连续刚构施工工法.doc
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1、大跨度连续刚构桥施工工法(萧国新、马立俊、赖国富) 中国云南路建集团股份公司(二oo八年三月)大跨度连续刚构桥施工工法1 前言随着交通事业的发展、科学技术的进步、新预应力材料的应用,预应力混凝土连续刚构桥向着高墩、大跨度方向发展,大跨度连续刚构桥越来越多,施工方法以日趋完善。在2005年2007年中国云南路建集团股份公司承建的云南保龙高速公路K538+858特大桥施工中通过成立科技攻关小组,开展调研和技术攻关,不断完善施工工艺,经过总结整理,形成了一套独立完整的大跨度连续刚构桥施工方法。以往的预应力混凝土连续刚构施工中,常常存在预应力系统注浆不饱满,0号块浇筑施工进度缓慢、体系转换困难等问题。
2、该工法主要解决了连续刚构桥0#块施工进度缓慢、后张法预应力系统注浆不饱满、高温合拢梁体稳定的问题。通过大桥监控单位检测的应力和线性数据说明,大跨度悬灌箱梁线性顺直,悬浇施工平衡且安全,抗风能力强,横向稳定性好,各种工况下应力和挠度均满足设计和规范要求,社会效益和经济效益明显,对大跨度桥梁的施工具有应用价值和指导作用。2 工法特点2.1 0号节段采用精轧螺纹钢活动钢牛腿支架浇筑,施工进度较快,节约材料,具有较好的经济效益。2.2 梁体采用菱形挂篮悬臂浇注施工,挂篮行走,模板升降等全部采用液压千斤顶配合手动葫芦控制,横向稳定性好,特别适合于公路桥梁中的分离式梁体施工。2.3 预应力系统采用真空辅助
3、吸浆法灌浆,确保了预应力管道注浆饱满度,保证工程质量。2.4 模板和内外作业平台一次安装形成封闭整体,施工作业防护设施齐全,安全可靠,确保施工安全,加快施工进度。2.5 采用分布式数据采集仪形成无线网络应力应变监控系统,全天候对桥梁施工及营运进行监控,方便快捷,节省人力和后期投资。3 适用范围本工法适用于公路、铁路预应力混凝土连续刚构悬臂浇注施工,尤其是分离式大跨度预应力混凝土连续刚构桥的施工。4 施工工艺4.1 工艺原理充分利用精轧螺纹钢的性能并接合桁架正反拱原理,采用在墩身预埋精轧螺纹钢管道后安装钢牛腿及支架架浇注0#梁段,在0#梁段顶面沿纵向对称安装悬臂菱形挂篮。挂篮是一个能沿梁顶纵向滑
4、动的承重构架,其后端锚固在已完梁段上,在挂篮前端悬挂平台上可进行下一个梁段的模板、钢筋、预应力管道安设,混凝土浇注和预应力张拉、压浆等作业。完成一个梁段的循环后,挂篮对称纵向前移并锚固,两端对称平衡进行下一梁段的施工,如此循环直至悬臂浇注完毕(见图1)。体系转换时利用挂篮做合拢吊架,按设计合拢温度、监控数据、位移观测情况对梁体加载一定的预应力,同时平衡配重条件下进行合拢锁定,完成全梁体施工。在整个施工施工工程中采用先进的无线运程监控系统监控全施工过程,指导各阶段的施工作业。(图1) 悬臂挂篮施工示意图4.2 0#块件施工0#块施工采用安设牛腿支架现浇的方式分两次进行浇筑。(图 2)0#节段施工
5、示意图4.2.1 支架的构造与设计 牛腿采用在墩帽部分预留孔道使用32(PSB785)精轧螺纹钢筋和Q235钢材作为牛腿支架的主要材料,外支架使用14b槽钢作为构件形成桁架,14b槽钢作为斜撑,并在下部焊接钢板形式支撑板支撑于墩身混凝土表面,内支架设计为反拱桁架(该桁架正拱时可用于墩身横系梁和挂蓝内摸顶模)支架简支于牛腿之上,然后立模浇筑。牛腿及支架采用BSAS和MIDAS civil结构程序建模后进行结构验算,验算时应充分考虑边跨现浇段的受力情况,同时满足0#块件、墩身横系梁、挂蓝内模内顶板荷载和边跨现浇段的施工荷载要求,达到钢材的合理利用。 (图 3)精轧螺纹钢牛腿示意图 支架设计参数:4
6、.2.1.1 荷载分项系数:恒荷载G1.2,可变荷载Q1.4。4.2.1.2 浇注砼时,砼的动载系数为1.2;抗风荷载系数1.05。4.2.1.3 设计荷载:混凝土自重26.5kN/m3,混凝土侧压力60kPa,混凝土与模板吸附力100kPa,施工机具及人群荷载2.5kPa,基本风压值400kPa。4.2.1.4 钢支架验算抗弯、抗剪、轴向拉力、扰度和抗扭满足设计及施工规范;精扎螺纹钢满足“国标GB/T 200652006预应力混凝土用螺纹钢筋”的标准,并按照三级钢设计标准进行验算精轧螺纹钢抗弯拉强度是否满足要求;钢板焊缝验算其同时受到拉应力和剪应力的作用下能否满足“2+2ff2”的要求,且焊
