[湖北]高速公路工程薄壁空心高墩超大盖梁施工技术.doc

薄壁空心高墩超大盖梁施工技术1、工程概述XX西高速公路XX合同段XX河特大桥全长545.54m，主桥采用1-430m上承式钢管混凝土拱桥。大桥两道大盖梁设置在两岸的过渡墩顶，盖梁中心高度1.5m，梁端高度0.9m；盖梁顺桥向宽6.6m，横桥向宽23.15m，盖梁顶设双向2%横坡，单个盖梁混凝土工程量达203.4m3。同时本桥钢管主拱肋吊装方案设计时，在盖梁顶设置有锚梁。本交界墩盖梁顶面离地高达80余多，施工现场场地狭小，施工条件、难度大，且盖梁结构尺寸和体积均很大，因此施工方案正确、合理地选取对于盖梁正常安全施工至关重要。而施工方案是否合理主要取决于盖梁施工支架形式的合理与否，因此在本交界墩盖梁施工支架形式拟定了以下两种对比方案。2、方案比选2.1 方案一：轻型桁架式支架桁式支架方案是采用槽钢制作成单片桁架，一道盖梁顺桥向前后各一片，桁架支撑在墩身预埋工56a牛腿上，前后两片桁架之间上、下均通过工字钢连成整体，以加强其整体稳定性和提高其承重能力。单片桁架主要由弦杆、腹杆及节点板组成，桁架上、下弦杆均采用一组二根25C槽钢构成箱形截面；腹杆采用18槽钢，二根一组，口对口拼接；腹杆与弦杆之间焊接采用坡口焊接方式，并在腹杆与弦杆间增设有节点板，节点板采用1cm厚的钢板制作。单片桁架截面高度为145cm，单片桁架长2400cm。一岸前后两片桁架间在上、下弦杆处设置有连接工字钢，连接工字钢采用工32c工字钢。共布置17道，间距60cm；两端悬臂段在靠近墩柱处各布置1根I32c工字钢和8根间距为50cm钢。如图1：图 1 轻型桁架式支架构造图2.2 方案二：贝雷梁式支架贝雷梁支架方案是采用贝雷片拼装成单片贝雷梁，大盖梁顺桥向前后各一道（3组贝雷梁为1道），贝雷梁支撑在墩身预埋工56a牛腿上，前后两道贝雷梁之间上、下均通过工字钢连成整体，以加强其整体稳定性和提高其承重能力。贝雷梁式支架主要由工字钢牛腿、贝雷梁（纵向）、连接工字钢（横向）组成，长度方向每组贝雷梁由8片贝雷片（贝雷片长3m、高1.5m）用连接销子组拼而成，共6组贝雷梁，每侧各3组。贝雷梁顶面铺横向I32c工字钢，共布置17道，间距60cm；两端悬臂段在靠近墩柱处各布置1根I32c工字钢和8根间距为50cm钢。工字钢与贝雷梁之间垫三角木楔进行预拱度调整。贝雷梁底面采用槽钢12.6连接，间距150cm。如图2：图 2 贝雷梁式支架构造图2.3 方案选定通过对上述二种支架方案的比较，结合本工程特点,综合考虑施工质量、工程造价、施工工期、施工工艺等多种因素,推荐采用贝雷梁式支架方案。贝雷梁式支架相比较轻型桁架式支架具有以下几点优势：2.3.1 施工造价贝雷梁式支架中48片贝雷片，每片贝雷片单重270kg，共12.96T，每片岸1800元/片，共需8.64万元，其他局部杆件共16.55T，按5000元/吨共计8.275万元，则贝雷梁支架总费1.915万元。轻型桁架中主杆件25、18及节点板共11.5T，考虑加工拼装费用按7000元/吨共计8.05万元，其他局部杆件共16.55T共计8.275万元，轻型桁架总费用16.325万元。2.3.2 施工工期组成贝雷梁式支架中贝雷片都是成品可直接从厂家运到施工现场拼装成贝雷架吊运到预埋牛腿上，从拼装到吊运2天就可以完成。而轻型桁架从厂家把单根杆件运到现场进行加工拼装成桁架再吊运到预埋牛腿上需要15天。由此相比贝雷梁式支架操作简单易行、施工速度快、工期大大缩短了。2.3.3 经济效益贝雷梁支架所用的贝雷片可多次使用，例如在浇筑完盖梁后重组拼装作为本桥中吊运安装箱梁时所用的扁担梁，而轻型桁架只能在盖梁砼浇筑过程中使用。两者相比贝雷梁支架为我单位在架设安装箱梁过程中省一笔费用。从加工拼装、施工工期及架梁过程中费用考虑贝雷梁支架可节省15万元。2.3.4 推广价值贝雷梁支架适用于各种桥梁中的中、小盖梁，可重复利用，易拼装、易拆卸，尤其是陡峭险峻的施工条件。3 贝雷梁式支架稳定性验算 荷载计算3.1.1 基本荷载混凝土自重：G1×25-2××5××3.1.2 施工荷载3.1.2.1 模板自重（厚21竹胶合板容重 r0.24KN/）侧模及端模均采用21厚的竹胶合板，水平横向外背楞采用10×10cm，间距30cm布置；竖向外背楞采用双枝10#槽钢，标准间距100cm布置，局部进行了加密。侧模采用拉杆两侧对拉固定，拉杆用16钢筋制作，侧模上下各布置一排，水平横桥向间距100cm，竖向层距50cm。两侧端模上拉杆焊接于同片钢筋骨架上，实现对拉。3.1.2.1.1 模板验算 侧压力计算 混凝土作用于模板的侧压力，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为有效压头高度。