中铁连续刚构桥悬臂浇筑施工工法揭秘,火爆朋友圈!

工程施工技术2019-02-10 08:42:49

来源:工程施工技术

高速铁路由于速度高、冲击荷载大、无砟轨道系统精度要求高、桥梁设计使用年限(100年)长,因此对于大跨连续刚构桥的施工精度、工后沉降以及跨中徐变挠度都提出了更高的要求。广深港铁路客运专线沙湾水道特大桥跨越紫坭河水道、沙湾水道设计为(104+168×2+112)m和(112+168×2+104)m预应力混凝土连续刚构桥,砼强度等级C60,梁部采用悬臂浇筑法施工。


图1沙湾水道特大桥跨越紫坭河水道(104+168×2+112)m连续刚构桥立面示意图


一、工法特点

1、0#块采用墩顶托架法施工,安全可靠。

2、本工法使用特制无平衡重、自行式挂篮,结构设计刚度大,受力明确,操作方便,重复利用性较好。

3、本工法优化了钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉施工工艺,将悬浇梁单节段施工时间缩短至平均8-10天(5天张拉),提高了工效,加快了施工进度。

4、本工法将高标号、高性能、耐久性混凝土施工程序化、标准化。

5、悬浇梁线形和应力监控方法先进,效果好。

6、本工法有较好的社会效益和经济效益。

二、适用范围

1、适用于高速铁路高墩、大跨度连续刚构、连续梁悬臂浇筑施工。

2、适用于安全风险大、工期紧的悬臂浇筑施工。

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三、工艺原理

结合高空、跨航道、设计标准高、工期紧等特点,对于大体积0#块采用悬空托架施工并采用张拉钢绞线的方法进行预压。悬灌挂篮采用了LM-300无平衡重自行式三角挂篮。为了保证桥梁成桥后的质量和施工线形,悬灌施工过程中在对挂篮拼装、模板标高、钢筋绑扎、砼泵送、浇筑及养生、预应力张拉、压浆等环节进行控制的同时,还通过采用SAP2000、MIDAS 等软件模拟施工过程、计算节段预抛值,使成桥内力、线形符合要求。通过对整个施工过程中各个环节的质量跟踪、安全控制,沙湾水道特大桥顺利完成合龙,保证了施工工期。


四、施工工艺流程及操作要点

(一)总体施工工艺

本桥主墩位于水中,从岸边搭设栈桥至墩位,作为通道。墩位处设塔吊,作为垂直提升机具。混凝土采用输送泵泵送至施工现场。0#块采用墩顶托架法施工,混凝土分两次浇筑。悬浇施工采用三角挂篮,合龙顺序为先中跨后边跨,合龙段两侧设水箱配重,利用挂篮主桁架形成合龙段井字形吊架。


总体施工工艺流程图

(二)0#块施工工艺及技术

0#块采用墩顶托架法施工,单片三角托架在地面采用型钢焊制,塔吊安装,与墩身顶部预埋钢板相连,0#块托架结构检算见下图。

0#块托架结构计算图


0#块施工图


0#块托架采用钢绞线张拉法预压,从托架顶安装钢绞线与承台预埋钢绞线相连,在托架顶采用千斤顶按设计荷载进行张拉。0#块托架预压荷载等于承受最大荷载的1.1倍。

0#块托架预压



0#块托架预压施加荷载


(三)悬臂浇筑施工工艺及技术

悬灌梁施工工序为:挂篮就位→调整底模、外侧模标高→绑扎底板、腹板钢筋→安装竖向预应力钢筋→内模系统滑出就位→安装纵向、横向预应力管道→绑扎顶板钢筋→浇筑混凝土→养护→穿钢绞线→张拉→压浆→前移挂篮→下一节段施工。如此循环施工,每节段施工周期平均为8-10天。


1)挂篮设计与施工

本桥连续梁设计为单箱单室,最重悬浇节段286t,节段长度3m~4m。大吨位梁段挂篮一般采用菱形或三角形特制挂篮,本桥采用LM-300型三角挂篮。

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(1)挂篮

挂篮主要由三角主桁架、前后横向联结系、顶横梁、前后下横梁、底纵梁、模板系统、吊带锚固系统、走行滑移系统及张拉平台等组成。


LM-300三角挂篮设计


后下横梁与吊带采用铰结,有利于调整梁底线形和保证两次接缝严密。挂篮行走采用无配重后锚固自行系统,减轻了挂篮自重,每只挂篮自重115t。


挂篮主桁架前斜吊带设计可以采用精轧钢和千斤顶进行预紧,大大降低了挂篮总体施工挠度,确保了施工安全和施工质量。挂篮内模系统与内滑梁采用滚轮连接,可以方便内模系统滑移抽出。


