箱梁有较大抗扭刚度, 应力值较低, 徐变变形较小, 箱梁截面有单箱单室、单箱双室或多室, 早期为矩形箱, 逐渐发展成斜腰板的梯形箱。

现浇箱梁桥是桥梁的一种, 它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好的优点, 我国连续箱梁桥桥型的设计、施工均已较成熟, 施工质量和施工工期能得到控制, 成桥后养护工作量小, 使得这种桥型在公路和铁路桥梁工程中得到广泛采用。我国20世纪70年代公路上开始修建连续箱梁桥, 比欧洲起步晚, 但近年来发展迅速, 尤其在预应力混凝土箱梁桥设计与施工技术方面都已达到相当高的水平。

随着我国城市公路建设的飞快发展, 在保证桥梁结构安全和使用安全的基础上, 城市高架桥梁及立交桥对结构混凝土外观要求越来越高, 绝大多数箱梁均采用现浇方法施工, 这样不仅能保证桥梁线形顺畅, 还能保证其外形美观。

但是对于曲率变化较大的曲线箱梁要保证桥梁的线形顺畅、整体美观, 还需要更加合理的施工工艺和施工技术。

此项技术目前已经在3个工程中得到应用, 其第1个应用工程为京密路 (京承高速公路—开放路环岛段) 工程4号合同段桥梁工程, 工程ZM匝道桥 (3联箱梁结构, 全长265m) 及ZN匝道桥 (3联箱梁结构, 全长295m) 均为线形复杂的变曲率箱梁。为保证这两座匝道桥的结构外观线形质量, 其项目技术团队经多次研究首次将常规碗扣式箱梁排架的边腹板及翼板处支架去掉进行单独设计, 形成了变曲率现浇箱梁线形可调节边腹板及翼板一体工具式模架技术的雏形, 并取得了良好的施工效果 (见图1) 。

在技术雏形形成后不久, 此项技术在其第2个应用工程中优化发展趋于成熟。其第2个应用工程为京台高速公路 (北京段) 工程第一标段中的黄亦路互通立交桥工程, 该桥主线桥与匝道桥均为变曲率现浇箱梁, 其项目技术团队在吸收前雏形技术后, 以“可调节边腹板及翼板一体工具式模架技术的研发”为QC课题进行研发实践 (获2017年度北京市及全国优秀QC成果一等奖) , 最终总结出一套成熟的针对变曲率现浇箱梁的施工方法 (见图2) , 并取得了显著效益 (核心支架技术已进行科技查新工作, 其专利申请已进入实审阶段) , 随后此技术在密云区西统路 (云西三街—河北路) 道路工程中再次得到应用。

线形变化越复杂的现浇箱梁, 使用传统的施工方法便越难控制。经研究, 现浇箱梁线形质量控制主要在于箱梁边腹板及翼板处线形变化控制。对于变曲率现浇箱梁, 传统施工方法中箱梁边腹板与翼板处支撑架调节难度大, 线形难以控制, 最终影响箱梁实体的结构外观质量。针对此现象, 将边腹板及翼板处调节控制支架进行单独设计优化, 再从测量定位、龙骨施工、模板施工等工序上对传统工艺进行改进, 最终达到控制结构线形的目的。

主要针对箱梁线形变化的施工控制、箱梁翼板与边腹板高程及结构尺寸控制等方面, 通过将边腹板及翼板处支撑调节架分离出来进行单独设计优化, 克服施工过程中箱梁边腹板及翼板传统支架搭拆繁琐、模架后期调整困难、材料浪费等缺点, 转变为更具针对性的工具化支撑架, 使之更加适合桥梁边腹板及翼板的调节控制, 达到线形控制的目的 (见图3) 。

主要针对桥梁边界控制定位、空间高程及弧形线段控制等方面, 通过对常规方法的扩展创新, 总结出适用于变曲率线形现浇箱梁的施工测量方法。

因现浇箱梁边腹板及翼板工具化一体支撑架的使用, 需要对支架与模板之间龙骨搭接、固定、龙骨的布设形式等进行匹配设计, 以达到高标准满足设计要求的箱梁线形的效果。

通过对箱梁翼板及边腹板模板与支撑体系的固定、阴阳角模板相接处理、弧形模板、模板拼缝等一系列深化设计, 保证箱梁成型外观质量。

施工工艺流程:施工准备→箱梁排架基础处理→箱梁排架搭设→箱梁龙骨铺设→箱梁模板铺设→现浇箱梁钢筋安装及混凝土浇筑→养护 (可能有预应力张拉) →模架拆除。

施工准备及箱梁排架基础处理同常规现浇箱梁施工工艺处理方式, 注意做好基础截水排水措施。

1) 现浇箱梁排架箱梁底板高程以下支撑架可采用碗扣式或盘扣式排架, 排架横杆步距、立杆间距、剪刀撑设置等须经过受力计算并通过专家论证后方可实施。

2) 将排架高度整体搭设到距现浇箱梁底高程20cm左右, 根据主龙骨、次龙骨、模板等厚度调节排架高程, 高程调节须具体到每根立杆。而后横桥向铺设箱梁主龙骨 (主龙骨可采用方钢、方木、工字钢等) 。主龙骨需延长铺设到排架最外侧 (见图4) 。

