预应力混凝土桥梁悬臂法施工技术综述样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。预应力混凝土桥梁悬臂法施工技术综述【摘要】: 随着中国经济的发展和综合国力的增强, 中国的建筑设备、 建筑技术、 建筑材料都有了飞速的发展, 中国桥梁事业的发展也迎来了史无前例的高峰期。由于连续梁桥行车平稳舒适及跨越能力大的优点, 预应力混凝土连续梁桥己成为中国预应力混凝土大跨径桥梁的主要桥型之一, 悬臂施工也成为现代大跨度桥梁建造的主要施工方法。本文旨在总结现有的预应力混凝土桥梁悬臂施工法的技术特点, 继续推广这种施工方法的优势所在, 并结合实例探讨其中的不足以及有待改进的地方。在理论和实践中不断摸索, 为攻克桥梁施工中遇到的难题提出自己微薄的看法。【关键词】: 预应力混凝土连续梁 挂篮 悬臂浇筑 悬臂拼装 一、 预应力混凝土连续梁桥概述: 预应力混凝土连续梁桥, 因为地形适应性强, 设计、 施工技术成熟, 跨越能力大, 造价合理, 近年来被广泛采用。它具有结构受力性能好、 变形小、 伸缩缝少、 行车平稳舒适、 养护简易、 造型简洁美观等优点。预应力混凝土连续梁桥是一种经典的梁式结构体系, 在50年代前, 预应力混凝土连续梁虽是一种常被采用的结构体系, 但跨度均在百米以下, 当时主要采用满堂支架施工, 费工费时, 限制了它的发展。50年代后期, 由于应用了传统的钢桥悬臂施工拼装方法, 并加以改进与发展, 及逐跨架设法与顶推法的应用, 使连续梁桥废弃了昂贵的满堂支架施工方法, 代之以经济有效的高度机械化施工方法, 从而使连续梁桥方案获得新的竞争力。二十世纪八十年代, 特别是九十年代以来, 随着高速公路交通的迅速发展, 连续梁桥在行车平稳舒适及跨越能力大上获得了新的竞争力, 在桥梁界得到了迅速的推广。中国预应力混凝土连续梁桥在70年代首次应用于城市桥梁工程, 几十年来, 发展极为迅速, 已成为中国预应力混凝土大跨径桥梁的主要桥型之一, 并己掌握各种先进的施工方法, 如采用悬臂浇筑的兰州黄河大桥, 沙阳汉江桥等;采用顶推法施工的包头黄河大桥、 柳州柳江大桥;采用大型块件浮吊拼装的容奇大桥、 沙口大桥以及采用移动模架法, 由中国有关单位承担施工任务的伊拉克摩萨尔四号桥、 科威特巴比延河桥。当前中国最大跨度预应力混凝土连续梁桥是江苏省南京市长江第二大桥北汉桥, 主孔跨径165m, 支座吨位达65000kN。悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥在60-150m范围内具有很强的生命力和很大的竞争力。一般在150m以上的跨径较少采用预应力混凝土连续梁桥, 主要是因为更大跨度预应力混凝土连续梁桥需要采用特大吨位的桥梁支座, 而此类支座在技术、 管理、 养护及经济上均需较昂贵的代价, 而且其使用寿命较短, 更换起来比较困难, 因此多数情况下采用同体系的连续刚构桥。三、 悬臂法施工分类悬臂施工法是以桥墩为中心向两岸对称的、 逐节悬臂接长的施工方法。预应力混凝土桥梁采用悬臂施工法, 是从钢桥悬臂拼装法发展而来的。现代的悬臂施工法, 最早主要用于修建预应力混凝土T型刚构桥, 后又被推广应用于修建预应力混凝土悬臂梁桥、 连续梁桥、 斜拉桥和拱桥等。悬臂施工法一般分为悬臂浇筑和悬臂拼装两类( 见下图) 。根据资料统计, 国内外1952年以来100m以上大跨径混凝土桥梁中, 采用悬臂浇筑施工者占80左右, 采用悬臂拼装施工者占7左右。 