挂篮检算采用SAP2000建模进行整体分析,经检算,主桁架结构稳定,刚度大,变形量小,挂篮满载状态下最大挠度为16.7mm。


挂篮3D模型及模型受力后的变形

(2)挂篮预压

挂篮预压在地面进行,首先在平地上平铺3条顶横梁作为调平架,采用水准仪调平。然后在调平架上拼装主桁架,两片主桁架相对,支点O处将前支座上好,后端A点用3条扁担梁和6条Φ32精轧螺纹钢锚固。在前端B节点处放置2条扁担梁,采用4根Φ32精轧螺纹钢穿过扁担梁连接,利用两台YCW80B-200型千斤顶分别分级张拉。最大荷载按最不利状态下挂篮主桁架受力的1.20倍,。预压按10%、25%、50%、75%、100%、120%的级差分级加载,加载完毕后每6小时观测一次,应力和挠度值稳定后,分50%、10%、0%三级卸载。在加载前,在主桁架OB、AC、OC杆和BC的两条吊带分别贴应变计,分级加载和卸载时分别读取应力值。在A、O、B点分别安装位移计,以测量分级加载和卸载时的主桁架各点挠度值。

挂篮预压示意图


挂篮主梁预压


(3)挂篮拼装

T构的0#梁段施工结束后,首先清理梁段顶面,并用1:2水泥砂浆将铺枕部位找平,用塔吊将杆件吊至0#块顶面,然后按下列程序对称拼装挂篮:铺设钢枕→安装轨道→安装前、后支座→吊装主桁架→吊装前上横梁→安装后吊带→吊装底模架及底模板→吊装内模架走行梁→安装外侧模→调整立模标高。


(4)挂篮移动

①挂篮移动流程:

箱梁张拉→松侧模和底模→安装轨道→移篮到位→安装后锚→调整模板→验收合格→下一道工序。

挂篮迁移


首先在梁段顶面找平并测量好轨道位置,铺设垫枕和轨道,然后脱模,将底模用倒链滑车吊挂在外模走行梁上,松开主构架后锚,用倒链牵引前支座使挂篮、底模架、外侧模一起向前移动至下一节段预定位置并重新锚固在轨道上。安装后吊带,将底模架吊起。其次在该梁段上安装外侧模走行梁后吊架,然后解除一个前一梁段上的后吊架,移至该梁段预留孔道安装好,再解除另一个。走行梁就位后调整好外模板和底模标高,内模在底板和腹板钢筋绑扎完成后才拖出,最后封端模。


②挂篮前移注意事项

A.下放、前移、提升等操作应设专人统一指挥,各控制点派专人负责监控。

B.松底篮前,应检查模板对拉螺杆是否全部清除,防止下放、移机时卡阻;移挂篮前,设一组保险钢丝绳,拉住挂篮后部,防止突然滑行。

C.下放底篮时,操作千斤顶应同步平衡下放;操作千斤顶正下方不准有人停留,防止手柄掉落伤害;吊杆需划标记。

D.轨道要铺设牢固、平整、顺直,不得偏移。

E.在轨道上划出标尺刻度,以控制前移速度;挂篮行走时,要缓慢进行,速度应控制在每分钟行程250px左右,左右必须同步前移。

F.T构两侧挂篮应同步对称进行,其前移距离差值不得大于梁段长度一半。 G.前移时应注意挂篮各杆件变形情况,加强对各受力部位(如吊带、保险绳等)牢固情况的检查,发现隐患及时处理。

H.移机到位,调整标高,锚固可靠,待验收合格之后才可进入下道工序施工。


(5)挂篮拆除

拆除顺序如下:全桥合拢后,挂篮外侧模及底模利用钢绞线进行下放至河道中间运输船上,船只接收后移至码头解体拆除。挂篮主桁架、轨道钢枕及其它构件退至塔吊处进行拆除;合龙段不用的内模、内走行梁,在合龙段施工前拆除。

