1、某高速跨 S310 省道施工安全与质量管 理 王佳胜 尹生 安徽省路港工程有限责任公司 上海林同炎李国豪土 建工程咨询有限公司安徽分公司 摘 要： 文章以济南至祁门高速公路淮南至合肥段路基工程第四合同段跨 S310 悬臂浇筑 预应力混凝土连续梁桥的施工安全防护及悬臂浇筑质量管理控制为讨论对象, 主要介绍了防护方案综合选择原则以及悬臂浇筑桥梁施工中几个容易忽视的质 量通病防治, 提出实践体会和应注意解决的问题。 关键词： 安全防护; 悬臂挂篮施工; 裂缝防治; 作者简介：王佳胜 (1969-) , 安徽桐城人, 在读大专, 工程师。 1 项目概况 济南至祁门高速公路是鲁、豫、皖三省规划的省际高速
2、公路, 已被列为国家高速 公路网的一段, 同时本项目还是安徽省“四纵八横”高速公路网中的“纵三”。 济祁淮合段路基第四合同段位于寿县双桥、窑口镇境内, 全长8.7km, 采用 26.5m宽度双向4车道高速公路标准建设, 设计速度120km/h, 沥青混凝土路面。 本桥在第2联第7孔跨越省道310 (路基全宽10米, 路面为9m宽沥青路面) , 上 部结构为35+60+35 米变截面预应力混凝土连续梁桥, 下部结构采用实体墩、群 柱基础。 2 既有线防护方案选择 近些年来随着我国公路、 铁路建设事业的大力推进, 跨既有线施工的悬臂浇筑连 续梁桥数量越来越多。如何有效地避免悬浇施工可能存在的坠物、
3、流水等对既有 线行车安全影响, 已成为施工企业和运营管理单位关注的重要课题。 2.1 防护方案类型 从目前悬臂浇筑连续梁跨越既有等级公路时, 采取的安全防护方案主要有挂篮 防护和棚架防护2种类型。 2.1.1 挂篮防护方案 在挂篮的下部加设防止混凝土或小型工具坠落的安全防护平台, 在平台顶部铺 设铁皮并设集水槽, 在挂篮的前方和两侧安设防抛网的防护方案。 2.1.2 棚架防护方案 在连续梁施工影响范围内, 在既有线路的两侧 (高速公路的中央隔离带) 上搭 设临时支墩, 支墩顶部设工字钢纵梁, 然后搭设横梁, 铺设木板、 铁皮的安全防 护方案。 2.2 防护方案特点 2.2.1 挂篮防护方案 挂
4、篮防护方案最大特点是防护构件设置的挂篮上, 主体结构与既有线完全分离。 其特点如下: (1) 防护平台附着于挂篮上, 对既有线交通通行影响较小; (2) 防护平台循环使用, 工程措施费最低, 但有效防护范围小; (3) 防护平台的设置加大了挂篮恒载, 同时, 每一次的挂篮行走, 需对防护平 面进行相应调整, 总体工期会有所增加; (4) 防护平台积水的排除相对困难, 尤其在跨越既有线路面范围时, 积水下漏 对既有线安全有一定影响。 2.2.2 棚架防护方案 棚架防护最大特点是防护构件设置在既有线上, 一次性完成防护平台的建设。 其 特点如下: (1) 防护平台一次建设, 同时分离了施工与防护主
5、体, 对施工影响小, 能加快 工期; (2) 防护平台可根据既有线防护范围需要调整, 可操作性强; (3) 防护平台顶棚通过纵横坡度调整, 将平台积水引至既有线路基以外排除, 降低了可能的安全隐患; (4) 随着既有线路基宽度的增加, 防护平台措施费显著增加; (5) 防护平台对既有线交通通行能力及运营安全有较大影响。 2.3 防护方案选择 从上述2种防护方案的适用条件及特点看, 其优缺点各有千秋。 方案的选择除了 需要从防护类型的特点出发外, 还应重点考虑跨越的既有线的交通流量、 行车速 度、道路宽度和线形条件, 综合确定。 对于跨越既有道路为高速公路、 一级公路等干线公路的, 通常情况下,
6、 其具有交 通量大、行车速度高、道路宽度宽等特点, 防护方案选择的重点是保证既有线交 通通行安全和顺畅, 同时兼顾造价低, 可以考虑以挂篮防护作为首要选择。 对于跨越既有道路为二级及以下道路的, 一般情况下, 行车速度较低、 道路宽度 较窄, 可考虑以棚架防护作为首要选择, 分离施工与防护主体, 加快施工进度。 当跨越道路为急弯和视线不良路段时, 应优先考虑采用挂篮防护方案, 降低安 全风险。 本项目跨越省道310, 为二级公路, 设计行车速度为 60km/h, 路面宽度 9.0m, 路基宽度10.0m, 桥位处道路顺直, 视线良好。为降低防护方案对主体挂篮施工 的影响, 最终确定采用棚架防护
