250m连续刚构悬臂浇筑施工工法.doc

250米连续刚构悬臂浇筑施工工法一、前言随着交通事业的发展、科学技术的进步、高强材料的应用，预应力混凝土连续刚构向着高墩、大跨方向发展，相继出现了250m以上的大跨连续刚构。本工法是在1998年2001年中铁五局集团三公司承建的重庆渝合高速公路马鞍石嘉陵江大桥施工中，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，经过总结整理形成的。在以往的预应力混凝土连续刚构施工中，也采用悬臂拼装或悬臂灌注。但由于跨度小、悬臂短，悬臂两端允许不平衡偏差及风压对悬臂端影响较小、横向稳定不突出。本工法则解决了大跨度、长悬臂连续刚构施工横向稳定及平衡问题。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圆顺，悬灌施工平衡且安全，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，施工工艺具有先进性和安全行。并开发出了跨度250 m预应力钢筋混凝土连续刚构公路桥施工技术研究，该项成果于2002年7月通过了中铁五局集团公司组织的科技成果鉴定。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。 二、工法特点1.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电气集中控制，依靠机械化和自动化提高生产效率、降低工人劳动强度；2.菱形挂篮施工悬灌箱梁，施工作业空间宽敞，并在挂篮主桁上方设置遮阳雨棚，改善工人作业环境。3.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。4.悬灌施工大跨度桥梁，箱梁节段线性圆顺，两端悬臂重量平衡，混凝土应力及挠度变化稳定，节段施工横向稳定性好、抗风能力强。三、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，尤其是大跨度预应力混凝土连续刚构。四、施工工艺1 工艺原理图1 悬臂挂篮施工示意图利用墩身预埋牛腿托架浇注墩顶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，混凝土灌注和预应力张拉、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，如此循环直至悬臂灌注完毕（见图1）。通过0#段横向连接和箱梁腹板设置通风孔加强悬灌横向稳定。体系转换时利用挂篮做合拢吊架，按设计合拢温度、平衡配重条件下进行合拢锁定，完成全梁体施工。2挂篮构造与设计 挂篮的构造菱形挂篮主要由菱形主桁架、提吊系统、走形系统、底篮及模板、操作平台系统五部分组成。 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，并在前后横梁桁片上设置上下两层平面联结杆件。主桁杆件采用H型钢两侧焊钢板，杆件间销子连接。两主桁置于悬灌箱梁腹板中心位置，纵向长度根据箱梁节段的长度及重量确定。 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）采用销轴连接，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臂端挠度。 走形系统挂篮走形系统布置为：在两片主桁架下的箱梁顶面铺设两根用钢板组焊的轨道，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油缸活塞杆件伸缩以顶推滑船并带动油缸支座前移实现一个顶推行程，每次顶推最大行程1200mm。底篮与内外模系统脱模后与主桁同步行走。 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，内模采用组合钢模，内外模利用对拉螺杆（精轧螺纹钢）连接紧固，外加钢管支撑固定。