图1 -悬臂拼装法 图2 悬臂浇筑法1、 悬臂浇筑法悬臂浇筑法又称挂篮法( 见下图) 。在墩柱两侧常采用托架支撑, 浇筑一定长度的梁段, 称为起步长度。以此节段为起点, 经过挂篮的前移, 对称地向两侧跨中逐段浇筑混凝土, 并施加预应力, 如此循环作业, 每个节段一般26m。中国已建成的大跨度预应力混凝土连续体系桥梁, 大多数都采用这种方法施工。如钱塘江二桥、 虎门大桥副航道桥混凝土刚构桥等的施工中都采用了悬臂浇筑法。 图3挂篮法合拢段施工时( 见下图) 一般由两个挂篮向一个挂篮过渡, 因此先拆除一个挂篮, 用另一个挂篮走行跨过合拢段子至另一端悬臂施工梁段上, 形成合拢段施工支架。合拢段长度一般采用1.52.0m, 宜在低温合拢。应采用临时锁定措施, 张拉部分预应力筋, 浇筑合拢段混凝土, 待合拢段混凝土达到设计强度后, 张拉其余预应力筋, 最后再拆除锁定装装置。 图4-合拢段施工从中国已建成的大跨度预应力混凝土连续梁桥实践来看, 大部分采用悬臂浇筑法施工, 经过大量的工程实践, 施工工艺在不断革新, 施工质量在不断地提高, 如悬臂浇筑的作业循环周期在不断缩短; 施工效率和混凝土整体质量在不断提高; 在施工机具, 挂篮设备, 现浇技术等方面取得了较大发展和相当水平, 主要表现在以下方面: ( 1) 挂篮形式多样, 结构设计更趋合理, 挂篮重量不断减轻。挂篮结构形式采用有型钢式, 架式, 斜拉式和混合式等。桁架式包括撑架式, 弓弦式等各种结构形式; 斜拉式又分为三角斜拉式和预应力斜拉式。挂篮自重与节段混凝土重量比值已由12降至0.30.5。挂篮重量的减轻, 不但减少了挂篮所需要的材料和设备, 节省了制造、 运输、 安装、 拆卸的费用, 而且可使桥梁设计变得更为经济合理。挂篮设备可进一步向定型化、 规格化、 系列化发展。悬臂浇筑施工法所用的其它设备如预应力工艺设备, 挂篮走行和固定装置等, 国内都有配套的系列产品可供选用。( 2) 分段浇筑工艺日臻成熟。一般分段长度为25m, 梁高58m, 梁段作业循环周期一般在7天左右, 对于35跨的预应力混凝土桥的上部结构, 在12跨对悬臂单元同时作业的情况下, 能够做到不跨年度施工。2、 悬臂拼装法悬臂拼装法是将预制好的节段, 用支承在已建成悬臂上的专门悬拼吊机, 悬吊于梁位上逐段拼装, 一个节段张拉锚固后, 在拼装下一节段。一般一段以25m为宜。按照起重吊装方式的不同分为: 浮吊悬拼、 牵引滑轮组悬拼、 连续千斤顶悬拼、 缆索起重机( 缆吊) 悬拼及移动支架悬拼。悬拼的核心是梁的调运与拼装, 梁体节段的预制是悬拼的基础。悬臂拼装施工工序主要包括梁体节段的预制、 移位、 存放、 运输; 梁段起吊拼装; 悬拼梁体体系转换; 合拢段施工。下图为悬臂拼装预制箱梁的施工现场。预制节段的悬臂拼装, 可采用不同的方法: 如水上浮吊、 悬臂吊机、 连续桁架、 缆索起重机等进行拼装。其中连续桁架悬拼施工, 可分移动式和固定式两种。下图所示为移动式连续桁架吊机, 桁架长度大于桥的最大跨径, 支承在已拼装完成的梁段和待拼墩顶上, 由吊车在桁架上移运节段进行悬臂拼装。悬臂拼装法的特点是:因混凝土块件都在预制场中制作, 故有利于其质量管理;梁块制作可与下部构造施工同时进行, 因而可争取工期加快施工进度, 块件安装后, 收缩, 徐变对变形和应力影响小;但也必须要有块件存放场及用于梁块搬运及架设的大型机械设备。另外, 基准梁块的安装精度要求也十分高。