261892010 - 2008/8/5 13:45:00
悬臂浇注箱梁混凝土表面平整度控制技术与研究
浙江省舟山连岛工程建设指挥部
路桥华东工程有限公司
路桥建设金塘大桥Ⅱ标项目部
2007年12月
第一部分 项目概述
1、项目背景
近年来，国内新建的大型桥梁不断增加，刚构、连续梁桥因其跨径大、施工工艺成熟而备受青睐，但由于施工过程中对箱梁混凝土顶面平整度控制重视不足（特别是采用挂篮悬浇的刚构、连续梁桥），一些桥梁在进入使用阶段后，因箱梁顶面平整度原因引起的桥面铺装平整度差、易开裂等一系列问题暴露出来，对桥梁的后期运营及维护带来危害，形成质量通病。因此在刚构、连续梁桥施工过程中应对箱梁顶面混凝土平整度控制技术高度重视，杜绝质量病害。
本报告主要针对金塘大桥II标上部结构箱梁施工开展课题研究，金塘大桥II标由118m跨非通航孔桥和156m跨西通航孔桥组成，两座桥均为海上大跨径预应力混凝土连续梁桥，其中非通航孔桥全长1320m，桥跨布置为（64.5＋4x118＋64.5)m＋（64.5＋5x118＋64.5)m；西通航孔桥全长330m，桥跨布置为87m＋156m＋87m。两座桥梁上部结构箱梁均采用挂篮现场悬臂浇注施工，现浇箱梁块段多达790段，现浇砼方量达到46000余方，因此金塘大桥II标在上部结构施工阶段，箱梁砼顶面平整度控制问题尤为突出。
2、项目研究的目的和意义
悬浇箱梁因混凝土顶面面积大，且受挂篮施工、腹板竖向预应力筋、施工预留预埋孔等影响，表面平整度和坡度的控制十分困难，目前国内大型桥梁施工中几乎全部是依靠人工收浆整平，坡度和平整度控制难以达到要求，特别是在海上施工，受海工高性能泵送砼坍落度及凝结时间等的影响，大面积的收浆整平作业仅靠人工操作在较短时间内难以完成，而且收浆抹面工作如果不能及时完成还会导致混凝土表面早期裂缝。
因此，海上悬浇箱梁施工阶段，如砼顶面平整度控制不当，不仅会使桥面高低不平，带来的后续桥面铺装时需大量人工凿除混凝土的工作，影响桥面铺装层的质量，产生成桥后桥面开裂的质量通病，还可能引起箱梁顶面早期裂缝，影响箱梁的施工质量，最终影响桥梁的使用寿命。
本课题的目的主要是以金塘大桥II标上部结构箱梁施工为依托，总结出一套完整的、行之有效的悬浇箱梁砼顶面平整度控制技术，以确保金塘大桥II标箱梁的施工质量，并为其它标段及今后悬浇箱梁的施工提供经验借鉴。
3、项目研发的主要内容及技术经济指标
3.1、项目研发的主要内容
悬浇箱梁节段平整度及坡度控制技术研究的目的是确保节段箱梁砼顶面横桥向、纵桥向的平整度和坡度满足设计及规范要求。
研究的主要内容包括：
⑴提浆整平机的总体布局及结构设计研究
悬浇箱梁施工的平整度控制主要通过提浆整平机实现，提浆整平机主要用于箱梁面层砼的振捣、收浆及标高控制，同时可兼作收浆抹面施工的操作平台。
①对提浆机的总体布局、布置方向及布置数量进行研究
受施工挂篮操作空间的影响，以及腹板竖向预应力筋的阻隔作用，提浆机整体布置会受到一定影响。结合施工所用挂篮的结构形式、竖向预应力筋布置，对提浆机的总体布局、布置方向及布置数量进行研究。方案一：提浆机顺桥向布置，每个箱梁块段布置三台，箱梁腹板之间布置一台，两侧翼缘板位置各布置一台；方案二：提浆机横桥向布置，每个箱梁块段布置一台。研究两种方案提浆机总体布局的经济性、施工难易度，选择最佳方案。
②针对选定方案，对提浆机进行结构设计研究
主要包括提浆机的结构形式、刚度以及振动器的布置位置、激振力大小等方面的内容。通过以上研究，确保提浆机的的使用性能满足施工要求，这些要求主要包括提浆机的刚度在其自重及激振力作用下满足施工要求、面层砼的振捣和提浆效果满足施工要求、提浆机的运营效果满足施工要求等。
③对提浆机的轨道设计开展研究
悬臂浇注施工方法同其它施工方法不同点在于所有工序均为高空作业，提浆机的轨道设置无法借助外部设施，只能以待浇梁段为基础，或设置在模板顶部，或设置在面层钢筋网上，而受提浆机的刚度要求，轨道的平整度、刚度、及牢固性均应满足施工要求，对以上问题进行研究，确保提浆机轨道的实用性、经济性及安全性。
⑵对提浆机提浆整平的施工工艺进行研究
主要对提浆机操作方法、施工工艺等进行研究，包括面层砼的摊铺方式、提浆机的移动速度及与砼坍落度之间的关系、提浆机提浆整平的操作次数、砼表面抹面时间控制及次数要求等，通过以上研究，总结出一套可行的、完善的悬浇箱梁提浆整平工艺，确保箱梁砼顶板振捣密实、平整度符合要求、避免砼表面产生不良裂缝。
3.2、主要的技术经济指标
通过以上课题的研究，以课题研究的成果为基础，形成金塘大桥II标上部结构悬浇箱梁施工砼顶面平整度控制技术，并提出金塘大桥悬浇箱梁施工平整度控制标准，最终形成以下成果：
1、金塘大桥II标悬浇箱梁顶面平整度控制技术
2、金塘大桥悬浇箱梁施工专用平整度控制标准
第二部分 金塘大桥II标
悬浇箱梁顶面平整度控制技术
1、研究依据
1) 金塘大桥Ⅱ标相关施工设计图
2) 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
3) 《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》(JTJ025-86)
