2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支.doc
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1、2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法完成单位:中国建筑股份有限公司申报单位:中国建筑股份有限公司二OO九年四月二十八日目 录【一】国家级工法申报表2【二】工法内容材料131 前言142 工法特点153 适用范围164 工艺原理165 施工工艺流程及操作要点166 材料与设备267 质量控制288 安全措施309 环保措施3110 效益分析3111 应用实例32【三】省(部)级工法评审意见书33【四】省(部)级工法批准文件35【五】关键技术审定材料复印件41【六】工程应用证明46【七】经济效益证明51【八】关键技术获专利证书和科技成果的奖励证明复印件54【九】科技查
2、新报告57【十】反映实际施工中工法操作要点照片67【一】国家级工法申报表国 家 级 工 法 申 报 表(2007-2008年度) 工法名称 2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法申报单位 中国建筑股份有限公司 推荐单位 中华人民共和国铁道部 申报时间 二OO九年四月 住房和城乡建设部工程质量安全监管司制工法名称2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法主要完成单位1、中国建筑股份有限公司2、中建三局建设工程股份有限公司通讯地址武汉武珞路456号新时代商务中心42楼中建三局工程总承包公司邮编430064联系人高 纯手机13871200500电话
3、027-87132976主要完成人姓 名职 务职 称工 作 单 位陈保勋执行总经理高级工程师中国建筑股份有限公司武汉站项目经理部吴永红常务副总经理高级工程师中国建筑股份有限公司武汉站项目经理部王 辉总工程师高级工程师中国建筑股份有限公司武汉站项目经理部许 涛副总经理高级经济师中国建筑股份有限公司武汉站项目经理部高 纯副总工程师高级工程师中国建筑股份有限公司武汉站项目经理部工法应用工程名称和时间1、应用工程:新建武汉站工程应用时间:2007年11月至2008年12月工法关键技术名称、组织审定的单位和时间关键技术名称:单箱五室鱼腹式现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工技术审定单位:中国建筑工程总公司时
4、间:2009年4月24日工法关键技术获科技成果奖励的情况2009年4月获得铁道部部级工法工法编号:TJBJGF-07.08-117原工法名称、完成单位、国家级工法批准文号及工法编号(重新认定项目填写此栏)工法形成企业技术标准情况工法内容简述:2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工技术经国内科技查新为国内首例。该项施工技术是在一般桥梁施工技术及清水混凝土施工技术的基础上研发而成。1、2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法特点:(1)2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁(以下简称“简支箱梁”)体形庞大、结构复杂,要求一次浇筑
5、不留施工缝,因此,箱梁不但有曲率变化的鱼腹式底板的曲面模板,需要承受巨大荷载的支撑体系,还有五个箱室的内模定位、支撑、防浮等一系列难题。更由于本工程对“简支箱梁”混凝土有可近距离观赏的饰面清水的外观要求。基于上述情况,模板体系必须具有明确的传力途径、足够的承载能力、良好的刚度、方便安拆,还需要确保模板面尺寸准确、加工精度满足饰面清水混凝土对明缝、蝉缝设置和平整度、光洁度的要求。“简支箱梁”的鱼腹式底板是由三段不同曲率半径的弧形面相切组成,底板的模板具有控制箱梁成形、固定箱室内模、承受和传递施工阶段箱梁自重和施工荷载的作用,需要准确的尺寸、足够的强度承载能力与刚度,确定采用钢模板和支撑体系。通过
