杭州上塘高架延伸线01标工程运河桥悬臂浇筑施工.doc

杭州上塘高架延伸线01标工程运河桥悬臂浇筑施工 摘要:介绍杭州市上塘高架延伸线01标运河桥工程的悬臂浇筑施工。关键词：连续刚构桥 菱形挂篮 悬臂浇筑一、 工程概况上塘路延伸线是衔接上塘路与杭宁高速公路的接线工程，本工程跨越运河上部结构为72+120+72m的连续刚构桥，纵坡1%，横断面为单箱单室大挑臂结构，主墩处梁高6.8m，跨中与边墩处梁高2.5m，梁高与底板高度按二次抛物线变化。箱梁顶宽18.62m、底宽10m、挑臂4.31m、顶板厚30cm、底板厚按30100cm变化、腹板厚60cm。主墩采用双薄壁墩，基础为180cm钻孔桩，承台尺寸17.3×8.6×3.5m。在120m的1/2长度内共分14个节段，其中0号节段长8.5m，12号节段长3.0m，37号节段长3.5m，814号节段长4.5m，中、边跨合拢段长1.5m，边跨现浇节段长11.19m。箱梁采用菱形挂篮悬臂浇筑施工。二、施工方法（一）0#、1#节段施工运河桥0#、1#段共有箱梁混凝土535 m3，承台平面尺寸为17.3×8.6m，且襟边尺寸较大，具备钢管支撑条件，并且这样弹性及非弹性变形小，故采用大钢管上架贝雷纵挑方案（见图一）。 因墩身竖向预应力束的顶张拉端在0#段横梁的上部（不到箱梁顶面），因此0#段必须分两次浇筑；又因连续梁采用挂篮悬臂法浇筑施工，是从0#块起步的，而0#段的设计长度只有8.5m，不能同时满足两只挂篮的安装需要，必须将两个1#段施工后，才能满足两只挂篮安装需要。考虑本桥工期较紧，且0#段纵向没有预应力张拉锚固，故安排0#、1#段混凝土一起分两次浇注，第一次0#、1#段浇至墩身竖向预应力束的张拉端，共348 m3混凝土，张拉、压浆后，第二次浇筑0#、1#段箱顶混凝土，共187 m3。（二）挂篮法分段悬臂浇筑全桥共配4套菱形挂篮，每套挂篮重85t（包括施工机具）， T构两边对应节段砼同时浇筑。1、菱形挂篮设计要求适用最大梁段重2060kN，梁段长度34.5m，梁顶宽度19m，梁底宽度10m，梁高6.182.5m，走行方式为无平衡重自行。在14.5m的起步长度内，同时安装2套挂篮。1.1结构形式与工作原理1.1.1结构形式：菱形挂篮由菱形桁架，提吊系统、走行锚固系统及模板系统四部分组成（见附图二）。 （1）菱形桁架菱形桁架是挂篮的主要承重结构，桁架分两组立于箱梁腹板外侧竖向锚筋位置，间距9.6m，其间用槽钢组焊成平面联结系。每片桁架除斜杆用232c A3槽钢组焊而成外，余均用32a A3槽钢组焊，节点板20mm厚，用M22高强度螺栓连接。前上节点和前上横梁联接，前上横梁为55#工字钢双拼，上设13个吊点，其中4个吊外侧模，5个吊内模，4个吊底模架。（2）提吊系统前吊带由32精轧螺纹钢和用A3钢板加工成的160x20mm钢吊带两种，钢吊带和50mm贝雷销组合用于吊滑梁。底模前下横梁处前吊带设枕梁，上端吊于前上横梁，每组吊带用2个320kN手动千斤顶及扁担梁调节底模标高。后吊带用A3钢板加工成的160x20mm钢吊带，上部设置调节孔以适应梁底板厚度的变化，下端与底模架后横梁栓接，上端穿过箱梁（预留孔），每个吊带用2个320KN手动千斤顶及扁担梁支承在已成的箱梁上。（3）模板系统箱梁外侧框架由12 槽钢和6 槽钢组焊而成，面板用4mm钢板。外侧模板支承在外模滑梁上，梁后端通过吊杆悬吊在已浇好的箱梁顶板，后吊杆与滑梁间设后吊架，挂篮行走时，外侧模滑梁沿后吊架滑行。内模用竹胶板，顶模用5根25×25cm的方木吊挂，前端通过32钢筋悬吊在前上横梁上，后端通过吊杆悬吊在已浇好的箱梁顶板上（在浇注顶板时设预留孔）。底模下横梁为45a#工字钢，底模纵梁为48根22a槽钢，底模板做成弧形，用12#槽钢垫在底模架上，宽度比箱梁底小2mm，两外缘立模时粘双面胶，外模与底模夹紧，以防漏浆。（4）走行及锚固系统在箱梁顶面两组桁架下铺设15×15cm方木短枕，间距50cm，前支点密铺4根钢轨短枕；上铺2根P50钢轨做下滑道（轨道用钢板组焊，按梁段长度拼接）。