选用此种施工方法时, 必须注意研究以下问题:悬臂架桥机(挂篮)的强度和挠度, 上升力的控制及支点强度, 移动时及架设施工进行时的安全性, 架设中产生的不平衡反力的处理。四、 梁桥悬臂法施工的特点1、 悬臂施工法的优点: ( 1) 、 预应力混凝土连续梁桥的结构受力状态有利于悬臂施工, 即悬臂施工时的受力与成桥后的结构受力较为接近。施工时的预应力筋张拉既是施工时的临时需要, 又是成桥后的结构受力筋; ( 2) 、 作为无支架施工, 有利于通航河流建桥、 有利于深山峡谷之间建桥、 有利于城市立交建桥, 不妨碍桥下净空, 不影响桥下交通; ( 3) 、 有利于节省施工费用, 降低工程造价。因为挂篮结构简单, 成本低廉, 逐段浇筑混凝土无需大型吊装设备; (4)、 有利于施工作业, 加快施工进度。每个节段施工( 包括立模, 钢筋绑扎, 管道定位混凝土浇注, 预应力张拉, 管道压浆等) 均在挂篮内进行, 挂篮可设顶棚和养生设备, 施工较少受环境影响, 能够保证施工的连续性, 同时每墩至少有两个工作面平行作业, 几个墩可同时施工, 各作业面互不干扰, 施工速度较快, 施工进度有保证; (5)、 有利于变高度箱梁施工。由于采用分段施工, 便于梁体设计成变高度梁, 可使预应力混凝土连续梁桥的结构布置呈千姿百态, 能设计出各种轻巧、 飘逸、 美观的桥梁。2、 悬臂施工法也存在一些问题, 在设计和施工时需要特别注意: ( 1) 要保证施工中的安全性和稳定性。因为在节段施工中容易出现偏载或因风力而产生不平衡弯矩, 因此, 在施工中往往除将桥墩临时固结外, 还有在桥墩或墩旁加设临时支撑, 以承受不平衡弯矩, 必须保证施工中双悬臂体系的稳定性; ( 2) 要切实保证悬臂浇筑混凝土时的浇筑质量。因为悬臂浇筑施工法高空作业工作量大, 工作面小, 施工周期受混凝土养生, 脱模的限制, 节段循环作业中遗留有内部接缝等, 因此必须从设计和施工全面考虑保证节段混凝土的现浇质量; ( 3) 要严格控制梁体的几何位置。悬臂浇筑施工法虽然要比悬臂拼装法容易控制变形, 因为逐段浇筑施工能够逐节段调整挂篮标高, 可是由于逐段浇筑混凝土龄期不同, 混凝土的徐变和收缩而产生的变形和次内力是复杂的, 合拢时需进行体系转换, 因此必须精心设计, 精细施工。五 、 悬臂法施工流程 ( 图 见 电脑 桌面) 以及 课本168页补充: 合拢段施工中的其它事项、 为减少额外工作, 合拢段的外模、 底模和内模均可由挂篮模板改制而成, 底模及外模的安装加固方法与挂篮模板相同。、 每个合拢段都设4个体外支撑(顶板2个, 底板2个), 一般用型钢, 其型号根据受力计算确定。顶板支撑的布置要考虑避免与竖向预应力筋产生冲突。安装支撑时, 先将其一端焊牢, 另一端加楔稍稍打紧, 待合拢段的临时钢绞线束张拉前再将楔子打紧, 并在楔子与支撑、 楔子与预埋钢板间施以点焊。焊接支撑时, 要采取温控措施, 避免烧伤混凝土。、 合拢段混凝土灌注完成后养生期间, 要做好合龙段的降温工作。常见的降温措施有: 梁顶面洒水降温, 梁侧喷水降温, 箱梁内洒水及通风降温。、 混凝土达到强度后尽快进行合龙段预应力束的张拉。、 若合拢时的气温与设计相差较大, 要提前与设计单位联系确定方案。桥面系及附属工程施工(1)、 桥面铺装施工: 桥面铺装前先用高压水冲洗干净, 然后测量桥面高程, 布设桥面钢筋, 准备桥面砼铺装。铺装时要在规范允许温度内施工。桥面铺装按设计要求分联施工, 每联一次铺完。