预制拼装式桥墩安装施工工法.pdf

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1、预制拼装式桥墩安装施工工法预制拼装式桥墩安装施工工法 1.前言1.前言现今，国内外桥梁盖梁、主梁预制拼装技术已较为成熟，下部墩身的预制节段拼装技术发展较晚，且国内预制桥墩施工在东北严寒地区尚未使用。预制墩身连接方式多为现浇湿接缝接头，即采用灌浆套筒连接方式连接。预制拼装桥墩能否有成熟的工艺安装，以及预制桥墩能否满足高寒地区应用都是未知数。本文研究的预制拼装式桥墩安装施工方法，有效的解决了施工工艺问题，并成功的应用到东塔桥桥梁上。2.工法特点2.工法特点2.1 综合考虑高寒地区的施工特性，优化了灌浆套筒安装位置，提高了生产效率，保证了产品质量，且降低成本。2.2 针对预制桥墩吊装，设计新型的吊耳

2、，满足大吨位桥墩的吊装需求。2.3 设计的桥墩吊装定位精调装置，提高桥墩一次性安装合格率，缩短安装时间。3.适用范围3.适用范围本工法适用于预制拼装式桥墩安装施工。4.工艺原理4.工艺原理预制拼装式桥墩设计结构复杂，连接繁琐，吨位大，钢筋和套筒定位精度要求较高，吊装对位难度较大。针对预制桥墩安装的结构特性，通过套筒定位系统、新型吊耳和定位精调装置的设计和使用，实现灌浆套筒精确安装、墩身的平稳移动、以及墩身安装的精确定位，实现了拼装式桥墩的快速安装目标。同时，在安装过程中，通过测量、数据统计和分析，不断改进吊装、坐浆和灌浆等工艺。5.施工工艺流程及操作要点5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工

3、艺流程5.1 施工工艺流程 预制拼装试桥墩安装施工关键技术研究包含桥墩工厂化节段预制关键技术和预制节段桥墩拼装关键技术，流程如图 5.1-1。图 5.1-1 施工工艺流程 图 5.1-1 施工工艺流程 5.2 操作要点5.2 操作要点 5.2.1 灌浆套筒、吊耳预埋5.2.1 灌浆套筒、吊耳预埋 1、预制平台。为便于桥墩工厂化预制时灌浆套筒精确定位，需制作专用平台。预制平台采用混凝土浇筑，制作混凝土基础时需平台内预留预埋角钢高出 20mm，墩身吊装套筒灌浆预制平台准备套筒定位安装、钢筋骨架安装吊耳制作、安装墩身浇筑、养护运 输承台施工基面清理、设挡浆池坐浆料施工验 收然后将模拟承台的定位板与预

4、埋角钢焊接定位，定位板按照预定位置与角钢进行焊接固定，。固定完毕之后，将定位板底部 20mm 间隙采用制作灌浆料，压浆灌实，养护完成后即可进行整体钢筋笼安装、模板安装等施工，如图 5.2.1-1。图 5.2.1-1 预制平台安装图图 5.2.1-1 预制平台安装图 5.2.2 钢筋骨架及套筒安装5.2.2 钢筋骨架及套筒安装 1、钢筋骨架预制。预制桥墩墩身钢筋骨架采用整体绑扎的形式。为保证钢筋和套筒定位准确，在预制厂内采用专业胎架进行固定安装，如图 5.2.2-1。图 5.2.2-1 钢筋和套筒绑扎胎架图图 5.2.2-1 钢筋和套筒绑扎胎架图 2、钢筋骨架安装。将制作完成的钢筋骨架运输到浇筑