7、缝抗压和抗剪满足设计规范。4.2.1.5 设计荷载:混凝土自重26.5kN/m3,混凝土侧压力60kPa,混凝土与模板吸附力100kPa,施工机具及人群荷载2.5kPa,基本风压值400kPa。支架施工完毕后利用预埋于承台上的钢绞线对支架进行外力荷载试验,检验支架的结构稳定性并提供预拱度参数。4.2.2 施工混凝土浇筑分两次进行,要求材料准备充分,人员组织合理,两次混凝土浇筑的时间差不能超过14天(减小混凝土的凝期差,防止混凝土收缩裂纹)。混凝土浇筑时采用G2级水准仪及高精度经纬仪对支架进行监控,并建立预警机制。4.2.2.1施工工序为:搭设支架支架荷载试验立低摸安装钢筋和预应力管道系统立内外
8、模浇筑第一阶段混凝土拆模凿毛、监理工程师检验合格安装钢筋和预应力管道系统立内外模浇筑第二阶段混凝土。4.2.2.2施工重点、难点及相应措施 施工重点、难点及施工措施表 表1序号施工重点、难点施工方案、方法及其措施1梁段C50砼如何确保质量?采用”双掺”技术,即在混凝土中掺入高效缓凝减水剂和活性较高的配灰粉(硅粉和磨细矿渣混合料)。控制好骨料的强度和级配,使用时应保持表面清洁。加强砼的拌制,在精确配料的前提下,按照骨料水泥干拌40S拌和水搅拌60S减水剂+配灰粉搅拌60S出料的顺序拌制,以保证砼搅拌均匀。砼的养护在砼未凝结硬化时就应开始,要求必须通体保湿达到14天以上。控制好混凝土的坍落度,混凝
9、土采用拌合站集中拌合,出站混凝土坍落度控制在1820cm以内,混凝土运输时间不超过1小时,混凝土入泵坍落度控制在1618cm以内。2如何避免梁段砼开裂?优化砼配合比,尽量减少水泥用量,防止腹板开裂。按照设计图的预应力筋坐标进行波纹管及预应力筋的布置、固定。为充分发挥预应力的作用,严格按照设计规定的张拉程序对竖向、纵向预应力束进行滞后张拉,并同时控制好张拉力和伸长量。严格控制好砼保护层厚度,同时在节段外表面增加防裂钢筋网,避免表面开裂。底板采用大体积砼方法施工,采用底模喷水降温,严格控制浇筑速度。砼浇筑时提高振捣工作质量,同时必须严格遵守砼浇筑程序,做到上下游、两岸同步对称浇筑。拆侧模必须待砼强
10、度达到25Mpa以上,低模必须待砼达到设计强度,以避免产生表面裂缝。加强梁体的保温、保湿养护,在砼未凝结硬化时开始,要求连续保湿必须达到14天以上,对腹板、横隔板等垂直表面采用晚脱模(模内养护),脱模后立即喷洒养护剂,并不得中断或局部遗漏,以防止砼开裂。尽量缩短0号梁段与墩顶砼及梁段各层砼之间的龄期差。3砼外观如何保证?外模均采用墩身大块整体钢模,尽量减少模板间接缝。精心组织施工,严格按制定的施工工艺施工,采用插入式振捣器振捣密实,对倒角等不易振捣的地方采用模板开窗振捣,并敲击模板检查是否留有空洞。严格控制砂、石的级配和外观清洁,并准确计量。40号梁段截面高(9m),如何确保砼浇筑质量? 梁段
11、分为二次(4.0m+5.0m)浇筑,减小一次性砼浇筑高度和砼浇筑量。采取在内模开仓的方式振捣砼,确保砼振捣质量。在施工前对下一层砼顶面进行凿毛清洗,要求凿出粗骨料610mm,并用水泥净浆处理结合面,以确保新老砼结合质量。尽量缩短各层砼之间的龄期差。严格控制好竖向、纵向预应力的张拉质量。5预应力张拉、压浆如何进行施工控制?严格按照设计要求进行张拉。张拉时严格采用应力、应变双控,并对称进行,同时将断丝、滑丝数量控制在允许范围内。采用真空注浆,水泥浆掺入0.1%水泥用量VSL专用真空吸浆辅助剂,水灰比控制在0.330.35,管道最高点安设观测孔,出口号压浆泵保持2米以上的水头差且出口高于箱梁顶面。压
