钢绞线拉杆在桥梁承台施工中的应用.pdf

2023 年 10 月下第 52 卷 第 20 期施工技术(中英文)CONSTRUCTION TECHNOLOGY81 DOI:10.7672/sgjs2023200081钢绞线拉杆在桥梁承台施工中的应用张艳潮1,2,马云东3,姚鹏远4(1.辽宁铁道职业技术学院铁道工程学院,辽宁 锦州 121000;2.大连交通大学机械工程学院,辽宁 大连 116028;3.辽宁省隧道工程及灾害防控专业技术创新中心,辽宁 大连 116028;4.中国铁建大桥工程局集团有限公司,辽宁 大连 116028)摘要 为解决桥梁施工因受场地限制而影响混凝土施工质量的问题,确保混凝土施工内实外美,提出对传统施工工艺进行改进和创新。结合新建福厦铁路桥梁承台施工工艺,利用钢绞线代替圆钢或精轧螺纹钢作为承台模板对拉杆,克服传统工艺以圆钢或精轧螺纹钢作为对拉杆进行施工时因空间狭小而出现拉杆拔出困难和拉杆遗留在混凝土结构中的难题。工程实践表明,将钢绞线对拉技术应用在桥梁承台施工中,满足设计要求,节约工程成本,消除了质量隐患,为后期运营安全提供了保障。关键词 桥梁工程;承台;钢绞线;拉杆;施工技术中图分类号 U445文献标识码 A文章编号 2097-0897(2023)20-0081-05Application of Steel Strand Tie Bar in Bridge BearingPlatform ConstructionZHANG Yanchao1,2,MA Yundong3,YAO Pengyuan4(1.School of Railway Engineering,Liaoning Railway Vocational and Technical College,Jinzhou,Liaoning121000,China;2.School of Mechanical Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian,Liaoning116028,China;3.Tunnel Engineering and Disaster Prevention and Control Professional TechnologyInnovation Center,Dalian,Liaoning 116028,China;4.China Railway Construction BridgeEngineering Bureau Group Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116028,China)Abstract:In order to solve the problem that the quality of concrete construction is affected by the sitelimitation in bridge construction,and ensure the concrete construction is solid inside and beautifuloutside,the improvement and innovation of traditional construction technology are proposed.Combinedwith the construction technology of the new Fuzhou to Xiamen railway bridge bearing platform,the steelstrand was used to replace the round steel or finish-rolled crew-thread rebar as the bearing platformformwork tie bar,which overcome the difficulties of pulling out the tie bar and leaving the tie bar in theconcrete structure when