5、区，采用吊车立式安装到预制平台上。5.2.3 吊耳设计、安装5.2.3 吊耳设计、安装 1、吊耳设计。为保证预制桥墩倒运和吊装安全，设计出钢绞线专用吊耳。根据混凝土结构设计规范要求，考虑到墩身单重 85t，墩身截面只有 2m2m，普通的钢筋吊耳无法满足吊装要求。最终选取冲击韧性较好的钢绞线作为吊耳材料，并对进行了专项设计。吊耳由s15.2mm 钢绞线（17 标准型，fptk=1860MPa）、30mm 钢板和“P”型锚组成。每个墩柱顶设置 4 组双点吊耳，见图 5.2.3-1。图 5.2.3-1 吊耳平面布置图 5.2.3-1 吊耳平面布置 墩身单重 85t，吊装时钢丝绳与水平面角度在 70。

6、s15.2mm 钢绞线（17标准型，fptk=1860MPa），公称截面积为 140mm2，极限强度为 fptk=1860MPa，抗拉强度设计值 fpy=1320MPa。另外，根据混凝土结构设计规范 可知，当一个构件上设有 4 个吊耳时，应按 3 个吊耳进行计算。同时，考虑自重荷载分项系数 1.2，吸附作用引起的超载系数 1.2，应力集中对强度的折减系数 1.4，动力系数 1.5，吊装角度对承载力的影响系数 1.4，可知钢绞线吊耳承载力：F=1401320/10000/（1.2 1.2 1.4 1.5 1.4）=4.37t F=85t/3 sin70/8=3.77t，满足使用要求。2、吊耳制作

7、。考虑到吊耳制作时，钢绞线韧性太大，很难达到所需弯曲弧度，同时直接弯曲容易损伤钢绞线，留存安全隐患。经过调研和试验，将钢绞线插入25mm 的薄壁钢管，然后进行弯曲，既得到了所需的钢绞线弧度，同时也不会对钢绞线造成损伤。另外考虑到吊装的时候，钢绞线受力后易损伤其所接触的混凝土，在钢绞线外壁设置一定长度的 PVC 管（40），防保护所接触的混凝土。吊耳制作时，钢绞线底部穿过 30mm 厚的钢板后通过专用“P”型锚进行固定。“P”型锚为挤压锚，制作需采用专业挤压机械，如图 5.2.3-2。图 5.2.3-2 吊耳实物制作图 5.2.3-2 吊耳实物制作 在钢筋笼体内进行吊耳安装，为了增大吊耳的抗拔能

8、力，吊耳底部固定钢板与接触钢筋进行焊接，见图 5.2.3-3。图 5.2.3-3 吊耳立面布置图 5.2.3-3 吊耳立面布置 5.2.4 混凝土施工5.2.4 混凝土施工 1、混凝土浇筑。预制桥墩混凝土浇筑一次性完成，采用插入式振捣棒进行振捣，模板外侧用附着式振捣器辅助。2、混凝土养护。混凝土浇筑完毕进行养护，养护期间应重点加强混凝土的湿度和温度控制，尽量减少表面混凝土的暴露时间。5.2.5 存放和运输5.2.5 存放和运输 预制桥墩养护完毕，采用大吨位汽车起重机将立式墩身横卧于存放处的枕木上进行存放。安装前采用平板运输车将预制桥墩运输至吊装地点进行安装。5.2.6 承台施工5.2.6 承台

9、施工 承台基坑施工采用放坡明挖方式进行基坑施工，放坡比例为 1:10。承台钢筋施工时，在承台底部先按照设计位置安装定位板 B，然后将竖向主筋插入定位板 B，初步固定。再在承台竖向主筋外露端安装定位板 A，精确固定承台竖向钢筋的 位置。承台施工完毕后，将定位板 A 拆除，用作其他承台的施工，见图 5.2.6-1。图图 5.2.6-15.2.6-1 承台连接钢筋定位板施工图承台连接钢筋定位板施工图 5.2.5.2.7 7 预拼装预拼装 为了能够顺利完成预制桥墩的安装，在正式安装以前进行一次预拼装，检验承台预埋主筋能否一次精准的插入墩柱套筒内，特进行预拼装工序，见图5.2.7-1。图图 5.2.7-

