50m后张T梁施工技术研究.doc
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1、 公路50m后张法预应力T梁现浇施工工艺目 录前言21 工程概况22 选题理由33 总体施工方案的确定34 就位制梁施工工艺研究35 施工所用的主要机械设备306 质量保证措施317 安全保证措施328 效果评述32前言公路50m后张法预应力T梁是90年代发展起来的大跨度简支梁,是预应力砼简支梁的一枝新秀。目前,它的施工方法主要是预制、安装。由于其跨度大、梁体高、梁底窄,底模需设置反拱曲线,因此要控制好梁体砼的现浇质量,以及在张拉过程中保持梁体的稳定性,关键在于对就位制梁施工技术进行研究。1 工程概况成都车辆段府河大桥位于九里堤中路附近,西侧临近西南交大体育场,东侧隔河为客技站,桥位处地势平坦
2、,属岷江水系一级阶地,地质情况为表层人工填土、粘土、细砂,其下为卵石土,桥台置于稍密卵石土中。采用1孔50m简支梁桥型,桥全长64.44m。本桥设计桥面净宽6m,两侧路缘带宽各0.5m,全宽7.0m,150m简支梁三片,梁部为后张预应力C50砼T梁。桥台为U形桥台,明挖扩大基础。桥梁两端设橡胶型钢伸缩缝,支座采用板式橡胶支座。梁部T梁预应力体系采用J15.24,Ryb=1860MPa,ASTMA41692A高强度、低松弛钢绞线。管道采用预埋波纹管成型,YM157,YM159型锚具。张拉控制应力k=0.72 Ryb 。原设计梁片在桥头路基上预制,然后按有支架拖拉横移就位。由于场地限制变更为就位制
3、梁。2 选题理由集团公司首次承担公路50m后张法预应力T梁的施工任务,由于采用就位制梁的施工方案,目前尚无成熟的现浇施工方法可借鉴。同时还必须解决好梁片数量少与技术含量高在施工成本上的矛盾,克服大跨度预应力砼简支梁在支架上现浇质量难以保证的困难。另外,50m后张法预应力T梁就位预制施工系跨河作业,受河水、洪水影响大,工期紧。因此,选择“公路50m后张法预应力T梁现浇施工工艺”作为研究课题,可借此机会从施工过程中学习、探索、总结出一套较为完善的大跨度后张梁施工技术。3 总体施工方案的确定2001年元月,公司总工率领施技人员对该桥环境作了周密的调查,确认该桥位无预制场地,也不具备将成品梁运输至现场
4、的条件,确定了总体方案。搭设施工平台,就地灌注50m后张T梁。4 就位制梁施工工艺研究4.1 施工工艺4.1.1 就位制梁工艺流程初步确定根据已有的后张梁施工经验,并参考成都铁路局工程总公司司级工法汇编(市政建设与公路分册.19931998)中发表的“现场预制公路30m(40m)后张预应力钢筋砼T型简支梁工法”,以及铁道部部级工法汇编19951996中发表的“后张法50m预应力砼铁路简支梁制造架设工法”,结合现场具体条件,初步确定50m后张法T梁就位制梁的施工流程如图一:搭设施工平台安装底模及支座(就位)立一侧侧模绑扎钢筋骨架及定位网立另一侧侧模及两侧端模板安装波纹管安装附着式振捣器搭设灌注砼
5、脚手平台钢筋、模板全面检查灌注梁体砼检孔、穿预应力钢束及张拉孔道压浆封 端成 品 检 验就位制梁施工准备钢筋切割、弯制成型模板检校、刷油波纹管除锈波纹管的接长、制作检查振动器梁体材料准备备配比试验上料、搅拌插入振捣器振捣收面、养护钢绞线的除锈钢束的制作浆液拌合图一:就位制梁施工流程图 4.1.2 优化后的制梁工艺流程 针对就位制梁的现场具体条件,课题组成员各抒己见,最后形成共识,主要有以下几点:4.1.2.1 由于T梁的截面特点是底部窄500mm,梁体高2600mm,且腹板薄190mm(厚)1900mm(腹高),加上波纹管287+677mm的布置,如果先支一侧模板,尽管便于波纹管的定位,但其安