主桁前端用100030020mm钢板焊在桁架底，做前支座，沿轨道滑行；主桁后端用100030020mm钢板焊在底杆上下面，中间预留槽道长75cm（通竖向锚杆用）。挂篮前移时桁架两侧各用1只23t千斤顶牵引。 1.1.2工作原理内顶模方木和外侧模滑梁随菱形桁架向前移动就位后，固定在滑梁前端的千斤顶牵引侧模、底模就位，支立堵头模板，绑扎钢筋并安装预应力管道，进行梁段悬臂浇注施工，当所浇梁段张拉锚固及孔道压浆后，挂篮再前移动进行下一节段施工，如此循环推移，直至完成最后一节梁段施工。1.2结构计算根据菱形挂篮的结构与受力特点，分成四个部分进行分析，即主桁架、前上横梁、底模前后横梁、底模架纵梁，并对挂篮行走和悬灌时的稳定进行检算。已知参数:最大梁段重206t（混凝土79.63m3）,施工荷载2Kpa，A3钢=170Mpa，=100Mpa，Eg2.1×105 Mpa，32mm级冷拉钢=595Mpa；M22螺栓预拉力为200kN，钢材表面摩擦系数fm=0.4（根据同等条件加工下试件试验结果确定），角焊缝fWf=160Mpa，最大挠度lmax1/450。计算：a、 菱形桁架受力计算（以最大节段荷载计算）杆件L(mm)A(mm2)L/AiNp变形量(mm)MpaMpaN1550097400.5641.44711684.5119.9170N26685123000.543-1.759-14206.5-115.4146N3380097400.390-1-8071.5-82.9164.9N46685123000.5431.75914206.5115.4170N5550097400.564-1.447-11684.5-119.9154.7说明:1、表中的允许应力值已计压杆稳定的折减系数。2、从表中计算知菱形桁架包含施工荷载与 1.2倍荷载安全系数下23.5mm，实际变形23.5/1.2 19.6 mm。由此可知，桁架杆件强度、刚度满足要求 以N2压杆进行稳定分析与缀板连接设计:待添加的隐藏文字内容1长细比0.5max=28.15>1=24.3 (可)缀板尺寸初步确定：宽200 mm×长170 mm×厚10 mm，缀板中心距a1=600+200=800mm缀板内力及角焊缝连接计算,采用hf10mm，LWdb200mm(不计回焊部分)缀板内力T=48.2KN，M6.22KN·M，f=133.3 Mpa,f=34.4Mpa主拉力f114.5Mpa<fWf=160Mpa (可)缀板刚度验算两块缀板的惯性矩和线刚度Ib=1333cm4, Ib/ bO=51.6 cm3分肢槽钢的线刚度：Iy=374cm4, Iy/ a1=4.68cm3线刚度比（Ib/ bO）/（Iy/ a1）11.0>6 （可）节点板设计：安全系数采用1.7 单个高强度螺栓允许承载力N=P·fm/k=94.12kn 节点板连接螺栓个数确定：n= Np/N=15.1个，取16个（4排，每排4个） 槽钢强度：N1杆AJ=8268 cm2, =N/N=141Mpa<=170Mpa (可) N4杆AJ=10092 cm2, =N/N=140.7Mpa<=170Mpa (可) 拼接板强度，拼接板厚度2cm，宽度不小于32cm。AJ=9120 cm2, =N/N=155.7Mpa<=170Mpa (可)b、 前吊带、后吊带计算吊带承受拉力，按最大梁段进行计算，其拉力均小于32精轧螺纹钢和160x20mm A3钢吊带的设计强度，也能满足销轴的抗剪和承压要求。c、 前上横梁计算前上横梁承受前吊带传来的荷载，2根55工字钢满足各吊带受力要求。d、 底模前后横梁、纵梁计算底模前后横梁承受底模纵梁传来的反力，45a#工字钢满足强度、刚度要求。纵梁承受底板、腹板混凝土重量，22a槽钢22a槽钢满足强度、刚度要求。e、挂篮稳定计算悬臂灌注时，挂篮后端的拉力全部由8根32mm级冷拉钢承受，其倾覆稳定系数为2.67>2（可）。挂篮滑行即将到位时为最不稳定状态，在自重作用下产生倾覆力矩，拉力全部由2根32mm级冷拉钢承受，其倾覆稳定系数为6.3>2（可）。