10、15.2.7-1 预拼装施工图预拼装施工图 5.2.5.2.8 8 坐浆施工坐浆施工 1、坐浆准备。坐浆前，在承台面上设置挡浆模板，挡浆模板各边尺寸比立柱边线大 6cm，挡浆模板采用 2cm 木板制作。挡浆模板内侧承台面进行凿毛，并采用高压水枪清除承台面和钢筋上的水泥浮浆、薄膜、松散砂石、软弱混凝土层、油污等。清除完毕后，在挡浆模板内侧均布 2.1cm 厚度的橡胶垫块，并在承台连接钢筋上安装止水环，如图 5.2.8-1。安装完毕之后，在坐浆前 1 小时用干净水湿润坐浆面。图 5.2.8-1 承台面和连接钢筋清理图图 5.2.8-1 承台面和连接钢筋清理图 2、坐浆。坐浆材料采用高强无收缩砂浆（

11、强度高出被连接构件强度等级的一个等级）并根据产品设计配合比进行拌制，拌合用水应符合 JGJ63 的规定，每次拌制的浆料均进行流动度的检测。拌浆设备采用立轴行星式搅拌机或自制搅拌机，按照先水后料的顺序匀速搅拌 3 分钟。砂浆料搅拌完成后，浆料直接倾倒于承台凿毛面，用铁板刮平垫层砂浆，30 分钟浆料徐用完。5.2.9 拼装施工5.2.9 拼装施工 1、精调装置设计。为便于预制桥墩拼装精度调整，特设计精调装置。精调装置在工厂内按照设计图加工厂整体，现场配合机械千斤顶使用，精调装置布置应根据现场实际偏差情况来确定。墩身精调装置设计时借用墩身本身的灌浆孔和出浆孔,精调装置包括10 槽钢、钢板、M2412

12、0mm 高强螺栓（匹配灌浆孔和出浆孔）、等，如图 5.2.9-1。采用四颗高强螺栓，将精调装置分别固定在灌浆孔和出浆孔上，然后采用机械千斤顶，一端支撑在精调装置的反力座上，一端支撑在地面抄垫钢板上，通过机械千斤顶的缓慢顶升，达到精确调整墩身的作用。精调装置在工厂内按照设计图加工厂整体，现场配合机械千斤顶使用。图 5.2.9-1 精调装置图 5.2.9-1 精调装置 2、拼装施工。坐浆层坐浆料未凝固之前，采用大吨位汽车起重机械，安装运输至现场的预制桥墩。吊装过程中，利用墩柱侧面灌浆孔设置溜索，调整墩柱角度。全站仪在两个方向监测校核墩柱中心垂直度、标高并进行粗调整。墩柱角度、垂直度和标高粗调完毕后

13、，起重机吊索松钩，墩柱完全坐落在坐浆层上，利用精调装置进行墩柱精调。精调到位后进行坐浆层养护，坐浆层达到设计要求强度后，撤除精调装置，如图 5.2.9-2。预制墩柱吊装预制墩柱吊装预制桥墩精调预制桥墩精调 图 5.2.9-2 预制桥墩吊装和精调图图 5.2.9-2 预制桥墩吊装和精调图 5.2.10 套筒灌浆施工5.2.10 套筒灌浆施工 1、灌浆准备。坐浆层强度达到设计要求时，撤除精调装置，并将灌浆套筒灌浆孔和出浆孔内的橡胶塞取出，取橡胶塞时严禁损伤孔周围的混凝土面。橡胶塞取出后，在灌浆孔和出浆孔内分别安装灌浆管（带阀门）和出浆管。同时，清理灌浆通道，利用高压水泵将清水从灌浆管灌入，水流从出