6、有限元对箱梁模板体系以及受力分析,模板用8mmQ235钢板制作,板面与板肋焊接连接。通过计算机放样、确定加工单元、制作样板,8mm钢板用冲压工艺进行曲面模板成型加工,钢板间焊缝采用背面满焊、面板硬拼工艺,保证了板面曲率和光洁度,同时也避免了因面板施焊、焊缝打磨而造成面板焊缝开裂及凹凸不平的现象。按照运输和吊运安装条件,将“简支箱梁”的模板体系划分成工具式安装单元。按照安装单元,整体就位、整体拆除移至新的梁位备用。箱梁内模采用“整装散拆”工艺,同时需要解决具体定位、承重、抗浮作用的对拉螺杆在清水混凝土结构上的使用和构造问题。由于工况特殊,“简支箱梁”采用了优质模板漆代替了传统的在安装前涂刷的脱模
7、剂,有效的防止了模板面污染,解决了箱梁带模养护时间长不易脱模的问题。对饰面清水混凝土表面气泡的数量和分散均有较好的效果。(2)“简支箱梁”钢筋含量大、外形复杂、重叠穿插极多,还有大量的预应力波纹管和预留预埋,在确保钢筋混凝土保护层的前提下,解决钢筋定位、穿插、成形有很大的计算难度,需要进行复杂的深化设计工作,才能妥善地解决上述难题。确保钢筋工程的质量和混凝土结构的耐久性。应用计算机三维计算,确定各钢筋之间、钢筋与预应力孔道之间的空间关系,确定各自的加工尺寸,妥善地完成了深化设计和钢筋翻样工作。应用计算机三维建模技术,分析和确定不同型号的钢筋在复杂的空间关系中的位置,绑扎的合理穿插顺序与操作要点
8、。通过三维动画,直观地进行技术交底,为有序的作业创造了条件。(3)“简支箱梁”结构复杂,含钢量高、钢筋密集。鱼腹式底板的斜度随曲率变化(046.7),形成五个箱室的四条纵肋腹板更配置了大量的钢筋、波纹管。混凝土的浇筑、振捣有极大的难度,更加以“简支箱梁”外观要达到装饰清水混凝土的饰面效果,这就对混凝土工程施工提出了极为严格的要求。按照高速铁路桥梁高性能混凝土技术性能指标的要求,结合中国建筑股份有限公司开展高性能混凝土研究与应用的经验,确定了对“简支箱梁”混凝土性能的要求符合设计要求强度、耐久性指标,配置出施工性能优良、便于在复杂工况下浇筑的混凝土,保证混凝土的色泽一致,确定了对混凝土浇筑的操作
9、要求。确定对原材料的优选和控制要求。在此基础上,经过多次试验试配,优选出强度、耐久性符合要求、施工性能良好、水化热温升相对较低、含气量及外观色泽符合饰面清水混凝土要求的配合比。并确定了根据优化出的配合比,在季节和其它条件变化时的调整原则。在“简支箱梁”混凝土施工振捣技术方面,引入了计算机模拟系统。有效的解决了大弧度斜面混凝土振捣的技术性难题,确定了合理的振捣方式与振捣点位布设问题。保证了鱼腹式底板混凝土的振捣质量与振捣效果。(4)引入了计算模拟技术对混凝土浇筑速度与初凝时间相关性对混凝土质量的影响、水化热温升温度状况等进行了有限元计算,对指导施工起到了一定的指导作用。(5)研究和制定了对于体量
10、大、结构复杂的“简支箱梁”温度收缩裂缝的控制措施,在跨越不同季节施工的各片“简支箱梁”均取得了良好的预控制效果。(6)针对大体量复杂结构箱梁混凝土的水化热问题,混凝土色差问题,季节性施工等问题,均制定了一套行之有效的组织措施和质量保证措施,实现了桥群高等级清水混凝土的施工效果。除了实现箱梁施工过程中的质量控制以外,对成品保护选择行之有效的措施,确保从结构开始施工至工程竣工验收全过程的“简支箱梁”表面保护工作十分重要。2、2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工要点:(1)测量放线:根据设计图纸对施工的结构物进行施工放样,确定出其平面位置与空间定位。(2)模板加工:采用冲压
11、技术对空间曲面模板进行成型,模板加工既要满足模板板面的曲率和尺寸符合设计要求,又要满足模板表面的光洁度和平整度的要求,同时模板拼缝必须达到清水模板的质量要求。(3)钢筋绑扎:采用计算机模拟鱼腹式复杂截面钢筋空间定位及穿插顺序,以指导现场进行空间曲面钢筋的定位与绑扎。(4)模板安装:模板安装前,必须将模板板面打磨光洁,并清洗干净,在模板板面干透后均匀涂刷优质模板漆。模板安装必须保证模板安装的尺寸、弧度、拼缝满足设计要求;同时达到箱梁施工对模板稳定性、可靠度及安全性的要求。(5)混凝土浇筑:由于鱼腹式箱梁底板弧度变化很大,大弧度斜面混凝土振捣十分困难,为了确保鱼腹式底板混凝土的振捣质量,鱼腹式复杂
