現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮原因控制措施
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【摘要】：考慮施工現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮導(dǎo)致頂板厚度不足、箱梁保護(hù)層厚度不足、橋梁標(biāo)高難以控制等問(wèn)題，文章以實(shí)際工程為例，分析現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮的具體原因，提出通過(guò)采用合理的混凝土澆筑方式、控制混凝土塌落度、安裝抗浮裝置、安裝限位裝置等具體措施，改進(jìn)消除現(xiàn)澆箱梁鋼芯模的上浮。
【關(guān)鍵詞】：現(xiàn)澆箱梁；鋼芯模；上浮；橋梁；混凝土；頂板；鋼筋
在現(xiàn)澆箱梁混凝土澆筑過(guò)程中，鋼芯模的上浮問(wèn)題時(shí)有發(fā)生；輕則導(dǎo)致箱梁頂板混凝土厚度、強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，頂板鋼筋保護(hù)層厚度不足或缺失；重則導(dǎo)致現(xiàn)澆梁板整體強(qiáng)度與形狀不符合設(shè)計(jì)與規(guī)范要求[1]，工期被拖延，浪費(fèi)大量人力、財(cái)力，因此如何預(yù)防鋼芯模上浮，成為現(xiàn)澆箱梁施工的重中之重。目前對(duì)于預(yù)制混凝土箱梁鋼芯模上浮原因及控制方法研究較多，但對(duì)現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮原因及控制方法研究極少。雖然兩者上浮的原因類(lèi)似，但現(xiàn)澆箱梁施工現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，往往受線路線形和縱坡的影響，現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮的控制方法有別于預(yù)制箱梁。本文結(jié)合北京軌道交通新機(jī)場(chǎng)線一期工程中現(xiàn)澆箱梁的施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)控制現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮問(wèn)題進(jìn)行了分析并提出了一套完整的施工工藝。
1現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮原因
1.1上浮特征
鋼芯模在現(xiàn)澆施工中上浮主要的特征表現(xiàn)為箱梁頂板厚度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，箱梁頂板保護(hù)層厚度不足，從而導(dǎo)致箱梁出現(xiàn)表面裂縫；甚至有些箱梁的保護(hù)層不存在，鋼筋直接裸露在空氣中，致使梁板無(wú)法按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)正常投入施工。
1.2上浮原理
混凝土初凝前是介于液體和固體之間的一種混合狀態(tài)。箱梁施工過(guò)程中,傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊力，振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的振動(dòng)力會(huì)使混凝土在力的作用下向下流動(dòng),從而對(duì)限制它流動(dòng)的物體產(chǎn)生反力。從橫向來(lái)說(shuō)，對(duì)外模和鋼芯模產(chǎn)生側(cè)壓力；從豎向來(lái)說(shuō),對(duì)鋼芯模產(chǎn)生浮力；從線路縱向來(lái)說(shuō)，若線路縱坡較大，由于混凝土的流動(dòng)，鋼芯模將沿縱坡方向受到混凝土向下的推力[2]。見(jiàn)圖1。在沒(méi)有其他約束條件下,鋼芯模受到的縱向力主要有自重G和浮力F,根據(jù)力和位移的關(guān)系,當(dāng)F＞G時(shí),鋼芯模就會(huì)向上移動(dòng)。
1.3上浮原因
1）混凝土澆筑方式不合理（1）使用底板、腹板與鋼芯模一次性搭建完成后，全斷面澆筑混凝土。此時(shí)混凝土在振搗棒的作用下由腹板流向底板，混凝土在澆筑過(guò)程中對(duì)底板、側(cè)模、鋼芯模產(chǎn)生了較大的沖擊力，導(dǎo)致模板微量變形，鋼芯模在混凝土沖擊力的作用下也發(fā)生了位移。（2）混凝土澆筑過(guò)程未按規(guī)定分層澆筑，同時(shí)澆筑速度過(guò)快，在振動(dòng)棒的作用下，混凝土和易性變強(qiáng)，流動(dòng)性增加，使鋼芯模受到了較大浮力，當(dāng)所受浮力大于鋼芯模自身的重力和束縛力之和時(shí)，發(fā)生了豎向位移。2）混凝土澆筑時(shí)坍落度過(guò)大為了方便施工，通常采取一定手段增大混凝土坍落度。坍落度過(guò)大，會(huì)發(fā)生離析，經(jīng)振搗棒作用后，骨料下落漿體上升，使得模板下方混凝土密度增加。根據(jù)液體浮力公式F浮=ρ液gV排，在混凝土澆筑體積一定的情況下，密度越大，則鋼芯模所承受的浮力越大，越容易產(chǎn)生位移，影響施工質(zhì)量。3）未采取有效的固定措施鋼芯模在澆筑混凝土?xí)r受力較復(fù)雜，包括：自身重力，澆筑時(shí)混凝土的沖擊力，澆筑過(guò)程中到混凝土初凝前所產(chǎn)生的浮力。在這些力共同作用下，鋼芯模所受到的合力大于本身的重力，倘若不采取合理的固定措施，必然會(huì)影響鋼芯模的穩(wěn)定性，產(chǎn)生位移。4）現(xiàn)澆箱梁有縱坡現(xiàn)澆箱梁施工與預(yù)制箱梁的最大區(qū)別在于：預(yù)制箱梁在預(yù)制廠內(nèi)的臺(tái)座上澆筑，均為經(jīng)過(guò)處理的地基，場(chǎng)地相對(duì)較平整；而現(xiàn)澆箱梁在支架上現(xiàn)澆，受線路影響較大，多數(shù)情況下有一定縱坡，本工程縱向坡度最大處達(dá)3%，箱梁澆筑時(shí)鋼芯?？赡苌细〔l(fā)生縱向移動(dòng)，影響結(jié)構(gòu)尺寸，使得現(xiàn)澆箱梁無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。5）鋼芯模固定措施拆除過(guò)早頂板混凝土澆筑，尚未完成初凝之前，如果鋼芯模固定措施過(guò)早移除，必然發(fā)生上浮。