14、浆管喷出 30 秒后停止。2、灌浆。灌浆施工为压力灌浆，灌浆材料采用高强无收缩水泥灌浆料，材料使用前需按照要求进行抗压强度和拉伸强度等检验，合格后方可使用。灌浆机具采用专业压力灌浆机，灌浆人员采用专业化操作团队，如图 5.2.10-1。图图 5.2.10-15.2.10-1 灌浆原理图灌浆原理图 1）制浆。灌浆料依据设计配合比拌制，拌合用水应符合 JGJ63-2006混凝土用水标准的规定，每次拌制的浆料均进行流动度的检测。拌浆设备采用立轴行星式搅拌机或自制搅拌机，按照先水后料的顺序匀速搅拌 3 分钟。浆料拌制时，材料必须称量，称量误差应小于 5%（水泥等固相材料采用重量称法）。同时预先润湿搅拌

15、桶及搅拌头，在搅拌桶中依次放入干料和水。同时开启搅拌机和底座转盘。拌合结束，关闭搅拌机和底座转盘。如拌浆结束后用搅拌棒搅动感到浆料仍有固态干料存在则继续搅拌至合格为止。静止 2 分钟放出气泡，则灌浆料拌制完成。2）灌浆。浆料拌制完成后倒入压浆机开始压浆。浆料从下部灌浆孔压浆、上部出浆口出气。浆料升至出浆口 L 型管管口，待浆料流出，流速均匀时关闭灌浆 管阀门并停止压浆，拔出压浆枪头封堵灌浆口。3）注意事项。灌浆停止后，应观察半分钟，出浆孔内的灌浆料拌合物应高于套筒内灌浆料最高填充位置；停止灌浆后，如发现灌浆料拌合物下降，应检查套筒的密封或灌浆料拌合物排气情况，并采取相应措施。如灌浆料拌合物已低

16、于套筒内灌浆料最高填充位置时，应及时采取有效的补救措施。3、养护。养护期间，预制桥墩不能受震、碰、撞等扰动。当现场检验的灌浆料试块 1d 强度大于 35MPa 后，将灌浆管和出浆管拆除，并采用墩身同标号的水泥砂浆对灌浆孔和出浆孔口进行封堵，封堵完成后，回填承台基坑至设计地面标高。5.5.3 3 劳动力组织劳动力组织 表表 5.3-15.3-1 劳动力组织情况表劳动力组织情况表 序号 工种 所需人数 备注 1 项目负责人 1 2 技术负责人 1 3 生产负责人 1 4 质检员 1 5 安全员 1 6 模板工 4 7 钢筋工 6 8 架子工 8 9 混凝土工 5 10 电工 2 11 机械操作工

17、6 12 起重工 6 13 灌浆操作人员 6 合 计 48 6.6.材料与设备材料与设备 6.6.1 1 材料材料 预制桥墩所需所需材料及要求如下：1、预制桥墩使用 C40 混凝土，技术标准须符合公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）的有关规定。2、预制桥墩使用钢筋材质为 HPB300 和 HRB400，技术标准必须符合钢筋混凝土用钢第 1 部分热轧光圆钢筋（GB1499.1-2008）和钢筋混凝土用钢第 2 部分:热轧带肋钢筋（GB1499.2-2018）的有关规定。3、预制桥墩灌浆连接套筒采用高强球墨铸铁制

18、作，技术标准必须符合球墨铸铁件（GBT1348-2009）。灌浆连接套筒与高强无收缩水泥灌浆材料组合体系性能应符合国家现行标准钢筋机械连接技术规程（JGJ107-2010）中级连接接头要求，且接头试件实测抗拉强度应不小于被连接钢筋的实际拉断强度。4、灌浆套筒灌浆料采用高强无收缩水泥灌浆料、坐浆料采用高强无收缩砂浆。浆料耐久性要求：经一百万次疲劳试验及 50 次冻融循环试验，强度不低于设计值，浆料使用温度不小于-40。6.6.2 2 机械设备机械设备 投入的机械设备见表 6.2-1。表表 6.2-16.2-1 主要机械设备表主要机械设备表 序号 设备名称 规格 型号 单位 工厂制造 1 350t