腹板内用同标号混凝土预制块作内支撑，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。内模及底篮的升降均采用液压千斤顶来完成，通过电气集中控制，既可多台千斤顶同时工作，也可以单台千斤顶个别调整，使得模板标高调整方便准确。 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具及工人作业空间要求。平台可用手动葫芦调整其高度。 挂篮设计参数 荷载分项系数：恒荷载G1.2，可变荷载Q1.4。 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。 箱梁混凝土超灌系数1.05。 行走时抗倾覆稳定系数4；灌注时抗倾覆稳定系数4。 挂篮允许最大变形（包括吊带变形的总和）20mm。 挂篮总重量(含施工荷载)/悬灌箱梁节段重量在0.30.5之间。 水平限位安全系数2； 弹性模量：E钢=2.06105Mpa,E木=9103Mpa； 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766kPa。3. 工艺流程（见图2）施工墩顶0#梁段0#梁段顶挂篮轨道放线定位用高标号水泥砂浆摸面面找平挂篮轨道抄平、调距、轨道锁定安装轨道安装前支点滑船安装挂篮主桁及后锚杆先放较远一侧，并临时支撑在吊另一侧安装主桁前后横梁桁片安装上下平联安装底篮前吊杆及吊带拼装底篮平台整体吊装底篮平台安装内滑梁及外滑梁安装外模安装挂篮静载试验反力架、千斤顶、油泵安装挂篮试验地锚测试挂篮主要受力杆件应力及挂篮变形挂篮静载试验签发立模标高通知单根据挂篮试验确定立模标高监理复查挂篮定位并调整模板标高安装端头模板安装预埋孔绑扎钢筋、安装竖向预应力筋、纵向波纹管、横向预应力筋安装内模监理复查浇注混凝土前挠度观测浇注混凝土后挠度观测安装两台输送泵浇注混凝土混凝土养护到设计强度的80%纵向预应力穿束并装顶循环纵向预应力筋张拉张拉前挠度观测横向预应力筋张拉张拉后挠度观测竖向预应力筋张拉预应力孔道压浆挂篮前移监理复测图2 施工工艺流程图4施工要点 挂篮施工 挂篮拼装a.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。b.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。c.挂篮拼装要注意各杆件的拼装顺序。先拼装走行系统、主桁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，最后安装液压及电气系统。 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。通过千斤顶反压加载，将梁段底板及腹板荷载施加于底篮，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。千斤顶加载时由承台锚固钢筋提供反力，中间通过钢绞线及分配梁连接。数据分析整理。先计算最不利荷载组合的各级荷载作用下一台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台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，并与挂篮设计值比较，检验是否满足设计要求及为以后挂篮设计提供参数。 图3 挂篮静载试验示意图 挂篮前移每施工完一个节段，悬臂两端挂篮均要对称前移施工下一个节段。a.拆除外模板下缘的顶紧器使外模向底模两侧靠；拆除腹板模板拉筋及钢管支撑杆；拆除顶模及底模后锚杆，并转换为内外滑梁小车临时锚固。b.在挂蓝前支点处安装螺旋千斤顶，两侧千斤顶同步顶起主桁前支点，使滑船脱离轨道。c.在轨道前端安装倒链葫芦，解除轨道的锚固筋，将轨道前移就位并找平。d.通过锚筋将轨道锚固在以完箱梁上，前支点处千斤顶下降，使主桁滑船落于轨道面。