挂篮模板拆除


2)钢筋、混凝土和预应力施工工艺及技术

主要包括以下内容:钢筋施工、混凝土施工、预应力施工、孔道压浆、封锚。


(1)钢筋施工

A.钢筋加工制作

① 钢筋加工前调直并清理干净,不得有油渍、漆污、水泥浆等。

② 下料时,根据梁体钢筋编号和供料尺寸的长短,统筹安排,采用连续配料法下料以减少钢筋的损耗。

③ 弯制钢筋宜从中部开始,逐步弯向两端,弯钩应一次完成。

④ 钢筋接头采用闪光对焊、电弧焊等焊接形式。在正式施焊之前先进行试焊,掌握好各项技术参数,试焊合格后进行批量生产。


B.钢筋绑扎

① 绑扎顺序为:底板钢筋→腹板钢筋→顶板钢筋。绑扎钢筋的同时安装相应部位的波纹管。

② 钢筋在车间加工为半成品,运至现场后绑扎成型。

③ 钢筋绑扎过程中要合理安排不同钢筋的绑扎顺序。

④ 保护层采用细石砼垫块,强度≧60MPa,梅花形布置,每平方米不少于4个。


(2)混凝土施工

A.悬臂施工的两个对称节段及其断面对称平衡灌注。

B.混凝土灌注方法是分段分层灌注,分层厚度宜为750px。灌注顺序:先底腹板倒角,再底板中部,然后灌注腹板,最后灌注顶板,

C.灌注混凝土的自由落高不得大于2m,当超过2m时,应采用滑槽、串筒、漏斗等器具。

D.混凝土灌注要连续进行,上、下层间隔时间不能超过初凝时间。

E.混凝土灌注过程中,要防止碰撞模板、钢筋、预埋件及预应力钢束管道。

F.混凝土振捣以插入式振捣器为主,要防止漏振,也要避免过振。施工时要设专人对模板、锚垫板等关键部位进行振捣和检查。


(3)预应力施工

A.预应力孔道

①预应力孔道采用塑料波纹管,波纹管的接头应用比被接长的波纹管直径大一个号的波纹管旋入套接。

②为保证预留孔道畅通,对纵向波纹管内宜插入比波纹管内径小3~6mm的厚壁胶管或塑料管,并在混凝土灌注过程中直到初凝前要经常往返抽动或旋转,当混凝土初凝后及时拔出。

③为保证波纹管与混凝土及水泥浆粘结良好,波纹管外面不得有油污、泥土等。

波纹管与锚下垫板应保持同心,支承板面应垂直于管道轴线。

预应力孔道安装


B.预应钢绞线下料和穿束

① 切割后的钢绞线应进行梳理顺后穿束,然后用扎丝每隔2~3m绑扎一道,其扎丝扣应置于纲绞线的空隙里,编束后分类存放。

② 穿束前,应用压缩空气清除管道内积水及污物。

③ 根据钢束长度可选用人工或卷扬机配合穿束。


C.预应力束(筋)张拉。

为确保预应力束张拉控制应力的准确性,在预应力束进行张拉前,需进行孔道摩阻试验,制作2个装有预应力管道、锚垫板、配有钢筋的试件,分别选取梁体设计图中2种类型的钢绞线束进行测试。管道布置与连续梁设计图中一致,要求顺直,加强定位(详见图5.3.2-2)。混凝土强度等级与梁体设计强度一致,试验前混凝土要求强度达到100%。试验前需先清孔,待实验人员到位后安装检测片后,方可安装锚具、夹片。若试件强度不足、管道不平直或锚口、喇叭口位置则不满足实验条件,必须重新制作试件。加载顺序共分4级,各级荷载分别为设计张拉控制应力的10%、30%、50%、70%,加载到最大值(设计张拉力的70%)后,张拉千斤顶回油,并卸载到设计张拉力的10%,并做好伸长量的各项记录。

试验过程中若发现测试数据异常或其它意外情况,应立即停止加载,待情况查明后方可重新恢复加载。根据预应力钢束与管道壁的摩擦系数u和管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k确定预应力孔道摩阻损失。一般按下列公式进行计算:

ση=σσcon[1-e-(uθ+kx)]

式中:σσcon—预应力钢筋锚下的张拉控制应力(MPa);θ—从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和(rad);x—从张拉端至计算截面的管道长度,可近似取该管道在构件纵轴上的投影长度(m);u—预应力钢束与管道壁的摩擦系数;k—管道每米局部偏差对摩擦的影响系数。


摩阻试验试块安装图(mm)


预应力束张拉主要注意事项如下:

①千斤顶和油压表使用前按照相关规范进行标定并配套使用。

②张拉顺序:按设计张拉顺序进行。

③锚具夹具安装前应逐个检查是否有裂纹或变形,锚下混凝土是否密实,并清除支承面上的杂物。

④张拉以应力为主,以伸长量校核进行双控,实际伸长量与计算伸长量之差不得大于±6%。纵向束张拉为两端同时进行。

⑤张拉程序:0→0.1σk→0.5σk→1.0σk→持荷5分钟→缓慢回油锚固→计算伸长量→回油卸载至0。


D.孔道压浆

1)预应力孔道压浆采用真空辅助压浆工艺。工艺流程为:孔道口安装阀门→将真空泵连接在非压浆口→压浆泵连接在压浆口→以串联的方式将负压容器、三向阀门和锚垫板压浆孔连接起来,其中锚垫板压浆孔和阀门之间用透明塑料管连接。