浇筑时严格控制标高, 并在桥梁全宽范围内同时摊铺。砼由机械摊铺、 人工配合, 振动梁压实, 整平板整平, 真空吸水后镘平, 并做好二次收浆及桥面拉毛工作。桥面铺装时, 先预留伸缩缝处预留槽, 待桥面砼现浇施工完成后, 再施工伸缩缝; 砼桥面铺装完成后, 立即覆盖养护。桥面铺装砼达到设计强度后, 施做防水层, 以便铺装沥青砼面层。(2)、 砼防撞护栏: 采用现浇, 模板采用整体钢模, 模板要有足够的强度和光滑的表面, 以保证砼表面光洁、 棱角分明。防撞护栏模板内侧若用砂浆塞缝, 拆模后必须全部挫除干净。在墩顶护栏处必须伸缩缝隙。(3)桥头搭板施工: 搭板采用现浇, 为防止靠近台背的搭板和路基脱空, 要采取有效措施严格控制台背回填土的密实度。六、 悬臂法施工实例1、 南京长江第二大桥北汊大桥南京长江第二大桥是国家批准的”九五”重点建设项目, 位于南京长江大桥下游11km处, 全长21.337km, 由南、 北汉大桥和南岸、 八卦洲及北岸引线组成。其中, 南汊大桥主跨为628m, 是继日本多多罗大桥、 法国诺曼底大桥之后, 名列中国第一、 世界第三位的大跨径箱梁斜拉桥; 北汉大桥主跨为3165m预应力混凝土连续梁桥, 在同类桥型中居国内领先。南京长江第二大桥北汊大桥主桥上部结构为90+3*l65+90( m) 的五跨预应力混凝土连续箱梁。根据设计要求, 施工方法采用了悬臂灌筑施工工艺, 然后经过合龙及体系转换成为连续梁。每个墩设23个悬浇段5*2.5m5*3.0m5*3.5m8*4.0m。梁段最长4.0m, 最大重量156吨。箱梁横截面: 顶板宽15.42m, 腹板宽7.5m, 梁高由0号块的8.8m按二次抛物线渐变至23号块的3.0m。预应力设计为三向预应力: 纵向采用27束及25束j15.24钢绞线; 横向采用四束jl5.24钢绞线; 竖向采用32精轧螺纹钢筋。张拉控制应为0.75Ryb。E2标为北汊主桥的一半, 由中铁第十九工程局施工, 根据该桥的特点并参照国内外已有各种型式挂篮, 选择的是菱形桁架式挂篮作为悬臂浇筑的主要设备。该挂盘为中铁建集团总公司附属设计院设计, 已多次应用于国内连续梁悬臂施工中, 但应用在如此大跨的桥梁施工中尚属首次。每个T构从2号段开始, 对称拼装好挂篮后即进行悬臂灌注施工。其工序为: 1.分片吊装底板及腹板构造钢筋并安放预应力管道。2.将1号梁段内的内模拖出。3.根据2号梁段的高度调整下部模板。4.在顶板和腹板安装下料串筒位置留洞, 在腹板的捣固位置, 预留位置进行捣固。5.安装端模板, 并与内外模板连结。6.绑扎顶板钢筋。7.安放预应力管道、 锚板等。8.对称灌注2号梁段混凝土。9.混凝土养护。10.预应力筋张拉。11.压浆。12.挂篮行走13找平梁顶面并铺设钢( 木) 枕及轨道。14放松底摸架前后吊带。15底模架后横梁两侧的吊耳与外侧模走行梁之间安装10t倒链, 即底摸架悬挂在走行梁上。16拆除后吊带与底模架的连结。17解除挂篮后端锚固螺杆。18轨道顶面安装两个5t倒链( 每套挂篮) 并标计好前支座的位置( 支座中心距梁端50cm) 。倒链牵引前支座使挂篮、 底摸架、 外侧模一起向前移动。移动时挂篮后部应设10t保险倒链。安装后吊带, 将底摸架吊起。19在2号梁段上安装外侧模走行梁后吊梁, 先解除一个1号段上的后吊架, 移至2号段, 再解除另一个后吊杆移至2号段。20拉出内模, 挂篮走行完毕。此工程悬臂施工的特点之一就是应用了菱形挂篮。