4) 《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）
2. 研究手段和方法
金塘大桥II标悬浇箱梁顶面平整度控制技术通过以下两个步骤进行：一个是提浆机设计，即根据施工需要对提浆机的各个部件（振动梁、轨道等）进行整体的规划，并利用计算软件验算其结构性能；第二个是进行提浆机收浆整平试验，根据试验结果优化提浆机的设计，完善提浆机的施工方法。
3. 提浆整平机设计
3.1 概述
提浆整平机主要由以下几个部件组成：振动器、振动梁、行走系统及附属结构（行走电机、行走轮、轨道以及栏杆等）。
振动器：为实现箱梁提浆整平工作的主要构件，采用附着式振动器。
振动梁：采用型钢制作，为固定振动器的架子，同时也将激振力传递到砼表面，实现砼表面的收浆整平工作。在振动梁上设行走系统及附属结构，以方便施工人员操作以及提浆机的行走。
行走系统及附属结构：主要包括安装于振动梁上的行走电机、行走轮，安装在挂篮或已浇注箱梁上的行走轨道以及振动梁两侧的防护栏杆等。
3.2 构件选型及结构设计
3.2.1 振动器选型
振动器是实现箱梁提浆整平工作的主要构件，拟采用附着式振动器。厂家提供的振动器技术参数见下表：
图3-1 振动器参数表
根据施工经验及相关施工规范选用ZF2-5型附着式振动器，其输入功率为1100KW，激振力为5KN，振动频率为2800转/分钟。
3.2.2 振动梁设计
根据悬浇箱梁结构形式、挂篮形式以及现场实际情况等的影响，振动梁的布置按两种方案进行，并根据现场反馈的信息对这两种方案进行比选，选出最优方案。方案一：提浆机顺桥向布置，每个箱梁块段布置三台，箱梁腹板之间布置一台，两侧翼缘板位置各布置一台；方案二：提浆机横桥向布置，每个箱梁块段布置一台。这两种方案的振动梁布置形式如下图所示：
图3-2 振动梁立面布置图（方案一）
图3-3 振动梁平面布置图（方案一）
图3-4 振动梁平面布置图（方案二）
这两种方案均能满足箱梁整平施工的要求，方案一的优点是振动梁的设置不受箱梁块段长度的影响，但其行走轨道设置在现浇注箱梁上，影响轨道附近的砼表面的收浆整平施工；方案二的优点是轨道设置于现浇块段的两侧，其轨道的整体性较好，有利于箱梁顶面平整度的控制，但其振动梁的长度受箱梁块段长度的影响，在块段施工时需对振动梁长度进行调整以适应不同块段的长度。
3.2.3 行走系统及附属结构设计
行走系统主要包括安装于振动梁上的行走电机、行走轮、行走轨道以及防护栏杆等。振动梁的行走依靠行走电机实现，行走电机通过减速装置驱动行走轮在轨道上实现行走。在振动梁上设通道，以便于进行整平施工时施工人员上下，并及时调整振动梁的工作状态。轨道采用槽钢，进行整平施工前先由测量对轨道放样，通过调节轨道下面的楔块保证轨道的位置和高度满足要求，然后再进行整平施工。
3.2.4 结构设计
振动梁的主梁采用[8型钢，两道主梁间间距40cm，并用[5型钢连接，在主梁上放置振动器、行走系统以及附属设施。在放置振动器处采用[8型钢局部加强，将振动器通过紧固螺栓固定在1.6cm厚厚钢板，保证振动器与振动梁连成一体，协同工作。振动梁的的结构形式如下图所示：
图3-5 振动梁结构图（5.0m长）
为满足施工需要，特别是悬浇箱梁块段长度的变化要求，将振动梁分段加工，以便于现场在施工不同块段时根据需要调整振动梁的长度，其分块示意图如下(以5.0m长振动梁为例)：
图3-6 振动梁分段示意图（5.0m长）
4. 平整度实测结果
4.1 测点布置
西通航孔桥及非通航孔桥箱梁块段的测点均布置在块段的梁端，其横向布置图如下：
图3-7 测点布置图
4.2 测量结果
在Ⅱ标西通航孔桥和非通航孔桥的施工过程中，均采用提浆整平机对箱梁表面平整度进行控制，现将测得结果列表如下（非通航孔桥施工块段较少，未列出其测量结果）：
方向 梁段号 测点1（m） 测点2（m） 测点3（m）
理论值 测得值 误差 理论值 测得值 误差 理论值 测得值 误差
金塘侧 13 27.671 27.686 0.015 27.743 27.757 0.014 27.511 27.527 0.016
12 27.691 27.704 0.013 27.763 27.778 0.015 27.531 27.548 0.017
11 27.705 27.717 0.012 27.777 27.793 0.016 27.545 27.561 0.016
10 27.721 27.736 0.015 27.793 27.805 0.012 27.561 27.575 0.014
9 27.736 27.750 0.014 27.808 27.826 0.018 27.576 27.591 0.015
8 27.751 27.767 0.016 27.823 27.839 0.016 27.591 27.610 0.019
7 27.764 27.776 0.012 27.836 27.846 0.010 27.604 27.617 0.013
6 27.777 27.787 0.010 27.849 27.865 0.016 27.617 27.631 0.014