6、设及调整都非常困难。因此,所有侧模板应在钢筋及波纹管安装、调整并全面检查通过后进行,但钢筋骨架应通过搭设支架牢固固定,而且钢筋保护层定位必须准确以保证波纹管的安装坐标符合验标要求,保证波纹管安装的稳固性,以减少T梁张拉时的侧向弯曲。4.1.2.2 由于就位制梁是在支架及变梁桥跨结构组成的平台上施工,灌注砼时,脚手架平台应排在前面,以利于周转料的运送、钢筋安装及骨架定位、侧模安装及固定。4.1.2.3 灌注砼脚手架平台应与侧模支撑、翼缘底模支承系统综合考虑。最好形成框架结构,以确保侧模在较大的砼侧压力及附着式振动器强烈振捣作用下的稳定,以确保各片T梁在浇注、张拉过程中的整体稳定。但要充分考虑灌注
7、砼时脚手架平台对新浇砼的影响,把握施工规范中关于对此点的有关规定及限制的实质。4.1.2.4 因为T梁高且腹板薄,波纹管密,穿预应力钢束最好在支侧模、浇注砼之前进行,一方面有利于保证波纹管的顺直度较小地受砼上浮力的影响,有着松棒的作用。另一方面便于施工、检查波纹管的位置、接头、排气管、排水管接头的完好性等。4.1.2.5 由于跨度大,一次性安装捣固器需用量较大,因此应考虑倒用,但其固定连接件(捣固架)应先设置好。根据课题组召开的磋商会议,决定优化工艺流程如图二(下页):搭设施工平台(梁体下平台)安装底模及支座(就位)搭设上部框架式模板及钢筋固定支架绑扎钢筋骨架并固定牢固安装波纹管立两端端模穿设
8、预应力钢束钢筋、波纹管全面检查底模反拱曲线检查与微调立两侧侧模板并加固安装翼缘板底模绑扎、安装翼缘板钢筋敷设捣固系统动力线路安装第一批捣固器空振试验再次检查模型浇注砼、养护张拉、压浆、封端成品检验就位制梁施工准备钢筋切割、弯制成型波纹管的接长、制作波纹管的除锈制作钢束钢绞线的除锈模板检校、刷油捣固准备砼搅拌图二 4.2 制梁施工平台搭设4.2.1 概况全桥共3片梁,根据工期要求需设三个台位,底模三套无倒用,全就位,全现浇,无移梁作业。每片梁重31.1kN/m,梁底宽0.5m,翼缘宽2.2m,梁腹截面0.171.9m,梁高2.6m。施工平台为底模设置反拱,其值为:砼浇筑完毕后跨中梁底反拱为25m
9、m41mm(设计值)。4.2.2 搭设施工平台我们借鉴成都市老东门大桥40m后张法预应力箱梁施工平台搭设的成功经验,并本着降低施工成本,加快施工进度,加大质量控制力度的精神,搭设施工平台前主要在于合理确定临时桥跨结构类型、跨度及其横向布置型式4.2.2.1 临时桥跨结构及其跨度的确定该临时桥跨结构上承T梁底模,承受的主要荷载为T梁砼自重:179.4m326KN/m33片49.96m(跨度)=31.12kN/m。T梁底面设计纵坡为0.5,跨中梁底设计标高为507.65m,百年一遇设计洪水标高为506.82m。根据施工季节的水量、流速以及现场河床断面,可确定便梁桥的泄水断面,从而确定其孔跨布置。上
10、述河床断面可现场实测,无法实测时采用设计图中的河床断面,其施工季节的水量及流速可通过河道管理单位的统计资料推算,无此统计资料时,可现场调查并参照设计文件中的有关数据推测,以确定临时桥跨结构的泄水能力是否满足其施工季节的排洪要求。为缩短工期,减少雨季洪水对桥梁施工的威胁。为降低工程成本,并增大施工平台的安全系数,确保现浇质量,将临时桥跨结构确定为两种结构型式,一种是WDJ碗扣支架,另一种为双层工字钢叠合梁结构,其跨度依次为:WDJ支架:工字钢叠合梁:WDJ支架=15.9m:16m:15.9m。其纵向布置示意如下页图三所示:成都铁路工程(集团)第二工程分公司编制 第 25 页 共 33 页 图 三