12、浆时保持足够的压力,以确保压浆饱满、密实。6施工安全如何保证?制定相应的安全管理制度和奖惩措施,加强安全宣传、教育,提高施工人员安全意识。所有施工人员必须佩戴安全防护用具,并严格按照相关安全操作规程进行施工。施工支架使用前必须经过详细验算和加载试验,以保证其具有足够的承载能力。本桥主墩高度大,墩顶风力大,为了确保钢筋、模板安装期间的结构安全,在0号梁段内增设劲性骨架。在牛腿支架外侧设置安全防护平台,平台顶面满铺钢板网,底部悬挂安全防护网,四周焊接安全护栏,做到“高空施工平地化”,以确保施工人员操作安全。合理安排作业时间,避免重叠施工和夜间及不良气候作业。5 挂篮构造、设计与箱梁施工5.1 挂篮
13、的构造菱形挂篮主要由菱形主桁架、提吊系统、行走系统、底篮及模板、操作平台系统五部分组成。5.1.1 主桁及前后横梁挂篮主桁采用两片外型呈菱形的桁片,在其横向设置前后横梁组成一空间桁架,并在前后横梁桁片和立柱间设置平面联结杆件。主桁杆件采用槽钢两侧焊钢板,杆件间采用高强螺栓连接。两主桁置于悬浇箱梁腹板中心位置,纵向长度根据箱梁节段的长度及重量确定。5.1.2 前后吊杆前吊杆的作用是为底模平台提供前吊点,其承受挂篮的近一半重量,吊杆之间(1 段/m)采用带保护装置的精轧螺纹钢连接器连接,以适应不同梁高的变化。底篮后横梁采用锚杆锚固在前段已完梁段上,锚杆上方设置千斤顶,进行锚固力的转换并可调整挂篮悬
14、臂端挠度。5.1.3 行走系统挂篮行走系统布置为:在两片主桁架下的箱梁顶面铺设两根用工钢组焊成的轨道,轨道用竖向预应力筋通过短分配梁固定,轨道上放置滑船及支座。挂篮行走前先安装后锚小车,通过后锚千斤顶将后锚反力转换为后锚小车承受。挂篮就位后,再将后锚小车上的力转换给后锚杆,以完成后锚转换。挂篮的前行则是通过在轨道前端安装反力挂钩和前支点后的锚板通过钢绞线连接后依靠单头千斤顶顶推前支点后的锚板来带动滑船及后支座滑板前移实现一个顶推行程,每次顶推最大行程1000mm。底篮与内外模系统脱模后与主桁同步行走。5.1.4 底篮及模板底篮由前下横梁、后下横梁、纵梁及分配梁组成,横梁与纵梁连接采用栓接,底模
15、直接铺于底篮上。前后下横梁通过吊杆悬吊在主桁的分配梁上。模板包括底模、外模、内模。外模采用大块钢模,内模采用小块钢模,内外模利用对拉螺杆(精轧螺纹钢)连接紧固,外加钢支撑固定。腹板内用短钢筋作内支撑,保证腹板结构尺寸。外模上部支承在外滑梁上,前端悬吊于主桁外侧分配梁,后端悬吊于已浇箱梁翼板上。外模吊杆均采用精轧螺纹钢,同样,内顶模支承在箱室的内滑梁上,前端悬吊于主桁前分配梁,后端悬吊于已浇箱梁内顶板上。内模横梁上设置活动销来调节内模宽度以适应腹板厚度的变化。5.1.5 操作平台操作平台包括底篮前、后端平台,底篮两侧平台,内、外模悬吊平台,翼板两侧平台,张拉操作平台。操作平台设计应满足堆放施工机
16、具及工人作业空间要求。平台可用手动葫芦调整其高度。5.2 挂篮设计参数5.2.1 荷载分项系数:恒荷载G1.2,可变荷载Q1.4。5.2.2 浇注砼时,梁段砼的动载系数为1.2;空载移动时,挂篮动载系数为1.3。5.2.3 箱梁混凝土超灌系数1.1。5.2.4 行走时抗倾覆稳定系数4;灌注时抗倾覆稳定系数4。5.2.5 挂篮允许最大变形(包括吊带变形的总和)20mm。5.2.6 挂篮总重量(含施工荷载)/悬灌箱梁节段重量在0.30.5 之间。5.2.7 水平限位安全系数2;5.2.8 弹性模量:E 钢=2.06105Mpa,E木=9103Mpa;5.2.9 设计荷载:混凝土自重26.5kN/m
17、3,混凝土侧压力60kPa,混凝土与模板吸附力100kPa,施工机具及人群荷载2.5kPa,基本风压值400kPa。5.3 箱梁施工工艺流程 详见“(图2)三跨连续预应力钢筋砼箱梁悬臂浇筑施工流程图”。5.4 施工要点5.4.1 挂篮施工5.4.1.1 挂篮拼装5.4.1.1.1.挂篮加工完毕及时进行检测。检测合格后在加工现场进行结构拼装,并进行静载试验,经试验满足设计和施工要求后才能出厂运达施工现场。5.4.1.1.2.在施工现场拼装时,先将部分杆件进行组装,组装多少根据起吊设备的起吊能力确定,以减少在梁顶高空拼装时间。5.4.1.1.3.挂篮拼装要注意各杆件的拼装顺序。先拼装行走系统、主桁