桁架侧向稳定采用两片桁架间用水平连接系与封门斜撑连接。1.3挂篮试验选择平整场地，将一套挂篮的2片主桁水平放置，垫离地面20cm，并用水平仪抄平，使得桁架在一个平面内，其后部用枕梁及6根32精轧螺纹钢锁定，2片主桁底杆前后端顶紧，桁架前吊点端用250t千斤顶张拉，见图三。按10%、40%、30%、20%、20%、10%、20%逐节加载至1038kN（施工要求荷载的1.5倍，施工荷载为692KN），每节加载后持荷5分钟。试验证明： 菱形桁架试验结果与理论计算结果相吻合，实验过程无杆件开裂情况，符合方案要求。2、悬灌施工2.1挂篮拼装墩顶0#、1#节段施工完毕后，开始拼装加工好的挂篮，拼装程序：走行系统 菱形桁架 锚固系统 底模板 内模。2.2挂篮行走每个T构从2#段开始，对称拼装好挂篮后即进行2#段的悬臂灌注施工，施工完2#段后，挂篮要前移至3#梁段，其行走程序如下：由作业队填报挂篮移动报告，经项目部批准并报检；在已找平2#梁段顶面放出走行轨道中心线，铺设枕木（15×15cm方木作枕木，在前支点下用4根P50短钢轨作枕木）及轨道（轨道采用两根P50轨并列摆放，间距用钢筋电焊固定），轨道顶面要铺平顺，接长钢轨头易稍低12mm，抄平左右两股轨顶，轨道顶标高要相同，轨底与枕木间要抄实；前后底横梁工字钢四角用4只10t倒链悬挂在翼板架上；拆除精轧螺纹钢前吊带上下节连接器与顶板纵梁后吊带，拆除翼板架外侧纵梁吊带，放松翼板架滑梁后吊带；在滑行轨道上每10cm用石笔做一标记，并标出前支座就位位置（支座中心距梁端50cm）；在菱形桁架底杆分别安装一只23t牵引千斤顶；安装滚轮架，拆除每片桁架后锚杆2根，1根稍放松作保险；检查菱形桁架、滑梁、前吊带与其它部位连接情况，符合要求后，缓慢启动千斤顶，使左右菱形桁架滑移速度相当，滚轮架与后锚杆轮番倒换前移；移动时由专人指挥，滑梁后吊带与外模派专人看管，连接套筒必须安装准确，即上下杆各连接8cm；内顶模纵梁与桁架同步移动，顶模纵梁前吊点不拆，后面在钢管支架上人工滑移；桁架就位，每片桁架安装3根后锚杆，位置与菱形桁架对拉试验时一致；割（拆）掉腹板对拉螺栓，拆除后吊带与底模架的联结，让侧模与梁体分离并搁于滑梁上，下滑4只倒链葫芦，使底模与梁底分离；在滑梁上安装YC-23型千斤顶，在滑梁上做好就位标记，移动底模、外模，不得超移，左右两侧对称前移就位，注意T构两边挂篮要对称同步前移，前移相差量不超过1m，以免对墩身产生较大的不平衡弯矩；移动到位后，安装后吊带与前吊带（用连接器将精轧螺纹钢吊带上下连接），将底模架吊起，通过螺旋千斤顶调整底模标高，用经纬仪放出底模中心线，使其与桥梁中心线一致；滑梁后吊点处用葫芦吊紧滑梁，解除外模滑梁上的后吊带，将吊架移至2#梁段顶板预留孔处，然后再与吊带联结，用同样的办法将另一吊架移至2#梁段处；安装滑梁后吊带，调整外侧模，使模板与混凝土搭接密贴，前端端面尺寸满足设计要求；调整立模标高后，重复上述施工步骤进行3#梁段的施工，直至14#梁段。2.3钢筋安装桥面钢筋等材料必须在T构两侧对称堆放。钢筋安装前梁端混凝土接缝必须凿毛；钢筋伸出节段端头的搭接长度应满足规范与设计要求，接头均采用焊接；竖向预应力筋在墙身内层钢筋帮扎前安装完；上层钢筋绑扎完后，对波纹管道进行一次检查与调整。2.4预应力管道横梁的墩身横向钢绞线束（9j15.24）的波纹管内径80mm；箱梁纵向钢绞线束的波纹管内径：21j15.24为120mm，15和12j15.24为90mm，9j15.24为80mm；腹板竖向32mm级钢筋的波纹管内径为45mm；顶板横向钢绞线（3j15.24）的扁波纹管尺寸为65×22mm。连续梁的预应力管道，最长达263m，随梁段悬臂灌筑而逐节接长，最长的H3束分59段套接而成，且管道数量众多，共有172束钢绞线，仅纵向波纹管长度就有16800多米，近4200个接头。浇筑混凝土前加强波纹管接头、破损检查，浇筑混凝土时在波纹管中穿PVC管，混凝土浇筑完后立即用通孔器检查有无漏浆。2.5浇筑混凝土箱梁采用C50商品混凝土，合拢段混凝土采用C55，内参微膨胀剂，共5192.3m3，坍落度1214cm，石子粒径525mm。