院,北京100081)
提要本文介绍了杭州湾跨海大桥70m预应力砼箱梁的钢筋整体绑扎及吊装、模板拼装及吊装、混凝土浇筑与养护、预应力管道制作及后张法预应力张拉、真空辅助压浆等预制施工技术及质量控制要点。
关键词杭州湾跨海大桥,后张法预应力,70m砼箱梁,预制施工技术,质量控制。
1概述
杭州湾跨海大桥是国道主干线同三线跨越杭州湾的便捷通道。
大桥全长36km,其中长18.27km的上部结构采用70m预应力砼预制箱梁,总计540片,分布在大桥的南引桥、北引桥、中引桥,及南、北航道桥高墩区。
70m预应力砼预制箱梁采用C50海工耐久高性能混凝土,标准段单片箱梁混凝土方量824.9m3,共计约46万立方米。
全部70m箱梁均在海盐预制场预制,由两艘运架一体船吊运至桥位进行架设。
箱梁设计参数详见表1,跨中截面如图1所示。
表170m预应力混凝土箱梁概况表
预制区域
数量
结构型式
预应力钢束及布置
北航道桥北引桥
14片
主梁顶宽:
15.8m,主梁底宽:
6.25m,
主梁梁高:
4.0m,梁侧悬臂:
3.9m
悬臂端厚:
20cm,悬臂根厚:
50cm,
顶板在箱室内跨度:
6.97m,
顶板厚度:
27cm~55cm,
桥面横坡:
2.0%,底板厚度:
25cm~40cm~65cm~95cm,
腹板坡度:
1:
4.09,
腹板厚度:
50cm~70cm~110cm,
自重2140T(中跨),2160T(边跨)。
腹板预制束(15-22),
底板预制束(15-19),
腹板合拢束(15-12),
边跨底板合拢(15-19),
中跨底板合拢(15-12)
顶板合拢束(15-19),
顶板预应力束(15-4)按0.6间距布置。
北航道桥南引桥
28片
低墩区引桥中引桥
268片
南航道桥北引桥
20片
南航道桥南引桥
23片
低墩区引桥南引桥水中区
169片
低墩区引桥南引桥水中区加宽段
18片
主梁顶宽:
10.85m
主梁底宽:
4.4m
主梁梁高:
3.785m
李永强,男,1964.5出生,工学硕士,副研究员
图1箱梁跨中截面图
杭州湾跨海大桥70m预应力砼箱梁预制场位于大桥北岸的浙江省海盐县。
预制场共设制梁台座8个、存梁台座24个、横移滑道8对、纵移滑道1对、腹板钢筋预扎台座4个、顶板钢筋预扎台座4个、内模拼装台座4个。
70m箱梁采用单幅整孔箱梁在台座上预制,通过横移滑道液压顶推横移、存梁台座存梁、轮轨台车纵移至出海栈桥、经栈桥横移至出海码头,由浮吊船吊运架设。
70m预应力砼箱梁单片自重达2160t(边梁),为减少箱梁预制过程中台座的不均匀沉降,制梁台座两端箱梁支点位置采用φ1.5m钻孔桩,桩长65m,台座中部采用条形基础,条形基础下为钻孔桩,直径φ0.8m,长29.1m,外侧两个条形基础为L形梁。
2箱梁预制技术及质量控制
70m箱梁所采用的C50海工耐久性混凝土,具有良好的工作性能、较高的强度、海洋环境下对腐蚀的耐久性、不易开裂性。
在施工过程中,试验实测砼28d抗压强度为51~70MPa,12周氯离子扩散系数为0.4×10-12~1.2×10-12m2/s。
箱梁预制中,钢筋制安技术的应用及保护层厚度控制、模板的制作安装、砼浇筑养护、预应力张拉等环节均对C50海工高性能耐久性砼的质量产生一定的影响。
在70m箱梁预制施工中,针对各个环节的特点,应用新工艺,进行了质量控制,取得了很好的效果,特别是较好地防止了梁体砼的早期开裂。
2.1钢筋整体制安技术及质量控制
2.1.1为了保证钢筋安装的工程质量和缩短施工周期,箱梁底板腹板钢筋在特制的底腹板钢筋胎具上进行整体绑扎,顶板钢筋在特制的顶板钢筋胎具上进行整体绑扎,然后分别整体吊装入模。
在胎具上绑扎钢筋应满足以下要求:
(1)胎具的各部尺寸严格按照钢筋绑扎规范要求进行制作。