7、方案。 同时配合临时交通管理设施, 加强既有线 的交通运营引导和警示, 整个施工期间, 既有线未发生交通事故, 达到施工管 理安全目标。 3 防裂控制措施 引起预应力混凝土箱梁开裂的原因很多, 设计和施工缺陷是造成裂缝的主因, 采取一定的设计和施工措施, 很多裂缝是可以克服和控制的。 本文主要针对施工 过程中容易忽视的几个问题提出防治措施。 3.1 挂篮影响 3.1.1 病害成因分析 悬臂浇筑预应力混凝土连续梁需要采用挂篮施工, 当挂篮自身刚度较小时, 挂 篮的非弹性变形较大, 容易造成以下2种弊端: (1) 施工过程中浇筑梁段下挠严重, 造成预应力管道偏位, 达不到设计理论要 求, 在节块拼
8、接处形成折角, 这些折角引起的集中荷载会造成顶、 底板混凝土开 裂; (2) 纵向预应力张拉时, 由于主梁刚度大, 张拉后变形小, 难以与挂篮底模脱 落, 混凝土自重没有参与受力, 造成浇筑梁段应力偏大而开裂。 3.1.2 防治措施 (1) 挂篮尽量采用自身刚度较大的菱形挂篮或三角挂篮, 而不采用刚度较小的 贝雷梁拼装挂篮, 以降低挂篮自身的非弹性变形。本项目挂篮采用三角挂篮形 式。 (2) 加强挂篮的预压施工。 本项目在挂篮拼装完成后, 采用反压逐级加载方式进 行, 荷载按照最重节块的 120%采用, 加载顺序为 030%60%90%120%, 并 测定各级荷载作用下挂篮产生的挠度和最大荷载
9、作用下挂篮控制杆件的内力;根 据各级荷载作用下挂篮产生的挠度绘出挂篮的荷载挠度曲线, 由曲线计 算挂篮施工各梁段时将产生的挠度, 为大桥悬臂施工的线性控制提供可靠的依 据。 3.2 现浇段支架预压 3.2.1 病害成因分析 悬浇箱梁在过渡墩处部分梁段需采用支架现浇施工, 实际施工中, 往往存在支 架地基处理不到位和支架预压不足的情况, 混凝土在浇筑过程中支架随着浇筑 混凝土重量的加大发生不均匀下沉, 造成箱梁在养生 (预应力钢束未张拉前) 期间, 在结构自重作用下梁体开裂。 3.2.2 防治措施 对于支架施工梁段的施工防治措施, 主要手段是加强支架处地基的处理和支架 自身的预压施工。针对本项目
10、, 主要采取了以下措施。 (1) 基底处理 本桥5 号、8号过渡墩位于水稻田中, 施工时首先对表层淤泥土进行清除, 清除 深度为淤泥层地面以下 20cm;然后采用土体性质良好的素土分层回填碾压至原 地面, 其上再填筑0.2m厚4%石灰改善土至原地表;其上再浇筑20cm厚C20混凝 土, 硬化场地的同时, 使得支架地基高出原地面20cm以上, 并将表面做2%四坡 面泛水, 确保地基表面干燥不积水。 (2) 支架搭设及处理 本项目支架采用整体式碗扣支架, 壁厚3.5mm, 直径48mm。 支架预压在安装完箱梁底模后采取施工荷载中的 1.2倍的砂袋进行预压。 预压采 用加载分级进行, 加载顺序为 0
11、50%100%。 预压时间按不小于 5d进行, 支架沉降量以 24h沉降量小于1mm作为控制标准, 以最大程度消除支架变形。 3.3 预应力管道定位 3.3.1 病害成因分析 悬臂浇筑预应力混凝土连续梁预应力施工为后张施工法, 为保证桥梁受力符合 设计要求, 必须确保预应力管道的定位准确、平滑顾直。 以目前的施工水平, 预应力钢束的准确定位大多均可通过工程技术手段、 精细化 施工来达到要求。对于悬浇箱梁而言, 由于箱梁顶、底板布置有大量的纵向预应 力钢束, 施工时往往因为施工操作人员的疏忽, 对钢束布置区域人为踩踏、 机械 搁置和材料堆放等问题, 造成已埋设的管道变形, 严重时呈波浪状。 在预