18、结构及主桁后锚部分,然后拼装吊带及底篮平台部分,再拼装挂篮模板及工作平台,最后牵引动力系统和电气系统。5.4.1.2 挂篮静载试验挂篮试验加载按照最不利梁段最不利荷载组合的等效荷载作用下,检验挂蓝的稳定性及整体安全,实测出挂篮的变形,消除钢结构的非弹性变形。载荷试验采用外力加载方式, (图3)外力加载示意图defense work, fully meet annual targets. Foreign Affairs strengthened immigration and passport, file management, the implementation of the Office
19、system, promote standardization and institutionalization of the management of Foreign Affairs. Overseas Chinese, based on policy advocacy and for overseas Chinese servicesregistration system on duty, troubleshooting safety and maintain social stability. Comprehensive control of public security and w
20、as affirmed by the community. 4, further strengthening of foreign and overseas Chinese Affairs, local records compilation and civil air17(图2) 三跨连续预应力钢筋砼箱梁悬臂浇筑施工流程图托架模板制作测量定位在固结墩顶安装0#块托架、试压稳定、安装模板钢筋制作0#块钢筋、波纹管安装合格浇筑0#块混凝土养生、拆模砼抽检、取样钢铰线束制备、张拉设备检验、锚具检验养生、拆模清孔、浆液制备、检验灌浆设备准备养生、拆模0号块粗钢铰线穿束、张拉、压浆养生、拆模检验按设计
21、要求按时张拉竖向预应力筋、灌浆封锚养生、拆模合格对称拼装就位挂篮及有关设备养生、拆模挂篮试压稳定挂篮制作、试拼合格模板、钢筋、波纹管制备在挂篮上安装本梁段模板钢筋、波纹管测量定位检验合格砼拌制、运输对称浇筑本梁段混凝土、养生、张拉、压浆检验、取样检验合格清孔、浆液制备、灌浆设备准备本段纵向预应力钢铰线穿束、拆模钢铰线束制备、张拉设备检验、锚具检验按设计要求按时进行本梁段竖向预应力筋张拉、注浆、封锚检验反复循环直至合拢段顺序对称施工完毕合格试压稳定对称前移、就位挂篮试压稳定现浇段支架制备安装边跨现浇梁段支架安装现浇段模板、钢筋、波纹管、浇筑边跨现浇段砼、养生、拆模测量定位、钢筋波纹管制备混凝土拌
22、制、运输检 验拆除全部挂篮混凝土拌制、运输试压稳定安装边跨合拢段支架检验合格、砼取样安装边跨合拢段模板、钢筋、内劲性骨架、波纹管、浇注砼、养生、拆模混凝土拌制、运输检验合格钢铰线束制备、清孔穿束、张拉设备检验、锚具检验清孔、浆液制备、注浆设备准备顺序张拉钢铰线束、压浆检验合格张拉边跨现浇段、合拢段竖向预应力筋、压浆、封锚拆除边跨全部支架安装中跨合拢段吊架及内外部支撑、模板、钢筋、内劲性骨架、波纹管、临时张拉顶板板和底板钢绞线各两束达5con浇注砼、养生、拆模相关各项准备工作检验合格顺序张拉底板钢铰线束、注浆相关各项准备工作检验合格张拉中跨合拢段竖向预应力筋、压浆、封锚浇注箱梁封锚砼拆除外支撑、
23、吊架桥面工程施工通过千斤施加反压加载,将梁段荷载施加于底篮,使加载对挂篮底篮及前吊杆产生的效应与梁段荷载对挂篮底篮及前吊杆产生的效应基本相同。测试挂篮后锚杆(外露部分)的应力,检验后锚杆是否满足强度要求。千斤顶加载时由承台锚固钢绞线提供反力,中间通过钢绞线及分配梁连接。注意加载位置尽量选在能使钢绞线垂直的位置。 数据分析整理。先计算最不利荷载组合的各级荷载作用下挂篮各测点竖向变形值及相应节段两点的平均值,绘制出荷载与挂篮变形关系曲线,并与挂篮设计值比较,检验是否满足设计和规范要求要求;再计算最不利荷载组合的各级荷载作用下一副挂篮主要受力杆件应力,绘制出荷载与挂篮杆件应力关系曲线,并与挂篮设计值
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