3) 待主龙骨安装完成后便可进行可调节销轴式现浇箱梁边腹板及翼板工具化一体支撑架的安装。一体支撑架下部为槽钢, 将其扣在主龙骨上部, 而后使用U型栓扣固定 (见图5) , 单个支撑架下部U型栓均匀布置≥3道。

4) 一体支撑架搭设后进行定位调节, 高程调整, 调整结束后单组支撑架沿顺桥向均匀设置4道横杆连接为一体。而后从下部扣件排架处引出剪刀撑, 与一体支撑架连接牢固。

1) 现浇箱梁主龙骨的铺设方式为横桥向铺设 (主龙骨可采用方钢、方木、工字钢等) , 为保证边腹板与翼板一体支撑架和下部扣件式排架的整体性, 箱梁边腹板及翼板投影下主龙骨尽量避免接头, 主龙骨铺设时考虑将接头位置设置在箱梁底板下。主龙骨接头采用如图6所示方式设置。

2) 次龙骨采用方木顺桥向布置, 接头形式为平搭, 搭接长度≥30cm。箱梁底板处次龙骨直接铺设在主龙骨上方, 箱梁边腹板及翼板次龙骨则铺设在一体支撑架承重杆上。边腹板处杆件斜度较大, 可预先将次龙骨方木固定在模板上, 然后整体铺设。

1) 箱梁底板模板在底板次龙骨上, 铺设时模板应错开, 禁止形成通缝。拼缝之间使用泡沫胶条贴面, 防止出现间隙, 模板顺桥向拼缝置于次龙骨上 (见图7) 。

2) 底板与边腹板、边腹板与翼板相接处如有圆角, 则使用定制弧形钢模板并且处理好钢模板与木模板相接, 保证其平顺无错台;如相接处为折角, 则须对模板相接端进行处理 (见图8) , 然后使用腻子或泡沫胶条填补空隙。

1) 模板控制边线采用以直代曲的方法进行控制对于曲率较大的曲线, 以单块模板长度为间距进行放点控制 (箱梁模板通常为酚醛覆膜竹胶板, 长度约为1.2m) 。测量放点利用GPS配合全站仪进行, 使用GPS进行整体初步定位, 再使用全站仪进行精确调整, 并弹出梁边的墨线, 以确定支模位置。

2) 标高控制测量人员应根据已知高程, 将标高引测至次龙骨和支撑架体上。经复测无误后, 继续向上引测。

3) 钢筋安装测量控制方法在梁体模板上测放出钢筋的位置线, 以指导调整梁模及绑筋位置。

4) 模板安装完成后进行箱梁预压试验确定排架沉降量, 利用边腹板及翼板支撑架进行模板调整以接近完美的设计曲线。

5) 测量精度要求投测点的精度控制按照一级平面控制实施, 测量中误差为±10″, 边长相对中误差1/20 000, 相邻两点的距离误差控制在±3mm。在施测面上局部临时加密的控制点相对精度为测角±12″, 量距1/10 000。内控点的相对精度不低于1/20 000。

1) 如施工现浇箱梁有预应力设计, 则宜使用现浇箱梁预应力波纹管坐标可调装置, 能够有效保证预应力管道位置的准确性, 张拉施工完成后有利于最终箱梁的整体线形。

2) 混凝土浇筑前模架调整主要为边腹板及翼板处一体支撑架的调整, 这也是保证结构尺寸及线形顺畅的关键点。线形调节应先调节边腹板, 再调节翼板的顺序。首先保留翼板调节杆之间顺桥向的固定连系杆件, 拆除边腹板上调节杆上的顺桥向固定连系杆件。交错转动边腹板上调节杆达到理想调节角度后, 利用边腹板承力杆下方调节螺母调节边腹板承力杆长度使模架达到理想高度。恢复边腹板调节杆上的顺桥向固定连系杆件, 拆除翼板调节杆之间顺桥向的固定连系杆件, 转动翼板调节杆进行翼板位置调节, 调节结束后恢复固定杆件并对调节处模板接缝进行一次整体检查, 及时处理间隙缺陷 (见图9) 。