11、4.2.2.2 临时桥跨结构的横向布置4.2.2.2.1 WDJ支架结构设计横向布置示意图四所示:图四其检算过程如下:按满堂布置,其立杆、横杆的布置由T梁底模所传递的竖向均布荷载控制设计。根据底模的支承宽度以及WDJ的材料规格,先拟定其横向间距为0.6m,如图五所示。根据T梁的截面尺寸及上图所示的支架布置情况,可偏安全假定T梁砼自重,底模自重以及捣固荷载、砼倾倒荷载,P43钢轨重由支 图 五架AB 承担。其余荷载由其余支架承担,则纵向每米荷载为: 31.12+0.2+2+1+4310-22=35.26kN/m纵向按1.2m排距布置WDJ支架时,每根立根承受荷载为:35.261.2/2=21.2
12、kN30kN(安全系数为1.4),为便于支架搭设,T梁底模以外的支架纵横步距可按1.2m1.2m搭设。WDJ碗扣支架基础设计每一片T梁作用范围内,纵向1.2m每根立杆的竖向荷载为: 21.2kN+(4.2m立杆+0.6m横杆3/2)4kg10-2kN/kg=21.4kN由于支架置于回填卵石土层上,其承载力应以实测为准,本设计暂按0.15Mpa考虑,则每根立杆(单片T梁)基底所需作用面积是: 由21.4KN10-3/S=0.15MPa得S=0.143m2WDJ立杆底座为0.20.2=0.04 m20.143 m2因此需增设基础。为考虑今后做挡墙需用片石,故按片石基础设计,厚度0.3m,片石长宽尺
13、寸应为:0.50.3m2或0.40.4m2,上述WDJ碗扣支架基础设计中,未考虑其安全系数,因为纵横向设置剪刀撑,T梁底模下的两排支架所承受的荷载将会沿斜向剪刀撑进行扩散,该扩散值即为其安全储备。4.2.2.2.2 H型钢叠合梁结构设计A中跨便梁截面初步设计在H型钢便梁简支跨度确定以后,根据其受荷条件,结合我司以往的工字钢便梁施工经验,参考铁路工程施工技术手册1994版桥 涵-下册15-81及第428页图15-147, 图 六初步确定H型钢便梁的横向布置如图六所示(仅示一片梁的布置)。该方案设想通过一刚性横梁使各片H型钢受力均匀,然后以单片H型钢为研究对象,其挠度检算如下:f=5ql4/(38
14、4EI)=5*(43.11/6)*103*164/(384*2.1*1011*46470*10-8) =0.0628mf=l/400=16/400=0.04m,挠度不满足规范要求。由于T梁底面窄,自重大,单层H型钢数量超过6片时,其荷载横向分布差异大,对刚性横梁的刚度要求高,现场施工难以实现。由此可得,简支16m跨H型钢便梁,在此荷载条件下是不能采用单层方案的。在这种情况下,减小16mH型钢便梁跨度则需增设支墩,成本增加,工期变长;改用其他型号的工字钢或H型钢,则需向外租赁,但其截断和焊接接长均受到限制。课题组经过反复研究,决定采用H型钢叠合梁结构。鉴于工程成本的原因,其叠合方式不采用焊接和栓
15、接,否则将造成以后周转使用上的困难。本次施工考虑使用加强抱箍使H型钢整体受力。B H型钢叠合梁横向布置如图七所示:抱箍的设置效果是H型钢叠合梁整体受力的关键。两片H型钢整体受弯曲时,中性层就是其叠合面。该叠合面上的切向力由接触面的滑动静摩擦力提供,而该滑动静摩擦力则由抱箍的正压力保证,静摩擦系数由机械设计手册查得:=0.15图 七C H型钢叠合梁叠合面滑动静摩擦力方程图 八如图八所示。利用积分法求得简支H型钢叠合梁在均布荷载q作用下其叠合面在x(x+dx)截面范围内(即m-m至n-n截面范围内)的滑动静摩擦力方程为: fx=(ql/2-qx).dx-(dx)2.q/2.Sz/Iz式中: fxd