e.通过后锚千斤顶将后锚上拨力转换为后锚小车承受。f.安装后锚杆使其与竖向预应力筋连接，通过后锚千斤顶将后锚小车的上拨力转换由竖向预应力筋承受，转移到后锚杆，解除后锚小车约束。 节段箱梁施工 非预应力筋施工。先绑扎底板底层钢筋，将腹板箍筋与底板底层钢筋散绑，安装腹板水平筋和腹板联系筋，腹板钢筋形成整体骨架后再将腹板箍筋底部与底板底层钢筋焊接。绑扎底板顶层钢筋，将底板上下层钢筋的联系筋焊接牢。安装顶板钢筋。 预应力筋的施工。纵向、横向、竖向预应力管道在腹板和顶板钢筋绑扎时安装固定，预应力管道定位钢筋网片间距0.5m。纵向预应力管道随着箱梁施工逐节加长，接口要封严，不得漏浆。浇注混凝土时，管道可内衬硬塑料管芯（混凝土浇注完成后拔出），防止管道变形、漏浆。预应力穿束采用卷扬机牵引。 混凝土浇注顺序：箱梁底板腹板与底板倒角腹板(左右腹板分四次循环浇注)顶板倒角内顶板外顶板。混凝土浇注宜先从挂篮前端开始。 箱梁预应力张拉时必须按预留试块测定混凝土的抗压强度和弹性模量，达到设计的80%时才能张拉。 悬灌施工线型控制在悬臂施工中，影响悬灌箱梁挠度及线型主要因素有：挂篮受力变形；后浇梁段的自重引起悬臂产生挠度；预应力施工对悬臂产生的挠度；施工荷载引起悬臂挠度；砼收缩与徐变使施加的预应力不断减小，致使悬臂产生挠度；日照与温度变化。 施工预拱度计算a. 挂篮变形值的测定。施工挂篮的变形通过挂篮荷载试验测定。在施工现场挂篮拼装完后，采用千斤顶反压加载试验。按照最不利荷载分级加载，加载过程中测定各级荷载下挂篮前端变形值，可以得到挂篮荷载与挠度关系曲线。 b. 施工临时荷载测定。施工临时荷载包括施工挂篮、人员机具等。其中挂篮重量可根据设计图计算，施工机具及人群荷载按2.5kPa计算。c. 箱梁混凝土容重和弹性模量的测定。在悬灌箱梁各节段施工中，按照常规方法取样检测混凝土容重。混凝土弹性模量主要测定混凝土弹性模量E随时间t的变化过程，即Et曲线，采用现场取样分别测定混凝土在7、14、28、60天龄期的E值，以得到完整的Et曲线。 d. 钢绞线管道摩阻损失的测定。在预定的测点位置，将波纹管开孔，采用电阻应变片和电阻应变仪测量钢绞线的实际管道摩阻损失，了解有效的预应力情况，以便计算由预应力施工引起的悬臂挠度。 e. 混凝土的收缩与徐变。混凝土的收缩与徐变采用现场取样，进行长期观测，在长期观测结果未出来时，采用以前其它桥梁施工中相同或相似条件下同标号砼的试验数据。也可提前做好混凝土的试配及收缩、徐变试验。 f. 温度观测。温度观测分为大气温度观测和箱梁体内部温度观测，大气温度观测与高程测量同时进行，以便主梁高程代表性的确认。箱梁体内温度观测采用预埋测温元件。悬灌箱梁设计预拱度值=（累计弹性挠度+累计徐变挠度+施工气温影响）反向设置。其中累计弹性挠度包括箱梁自重、预应力施工、体系转换、二期恒载、施工荷载产生的挠度，累计徐变挠度为自施工起累计到通车前止的徐变挠度。但因实际施工中的施工条件、使用材料及实际工期与设计不尽相同，故施工中需根据现场测定的各项参数由BCCAP程序计算，并与设计值进行比较以便及时调整。 在悬灌箱梁施工中，为了保证线性控制良好，必须成立专门的监控小组，加强观测每个节段施工中混凝土浇注前后、预应力张拉前后四种工况下悬臂的挠度变化。每节段施工后，整理出挠度曲线进行分析，及时准确地控制和调整施工中发生的偏差值。 跟据各节段预拱度及设计标高，确定待灌梁段的立模标高，严格按立模标高立模。 合拢前相接的两个悬臂最后23个节段在立模时进行联测，以保证合拢精度。 悬灌施工不平衡重控制桥墩两端梁段悬臂施工进度应对称、平衡，实际最大不平衡偏差不得超过设计要求值。 挂篮推移不平衡重控制根据设计要求的两端悬臂最大不平衡偏差值，计算出挂篮推移过程中最大不平衡距离。两端挂篮每一个主桁片配置一个顶推千斤顶。在顶推挂篮前，将主桁片对应的行走轨道沿纵向做好尺寸标记。顶推挂篮时，四台液压千斤顶同时顶推，保证挂篮四片主桁匀速、平行、同步前移，并采用划线吊垂球或经纬仪定线的方法，随时掌握行走过程中挂篮中线与箱梁轴线的偏差。