建邦大桥主梁单索面牵索挂篮技术方案.docx
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建邦大桥主梁单索面牵索挂篮技术方案
济南建邦黄河公路大桥及接线工程JBS2合同段
主梁施工技术方案
编制:
审核:
中交第二航务工程局有限公司
二○○九年八月
第1章工程概述
1、工程概况
济南建邦黄河公路大桥主桥设计为53.50m+56.50m+2×300m+56.50m+53.50m的三塔中央索面预应力混凝土斜拉桥方案,主桥上部结构采用单箱四室三向预应力混凝土箱形梁结构,主梁全长820m,根据设计相关要求及主梁结构特点,主梁采用牵索式挂篮悬臂浇注工艺施工。
混凝土斜拉桥主梁采用C50混凝土箱形结构,主梁悬臂浇注标准节段长6m、边跨交界墩墩侧支架现浇部分主梁长30.80m,中塔、边塔根部支架现浇0号块主梁长分别为34.00m、20.00m、1号梁段长6.00m,边跨、中跨分别设置长3.00m的合龙段。
主梁节段划分及大体结构如图1所示。
主梁横断面采用单箱四室斜腹板截面,梁高3.50m、顶板宽30.50m、底板宽9.00m,翼缘板悬臂长4.00m,顶面设2%双向横坡。
中跨及边跨未压重段箱梁顶板厚0.22m、底板厚0.30m,翼缘板悬臂端部厚0.18m、根部厚0.50m,斜腹板厚0.22m,边腹板厚0.25m,中腹板厚0.40m。
边跨箱梁设有压重混凝土段的部分主梁其斜腹板加厚至0.32m、底板加厚至0.40m。
主梁各节段均设有横梁及横向加劲肋板,横梁中箱厚0.35m、边箱厚0.25m;有压重区段横梁中、边箱厚均为0.60m;所有横向加劲肋板厚0.25m。
主梁在中塔部位采用塔、梁、墩固结,与塔、墩相交处各设1道横梁,厚7.00m。
塔、梁固结区段边腹板加厚至1.00m、中腹板加厚至1.40m,顶、底板均加厚至0.80、0.90m。
主梁在边塔部位采用塔、梁分离,主梁开8.00m×4.50m的孔洞供边塔塔柱穿过,主梁在孔洞两侧及边塔支点处各设有一道厚1.50m的横梁。
辅助墩顶横梁厚1.80m,交界墩顶的端横梁厚1.50m。
主梁在边跨端部背塔侧57.80m长度范围内设计有铁砂压重混凝土和素混凝土构造。
根据设计要求,箱内压重在180t及以上者,采用铁砂混凝土混凝土,要求容重3.50t/m3;其余箱室采用素混凝土,素混凝土容重为2.30t/m3。
主梁采用纵、横、竖三向预应力体系,纵、横向预应力束采用ΦS15.2钢绞线,标准强度fpk=1860MPa,群锚锚固。
竖向预应力钢束及主梁悬浇施工纵向束采用Φ32精扎螺纹粗钢筋,标准强度fpk=785Mpa,YGM锚固或连接器接长。
图1主桥上部结构一般构造示意图
2、主梁主要技术参数
1)根据主梁结构类型设计分128个节段、4个合龙段,其中中塔、边塔0号、1号梁段及边跨12~19号梁段采用支架现浇工艺,其余各梁段均采用前支点挂篮悬臂浇筑工艺。
主梁分节各段技术参数如表1所示。
主梁各节段技术参数表
表1
节段
编号
节段长度(m)
混凝土
数量(m3)
预应力
布置类型
节段
编号
节段长度(m)
混凝土
数量(m3)
预应力
布置类型
SSB19
6.30
200.80
边墩横梁
类型-IV
SMB14
6.00
141.10
类型-II
SSB18
3.50
98.10
类型-IV
SMB15
6.00
142.10
类型-II
SSB17
3.50
97.60
类型-IV
SMB16
6.00
142.10
类型-II
SSB16
3.50
97.60
类型-IV
SMB17
6.00
142.30
类型-II
SSB15
3.50
97.60
类型-IV
SMB18
6.00
142.00
类型-II
SSB14
3.50
99.00
类型-IV
SMB19
6.00
140.80
类型-II
SSB13
3.50
97.60
类型-IV
MH
3.00
73.10
中跨合龙段