5 27.789 27.806 0.017 27.861 27.878 0.017 27.674 27.689 0.015
4 27.803 27.818 0.015 27.875 27.891 0.016 27.643 27.659 0.016
3 27.815 27.829 0.014 27.887 27.901 0.014 27.655 27.668 0.013
2 27.827 27.838 0.011 27.899 27.914 0.015 27.667 27.682 0.015
1 27.834 27.849 0.015 27.906 27.925 0.019 27.674 27.688 0.014
镇海侧 1 27.912 27.925 0.013 27.984 27.997 0.013 27.752 27.764 0.012
2 27.927 27.941 0.014 27.999 28.013 0.014 27.767 27.782 0.015
3 27.937 27.952 0.015 28.009 28.024 0.015 27.777 27.792 0.015
4 27.949 27.965 0.016 28.021 28.037 0.016 27.789 27.805 0.016
5 27.961 27.976 0.015 28.033 28.046 0.013 27.801 27.816 0.015
6 27.973 27.989 0.016 28.045 28.060 0.015 27.813 27.829 0.016
7 27.986 27.999 0.013 28.058 28.072 0.014 27.826 27.841 0.015
8 27.998 28.010 0.012 28.070 28.082 0.012 27.838 27.852 0.014
9 28.013 28.031 0.018 28.085 28.100 0.015 27.853 27.869 0.016
10 28.027 28.040 0.013 28.099 28.111 0.012 27.867 27.879 0.012
11 28.042 28.057 0.015 28.114 28.130 0.016 27.882 27.892 0.010
12 28.049 28.059 0.010 28.121 28.135 0.014 27.889 27.906 0.017
13 28.065 28.077 0.012 28.137 28.151 0.014 27.905 27.920 0.015
图3-8 F002墩左幅箱梁平整度测量结果
方向 梁段号 测点1（m） 测点2（m） 测点3（m）
理论值 测得值 误差 理论值 测得值 误差 理论值 测得值 误差
金塘侧 10 27.722 27.737 0.015 27.794 27.810 0.016 27.562 27.578 0.016
9 27.738 27.752 0.014 27.810 27.825 0.015 27.578 27.591 0.013
8 27.751 27.766 0.015 27.823 27.839 0.016 27.591 27.606 0.015
7 27.767 27.783 0.016 27.836 27.849 0.013 27.604 27.618 0.014
6 27.777 27.792 0.015 27.849 27.861 0.012 27.617 27.630 0.013
5 27.789 27.805 0.016 27.861 27.876 0.015 27.629 27.644 0.015
4 27.803 27.818 0.015 27.875 27.891 0.016 27.643 27.659 0.016
3 27.815 27.831 0.016 27.887 27.900 0.013 27.655 27.668 0.013
2 27.827 27.840 0.013 27.899 27.914 0.015 27.667 27.682 0.015
1 27.834 27.846 0.012 27.906 27.920 0.014 27.674 27.688 0.014
镇海侧 1 27.912 27.925 0.013 27.984 27.997 0.013 27.752 27.764 0.012
2 27.927 27.942 0.015 27.999 28.014 0.015 27.767 27.780 0.013
3 27.937 27.956 0.019 28.009 28.024 0.015 27.777 27.791 0.014
4 27.949 27.962 0.013 28.021 28.037 0.016 27.789 27.804 0.015
5 27.961 27.975 0.014 28.033 28.048 0.015 27.801 27.814 0.013
6 27.973 27.988 0.015 28.045 28.061 0.016 27.813 27.829 0.016