2)压浆前关闭所有的排气阀门(连接真空泵的除外),启动真空泵抽真空,使压力达到-0.08MPa。在真空泵运转的同时,启动压浆泵开始压浆,直至压浆端的透明塑料管中出现水泥浆,打开压浆三向阀门,当阀门口流出浓浆时关闭阀门,继续压浆并在0.7MPa压力下保压2min。

3)水泥浆的性能要求:水灰比0.3~0.35;泌水率2%,泌水应在24小时内被浆体吸收;流动度14~18s;膨胀率<3%;初凝时间应≥4小时,终凝时间≤10小时;压浆时大气温度应在5℃~30℃。

4)压浆人员应详细记录压浆过程,包括每个管道的压浆日期、水灰比及掺加料、压浆压力、试块强度、障碍事故细节及需要补做的工作。

5)压浆应在张拉完成后24小时内进行。


E.封锚

箱梁内部纵向预应力束,横向预应力束,两边跨端头纵向束张拉,压浆完毕后,即可加设钢筋网片,并用C60混凝土填封,填封混凝土前将接茬面先凿毛并用水冲洗干净。


(四)边跨直线现浇段施工技术

边跨直线现浇段采用支架法施工,墩身较高时可采用墩顶支架法施工。支架搭设完毕后应进行预压,预压荷载为最大承受荷载的1.1倍。边跨现浇段应在主墩边跨悬浇结束前施工完成。

边跨现浇段施工

(五)合龙段施工工艺及技术

合龙段采用井字形吊架法施工,悬浇至合龙段后,合龙口一侧挂篮后退,另一侧挂篮前移,形成合龙吊架。合龙遵循“低温灌注,既拉又撑还抗剪”的原则。选择在一天之中气温较低、温度变化幅度小的时间内进行混凝土灌注,保证合龙段新灌注的混凝土处于气温变化不大的环境中、在受压的状态下达到终凝,从而避免混凝土受拉开裂。

中跨合龙段施工

中跨合龙后


全桥合龙后

(六)夏季高性能砼长距离泵送施工工艺及技术

长距离泵送混凝土施工


主桥箱梁混凝土配合比


混凝土泵送工艺及技术

混凝土输送示意图


(七)悬浇施工监控技术

1、悬臂施工线形监控

高速铁路由于采用无砟轨道,精度要求极高,对大跨连续刚构的成桥标高和跨中徐变挠度要求也就更高,因此悬浇施工线形和应力监控工作非常重要。监控主体为施工单位,可以采用与科研院校等单位合作的方式。


(1)线形监控内容:1)施工过程的仿真计算;2)标高、挠度和中线位置的现场测量;3)施工过程的参数识别;4)施工过程中标高、中线位置的预测与调整。

(2)线形监控计算

连续刚构有限元计算模型

各悬浇节段施工标高计算公式:

H施=H设+∑f1+∑f2+f3+f4+∑f5     (5.7.1-1)

式中:H施:箱梁施工设计标高。H设:箱梁成桥后设计标高。∑f1:本施工梁段和后续施工梁段自重产生的挠度总和。∑f2:本施工梁段和后续施工梁段预应力张拉产生的挠度总和。f3:挂篮自重及其弹性变形产生的挠度。f4:由砼徐变、收缩、温度、预应力松张、结构体系转换等产生的挠度。∑f5:由桥面铺装二期恒载和长期使用荷载而产生的挠度。


(3)线形监控方法

1)挠度监控测点布置和监测

测点布置图


2)立模标高的调整

立模标高的调整以既要保证主梁各节段绝对标高的精度,又要保证主梁线形的平顺为原则。当本梁段完成后的前端标高出现偏差时,如果偏差值在±10mm以内,则下一节段的前端标高就不需要作调整,仍取为施工设计标高;如果偏差值超过±10mm,应在其后的两个梁段内将其消除。处理方法是:将本梁段前端标高偏差值反号等分,平均分配到后面两个梁段的立模标高中。


3)施工过程中中线位置的控制

在0#块中心位置设置一基点,左后每个节段位置控制的后视点,采用全站仪对每个节段模板位置进行调整,模板在准确定位后进行加固,然后通过全站仪在每个模板端头进行节段关键点放样,每个节段放6个控制点(见图5.7-3),通过控制点的位置准确定位主梁中心线的位置,在每个节段浇筑后,与前一节段中心线位置进行连侧,消除误差,确保主梁中心线位置的准确性。

箱梁中线截面位置控制点布置图


2、悬浇施工应力监控

为保证结构安全和施工安全,按照设计要求监测墩柱和箱梁关键断面的应力变化,掌握结构的受力状态。箱梁的主要量测部位有:(1)箱梁根部附近断面;(2)箱梁1/4L处断面;(3)箱梁合龙段处断面。

主梁应力测试断面布置图


箱梁应力测点布置图


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