其优缺点是: 1.优点1) 外形美观, 结构简单, 杆件受力明确, 计算简便。2)作业面开阔, 便于构造钢筋分片吊装, 混凝土运输车可从0”段直接经过两片析架中间, 运至要施工的梁段, 能加快梁段施工速度。3)无平衡重, 移动操作方便, 就位准确, 走行平稳。外模、 底模随析架一次移动到位。移动一次只需24小时。4)挂篮自重轻, 每套挂篮总重54t。5)析架纵向安装尺寸小, 只要有1m2的起步长度即可安装两套挂篮。6)挂篮所用材料均为常见材料, 加工制造简单, 一般桥梁工地均可加工。7)挂篮刚度大, 弹性变形小, 在立模时一次调整标高, 避免了挂篮施工过程中底模标高的多次调整。8)外模板成功地运用了钢框胶合板模板, 既减轻了挂篮自重, 又提高了外观质量。2缺点及建议修改措施外侧模设计略显单薄, 加固时内外模间拉杆数量偏多, 不利提高箱梁外观质量。可在下一次设计时增加外侧模桁架刚度, 减少拉杆数量。挂篮横向纠偏无有力措施, 如能在前吊带处加设液压式横移设备则会更好。2、 富阳富春江大桥富阳富春江特大桥全桥长1679.5m,主桥为68m+2120m+68m预应力混凝土连续-刚构组合梁结构。大桥上部结构为单箱单室截面,共6车道。桥面全宽33.5m,分上下行两幅,每幅箱梁顶宽为16.35m,底宽为9m,悬臂长度为3.675m。为减轻自重,箱梁顶面做成2%向外侧的单向横坡。箱梁顶板厚0.28m,底板厚0.270.80m抛物线变化,腹板厚度为0.450.65m线性变化。上部箱梁采用悬臂浇注施工方法施工,全桥共6个”T”,每个”T”分为15对箱梁节段,长度分为3.0、 3.5和4m三种。本工程采用三角型挂篮,挂篮结构由主桁系统、 锚固系统、 行走系统、 模板系统、 悬吊系统等5部分组成。应用三角挂篮的优缺点是: 承载力大,重心低,移动稳,施工易控制,可是这种挂篮工作空间小, 施工时不便于操作。3、 上海奉浦大桥奉浦大桥是黄浦江上第一座大跨度预应力混凝土连续梁桥。全长2201.8米, 主桥跨径组合为545.30( 85.1512512512585.15) 米。主桥宽18.6米, 设4条车行道; 远期在其下游一侧再建一座4车道桥梁。通航净空高28米, 能容3000吨油轮经过。主桥采用单箱单室、 大悬臂、 薄壁箱型断面的三向预应力体系。奉浦大桥主桥连续梁施工采用先T后连续的方法, 即先按T构悬臂浇筑, 然后各T构合拢, 体系转换后形成连续梁。总体施工方案见下图。其节段划分根据施工设备的负荷能力确定, 并考虑模板简单通用。因此在125米的1/2长度内共分17个节段, 其中中孔合龙段长2.0米。用于箱梁悬臂浇筑挂篮采用菱形结构方案, 挂篮下纵梁利用竖向预应力钢束与混凝土箱梁块件临时锚固, 故不设平衡重; 当移动挂篮时, 放松下纵梁临时锚固, 挂篮前端采用四氟板装置, 挂篮后端则利用反扣轮装置进行挂篮移位, 并按设计要求张拉竖向预应力钢索。各梁段施工工艺流程见下图: 待合拢段施工后即可拆除挂篮。拆除顺序与安装顺序相反。具体施工工序如下: 六 、 结论预应力混凝土连续梁桥的悬臂施工法是当前应在在大跨径桥梁中最为广泛的施工工艺, 本文以南京长江二桥、 富春富春江大桥和上海奉浦大桥的施工方法为例, 总结了悬臂施工法的主旨和大概工序。对于大跨径或长大的预应力棍凝土桥梁, 应以悬臂施工法为主, 这应该是中国长大预应力混凝土桥梁上部构造施工方法的发展方向。