19、 汽车吊 SAC3500 台 1 2 25t 汽车吊 QY25H 台 1 3 插入式振捣器 ZN50 台 4 4 附着式振捣器 ZFB-20 台 8 5 交流电焊机 BX-500 台 2 6 钢筋弯曲机 GJ-40-1 台 2 7 钢筋切断机 GW-40 台 2 8 钢筋调直机 GT4/8 台 1 9 混凝土运输车 8m3 台 2 10 千斤顶 200t 套 4 序号 设备名称 规格 型号 单位 工厂制造 11 压力表 1.0 级 套 8 12 注浆机/台 1 13 全站仪 NAL232 台 1 14 回弹仪 套 2 15 坍落度筒 HC-7S 个 1 16 混凝土含气量测定仪 15cm*15

20、cm*15cm 套 21 17 混凝土抗压试模 PXUT-211B 套 2 7.7.质量控制质量控制 7.7.1 1 工程质量控制标准工程质量控制标准 确保全部工程达到国家、行业和地方现行的工程质量验收标准及设计要求，工程一次验收合格率达到 100，质量零缺陷。拼装式桥墩安装质量标准如表7.1-1。表表 7.1-17.1-1 预制桥墩安装误差控制表预制桥墩安装误差控制表 序号 项目 允许偏差（mm）检验方法 1 承台主筋长度+2，0 用钢尺量 2 点 2 主筋垂直度 2 用经纬仪测量 2 点 3 套筒间距+2，-1 用钢尺量，侧上、下位置 4 套筒标高 2 用水准仪测量 4 套筒垂直度 2 用

21、经纬仪测量 2 点 5 墩柱轴线位置 10 用全站仪 6 墩柱垂直度 0.25%H 且不大于 25 用全站仪 7.7.2 2 质量保证措施质量保证措施 7.2.1 严格做好钢筋原材料进场复试。钢筋的绑扎、定位、清理等工序采用规矩化、工具化、系统化控制。7.2.2 承台主筋预埋严格控制主筋的预埋高度、以及主筋的间距和垂直度。套筒定位采用定位模板定位，模板应采用精密数控切割下料，模板孔间距误差控制在 2mm 以内，确保套筒相对位置准确，以及安装垂直度的保证。7.2.3 混凝土应分层浇筑，严格控制混凝土振捣时间，以表面泛浆且不再下沉为原则。混凝土浇筑后表面泌水及时排除，表面搓平、二次振捣；加强二次收

22、面，洒水养护。7.2.4 预制桥墩安装精度必须符合设计要求，构件运输时必须层层间隔加设支垫，支点下必须设置支搁方木，相邻构件之间加垫橡胶片，防止相互碰撞损伤构件。吊装构件到位精调完成后，必须可靠固定后方可松钩。7.2.5 坐浆和灌浆施工必须严格规范控制,确保灌浆施工质量,对坐浆和灌浆质量不合格处,作废处理。浆料应严格按设计要求及技术规范进行施工,其施工质量必须满足规范要求,施工记录应能真实反映施工情况,不得弄虚作假,虚报灌浆量。7.2.6 施工过程采用全程质量技术人员跟班控制的方式，施工中发现问题按照“三不放过”原则进行处理，对于经检查发现的问题按照“返修再验收”处理，严格执行“三检制”制度。

23、设立检查验评表，逐级验收签字，上道工序不合格，严禁进入下道工序施工。8.8.安全措施安全措施 8.1 加大安全生产宣传和教育力度，工程开工前，对所有参加本工程施工人员进行安全生产教育，组织学习有关规范和法规，并结合本工程实际，制定详细的安全生产措施。8.2 特种作业人员必须经过有关部门安全技术培训，取得特种作业操作证后，方可独立操作上岗。8.3 在主要施工部位、作业点、危险区、主要通道道口都必须挂有安全宣传标语或安全警示牌。全体施工人员做到警钟长鸣，防患于未然。8.4 中小型施工机具，都必须专人使用，专人保养，并挂安全操作牌。夜间施工要配备足够的照明，临时电力线必须由专职电工架设、管理，开关要