SSB12
3.50
98.10
类型-IV
MB26
6.00
140.80
类型-II
SH
3.00
78.40
边跨合龙段
MB25
6.00
142.00
类型-II
SSB11
6.00
167.90
类型-III
MB24
6.00
142.30
类型-II
SSB10
6.00
166.60
类型-III
MB23
6.00
142.20
类型-II
SSB9
6.00
169.60
类型-III
MB22
6.00
142.20
类型-II
SSB8
6.00
209.70
类型-V
MB21
6.00
141.10
类型-II
SSB7
6.00
141.70
类型-I
MB20
6.00
141.10
类型-II
SSB6
6.00
140.20
类型-I
MB19
6.00
141.10
类型-II
SSB5
6.00
140.10
类型-I
MB18
6.00
141.00
类型-II
SSB4
6.00
140.10
类型-I
MB17
6.00
141.00
类型-II
SSB3
6.00
140.40
类型-I
MB16
6.00
141.30
类型-II
SSB2
6.00
140.50
类型-I
MB15
6.00
141.30
类型-II
SSB1
6.00
155.60
类型-I
MB14
6.00
141.20
类型-II
SSB0
20.00
704.70
边塔0号块
MB13
6.00
141.20
类型-II
SMB1
6.00
155.60
类型-I
MB12
6.00
140.80
类型-II
SMB2
6.00
140.50
类型-I
MB11
6.00
140.30
类型-II
SMB3
6.00
140.40
类型-I
MB10
6.00
140.30
类型-II
SMB4
6.00
140.10
类型-I
MB9
6.00
140.20
类型-II
SMB5
6.00
140.60
类型-I
MB8
6.00
140.20
类型-I
SMB6
6.00
141.00
类型-I
MB7
6.00
140.20
类型-I
SMB7
6.00
141.00
类型-I
MB6
6.00
140.10
类型-I
SMB8
6.00
141.10
类型-I
MB5
6.00
140.10
类型-I
SMB9
6.00
141.20
类型-I
MB4
6.00
140.10
类型-I
SMB10
6.00
140.90
类型-I
MB3
6.00
146.50
类型-I
SMB11
6.00
140.90
类型-I
MB2
6.00
156.80
类型-I
SMB12
6.00
141.00
类型-II
MB1
6.00
169.50
类型-I
SMB13
6.00
141.00
类型-II
MB0
6.00
1450.00
中塔0号块
2)主桥上部结构采用单箱多室三向预应力混凝土结构,悬臂浇筑过程中前期预应力及竖向预应力采用ф32mm精轧螺纹钢筋,横向预应力及合拢后二期预应力钢束均采用低松弛预应力钢绞线。
上部结构主梁主要工程数量如表2所示。
斜拉桥上部结构工程数量汇总表
表2
施工项目
材料规格
单位
主梁
斜拉索
合计
混凝土
C50
m3
21196.00
21196.00
压重混凝土
铁砂砼
m3
735.00
735.00
素砼
m3
379.00
379.00
预应力钢绞线
ΦS15.2
t
608.50
608.50
钢料
t
68.80
68.80
斜拉索体系
斜拉索
t
1395.20
1395.20
锚垫板(Q235B)
t
47.90
47.90
20号无缝钢管
t
80.30
80.30
钢筋
Φ32
t
6.60
6.60
Φ28
t
112.50
112.50
Φ25
t
75.60
75.60
Φ20
t
241.00
15.10
256.10
Φ16
t
2943.50
2943.50
Φ12
t
731.01