若有偏差，及时纠正。挂篮的内模骨架、外模骨架通过倒链葫芦拖拉，使其与主桁同步前进。 箱梁施工不平衡重控制各种材料均堆放在0#段顶部，不得堆放在悬臂部位，并且前后、左右对称堆放。在各个节段钢筋施工过程中，计算出每个节段钢筋及工作面需要的材料总重量，若总重量超过设计允许的不平衡重偏差值，则严格对称进行钢筋的绑扎和运输。 浇注混凝土不平衡重控制浇注混凝土前，两悬臂端钢筋及模板均已安装完毕，基本处于对称平衡状态。浇注混凝土过程中两端不平衡主要有混凝土重量引起。按照设计允许的不平衡差值计算出混凝土方量，先浇注一端底板最大不平衡重的一半，再浇注另一端最大不平衡重的一半，如此循环往复。先浇注节段箱梁的中部，后浇注箱梁两侧；先浇注挂篮前端，后浇注挂篮跟部。 体系转换连续刚构每跨体系转换过程为：在两悬臂端平衡配重；若设计有要求时，顶推合拢段两侧箱梁；焊接锁定临时劲型骨架；张拉合拢段临时预应力束；绑扎剩余钢筋并浇注混凝土；混凝土养护到设计要求的强度时，解除临时劲型骨架，并张拉纵、横、竖向预应力筋；拆除配重水箱；张拉剩余预应力束并压浆。 合拢施工顺序要按照设计要求办理，设计无要求时，一般先边跨，后次边跨，再中跨。多跨一次合拢时，必须同时均衡对称地合拢。合拢时，一切临时荷载均要与设计单位商量决定。 合拢前，测量箱梁顶面标高和轴线，连续测试温度影响偏移值，观测合拢段在温度影响下梁体长度及竖向的变化。 合拢前，应在两悬臂端预加与混凝土重量相等的配重。加配重时要按中轴线对称加载，并在浇注混凝土过程中逐级卸载，使悬臂端挠度保持稳定。 合拢锁定时，复查、调整两悬臂端合拢施工荷载，使其对称相等，如不相等时，应用压重调整；检查梁内预应力钢束是否张拉完成；复测调整中跨、边跨悬臂的挠度及两端的高差。 合拢宜在设计温度范围内合拢，若温度超过设计范围，需与设计单位协商另行采取措施合拢。合拢段混凝土浇注时间应在日气温较低、温度变化幅度小的时间区内进行。浇注完混凝土后，时值气温开始上升为宜。混凝土强度要求早强，须做特殊配合比设计，注意捣固和养生质量，以防裂缝发生。混凝土浇注完成后，悬臂端应覆盖，防止日晒。 张拉合拢段预应力钢束时，必须先上后下、左右对称进行，以免侧向产生较大变形。六、机具设备悬灌施工所需的机械设备见表1。表1机具设备序号名称型号数量用途1塔吊1000KN.m固定式1台吊运模板、机具2电梯1台人员垂直运输3拌合站H5001套拌合混凝土4手动葫芦1t、5t各12只5全站仪拓普康GTS-311S1台6精密水准仪精度0.1mm1台挠度监测7水准仪精度1mm1台调模8混凝土输送泵SANY 60C2套泵送混凝土9混凝土运输车2台/套每套输送泵2台10电焊机40以下16台钢筋焊接11钢筋切断机5-401台钢筋加工12钢筋挤压机1台钢筋接头13钢筋弯曲机WT4-1 401台钢筋加工14钢筋调直机414mm1台钢筋加工15插入式振捣器50插入式12台混凝土施工16抽水机扬程100m1台供水养护17挂篮重量根据设计箱梁节段重量定2个悬灌施工18千斤顶500t4台纵向张拉19千斤顶60t2台竖向张拉20千斤顶26t2台横向张拉21油泵ZB4-5004台张拉22真空压浆泵柳州HVM1套压浆23装载机ZL401台装运砂石料七、劳动组织悬灌施工作业要求组织好管理小组和作业班组，劳力组织分为两个班组，循环施工，见表2。表2劳动组织序号职务人数分工1管理小组长1负责悬灌箱梁现场施工组织和协调2施工员2负责现场施工指挥、监督指导3技术负责人1负责施组、技术交底及培训等技术工作4技术人员2负责现场施工监督指导、施工质量控制与验收5工班长1负责本工班全面工作6工班小组长4负责本班组的全面工作7塔吊司机2塔吊操作与保养8电梯司机2电梯操作与保养9运输车司机4每台车1人10电工2现场电器的安装管理及维修11模板工8模板安装、拆除、吊运与维护12混凝土工10灌注混凝土捣固13钢筋工20钢筋下料、焊接、绑扎14张拉工10预应力张拉与压浆八、质量控制（一）混凝土浇注质量控制标准1、符合现行公路桥涵施工技术规范、公路钢筋混凝土工程施工规范、公路工程质量检验评定标准要求。