12、截面混凝土振捣采用插入式振捣器为主、附着式振捣器为辅;振捣器的布设位置及振捣口的留设等,均依据计算机模拟进行布置。(6)混凝土养护:鱼腹式复杂截面箱梁混凝土养护过程中,必须定期测量混凝土内外温差,以免温差过大而影响混凝土的施工质量;同时必须加强混凝土的养护工作。(7)成品保护:混凝土养护完毕后,采用水性氟碳树脂透明保护涂料对鱼腹式箱梁底板进行保护;同时加强人员巡视,防止机械设备或人员对箱梁表面造成损伤。关键技术及保密点(如有专利权,请注名专利号):经过对新建武汉站工程2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工技术研制及施工经验的总结,形成的2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇
13、预应力清水混凝土简支箱梁施工技术,包含了单箱五室鱼腹式箱梁支架体系设计与施工技术、模板材料选择与设计、模板板面冲压与加工技术、空间曲面钢筋定位翻样、高性能耐久性混凝土配合比设计、大弧度模板面板清理技术、大弧度斜面混凝土振捣技术、大弧度斜面清水混凝土施工技术、大体积混凝土内外温控技术、长时间带模养护脱模技术、清水混凝土色差控制技术以及成品长期保护等相关技术,以上关键技术的成功应用使清水混凝土在鱼腹式复杂截面箱梁的装饰效果得到了完美体现。同时,在该工程2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁的施工过程中,形成了“一种快速装拆式夹片螺栓”、“土木工程施工砂箱装置”等两项专利,现已接
14、受国家专利局受理。技术水平和技术难度(与国内外同类技术水平比较):随着人们对环保意识的增强,在建筑艺术上人们逐渐倾向于淳朴、自然、美观等装饰效果。清水混凝土施工技术随之应运而生,她以其自身朴实、自然、大气、环保等特点被大众普遍接受;近几年,清水混凝土在北京、郑州、广州、西安、武汉等各大城市建筑物上得到了成功应用,但在桥梁体系,特别是在单箱五室鱼腹式现浇预应力箱梁体系,国内还未见报道。经科技查新,新建武汉站工程单箱五室鱼腹式现浇预应力清水混凝土简支箱梁具有“四项国内首例”:基于高速铁路的桥建合一结构为国内首例;轨道梁与站台梁合一的结构为国内首例;单箱五室鱼腹式箱梁为国内首例;清水混凝土饰面鱼腹式
15、箱梁为国内首例。单箱五室鱼腹式现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法,通过对大量关键技术的研究与实践,完美的实现了新建武汉站单箱五室鱼腹式现浇预应力清水混凝土简支箱梁设计效果。该工法开拓了利用计算机进行空间钢筋翻样的新思路;实现了鱼腹式复杂截面箱梁对清水混凝土施工效果的要求;在鱼腹式复杂截面箱梁施工过程中引入了有限元分析法,模拟了箱梁支架受力体系以及解决了大弧度斜面混凝土振捣技术难题;解决了复杂钢筋网空间准确定位技术;大大降低了劳动强度、减少了材料损耗、缩短了施工工期。工法成熟、可靠性说明(当工法工程应用少于3项时填写):2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法已在武广
16、客运铁路专线新建武汉站工程成功应用,武汉站工程100片单箱五室鱼腹式现浇预应力清水混凝土简支箱梁全部按设计要求安全优质施工完成,经过时间和实践检验证明本工法运用成熟、合理及可靠,尤其是箱梁模板可以重复利用及支设简单、快捷,工艺成熟,安全和施工质量可靠。工法应用情况及应用前景:2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法在新建武汉天兴洲公铁两用长江大桥工程新建武汉站工程上的成功应用。已施工的桥群鱼腹式截面箱梁外观质量完全达到了设计所要求的清水混凝土效果。鱼腹式复杂截面箱梁外观雄浑敦厚、质朴,颜色一致,线条流畅,混凝土表面密实、平整、光滑、洁净、外观大方,无肉眼可见裂缝,达到
17、了镜面效果。得到了法国总设计师、铁道第四勘察设计院总设计师和铁道部相关领导的一致肯定与赞赏。随着清水混凝土陆续在我国北京、郑州、广州、西安、武汉等各大城市的建设,清水混凝土以其自然、朴实、大气、环保的装饰效果,赢得了社会的广泛认可。清水混凝土随之逐渐应用于桥梁体系,在清水混凝土的发展过程中,人们已不再仅仅追求二维平面结构的清水效果,而更多的将目光转向了三维空间曲面结构清水混凝土的装饰效果。鱼腹式复杂截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法正是在这种市场的极大需求下应运而生。依此可见,复杂截面清水混凝土、桥梁清水混凝土施工技术市场应用前景十分广阔。经济效益和社会效益(包括节能和环保效益):经济效