7 27.986 27.999 0.013 28.058 28.072 0.014 27.826 27.841 0.015
8 27.998 28.010 0.012 28.070 28.082 0.012 27.838 27.850 0.012
9 28.007 28.025 0.018 28.079 28.094 0.015 27.847 27.862 0.015
10 28.020 28.033 0.013 28.092 28.104 0.012 27.860 27.872 0.012
图3-9 F002墩右幅箱梁平整度测量结果
方向 梁段号 测点1（m） 测点2（m） 测点3（m）
理论值 测得值 误差 理论值 测得值 误差 理论值 测得值 误差
金塘侧 16 28.098 28.110 0.012 28.170 28.185 0.015 27.938 27.951 0.013
15 28.084 28.097 0.013 28.156 28.172 0.016 27.924 27.939 0.015
14 28.073 28.087 0.014 28.145 28.158 0.013 27.913 27.928 0.015
13 28.065 28.080 0.015 28.137 28.149 0.012 27.905 27.921 0.016
12 28.058 28.071 0.013 28.130 28.143 0.013 27.898 27.913 0.015
11 28.042 28.058 0.016 28.114 28.129 0.015 27.882 27.898 0.016
10 28.027 28.042 0.015 28.099 28.118 0.019 27.867 27.881 0.014
9 28.013 28.027 0.014 28.085 28.098 0.013 27.853 27.866 0.013
8 27.998 28.013 0.015 28.070 28.086 0.016 27.838 27.853 0.015
7 27.986 28.002 0.016 28.058 28.071 0.013 27.826 27.840 0.014
6 27.973 27.988 0.015 28.045 28.057 0.012 27.813 27.826 0.013
5 27.961 27.977 0.016 28.033 28.048 0.015 27.801 27.816 0.015
4 27.949 27.964 0.015 28.021 28.037 0.016 27.789 27.805 0.016
3 27.936 27.952 0.016 28.008 28.021 0.013 27.776 27.789 0.013
2 27.927 27.940 0.013 27.999 28.014 0.015 27.767 27.782 0.015
1 27.912 27.924 0.012 27.984 27.998 0.014 27.752 27.766 0.014
镇海侧 1 27.834 27.847 0.013 27.906 27.919 0.013 27.674 27.686 0.012
2 27.827 27.842 0.015 27.899 27.914 0.015 27.667 27.680 0.013
3 27.816 27.835 0.019 27.888 27.903 0.015 27.656 27.670 0.014
4 27.803 27.816 0.013 27.875 27.891 0.016 27.643 27.658 0.015
5 27.789 27.803 0.014 27.861 27.876 0.015 27.629 27.642 0.013
6 27.777 27.792 0.015 27.849 27.865 0.016 27.617 27.633 0.016
7 27.764 27.777 0.013 27.836 27.850 0.014 27.604 27.619 0.015
8 27.751 27.764 0.013 27.823 27.835 0.012 27.591 27.606 0.015
9 27.736 27.752 0.016 27.808 27.827 0.019 27.576 27.592 0.016
10 27.721 27.736 0.015 27.793 27.806 0.013 27.561 27.576 0.015
11 27.700 27.715 0.015 27.772 27.786 0.014 27.540 27.556 0.016
12 27.689 27.705 0.016 27.761 27.776 0.015 27.529 27.544 0.015
13 27.671 27.686 0.015 27.743 27.756 0.013 27.511 27.530 0.019
14 27.643 27.659 0.016 27.715 27.727 0.012 27.483 27.496 0.013