2、每节段混凝土灌注完后及时养护，保证混凝土养护时间至少7天。3、模板要均匀涂刷脱模剂，不得有涂漏现象；混凝土不得离淅，严格控制混凝土的坍落度；必须捣固密实，表面不得有蜂窝麻面，不得有跑模现象，外观美观。（二）挂篮及模板质量控制按表3规定标准表3模板加工质量标准序号检查项目容许偏差/mm检查部位1挂篮及模板加工长度+0-1.0中间及两边2宽度+0-1.0中间及两端3高度1.0中间及两端4模板挠曲2.0长、宽方向5边肋孔距1.0任意两孔间距6端肋孔距1.0任意两孔间距7焊缝长+5.0 -0所有焊缝8焊缝高+1.0 -0所有焊缝9倒角模角度1.0内模倒角10挂篮模板拼装模板间拼接缝1.51.5塞尺不通过11相邻模板面错台2.0检查拼接缝12相邻模板上口高差1.5检查拼接缝九、安全措施除遵守建设部、中华全总、劳动人事部联合发布的建筑安装工人安全技术操作规程外，还要注意下列事项：1、建立完善的施工安全保证体系，加强施工过程中的安全检查和控制，确保作业标准化、规范化；2、针对菱形挂篮悬臂施工的特点，制定切实可行的高空悬灌施工安全措施，建立健全各项安全规章制度，加强岗位责任制，并在施工过程中认真执行和总结完善。3、对参与施工的全体员工进行岗前培训和安全教育，贯彻安全第一的思想，作业时必须配戴安全帽、穿施工鞋、系安全绳。4、工作面周边挂安全网，墩下通道搭设防护棚。5、遇到大风、暴雨及雷电而停止施工时，注意要切断电源，保护好各种设备。6、塔式起重机和电梯的司机要经培训考核，持证上岗，定期检查各种限位开关、起重钢丝绳、卡环、附着杆，如有损坏及时更换。7、挂蓝行走时，内外模滑梁必须在顶板预留孔处及时安装滑梁吊点扣架，保证结构稳定；8、挂篮移动过程中，如有构件移动不同步,则先查明原因,解决问题后，然后利用千斤顶或倒链葫芦拉推就位，再继续前移。9、解除主桁锚杆，由液压油缸将挂篮主桁、底平台、外模以及内模滑梁一起顶推前移。同时在其挂篮尾部设置后缆安全绳并随主桁前移逐渐放松。挂篮就位后，须在滑船前后设置楔档止动块，以确保挂篮前移及浇筑箱梁混凝土过程中的安全。10、施工悬灌箱梁节段时，在箱梁腹板上、中、下设置100通风孔，通风孔排数根据腹板高度确定，上下、左右间距均为1.5，减小风压对悬臂的影响和箱梁内外温差。11、为了加强长悬臂的横向稳定性，在施工左右幅箱梁0#段时，设置横向联系梁，将左右连为一体，加强横向刚度。12、在挂篮推移、节段施工过程中，严格控制两悬臂端的不平衡偏差，不得超过设计允许值，两端、左右对称平行作业，并安排专人检查。13、长悬灌施工节段预应筋张拉，尤其是纵向预应力筋张拉，必须严格按照设计顺序进行，并且左右两侧对称张拉。若在张拉过程中出现异常情况，必须找到原因、处理后两侧才能继续对称进行下一步作业。十、效益分析通过对大跨度预应力混凝土连续刚构悬臂施工的研究和现场模拟试验，悬灌箱梁混凝土质量好、结构内实外美，线性棱角分明。悬灌施工速度快，每个节段原计划9天完成，实际施工平均每个节段8天，最快5天，马鞍石嘉陵江大桥施工，提前工期60天，保证了大桥的顺利合拢，为企业赢得了良好的社会效益和经济效益。由于马鞍石大桥良好的社会信誉，相继中标内江桐梓坝大桥和贵阳小关水库特大桥。十一、应用实例重庆渝合高速公路马鞍石嘉陵江大桥是国道212线重庆至合川高速公路上的一座特大桥。该桥全长1240m，其中主跨为146m+3x250m+146m三向预应力混凝土连续刚构，双向四车道，左右幅分开施工。全桥共八个T构，每个T构设计为30对节段，单箱单室截面。箱梁顶宽11.95m，底面宽5.95m。0#段梁高13.7m，跨中合拢段高4.2m，中间以二次抛物线变化。悬灌箱梁跟部腹板厚70cm，合拢段厚40cm，底板1.5m0.32m，顶板厚0.28m。悬灌施工最大悬臂长度为123.5m。大桥合拢顺序是先边跨、后次边跨、最后中跨。该大桥1998年11月开工，2001年12月全部完工。