the round steel or finish-rolled crew-thread rebar was used as the tie bar in thetraditional technology.The engineering practice shows that the application of steel strand tensiontechnology in the construction of bridge bearing platform can meet the design requirements,save theproject cost,eliminate the quality hidden danger,and provide guarantee for the later operation safety.Keywords:bridges;bearing platform;steel strand;tie bar;construction辽宁省教育厅科学研究面上项目(LJKZ1298);辽宁铁道职业技术学院应用技术研究课题(ltykjyf2022010)作者简介 张艳潮,讲师,博士,E-mail:zyc19900915 收稿日期 2023-01-220 引言 桥梁承台施工中,为固定模板,防止混凝土胀模,通常使用拉杆进行固定连接。传统施工工艺中,采用圆钢或精轧螺纹钢作为对拉杆进行承台模板固定施工,虽其强度和刚度均可满足施工要求,但缺点也很明显。由于圆钢或精轧螺纹钢对拉杆不能弯曲,承台施工时其工作面受基坑开挖尺寸限制,因此,即使拉杆外套套管也无法将圆钢或精轧螺纹钢拉杆抽出,从而造成在模板拆除时对拉杆基本无法拔出,只能切断。对拉杆遗留不仅影响承台施工质量,而且遗留在承台内部的对拉杆会形成锈82 施工技术(中英文)第 52 卷蚀通道,特别是对于部分位于无掩护埋置条件下海洋环境中的承台,极大地损害其耐久性,同时经常性的拉杆遗留会增加工程施工成本,造成资源极大浪费。因此,必须对传统施工工艺进行改进和创新,确保混凝土施工内实外美,为后期运营安全提供保障。1 工程概况1.1 项目概况 福厦铁路位于福建沿海地区,北起福州站、南至厦门站,全线线路走向为福州南站、福清西站、莆田站、泉港站、泉州南站、厦门北站、漳州站,正线全长 300.483km,设计时速 350km。新建福厦铁路 7标项目经理部一分部位于福建省泉州市,约 16.9km长施工任务,管段内桥梁工程包含 2 座特大桥(安海湾特大桥、前埔特大桥)、1 座大桥(苏内 2 号大桥)、3 座中桥(苏内 1,3,4 号中桥)。1.2 承台施工概况 管段内共有承台 183 个,桥梁承台结构尺寸相对较大,其中最大承台尺寸为 19.9m14.6m5m,开挖深度为 2.5 6m;最小承台尺寸为 10.2m 4.8m2m。承台属于大体积混凝土施工,对于承台施工工艺要求相对较高,施工标准也相应较高,故现场承台施工模板均使用组合钢模板。1.3 工程特点 1)建设标准高东南沿海铁路公司在铁路建设之初提出“精品工程、智能福厦”及“八高九建”建设理念,高标准、严要求,在质量上打造中国高铁2.0 版本,树立新时代高铁标杆,对实体及表观质量有更深层次要求。承台传统拉杆施工工艺已不满足时代要求。2)水文条件恶劣 标段地处东南沿海地区,桥址跨越大面积盐碱地和海湾地区,部分承台位于无掩护条件下的海洋环境中,地下水和地表水氯离子含量均远大于常规施工环境,对拉杆腐蚀严重,影响外观和实体质量。3)征地困难项目地处福建沿海地区核心经济带,房屋及厂房密集,征地拆迁工作十分困难,除铁路红线用地外无临时用地,造成基坑开挖困难,承台施工作业面狭小,采用传统拉杆施工工艺无法将其抽拔。2 承台拉杆施工工艺优化2.1 工艺优化 为降低工程成本,防止资源浪费,杜绝质量缺陷,不给后期运营留下隐患,同时保证施工安全可靠,操作简单,新的拉杆材料应具备以下特点:可以反复利用,避免材料浪费;具备一定强度,保证其能在混凝土侧压力、振捣冲击力等作用下稳定工作;在坚固的同时具备一定柔性,便于抽拔,使安装和拆除拉杆更方便。