12、应力张 拉时存在以下2种病害: (1) 因预应力管道上、 下凹凸变形, 使得预应力钢束的摩阻力增加, 容易造成距 离张拉端较近区域钢束应力超标, 距离张拉端较远处永存应力不足, 施工现场 主要表现在张拉力与钢束伸长量的不匹配; (2) 由于波纹管变形为波浪状, 使得预应力形成多处竖向弯折尖角, 张拉预应 力筋对混凝土作用有较大的径向力和劈裂力, 从而造成顶底板早期开裂。 3.3.2 防治措施 本项目在施工过程中加强了对施工人员的培训和监督, 主要从管理手段进行控 制和防治。 (1) 根据箱梁预应力横向布置范围, 在非钢束布置区域划定操作人员行走范围, 并敷设行走木板和钢板, 分散荷载, 严禁非
13、施工人员在钢束布置区域通行。 (2) 施工机具及材料, 禁止在钢筋绑扎梁段存放, 避免局部荷载造成骨架钢筋 变形。 (3) 施工过程中设置专人对现场进行监督, 及时提醒现场人员避开钢束布置区 域。 (4) 加强管道的定位和焊接工作。波纹管安装除插衬管外, 管道安装时每隔 50cm以12定位钢筋焊于梁体钢筋骨架上, 定位后的管道轴线偏差要求不大于 5mm。 本桥通过采取上述管理和工程措施, 整个施工期间, 钢束张拉应力与伸长量吻 合效果较好, 未发生因管道变形造成的工程质量事故。 3.4 节段梁快施工间隔周期 3.4.1 病害成因分析 悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥采用分节段施工, 受施工条件、气
14、候、其他因素 影响, 节块与节块之间施工周期变化较大, 尤其是跨冬季施工的桥梁, 往往部 分节段之间施工间隔在 2个月以上, 设计以往大多忽略了该过程的防裂设计。 主 要机理如下: 对于悬臂箱梁桥, 底板采用变厚度设计, 在根部附近的厚度一般情况下都较厚 (一般超过60cm) , 这个时候的箱梁底板已经不再是单纯的薄壁混凝土构件。而 很多设计单位在配筋的时候, 底板横向钢筋仅在其顶、 底面布置一层, 中间横向 处于空缺状态。 如果箱梁节块之间施工间隔较长, 已浇注节段的混凝土已经固化, 收缩也基本完成, 则下一节块在施工的时, 因混凝土水化热的逐渐释放、 温度降 低和混凝土的收缩, 受已浇梁块
15、的横向约束影响, 在2个节块交界面的地方产 生内部的拉应力, 当箱梁底板过厚, 且仅布置顶、 底面横向钢筋的时候, 会造成 底板竖向中部因无承担该拉力的横向普通钢筋而在混凝土内部先开裂, 该裂缝 会竖向发展直至梁底, 从而使新浇注的节块出现沿交界面向端部的纵向裂缝。 3.4.2 防治措施 对于该种裂缝的防治可以从 2方面入手, 具体如下。 (1) 设计阶段:加强箱梁横向普通钢筋设计。即在箱梁底板较厚的节段, 在底板 沿竖向布置多层横向普通钢筋, 以抵抗混凝土内部拉应力。 (2) 施工阶段:加强相邻节块施工衔接, 即尽可能的减少节块之间的施工间隔, 条件容许的前提下, 控制在20d以内。 本桥在
16、施工时, 严格控制了节段之间的间隔周期, 每个节块施工周期在 10d左 右, 施工完成后未见该类裂缝病害的发生。从裂缝防治效果看, 采取设计、施工 双重加强控制的方案更为合理, 如设计未设置加强钢筋, 施工时建议予以增设, 以防治该类裂缝的发生。 4 结语 本文对跨既有线悬浇桥梁防护棚架方案的选择, 提出了依据既有线的交通流量、 行车速度、道路宽度和线形条件综合选择原则;另外, 对悬浇桥梁在施工中容易 忽视、 而又极易造成箱梁裂缝的成因进行了分析, 并提出了一些防治措施, 希望 能够对该类型的桥梁施工有一定的借鉴作用。 参考文献 1蒋皓, 王明昌.浅述悬臂施工预应力混凝土连续箱梁裂缝成因及预防措施J. 交通科技, 2011.10。 2刘效尧.桥梁损伤诊断M.北京:人民交通出版社, 2002. 3DB34/T 790-2008, 安徽省地方标准.涉路工程安全评价规范S. 4JTG H30-2004, 公路养护安全操作规程S. 5JTG/T F50-2011, 公路桥涵施工技术规范S.