通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最大值：ct0121/2p=cH式中： p新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2 ）c混凝土的重力密度（KN/m2 ）取25KN/m2t0新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测决定。6h混凝土的浇筑速度（m/h）；1m/h1外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1；2混凝土坍落度影响系数，当坍落度小于30mm时，取0.85；当坍落度在50-90mm之间时，取1；当坍落度在110-150mm之间时，取1.05。p1ct0121/2×25×6×1××11/22p2=cH=25×2取二者中的较小者，p=p12作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒混凝土产生的水平载荷标准值4KN/m2，分别取荷载分项系数1.2和1.4，则作用于模板的总荷载设计值为：×1.24×2 侧模板刚度验算侧模板最大高度为，面板采用21mm厚的竹胶合板，水平背楞采用10×10方木，间距25，竖向外楞采用双枝10#槽钢，标准间距100。a、面板验算将面板视为支撑在水平背楞上的多跨连续梁计算，板宽度b=24150mm，面板为21mm厚竹胶合板，水平背楞间距为L=250mm。（1）强度验算q1=p×2×9KN/m面板最大弯距：Mmas=q1L2×250××106N/面板的截面系数；W=bh2/6=24150×212×1063则：=Mmas/W=11×106×1062 =13N/mm2，满足要求。其中：×103N/mm2 （2）挠度验算跨中挠度为：w=q1L4/150EI其中I=bh3/12=24150×213×1064则：w=q1L4×3004/150××103××106=0.52L/400=300/400=0.75满足要求。b、横向外楞方木验算方木作为横向背楞支撑在竖向背楞上，可视为支撑在竖向背楞上的连续梁计算，其跨度等于竖向背楞的间距，最大为L=1000mm。方木上的荷载为：q3×p混凝土的侧压力b方木之间的水平距离（1）强度验算最大弯矩Mmas=q3L2×10002×106N/mm方木截面系数：W= bh2/6=1003×106mm2则：=Mmas×106×1062 =13N/mm2，满足要求。（2）挠度验算方木截面惯性矩：I= bh3/12=1004×106mm4跨中挠度：w=q1L4×10004/150××103××106=w=1000/400=满足要求。 拉杆验算拉杆承受的拉力为F=P*A=P*a*b式中：P：新浇注混凝土对侧模板的压应力，取50.6Kpa。a：对拉螺杆横向间距，本模板设计最大为。b：对拉螺杆竖向间距，本模板设计最大为0.5m。F=（P*a*b）/2=（50600××0.5）/2=25300/2=12650N对拉螺杆选用12的圆钢。其容许拉应力为：f=12900NF=12650N，满足要求。.2.1.2 模板及背楞自重 模板自重侧模面积：A(×150×2315- ××2315/2- ××36.9)×230.82××211.88××243.89×6.662.7则：模板自重G2(61.64+11.88+43.89+62.7)× 模板外背楞重两侧模横向外背楞采用100×100的方木（容重r5KN/m3），间距25cm布置；竖向外楞采用双枝10#槽钢间距100cm布置。则，侧模外背楞重为：方木：g1×4+16.5）×2×2×槽钢：g2=（10×1.9+4×1.45）×4×两端模横向外楞也采用100×100的方木，布置间距同侧模；竖向外楞采用双枝10#槽钢间距120cm布置。则，端模外背楞重为：方木：g3×3）×2×2×槽钢：g4=（6×1.45）×2×底模横向外楞采用100×100的方木，标准间距25cm布置，纵向外楞利用前后贝雷片间的上连接杆件工32c工字钢，间距60cm布置。则，端模外背楞重为：方木：g5×3）×2×2×模板外楞总重为：G3=g1+g2+g3+g4+g53.1.2.2三角支架、连接工字钢总重：G4=7612.4-1872.4+1724.6+（42.5+41.3+9）× 施工人员、施工料具运输及堆放荷载均布荷载取：q=1.0KN/G5××3.1.2.4 动荷载倾倒砼时产生的冲击荷载为2.0KPa,振捣砼时产生的荷载为2.0KPa，由于两者不同时发生计算时取其最大值，采用振捣时产生的荷载：振捣时所振捣的面积为2×6.613.2（2m一段）。