(2)测量定出胎具上钢筋骨架的纵横向中心线、墩中心线控制点。
(3)胎具底侧面平整,保证保护层厚度的准确均匀。
(4)胎具上的钢筋间距控制槽应均匀布置。
2.1.2为了保证钢筋的保护层厚度,在钢筋与模板之间设置特种塑料垫块,垫块应与钢筋连接牢固,并按照梅花形错开布置,底板及翼缘板底面间隔不大于0.8m,腹板处不大于1.2m。
要求在钢筋易变形和受力较大的地方,对保护层垫块适当加密。
2.1.3钢筋加工及安装的质量要求
钢筋加工及安装应符合《公路工程桥涵施工技术规范》的要求。
钢筋绑扎时,其扎丝头不能过长且均须进入钢筋骨架区域内,不得外伸至保护层内。
2.1.4箱梁钢筋整体吊装
钢筋安装分底腹板和桥面板钢筋两部分。
采用两台120t龙门吊及特制钢筋吊架分别将钢筋骨架抬吊至制梁台位上安装。
底腹板及桥面钢筋骨架应有足够的刚度,共设吊点276个,吊点设置在外层骨架钢筋上。
起吊时应在钢筋骨架内穿入钢管作分配梁,将吊钩直接挂在钢管上,以免造成钢筋变形或脱钩。
由于桥面钢筋纵横向平面尺寸较大,为提高钢筋骨架的刚度,桥面横向应加设焊接骨架。
焊接骨架可在上下层受力钢筋间焊接忖铁形成,忖铁采用直径不小于Φ12钢筋,间距不大于1.0m。
焊接骨架钢筋间距顺梁长向不大于3.0m。
2.2模板制安技术及质量控制
2.2.1钢模板制造应符合以下的要求
(1)钢模板面板厚度分别为14mm(底模)、10mm(侧模)、8mm(内模)。
钢模板具有足够的强度、刚度和稳定性,能可靠地承受施工中的各种荷载,以保证结构物各部尺寸、形状准确。
模板的全长及跨度考虑反拱度及预留压缩量。
采用标准化、系列化、通用化的模板。
(2)模板板面平整、接缝严密不漏浆。
模板与混凝土接触面的面板焊缝应打磨平整,不应有焊疤、凹坑、烧伤等现象。
2.2.2箱梁钢模板安装
(1)底模安装
预制场共设底模8套,每个制梁台座一套。
底模底部加劲肋与台座条型基础预埋钢板焊接连接。
钢底模在正常使用时,应随时用水平仪检查底板的反拱及下沉量,不符合规定处均应及时整修。
及时清除底板表面与橡胶密封条处的残余灰浆,均匀涂刷隔离剂。
(2)侧模板安装
预制场共设侧模4套,每两个制梁台座共用一套,侧模在台座间利用侧模移动台车在侧模轨道上进行移动。
安装前检查:
板面是否平整、光洁、有无凹凸变形及残余粘浆,模板接口处应清除干净。
侧模安装完后,用螺栓联接稳固,并上好全部拉杆。
调整其它紧固件后检查整体模板的长、宽、高尺寸及不平整度等。
钢模安装应做到位置准确,连接紧密,侧模与底模接缝密贴且不漏浆。
(3)端模安装
预制场共设端模4套,每套端模由6段拼装而成,各段之间利用螺栓连接,利于模板拆除和控制变形。
安装前事先将预应力锚垫板安装,确保锚垫板与砼面密贴平整。
端模安装采用龙门吊及人工配合施工。
(4)内模安装
预制场共设内模4套,与侧模成对配置,内模为液压分段式结构,在内模拼装台座拼装,采用龙门吊整体吊装入模。
安装前应先检查模板是否清理干净,是否涂刷了隔离剂。
在内模拼成整体后用宽胶带粘贴各个接缝处以防止漏浆。
内模安装完后,检查钢筋保护层厚度及各部位尺寸。
内模拆除采用分段收缩拆除,箱内铺设轨道,使用卷扬机牵引脱出。
2.3箱梁海工耐久性砼浇筑技术及质量控制
2.3.1混凝土的拌制
混凝土的拌制使用三台搅拌站,每台搅拌站的额定生产能力为100m3/h。
混凝土采用强制式拌和机拌和,搅拌时间不少于120s。
减水剂采用溶剂型,加入减水剂后,混凝土拌和料在搅拌机中继续搅拌的时间不得少于30s。
混凝土拌合物中不得掺用各种氯盐。
开盘前应准确掌握天气预报情况,对各种不利气候有相应的准备措施,如冬、夏季的施工措施、砂石料保温或降温措施、搅拌用水的升温和降温措施、雨天的防雨措施等。
在不同季节施工条件下,混凝土的温度控制应满足下列要求:
(1)冬季混凝土出拌合机温度不低于15℃,入模温度不低于10℃。
(2)夏季施工时应保证砼的入模温度不超过30℃。
2.3.2混凝土的运输及布料
箱梁预制采用拌和站拌和、运输车运输、输送泵输送、布料机布料的施工技术,其中砼运输车8台、输送泵5台、布料机4台。
混凝土的供应能力以保证混凝土的连续浇筑为标准。
泵送布料混凝土施工应符合下列规定:
(1)在浇筑混凝土开始之前,先泵送一部分水泥砂浆,以润滑管道。
而后,最先泵出的混凝土应废弃,直到排出质量一致的、和易性好的混凝土为止。
(2)布料机分两侧对称布置,同一侧两台布料机布料范围应重叠不得出现布料死角。
2.3.3混凝土的浇筑
(1)混凝土采用连续浇筑。
浇筑时采用斜向分段,水平分层的方法浇筑。
水平分层厚度控制在30cm以内,先后两层混凝土的间隔时间不超过初凝时间。
下梗肋部分两端加厚段及锚块的混凝土必须充分翻浆,只有充分翻浆才能保证下梗肋部分密实。
一般情况下坍落度应在18~20cm,下雨过后钢筋及模板表面处于湿润状态,混凝土的坍落度应控制在15~17cm以内。
气温在10℃以下时坍落度应不大于18cm。
(2)灌筑底腹板混凝土时出料口不得正对波纹管,也不宜对着外模翼板。
在混凝土灌注至翼板前应及时清除掉粘附在翼板上的水泥浆,以避免翼板底部形成干灰、夹渣及麻面。
(3)混凝土灌注入模时下料要均匀,布料与振捣相配合,混凝土的振捣与下料交错进行。
底板灌注完成后,分别向跨中对称灌注腹板混凝土,防止两边混凝土面高低悬殊,造成内模偏移。
(4)梁体混凝土采用插入式振动器振捣。
标准断面振捣两棒,加厚断面振捣三棒。
(5)梁体混凝土采用一次性连续灌注成型。
单片梁混凝土灌注时间一般为8h~10h。
2.4箱梁混凝土的收浆养护技术及质量控制
2.4.1底板内砼应在翻浆振捣完成后尽快收浆,在砼初凝前要完成收浆,底板厚度以底板的预埋钢板为标准进行控制。
顶板砼采用大跨度振动桥收平,并利用收浆平台人工抹平。
2.4.2箱梁混凝土浇筑完成,待初凝后,立即用土工布覆盖桥面。
在桥面高边一侧及箱内布设水管,保证土工布和箱底湿润。
箱梁腹板内外侧、翼板下侧及底板下侧在脱模后,立即用Masterkure128养护剂进行养护。
该材料对混凝土具有较好的水份保持和清洁作用,使用后效果很好,桥面及底腹板外侧和翼缘板下侧没有出现裂纹。
通风孔在成孔器拔出后,用湿棉纱将孔填塞。
梁体拆模后养护时,箱梁表面应予以覆盖,洒水次数以混凝土表面潮湿为度,养护天数当环境相对湿度小于60%时应洒水养护14天。
箱梁的内室降温较慢,应自然养生7天以上。
当昼夜平均温度低于5℃或最低温度低于-3℃时应按冬季施工办理,采取保温措施。
2.5箱梁预应力体系施工技术及质量控制
2.5.1箱梁预应力管道安装
(1)塑料波纹管在布管安装前,按设计规定的管道坐标在胎具上进行放样,设置定位钢筋,波纹管应固定在定位钢筋上用铁丝扎紧。
定位网应焊接和定位牢固使其在混凝土浇筑期间管道不产生位移。
固定波纹管用的定位钢筋的间距不大于0.8m,对于曲线管道宜适当加密,定位钢筋的间距不大于0.5m。
(2)波纹管安装完毕后,检查其位置是否正确,误差应在《杭州湾跨海大桥专用施工技术规范》规定范围内,波纹管曲线应圆顺,端部的预埋钢垫板应垂直于孔道中心线。
否则须进行调整直至符合要求为止。
波纹管与锚垫板的连接应用同一材料同一规格连接头连接,连接后用密封胶封口。
(3)横向预应力波纹管安装完后,检查压浆孔、抽气孔、排气孔是否畅通,检查合格后将压浆孔、抽气孔、排气孔用封盖封住,防止灌注混凝土时水泥浆滲入造成孔道堵塞。
(4)所有管道的压浆孔、抽气孔应设在锚座上,排气孔应设在锚具的附件上。
压浆管、排气管的最小内径为20mm。
2.5.2预应力张拉
预应力张拉采用张拉架施工技术,张拉架分层布设,千斤顶采用电葫芦安装拆卸。