18、益:在2000吨级单箱五室鱼腹式箱梁模板体系、支架体系以及预应力混凝土结构施工过程中,引入了有限元模型分析法,优化了结构受力体系、施工设计方案;在国内尚未有类似工程施工经验的条件下,极大的降低了桥梁施工风险成本、缩短了施工工期;通过高性能耐久性混凝土配合比的大量试配与研究,形成了满足单箱五室鱼腹式截面箱梁浇筑要求的特殊混凝土施工技术;为日后类似箱梁施工积累了宝贵的数据资料;通过对本工程2000吨级单箱五室鱼腹式现浇预应力清水混凝土简支箱梁的施工质量控制体系的探索与研究,形成了适应单箱五室鱼腹式复杂截面特大型桥梁施工质量控制体系与关键质量控制技术;房屋建筑清水混凝土首次在近距离的室内鱼腹式复杂截
19、面桥梁结构体系上成功应用,减少了结构表面的装修费用,大大节约工程造价,也节约了工期,同时也实现了绿色环保的效果。清水混凝土在鱼腹式箱梁中的成功应用,不但展示了桥梁清水混凝土的浑厚、质朴、大气的建筑之美,又使桥梁独特的造型与周围建筑融为一体,形成了满足复杂变曲面结构清水效果的混凝土施工关键控制技术;本工法通过计算机技术建立复杂钢筋的空间模型,可以直观的分析钢筋绑扎工艺,准确进行真实空间的钢筋三维翻样,开辟了钢筋立体翻样技术,为复杂结构钢筋工程的精确翻样、确定正确合理绑扎工艺提出了新的技术路线,大大提高了工作效率,降低了劳动强度,减少了材料的消耗;通过技术措施的不断改进与完善,形成了多项自主研发的
20、技术专利。环保、节能效益:在2000吨级单箱五室鱼腹式截面预应力清水混凝土简支箱梁施工中,采用优质模板漆代替常规脱模剂,避免了油性脱模剂对环境的污染;本工程“简支箱梁”混凝土外观质量要求为饰面清水效果,并直接作为室内装饰效果,节约了混凝土外观装饰材料的使用费用;2000吨级现浇简支箱梁施工,采用桩基础、钢支墩、贝雷架支撑体系,节约了大面积地基加固费用;在本工程“简支箱梁”贝雷架转运的过程中,采用了空中滑移工艺,降低了贝雷架转运周期,缩短了施工工期;同时,也大大降低了工人劳动强度。社会效益:2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁的顺利实施,极大的体现了中国建筑股份有限公司在大
21、型、复杂桥梁结构体系施工等方面雄厚的技术实力与科技优势;创建了国内首例单箱五室鱼腹式截面铁路桥梁,为中国铁路桥梁建设树立了历史性的丰碑。房屋建筑的清水混凝土在鱼腹式复杂截面箱梁结构体系中的实施,既能顺利履行合同约定,实现国内首创的站台梁与轨道梁合二为一的清水混凝土结构,进一步增强中国建筑股份有限公司在高性能耐久性混凝土、清水混凝土等方面的技术优势,提高企业知名度;同时形成的工法不仅对铁路桥梁、公路桥梁、市政桥梁等类似工程有很强的指导意义,而且对于住宅工程、公共建筑等大曲面结构施工也有很强的借鉴、指导作用。主要完成单位意见:该工法武广客运专线新建武汉站工程上得到了的成功应用。其工艺成熟、独特,应
22、用该项技术先后施工完成的100片36m单箱五室鱼腹式现浇预应力清水混凝土简支箱梁均达到了设计要求和外观清水混凝土的质量标准。该工法具有施工效率高,节约材料,降低工程施工成本等优势,对同类工程具有很好的借鉴和指导意义。 第一完成单位 签 章 第二完成单位 签 章年 月 日 年 月 日推荐单位意见:(如工法应用工程实例少于3项,对该工法关键技术可靠、成熟性补充意见如下:) (签 章) 年 月 日【二】工法内容材料2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法1 前言中国建筑股份有限公司承建的新建武汉天兴洲公铁两用长江大桥新建武汉站工程(以下简称“新建武汉站工程”),采用了国内首
23、创的上部大型建筑与下部桥梁共同工作的“桥建合一”新型结构。站房内20条高速铁路线布置在10座平行的高架桥上;每座桥由536m单箱五室鱼腹式截面预应力简支箱梁+(22.134m+48m+22.134m三跨连续刚构拱桥)+ 536m简支箱梁组成。设计要求混凝土耐久性100年,强度等级C50,外观达到饰面清水混凝土效果。图1-1 新建武汉站站房铁路高架桥效果图图1-2 新建武汉站站房铁路高架桥简支箱梁断面示意图2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁(以下简称简支箱梁)是一种造型新颖的桥梁结构体系,它以其造型优美、线条流畅的特点而被桥梁设计者所青睐。站房内高架桥共有简支箱梁100片
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