2控制現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮的措施
1）采用合理的混凝土澆筑方式（1）分層澆筑混凝土，通過(guò)計(jì)算得出每次澆筑混凝土鋼芯模所增加的浮力，合理規(guī)劃分層厚度，控制每次澆筑厚度不超過(guò)30cm。（2）減弱混凝土澆筑時(shí)的橫向沖擊力對(duì)鋼芯模影響，控制澆筑速度不要過(guò)快，在保證兩層混凝土的澆筑間隔時(shí)間不大于初凝時(shí)間的前提下，盡可能放慢澆筑速度。（3）下料口的高度，盡可能降低。（4）振搗時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，看到混凝土表面開(kāi)始泛漿，有少量氣泡冒出即可。（5）一次澆筑完成，縱向從低到高，橫向?qū)ΨQ(chēng)澆筑。2）嚴(yán)格控制混凝土坍落度混凝土澆筑前應(yīng)在澆筑地點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)取樣，嚴(yán)格開(kāi)展混凝土坍落度試驗(yàn)，確保澆筑使用的混凝土坍落度與和易性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。防止過(guò)度振搗，采用泵送混凝土，坍落度控制在180～220mm[3]。3）采取有效的固定措施根據(jù)以往驗(yàn)，研究出一套既能防止現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮，又能解決縱向移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的方法。（1）抗浮裝置。現(xiàn)澆箱梁鋼模板采用滿(mǎn)堂腳手架支撐；腳手架頂部的外模板包括底模板和側(cè)模板，底模板與手架之間設(shè)置有多道橫向的底梁[4]，側(cè)模板的頂面設(shè)置有橫向的壓杠[5]；壓杠和底梁的兩端均伸出側(cè)模板，外露端用鋼絲繩連接；鋼芯模與外模板之間安裝鋼筋網(wǎng)片，鋼芯模底部設(shè)置多根豎向鋼筋進(jìn)行支撐，豎向鋼筋底端焊接在鋼筋網(wǎng)片上，頂端抵接在鋼芯模的底面；鋼芯模的上表面與壓杠之間設(shè)置有支撐架，支撐架的頂端固接有向上伸出的一對(duì)限位環(huán)，壓杠安裝在一對(duì)限位環(huán)之間。見(jiàn)圖2。2（2）限位裝置。將支撐架擺放在鋼芯模的頂部，然后將壓杠卡放在支撐架的限位環(huán)內(nèi)，最后將壓杠和底梁拉接。壓杠與底梁拉接后，壓杠的高度固定，壓杠底部支撐架將鋼芯模進(jìn)行高度上的限位，從而防止鋼芯模上浮。混凝土澆筑完成后，拆除壓杠和底梁即可，支撐架留在箱梁的頂板內(nèi)，節(jié)省了大量的時(shí)間。限位環(huán)一方面可以作為把手或吊耳，方便了支撐架的安裝；另一方面，一對(duì)限位環(huán)卡在壓杠的兩側(cè)，能夠有效防止芯模發(fā)生縱向位移。見(jiàn)圖3?？ㄎ讳摻钍沟弥渭芘c頂板的鋼筋更好地結(jié)合成整體，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，從而防止芯模發(fā)生縱向位移。（3）鋼芯模排氣口。為了減小混凝土澆筑時(shí)對(duì)鋼芯模底部的壓力，避免上浮，在鋼芯模底板上間隔設(shè)置有多個(gè)排氣口。排氣口上安裝有可拆卸的箱盒，箱盒的底面與鋼芯模底板的底面齊平，將排氣口封閉，排氣口周邊設(shè)置豎向連接板，連接板的底部與底板焊接，箱盒包括盒底板和盒側(cè)板，盒底板與排氣口的大小相匹配；盒側(cè)板和連接板上開(kāi)設(shè)有銷(xiāo)孔，銷(xiāo)桿插入銷(xiāo)孔后將箱盒固定在芯模的底板上。見(jiàn)圖4。澆筑混凝土?xí)r先將排氣口打開(kāi)，方便外模板與鋼芯模之間的空氣排出，使混凝土在模板夾層內(nèi)的流動(dòng)更加快速均勻，多個(gè)支撐架能夠同時(shí)受力，增加施工過(guò)程中模板系統(tǒng)的穩(wěn)定性；當(dāng)觀察到混凝土已經(jīng)到達(dá)鋼芯模底板的高度時(shí)，將排氣口封閉；排氣口的設(shè)置也可以作為振搗口，防止了箱梁的底板因混凝土振搗不實(shí)造成質(zhì)量問(wèn)題。
3結(jié)論
根據(jù)北京軌道交通新機(jī)場(chǎng)線一期工程中現(xiàn)澆箱梁的施工經(jīng)驗(yàn)，提出了一套控制現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮的施工方法。實(shí)踐證明，該方法能夠有效控制橋梁施工中現(xiàn)澆箱梁鋼芯模上浮問(wèn)題。采用該方法施工的144跨現(xiàn)澆箱梁，橋面板厚度和橋面標(biāo)高偏差均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，無(wú)上浮現(xiàn)象發(fā)生，保證了施工質(zhì)量，縮短了工期。
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作者：車(chē)青森 何志輝 逯平 單位：北京市政二建設(shè)工程有限責(zé)任公司