当梁体达到张拉强度后,按照以下要求进行张拉。
(1)70m箱梁预应力筋张拉分初张拉及终张拉两阶段。
当混凝土强度达到25MPa时进行初张拉。
混凝土强度及弹性模量达到设计强度的85%以上时方可进行终张拉,终张拉时须对初张拉的预应力束进行补拉。
(2)张拉顺序:
2V2-2Z2-2V1-2Z1-2V4-2Z3-2V5-2Z6。
(3)在箱梁批量预制前,应按《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)附录G-9的规定,测定锚圈口及孔道摩阻损失,根据实际测试结果对张拉控制应力予以调整。
2.6预应力孔道真空压浆技术及质量控制
2.6.1预应力终张拉完成后3天内压浆,孔道灌浆采用真空辅助灌浆工艺进行。
为使水泥浆达到所须的浆水特性,可在浆体中加入化学添加剂,添加剂应具有减水、缓凝、阻锈、微膨胀和增加浆体和易性等作用,配合比为水泥:
添加剂:
水=1:
0.11:
0.335。
浆体的性能达到:
水泥浆的泌水率<2%;浆体流动度在14~18s;浆体膨胀率<5%;初凝时间应>3h,终凝时间应<24h;压浆时浆体温度不超过35ºC。
2.6.2压浆设备
(1)水泥浆拌和机能制备具有胶稠状的水泥浆。
对于纵向预应力管道,以0.7MPa的恒压作业。
(2)水泥浆泵采用排液式,泵及其吸入循环完全密封,以避免气泡进入水泥浆内。
它应能在压浆完成的管道上保持压力,且装有一个喷嘴,该喷嘴关闭时,导管中无压力损失。
2.6.3压浆
(1)张拉施工完成后,清水冲洗,高压风吹干,然后封锚,抽真空,压浆,搅拌机及储浆罐的体积大于所要压注的一条预应力孔道体积。
(2)水泥浆的强度符合设计规定不低于35MPa。
(3)水泥浆应由精确称量的强度等级不低于42.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥和水组成。
所用水泥龄期不超过一个月。
(4)当气温或箱体温度低于5℃时,不进行压浆。
(5)按真空辅助压浆工艺,当浆体从孔道抽真空端流出时,应在孔道两端进行排废作业,然后在0.7MPa下保压2分钟。
管道内水泥浆在注入后48h内,结构混凝土温度不得低于5℃,否则应采取保温措施。
当白天气温高于35℃时,压浆一般在夜间进行。
在压浆后两天,检查注入端及出气孔的水泥浆密实情况,需要时进行处理。
2.7箱梁竣工测量及编号
箱梁张拉、压浆完成后进行竣工测量,竣工尺寸满足《杭州湾跨海大桥专用施工技术规范》及《杭州湾跨海大桥专项工程质量检验评定标准》的要求时,箱梁预制施工质量合格。
在箱梁上测放出临时支座纵横向中心线位置,用墨线弹出中心线,便于架梁时控制箱梁位置。
在箱梁的侧面喷出箱梁的编号及箱梁制造完成时间,方便箱梁架设管理。
3结论
杭州湾跨海大桥70m后张法预应力砼箱梁,在梁场预制施工中,使用高性能耐久海工混凝土,采用钢筋整体制安及吊装技术、新型整体钢模板技术、大型混凝土拌制运输布料浇筑技术、大型箱梁混凝土养护技术、预应力二次张拉裂纹控制技术和真空辅助压浆技术,成功实现了大型箱梁的高效批量生产。
梁体外观质量和内在质量均得到有效控制,尤其是成功地解决了超大体积混凝土箱梁容易产生表面裂纹的难题。
70m后张法预应力砼箱梁预制施工的工程实践,为我国后张法预应力砼箱梁的预制增添了实用的新技术。
参考文献
[1]公路工程桥涵施工技术规范(JTJ041-2005)。
北京:
人民交通出版社,2005
[2]公路工程质量检验评定标准。
北京:
人民交通出版社,2005
[3]杭州湾跨海大桥专用施工技术规范。
2005
[3]杭州湾跨海大桥专项工程质量检验评定标准。
2005
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