现浇箱梁主要支撑架采用常规的扣件式脚手架, 常用的有碗扣式和盘扣式2种。杆件壁厚应在3mm以上。钢管表面平直光滑, 没有裂缝、结疤、分层、错位、硬弯和深的滑道, 钢管必须涂有防锈漆, 并抽取扣件样本进行力学性能和扭力矩指标复验。

常规支撑架在变曲率线形箱梁边腹板及翼板处调节量大, 且调节困难, 对线形控制不利, 所以采用特制的可调节销轴式现浇箱梁边腹板及翼板工具化一体支撑架进行调节。要求支撑杆及承力横杆无明显弯曲变形、凹陷、裂纹等, 支撑杆上转动调节环焊口牢固, 两侧调节螺杆无滑丝。底部槽钢无扭曲、翘边等变形, 各连接销轴无破损, 且转动灵活。

1) 模板次龙骨均应两面刨光, 平整度为±1mm。

2) 宜采用酚醛覆膜竹胶板, 板厚宜>15mm, 模板面板在混凝土成型效果为清水混凝土的部位均应使用新模板。

3) 圆弧倒角使用钢模板, 模板使用前应涂刷无色稳定的脱模剂, 以便模板拆除。

以JTG/T F50—2011《公路桥涵施工技术规范》、JGJ130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》、GB50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》等相关规范为依据, 结合现场实际情况, 制定了适用于变化线形现浇箱梁质量验收标准。

混凝土表面观感: (1) 颜色色彩统一, 表面清洁;不应有隔离剂污染、锈斑。应为统一的浅色混凝土, 不应有明显的色差。 (2) 外观质量混凝土表面密实整洁, 面层平整, 折角整齐平直, 圆角圆润光滑, 交角、线、面清晰, 无油迹、锈斑、粉化物, 无流淌和冲刷痕迹。 (3) 线形箱梁线形柔顺, 曲线圆润, 无折点;无凹角, 无鼓包, 整体平顺美观。 (4) 混凝土保护层准确, 无露筋;预留孔洞、施工缝、后浇带洞口整齐。

严格图纸会审, 积极主动地与设计方进行协调与配合, 以避免各专业的衔接不到位或矛盾问题。优化施工方案和合理安排施工程序, 积极组织专家论证, 做好每道工序的质量标准和施工技术交底工作。

钢管规格宜采用外径48mm、壁厚3.5mm的焊接钢管, 钢管外径为 (48±0.5) mm, 钢管壁厚容许偏差为 (3.5±0.25) mm, 检查采用游标卡尺量。支撑架钢管直线度应<1.5L/1 000 (L为钢管长度) , 使用小线和直尺检测。立杆连接处外套管与立杆间隙应≤2mm, 外套管长度≥160mm, 外伸长度≥110mm, 使用卡尺和直尺检测。可调底座底板的钢板厚度≥6mm, 可调托钢板厚度≥5mm, 直径均≥36mm (行业标准) 。可调底座及可调托丝杠与调节螺母齿合长度≥6扣, 插入立杆内的长度≥150mm, 使用直尺检测。脚手架进场后第1次使用前, 按照规定的指标和检验方法, 进场脚手架、钢管以及构配件等材料应有质量检验报告和产品合格证书, 进行质量外观检查。钢管表面平直光滑, 没有裂缝、结疤、分层、错位、硬弯和深的滑道, 钢管必须涂有防锈漆, 并抽取扣件样本进行力学性能和扭力矩指标复验。合格后, 完整存档备查。

选用高精度的模板加工机械, 制定严格的模板加工质量控制标准, 做好模板的受力计算, 对变形进行严格控制, 模板与已浇筑的混凝土结构要封闭严实防止漏浆。支撑模板的方木要求过刨。清水混凝土面使用的模板表面要求平整光滑, 任何部位不得有毛刺。

为保证模板的组合效果, 弧形模板施工前要进行预拼, 对拼装后的模板表面平整度、截面尺寸、倒角、相邻板面高低差以及对拉螺栓组合安装情况进行校核, 以保证模板质量, 预拼后在模板背面编号, 方便安装。

模板拆除时, 严格按照施工方案的拆除顺序进行, 并加强对清水饰面混凝土的成品保护。

变曲率曲线现浇箱梁线形可调节边腹板及翼板一体工具式模架综合技术成功保证了变曲率现浇箱梁最终的桥梁线形成型效果。与通常做法相比, 其降低了现浇箱梁边腹板及翼板处箱梁整体线形的控制难度, 提高了现浇箱梁整体外观质量, 提高了排架工人的施工效率, 减少了排架措施材料, 降低了工程造价, 实现了安全、质量、工期、功能和成本的统一。