但若将悬臂施工法中的悬臂浇筑和悬臂拼装两种施工方法相比较, 后者虽具有能确保预应力混凝土梁的质量、 混凝土的收缩徐变应力小、 施工速度快、 所需劳力较少、 施工机械化程度高等优点, 但亦存在梁段之间接缝不易处理、 施工精度要求较高, 施工机械及施工设备多、 造价较高等缺点。然而, 从发展来看, 悬臂拼装施工法应是中国大跨径及长大预应力混凝上桥梁上部构造施工方法的发展方向。中国过去在修建大跨径及长大预应力混凝土桥梁的上部构造时, 施工方法以采用悬臂浇筑法居多, 随着今后中国施工机械和施工设备的发展和完善、 桥梁设计和施工技术的提高, 悬臂拼装施工法的采用必将在中国大跨径和长大预应力混凝土桥梁上部构造的施工中日益增多。参考文献: 1 饶德宏. 预应力混凝土桥梁上部构造的施工方法及其选择. 中南公路工程 , Central South Highway Engineering, 编辑部邮箱 1986年 04期2 计勖林; 赵青山; 奉浦大桥箱型连续梁施工技术95预应力混凝土连续梁和刚构桥学术会议 中国土木工程学会 -08-033 徐志发; 王建弘; 兰木顺; 张玉宝; 奉浦大桥主桥连续梁预应力施工工艺 95预应力混凝土连续梁和刚构桥学术会议 中国土木工程学会 -08-03 4 胡继红; 奉浦大桥主桥箱梁悬臂浇筑施工技术Cantilever Construct Technology for Main Box Girder of Fengpu Bridge西南交通大学; 建筑与土木工程 -08-165陈明宪; 南京长江二桥主跨628m钢箱梁斜拉桥的关键施工工艺中国公路学会 -07-116王孝平; 南京长江二桥北汊主桥悬灌法施工线形控制铁道标准设计 , Railway Standard Design, 编辑部邮箱 01期期刊荣誉: 中文核心期刊要目总览ASPT来源刊CJFD收录刊CNKI:SUN:TDBS.0. -01-0107齐铁东; 刘宗仁; 孔令常 富春江特大桥挂篮设计与施工低温建筑技术 , Low Temperature Architecture Technology, 编辑部邮箱 03期期刊荣誉: ASPT来源刊CJFD收录刊 CNKI:SUN:DRAW.0. -03-020 -07-198李左芬; 日本预应力砼桥梁的施工技术天津市市政( 公路) 工程研究院院庆五十五周年论文选集( 1950 ) 上册 , 年 天津市土木工程学会 -10-10 9 秦建军; 大跨度斜拉桥最大悬臂施工状态抖振响应及控制研究 (The Buffeting Response and Control Study of Long-span Cable-stayed Bridge at the Longest Cantilever Construction Stage ) 湖南大学; 桥梁与隧道工程 -10-0910 宋丽加;大跨度预应力混凝土连续梁悬臂施工控制研究(Study on Cantilever Construction Control of Long Span Prestressed Concrete Continuous Girder Bridges)西南交通大学; 桥梁与隧道工程 -08-2111 姜浩; 悬臂浇筑大跨度预应力混凝土连续梁桥施工控制的研究Research on Construction Control of Long-span PC Continuous Beam Bridge by Cantilever Casting吉林大学; 工程力学 -08-26