24、有防雨设施且安设牢固，并装有漏电保护器。8.5 乙炔、氧气作业必须严格按照安全操作规程进行，氧气瓶、乙炔瓶间距必须大于国家规范要求，乙炔瓶必须正立使用并远离明火。8.6 电焊机外壳必须接地良好，其电源的装拆应由电工进行。8.7 雷雨时，应停止露天焊接作业。8.8 作业结束，应切断电源，清理现场。9.9.环保措施环保措施 9.1 严格遵守有关环境保护的法律、法规等施工，采取各种防护措施，减少施工对沿线生态环境的破坏和污染。9.2 将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理规划布置围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.3 施工废弃物、生活垃圾总体规划、定点堆放、及时清

25、运、集中销毁。9.4 采取有效措施控制现场的各种粉尘、废气、污水、固体垃圾及噪声振动对环境的污染和危害，不在现场燃烧各种有毒有害的物质。9.5 竣工后环境要做到人走场清。工程完工后应将临房等临时设置全部拆除，及时清理施工现场，归还施工临时占地，施工垃圾运至环保部门指定的位置处理。10.10.效益分析效益分析 10.10.1 1 经济效益经济效益 沈阳市东塔跨浑河桥应用预制装配式拼装桥墩施工技术，墩身和现场承台施工同时进行，提高了施工效率，缩短了工期约 10 天，避免了冬季施工，与传统工艺的桥墩相比，节约了人工费 4.8 万元（16 人300 元/天/人10 天=48000 元）、冬季施工措施费

26、 27 万元（90000 元/桥墩3 桥墩=270000 元）共计约 31.8 万元；同时预制桥墩安装一次合格率为 100%，未出现返工现象，取得了良好的经济效益。10.10.2 2 社会效益社会效益 针对桥墩工厂化节段预制过程中灌浆套筒安装、钢筋整体绑扎、整体模板使用等难点，设计出钢筋笼整体绑扎胎架、整体模板、预制平台和套筒定位板等装置，形成了一整套工厂化预制施工技术，提高了施工效率，保证了产品质量，缩 短了施工工期；针对桥墩现场拼装过程中吊装、拼装精度、桥墩坐浆和套筒灌浆等难点，设计出钢绞线吊耳和精调装置，同时采用专业灌浆设备进行灌浆，形成了一整套预制节段桥墩拼装技术，提高了桥墩安装精度，

27、保证了套筒灌浆的质量，提高了施工效率。在以上工艺的指导下一次性完成了预制桥墩的施工，为今后类似的工程提供了实践经验。由于施工进度快、安全质量可控，受到业主和社会各界的一致好评，为我公司在桥梁施工领域树立了良好的信誉。11.11.应用实例应用实例 沈阳市东塔跨浑河桥工程沈阳市东塔跨浑河桥工程 沈阳市东塔跨浑河桥工程位于沈阳市区东南部，浑河城市段上游，王家湾桥下游 2 公里，长青桥上游 3 公里，工程北起沈水东路，南至浑祝南科街，全长 1460米。本工程自 2017 年 1 月开工，至 2018 年 8 月完工。主桥结构形式为（40+90+220+90+40）m 钢桁桥塔自锚式悬索桥，引桥为（340）m 和（540）m等截面连接钢混组合梁。11#12#桥墩为预制节段拼装桥墩，墩高 7.5mm，截面均为 2m2m 实心截面，每个墩有 3 个实体墩身，共计 6 个预制墩身，墩身单重 80t。墩身内设置 44 根套筒，与承台伸出的主筋连接，连接点较多。墩身和承台接触面采用 2cm 厚高强无收缩砂浆垫层，套筒内灌注高强无收缩水泥灌浆料，完成对钢筋的锚固，形成墩身与承台的可靠连接。图图 11-11-1 1 沈阳市东塔跨浑河桥成桥全景图沈阳市东塔跨浑河桥成桥全景图