16、x范围内的滑动静摩擦力; x 求解截面至支座中心的距离; q作用在一组H型钢叠合梁上的均布荷载;本例q=12.53kN/m lH型钢叠合梁的简支跨度;dx微段长,从x截面至x+dx截面之间的距离;Sz单片H型钢截面面积对叠合梁中性轴Z的面积矩;本例Sz =A*yc=114.2*25=2855cm3Iz叠合梁截面对中性轴Z的惯性矩。本例Iz =A1y2dA1=Bh3/3+2/3(B/2-t/2)* (b3-(h-b) 3)=2*20*503/3+2/3(20/2-1.6/2)(23-(50-2) 3)=310169.6 cm4 根据以上公式求算得:所需最大压力:(便梁端部)1000mm纵梁长度范
17、围内f1m=82.74kN。摩擦系数取0.15,则正压力是82.740.15=551.6kN。所需最小压力:跨中1000mm内, f1m=2.595kN, 正压力是2.595kN0.15=17.3 kN。4.2.2.3 搭设施工平台在河床内设置2个浆砌片石临时支墩,将桥跨分成3孔,架设两孔WDJ支架结构,一孔工字钢梁。采用每片梁位下、两支墩间设2束双层HN工字钢500200钢束梁搭设,梁间及两侧边界外设单层工字钢,其上铺设横木及纵向木板作施工便道。工字钢采用角钢配合螺栓作上下层列连接,其抱箍间距由计算获得;采用撑木和角钢,螺栓配合作两组H型钢叠合梁的横向联接(间距2.5m),以保证其整体性和稳
18、定性。叠合梁上铺设方木和纵木,其间采用厚12cm对口楔或在纵木上设弧形板调整底模及预设下挠度值。H型钢在岸上接长,在每两个支墩间搭设两个碗扣式支架平台。用20t的吊车起吊辅以人工移动就位;两孔WDJ碗扣支架:在碗扣支架孔上游侧填筑沙袋辅以小泵抽水,以防水流入浸泡支架基础,造成支架下沉,影响梁的浇注及成品质量。当基础相对稳定时,铺上木板作为支架的承压板。待托撑顶面调至设计位置时,于支架的托撑上放入钢轨作为T梁的支撑结构。4.3 模型及加固方案4.3.1 方案的确定全桥T梁共计三片,砼:模板=179.4m3:1148.6m2,若制作整体钢模板一套,侧模约300,底模约30,可见专门为三片T梁制作一
19、套定型钢模板是不经济的。另外,公司近期无此类梁体制造的工程任务,钢模制造成本难以摊销。经调查,就近无可供租赁的T梁定型钢模板。 鉴于上述情况,公司决定模型采用拼装式组合平面钢模板辅以部分木模板(尽可能避免在定型钢模板上钻拉杆孔眼),内衬PVC板改善梁体砼外观。其横向布置如图九所示: 图 九 模型及支架横向布置图课题组制定了以下原则用以指导模型安装及加固A. 分散振捣作用力,合理设置捣固传力系统。B. 设置纵横连杆(背肋),加强模板整体刚度。C. 购置1500500mm2,1200500mm2平面定型钢模作底模。D. 将部分U形扣换成紧固螺栓,加强整体性。E. 对T梁翼缘板底模支架、T梁侧模固定
20、支架、T梁钢筋骨架固定支架、砼施工脚手架进行系统设计,以使T梁模板获得更强的整体刚度。F. 砼垫块尺寸必须严格控制,以保证模板对波纹管及钢筋定位的准确。G. 模板拉杆及内撑要根据模板受力特点,并兼顾波纹管的位置进行设计,以获得较好的模型配置方案。4.4 就位制梁预拱度与反拱度的设置根据设计要求,T梁张拉前梁底为凹形抛物线,跨中反拱度为25mm41mm。T梁底模的支承结构体系由三部分组成:一是T梁的永久性支座(如板式橡胶支座);二是WDJ碗扣支架;三是H型钢便梁。本课题主要从两个方面进行探讨:一方面WDJ支架在竖向荷载作用下的变形情况;另一方面H型钢叠合梁的挠度以及临时支墩的沉降量。4.4.1
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