通过分析,拟采用预应力钢绞线作为拉杆,相对于传统圆钢和精轧螺纹钢拉杆,具有以下优点:材料易获得。本工程存在大量预应力工程,材料无须额外购置,现场随时可以获得。材料为柔性,即便在承台基坑开挖尺寸受限情况下也可安装和拆除,拆除模板时抽拔方便,容易操作。可循环利用,降低成本,防止资源浪费。在拉杆安装时可施加预张拉力,以抵消混凝土荷载和施工荷载,保证模板不变形及大体积混凝土外观尺寸达标。2.2 结构构造及施工方法 1)根据承台结构尺寸和计算结果,确定钢绞线长度,然后根据计算长度进行加工切割。2)根据工程实际条件购置或加工垫板(见图1)、长度调节器、单孔锚具和工具夹片。图 1 垫板结构(单位:cm)Fig.1 Structural of tie plate(unit:cm)3)安装模板,临时固定。4)在承台内拉杆通道处安装 PVC 塑料套管,套管直径略大于钢绞线拉杆直径。5)将钢绞线拉杆穿入 PVC 塑料套管。6)加固模板内支撑。7)在模板背楞外安装垫板、长度调节器、单孔锚具和工具夹片。8)加固完毕后,检查确认,随后根据检查结果通过调节器调节,达到目标松紧受力状态。9)复查确认尺寸和受力情况,准备浇筑混凝土。垫板采用 1cm 厚钢板,中间孔径为 4cm。长度调节螺栓(见图 2)由 M35 高强螺栓加工而成,调节长度最大值为 4cm,在高强螺栓中间钻孔,孔径为16mm。由于拉杆孔均单独逐个设置,因此采用钢绞线也为单束施工,且注意现场准备的锚具和工具夹片均为单孔类型,钢绞线拉杆施工如图 3 所示(其中,1 为垫板,2 为长度调节螺栓,3 为锚具,4 为工具2023 No.20张艳潮等:钢绞线拉杆在桥梁承台施工中的应用83 夹片,5 为模板背楞,6 为模板,7 为 PVC 套管,8 为钢绞线)。安装顺序:65781234。图 2 长度调节螺栓结构(单位:cm)Fig.2 Structural of length adjusting bolt(unit:cm)图 3 钢绞线拉杆施工示意Fig.3 Construction of steel strand tie bar2.3 施工安全注意事项 1)现场施工作业人员应按要求佩戴个人防护用品,按操作规程操作机械设备。2)张拉预应力拉杆前,应反复检查确保锚具和夹片安装牢固到位方可进行张拉作业,同时张拉前模板内侧也应加固到位。3)张拉预应力拉杆时,应避免作业人员正对预应力拉杆作业,同时提醒无关人员不得靠近。4)在混凝土浇筑时,应尽量避免混凝土直接冲击钢绞线拉杆,禁止使用振捣棒触碰钢绞线拉杆,密切关注钢绞线拉杆状态,遇有紧急情况应停止施工检查确认无问题后方可继续施工。5)拆除张拉预应力拉杆时,应避免作业人员正对预应力拉杆作业,同时提醒无关人员不得靠近。6)为防止夹手,必须先用工具松动长度调节器至张拉预应力拉杆无预应力后方可用手操作。3 对拉杆受力及伸长量验算3.1 对拉杆受力验算 以安海湾特大桥 149 号墩承台为例,承台尺寸为 15.8m10.6m3.5m,施工采用 s15.2 钢绞线作为柔性拉杆,横向间距 a=1.5m,纵向间距 b=0.9m。承台竖直模板主要受水平力作用,主要为混凝土侧压力和混凝土浇筑过程中侧向施工应力荷载(见图 4)。混凝土侧压力计算如下:Pmax=0.22ct0K1K2V1/2(1)图 4 侧压力荷载Fig.4 Load of lateral pressure式中:c为混凝土重度,c=25kN/m3;t0为混凝土初凝时间,根据实际配合比,取 3.5h;K1为外加剂修整系数,取 1.2;K2为混凝土坍落度影响修正系数,取 1.15;V 为混凝土浇筑速度,取 1.5m/h。Pmax=ch(2)式中:h 为混凝土侧压力计算高度至混凝土顶面高度。P1=0.22 25 3.5 1.2 1.15 1.51/2=32.53kPa,P2=ch=251.3=32.5kPa,取两者较小值 Pmax=32.5kPa。有效压头高度 h=Pmax/c=32.5/25=1.3m,即承台模板在顶部以下 1.3m 处达到侧压力最大值 Pmax。振捣产生水平荷载为 4kPa,混凝土泵车倾倒产生荷载 2kPa。新浇混凝土侧压力 Pmax=32.5kPa。对模板侧压力 Pm=1.2 32.5+1.4 (4+2)=47.4kPa。