则：G62×.3 风荷载基本风压k1·k2·k3·01×××300596.4N/3.1.4 荷载组合3.1.4.1 永久荷载永久荷载是作用在结构上的不变荷载。如盖梁钢筋混凝土、模板、贝雷梁式支架等自身结构重量。即G永久荷载G1+G2+G3+G4+G53.1.4.2 可变荷载可变荷载是施工过程中对结构上的可以变化的荷载，如动荷载、风荷载。即G可变荷载3.1.4.3 荷载组合G总× G永久荷载×G永久荷载式中：G总× G永久荷载×G永久荷载××26.45008KN3.2 贝雷梁式支架稳定性验算3.2.1 贝雷梁式支架技术参数贝雷梁式式支架采用贝雷片现场拼装，共6组（长24m），每组8片（每片长3m、高1.5、单重270kg），采用销子连接，3组为一道即桥墩前后各一道（3组），贝雷梁式支架几何特性（表1、表2）表1 贝雷梁支架几何特性表几何特性结构构造W（cm3）I（cm4）单排单层不 加 强加 强三排单层不 加 强加 强表2 贝雷梁支架容许内力表结构构造容许内力单 排 单 层三 排 单 层不 加 强加 强不 加 强加 强弯 矩（KN·M）剪 力（KN）.1贝雷梁式支架荷载 贝雷梁式支架主要由两道贝雷梁组成，它所承受的总荷载为5008KN，则每道贝雷梁 承受的荷载为：（贝雷梁按伸臂梁并以均布荷载作为结构主要荷载计算详见图3）G5008/2=2504KN图 3 贝雷梁支架计算模型3.2.2.2 弯矩计算（详见弯矩图4）： 图 4 弯矩图支点处M支点=q·l2×2·M跨中处M中=q·L2×122/2-1252×·M剪力计算（详见剪力图5）：图 5 剪力图支点处：Q支点左=q·×Q支点右=p- Q支点左跨中处Q中=0KN3.2.2.4 挠度计算跨中挠度：fmax=（5-24）=（524×）×0.704=3.46f=L/400=13000/600=21.7支点挠度：fmax=（+-1）=（+-1）×0.301=10.02f=L/300=5500/300=18.3超大盖梁顺桥向设置的两道贝雷梁满足施工要求3.2.3 贝雷梁式支架连接件验算两空心墩中间连接件采用工字钢，工字钢的横向间距为， 连接件的布置详见图23.2.3.1 连接件验算（连接件拟采用32c）两空心墩中间连接件承受的荷载：（按简支计算）详见计算简图6×0.6=129.8KN 跨中弯矩： M中=1/8ql2=1/8××2=M 图6 连接件计算模型 140.9MPa<145MPa支点剪力：Q支点×=16.2mpa =85Mpa 图7 弯矩图跨中挠度：f=15.8 L/400=6600/400=16.5 图8 剪力图I32c强度满足施工要求两空心墩墩外侧即变形段连接件验算（连接件拟采用双肢槽钢12.6，双肢槽钢的横向间距为2.2m）每根工字钢承受的荷载：(0.9+1.5)/2×××25×Q跨中弯矩：M中=1/8ql2=1/8××2·M140.26MPa<145MPa支点剪力：Q支点× 图 9 双蜘槽钢截面图=33.84mpa=85Mpa跨中挠度：f=0.34L/400=2200/400=5.53.2.3 预埋工字钢作为牛腿验算 本桥中交界墩为薄壁空心高墩，壁厚为60cm，涉及到盖梁施工时高墩的稳定性以及壁薄而容易开裂的影响，作为贝雷梁支架的托架选用预埋工字钢即在交界墩顺桥向预留孔道穿越工字钢。每个墩柱预留3个工字钢孔道，则每根工字钢承受的荷载以伸臂梁并以集中荷载作为结构主要荷载计算（见计算简图10）：贝雷片总重：270×24=6480kg=KN则墩身预埋工字钢承受的荷载：×）KN弯矩：×0.8=3KN·M墩身预埋工字钢选用工56a 图10 预埋工字钢计算模型=MPa145MPa=42.3Mpa=85Mpa工56a满足施工要求 由上述验算结果可知本方案采用的贝雷梁式支架能满足施工要求4 施工工艺 贝雷梁式支架制作及安装贝雷梁式支架采取分道的形式利用缆索吊吊装的安装方式。加工好的贝雷片节段采用运输至两岸隧道大拱洞门处，利用贝雷片连接销子组装成整片。组拼好的贝雷梁用缆索吊垂直起吊安放于墩身预埋工字钢牛腿上（浇筑墩身砼时要注意预留穿越工字钢孔道，本方案是预埋一箱体详见图11），在工字钢外缘焊接挡板将贝雷片定位。一岸前后六道定位牢固后，开始焊接桁架间上下连接件，使之形成整体支架。具体详见贝雷梁式支架构造图2 图11 预埋工字钢孔道 图12 在预埋孔道穿越工字钢 图13 贝雷梁吊运安装4.2 盖梁施工工序详见施工工艺流程图14施工准备贝雷片拼装贝雷片安装 底模安装钢筋骨架制作钢筋骨架及钢筋安装钢筋集中加工底模调整、定位牢固预埋盖梁顶现浇桥面系钢筋及锚梁预埋件 侧、端模安装定位浇注混凝土收浆完成浇注砼养生