15 27.614 27.627 0.013 27.686 27.704 0.018 27.454 27.468 0.014
16 27.590 27.605 0.015 27.662 27.674 0.012 27.430 27.445 0.015
图3-10 F003墩左幅箱梁平整度测量结果
方向 梁段号 测点1（m） 测点2（m） 测点3（m）
理论值 测得值 误差 理论值 测得值 误差 理论值 测得值 误差
金塘侧 12 28.058 28.071 0.013 28.130 28.143 0.013 27.898 27.912 0.014
11 28.035 28.051 0.016 28.107 28.122 0.015 27.875 27.890 0.015
10 28.020 28.033 0.013 28.092 28.111 0.019 27.860 27.873 0.013
9 28.013 28.025 0.012 28.085 28.098 0.013 27.853 27.866 0.013
8 27.998 28.013 0.015 28.070 28.084 0.014 27.838 27.854 0.016
7 27.986 28.002 0.016 28.058 28.073 0.015 27.826 27.841 0.015
6 27.973 27.986 0.013 28.045 28.058 0.013 27.813 27.828 0.015
5 27.961 27.976 0.015 28.033 28.046 0.013 27.801 27.817 0.016
4 27.949 27.963 0.014 28.021 28.036 0.015 27.789 27.805 0.016
3 27.936 27.952 0.016 28.008 28.024 0.016 27.776 27.789 0.013
2 27.927 27.940 0.013 27.999 28.012 0.013 27.767 27.780 0.013
1 27.912 27.924 0.012 27.984 27.999 0.015 27.752 27.768 0.016
镇海侧 1 27.834 27.847 0.013 27.906 27.920 0.014 27.674 27.689 0.015
2 27.827 27.842 0.015 27.899 27.915 0.016 27.667 27.682 0.015
3 27.816 27.835 0.019 27.888 27.901 0.013 27.656 27.670 0.014
4 27.803 27.816 0.013 27.875 27.887 0.012 27.643 27.656 0.013
5 27.789 27.803 0.014 27.861 27.874 0.013 27.629 27.644 0.015
6 27.777 27.792 0.015 27.990 28.004 0.014 27.617 27.630 0.013
7 27.764 27.777 0.013 27.836 27.851 0.015 27.604 27.618 0.014
8 27.751 27.764 0.013 27.823 27.836 0.013 27.591 27.606 0.015
9 27.736 27.752 0.016 27.808 27.824 0.016 27.576 27.589 0.013
10 27.722 27.737 0.015 27.794 27.809 0.015 27.554 27.570 0.016
11 27.706 27.721 0.015 27.778 27.792 0.014 27.546 27.562 0.016
12 27.689 27.705 0.016 27.761 27.776 0.015 27.529 27.544 0.015
图3-10 F003墩右幅箱梁平整度测量结果
从上面的测量结果可以看出，提浆整平机对箱梁表面的平整度控制非常有效，箱梁表面的高程变化能控制在1cm以内。
5. 结论
（1） 提浆整平机能有效控制箱梁表面的平整度，减少箱梁表面裂缝的产生，提高箱梁的外观质量及耐久性。
（2） 提浆整平机由于采用机械收浆，可以有效降低人为因素对箱梁外观质量的影响。
（3） 提浆整平机采用全断面收浆的方式进行工作，可以有效控制箱梁整体平整度，避免局部出现凹陷、凸起的现象。
（4） 提浆整平机主要通过是整平机轨道标高的调整来实现箱梁表面标高控制，因此在施工过程中应保证轨道固定牢靠，不会因外部的扰动而产生变化，最终影响箱梁的外观质量。
（5） 比较上述两种方案，虽然它们可以实现箱梁平整度的控制，但方案二由轨道的整体性较好，有利于箱梁顶面平整度的控制，同时它安装方便、便于施工，因此它能更好的发挥提浆整平机的优点。
ljtspp - 2008/8/5 15:35:00
兄弟能发个附件吗？
yaoqiang - 2008/10/14 21:55:00
哈哈
wysober - 2008/10/15 17:11:00
很详细，不错！