5天到90设计强度的早强混凝土配合比如下：材料名称产地、规格材料比例1m3用量（kg）水泥江山P.O42.51509水自来水0.34173砂细度模量2.31.222622石子最大粒径525mm2.2751058外加剂高效高浓早强0.02211.2混凝土浇筑按照“由前往后，两腹向中对称浇筑”的顺序，两腹板对称同时浇注，底板浇筑完后，上面压木板，防止混凝土上翻，发现有上翻现象，停止混凝土浇筑，等到底板混凝土有一定强度后再浇筑腹板，浇注顶板及翼板混凝土时，要从两侧向中央推进。T构两侧对称浇筑混凝土，岸上用汽车泵，运河侧用固定泵，补料均匀，最多不得相差1车8m3混凝土。挂篮第一次浇筑混凝土时，分三次观测挂篮与底模变形，第一次是在混凝土浇筑到底板斜三角时，第二次是在混凝土浇筑到顶板下三角时，第三次是在顶板混凝土浇筑完后。用观测值与理论值比较，若相差1cm时，则暂停混凝土浇筑，检查挂篮各杆件与结点有无开裂情况，当采取相应措施后，方可继续浇筑混凝土；为防止由于不对称悬臂浇筑而造成挂篮失衡，同只挂篮左右两侧观测点标高变化量不得超过10mm。挂篮变形观测点设于上横梁各吊点位置，通过挂钢尺测量，共4点；模板变形观测点设于浇筑节段底模堵头模板前端，共3点。2.6钢绞线钢绞线采用j15.24低松弛钢绞线，R=1860MPa，锚下张拉控制应力k=1395MPa，锚具采用OVM15-21、15、12、9及BM15-3张拉锚；竖向筋采用32冷拉级钢筋R=750MPa，k=634.1MPa，采用轧丝张拉锚与固定锚，竖向预应力为保证张拉质量，在首次张拉到位后，过二天再次张拉。箱梁必须在混凝土强度达到设计强度的90%后，张拉预应力筋。2.7现浇节段混凝土施工该段采用在大钢管支架上现浇的方法施工，分两次浇筑，第一次浇注底板与腹板，形成槽型梁，第二次浇注顶板，平衡段施工时间与悬灌段的最后梁段同步进行。2.8合拢段施工及体系转换运河桥合拢段有边孔合拢段和中孔合拢段，长度均为1.5m，一个合拢段混凝土方量为21.86m3。先合拢边跨，再合拢中跨；边孔合拢后，结构由双悬臂状态变成单悬臂状态，最后合拢中孔，形成三跨连续梁受力状态。合拢施工分8步见图四合拢吊架见图五3、标高控制标高是控制悬臂浇注中线形控制的关键，是保证连续梁线形及结构是否符合设计要求的重要环节。3.1标高观测点的设置0#块施工完毕后，在其上布设临时水准基点，作为箱梁施工标高控制点，104#墩与105#墩两0#块上临时水准基点进行联测，并在施工过程中经常保持同其它水准点进行联测，保证其观测精度。每个节段在离节段块件前端10cm处各设3个观测点，采用16钢筋垂直对称布置在悬臂板与承托的交接点以及横截面的中心点处，钢筋高出砼面5cm，测点布置见图六：高程测试方法：1）每次测量均为统测；2）挂篮前移后24小时内测量一次标高，混凝土浇筑完成后24小时内测量一次标高，预应力筋张拉完后4小时测量一次标高。3）测量记录用统一格式纸。图 四 图 五 图 六3.2工作步骤箱梁在施工过程中每节段的水平观测分三部分：砼浇注前即立模标高控制，砼浇注后模板标高复核，施加预应力前与施加预应力后挠度观测及校核。预应力施加完毕后挂篮移动前重新观测上述几点，观测方式同前。根据上述观测所得的各阶段挠度情况，同理论计算值进行综合比较，合理调整下节段施工控制标高。主要控制立模标高，施工方按施工控制指令表中的立模标高进行挂篮定位，底模立模标高=设计梁底标高+桥面预拱度+挂篮的局部变形影响（挂篮变形即对底模前吊点进行详细的弹性变形计算，包括菱形桁架、前上横梁及吊带的弹性变形，每一节段都计算。因挂篮未经试压，第一次浇筑节段混凝土时计非弹性变形量，第二次浇筑节段混凝土不再计非弹性变形量，认为非弹性变形已经完成。），然后通知监理复测。测设要求：1）必须确保空挂篮处于悬臂支撑状态，并且不能有钢筋和施工荷载在挂篮上;2)立模标高误差要求小于+5mm。3）每天选择在早上和黄昏进行标高测设，详细记录观测时间、气温（温度测试由浙大监控方完成）。三、体会