则拉杆承受拉力 F=Pmab=47.41 0001.5 0.9=63 990N。钢 绞 线 容 许 拉 力 为 F容=260 400N,F=63 990NF容=260 400N。因此,钢绞线拉杆所承受预应力远小于其极限抗拉强度,满足受力要求。3.2 拉杆预张拉伸长量计算 承台钢筋绑扎完毕后,安装承台模板,之后再安装钢绞线拉杆系统,根据其计算预张拉应力(根据计算结果取 60kN),计算出其形变控制量,随后使用长度调节器调节长度使其达到计算预张拉力。由 60kN 张拉力钢绞线伸长量 L 计算可知:长边 15.8m 方 向 L=34.7mm,短 边 10.6m 方 向L=23.3mm。现场施工时,采用两端张拉施加预应力方法,即长 边 每 端 张 拉 长 度 为 17.4mm,短 边 张 拉11.7mm。为避免应力损失,在钢绞线拉杆张拉时,实际控制长边每端张拉长度为 18mm,短边每端张拉 12mm。84 施工技术(中英文)第 52 卷3.3 模板内支撑平衡力计算 1)内支撑钢管受压强度计算施工时内支撑钢管安装在钢筋骨架上,因此在计算时不考虑其自重。由 N1=fA,得 A=N1f=60 000N215MPa=279.07mm2,取 108 6 钢 管 支 撑,截 面 积 为1 922.7mm2,如图 5 所示。图 5 1086 钢管参数Fig.5 1086 steel pipe parameters2)混凝土垫块验算承台施工采用 2.5cm4.5cm7cm C60 高强垫块。承台钢筋直径为 2cm,接触长度为其 25%周长,即 L=2r/4=1.57cm,计算取 1cm,其最小承压面积为 2.5cm2。则 1 个垫块可承受的力 N=60MPa2.5cm2=15kN,钢绞线拉杆自下而上布置 3 层,横向间距为 1.5m,竖向间距0.9m。每根钢绞线拉杆力分布在 1.5m 0.9m=1.35m2区域,垫块数量平均为 5.4 个,即每个垫块分担的压力为 11kN,小于其可承受压力 15kN,因此,垫块抗压强度满足要求。3.4 结果分析 1)钢绞线拉杆预张拉力大于混凝土侧压力和施工荷载应力。2)适量预张拉钢绞线可逐步并基本抵消浇筑混凝土时产生的侧压力及施工荷载,保证模板形变在可控范围内,确保承台尺寸符合设计要求。3)在混凝土浇筑前和浇筑过程中,模板内侧始终有刚性支撑,保证了模板自始至终处于力学平衡状态。4 经济比选 以安海湾特大桥 149 号墩承台为例进行经济效益分析,水平方向上长、短边均匀布置钢绞线拉杆,根据要求,其水平间距应1.5m,垂直方向上布设 3道。对比分析承台采用圆钢拉杆和钢绞线拉杆所用费用如表 1 所示。表 1 圆钢拉杆与钢绞线拉杆费用分析Table 1 Cost analysis of round steel tie rod and steelstrand tie rod万元类型圆钢拉杆钢绞线拉杆费用明细拉杆丝头加工费0.054 0拉杆费用6.6材料费0.490 5长度调节螺栓费用3.2锚具、夹片费用12.8数量183 个承台15 套模板总费用99.629.4 施工结束后,柔性拉杆等材料仍可用,具备一定经济价值。因此经对比分析,采用钢绞线柔性拉杆至少可减少直接经济投入 99.6-29.4=70.2万元。5 结语 结合工程实际,系统研究了钢绞线拉杆在桥梁承台工程中的应用,通过实例应用研究可得出以下结论。1)通过对钢绞线拉杆施加预应力,其可达到传统拉杆施工效果,同时可抵消施工过程中的混凝土侧应力和施工荷载应力,避免模板跑模变形,保证了承台几何尺寸满足设计要求。2)钢绞线拉杆具有传统圆钢拉杆无法比拟的经济性,既为项目降低了成本,也避免了资源浪费。3)在承台基坑开挖尺寸受限情况下,钢绞线拉杆柔性特性具有传统拉杆无可比拟的优点,抽拔简单,操作方便,避免传统拉杆遗留在混凝土中影响混凝土质量。参考文献:1 殷雁洪.模板拉杆构件的优化设计和工程应用J.交通世界(建养 机械),2009(9):93-95.YIN Y H.Optimization design and 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