731.01
预应力管道
Φ内100
m
10920.20
10920.20
Φ内90
m
3926.70
3926.70
Φ内80
m
807.60
807.60
内径90x22
m
17025.60
17025.60
内径70x22
m
41093.10
41093.10
预应力锚具
OVM15-19
套
328
328
OVM15-12
套
412
412
OVM15-12P
套
16
16
OVM15-7
套
32
32
BM15-5
套
780
780
BM15-5P
套
748
748
BM15-4
套
2744
2744
BM15-4P
套
204
204
预应力粗钢筋
ф32mm精轧螺纹钢筋
t
403.49
403.49
YGM锚具
套
11940
11940
Φ内45mm波纹管
m
62433.20
62433.20
钢料(Q235A)
t
45.50
45.50
第2章主梁及斜拉索施工工艺及流程
根据总体施工工艺安排,本工程各塔根部0号、1号梁段以及边跨交界墩侧30.50m范围内采用支架浇筑工艺,其余各节段采用前支点挂篮悬臂浇筑工艺。
斜拉索安装张拉与主梁挂篮浇筑施工同步,斜拉索采用塔吊整体吊装上桥,短索展索后卷扬机、塔吊联合作业安装塔端锚杯,然后卷扬机拖拽梁端锚杯与挂篮张拉杆连接。
长索展索后先安装塔端锚杯,然后在塔内安装软牵引、利用软牵引接长斜拉索,软牵引安装完成后下放塔端锚杯至一定高度,再利用卷扬机牵引、吊车辅助完成梁端锚杯与挂篮张拉杆的连接。
主梁挂篮悬臂浇筑、斜拉索安装施工工艺流程如图2、图3所示。
图2主梁施工工艺流程图
图3斜拉索施工工艺流程图
第3章主梁0、1号梁段支架现浇施工
3号中塔主梁0号块采用塔、梁固结结构形式,0号梁段长34.00m,与塔、墩相交处各设一道厚7.00m的横梁,混凝土浇筑量约1450.0m3、钢筋绑扎158.90t。
2号及4号边塔主梁0号块设计为塔梁分离结构,塔柱从主梁预留的孔洞中穿出,0号块长20.00m、单个0号块混凝土浇筑量约704.7m3、钢筋绑扎122.90t。
根据总体施工工艺安排,中塔、边塔0号块采用搭设钢管立柱、贝雷桁架支架现浇施工工艺,中塔及边塔0块支架现浇施工详见已上报的《中塔0、1号梁段支架现浇施工技术方案》和《边塔0、1号梁段支架现浇施工技术方案》,此处不再赘述。
根据总体施工工艺安排,中塔、边塔1号块亦采用支架现浇施工工艺,待1号梁段浇注完成后挂设并张拉MC1及SC1和SC!
1号斜拉索,使塔、梁、斜拉索形成稳定体系。
0号、1号梁段施工完成后,在桥面上安装挂篮承载平台以外的其它各构造系统,行走挂篮至2号梁段,挂设斜拉索并与挂篮前端锚固,预压检验挂篮承载力,进行主梁标准节段悬浇施工。
第4章主梁挂篮悬浇施工
1、概述
建邦大桥主桥上部结构主梁采用单箱四室三向预应力混凝土箱形梁结构,主梁全长820m,设计要求采用牵索式挂篮悬臂浇注工艺施工。
主梁共分106个挂篮悬臂浇注节段,标准节段施工长度为6m,过辅助墩节段梁重540t、标准节段梁重约370t、部分非标准节段重约440t。
根据总体施工工艺安排,主梁采用牵索式挂篮施工,全桥共投入3对(6套)挂篮在3座主塔部位分3个工作面平行作业,参照同类工程施工经验,挂篮悬臂浇筑标准节段的工周期按10-11天。
2、牵索式挂篮特点
将斜拉索作为挂篮悬浇中临时前支点,使普通挂篮中的悬臂梁受力变成简支梁受力,降低施工中主梁的临时内力峰值,使节段悬浇长度及挂篮承重能力均大为提高,加快了施工进度。
不足之处是在施工过程中过程中要分阶段张拉拉索、施工工艺复杂、技术难度大。
3、牵索式挂篮施工工艺流程
主梁标准节段挂篮施工主要工艺流程:
挂篮前移到本节段设计位置→测量放样、挂篮定位→挂篮提升、调整立模标高、挂篮锚固→安装斜拉索、按照监控指令第一次张拉斜拉索,并进行立模标高复核→底板钢筋绑扎→腹板钢筋绑扎→内模安装→顶板钢筋绑扎→浇筑50%混凝土→根据监控指令第二次张拉斜拉索→浇筑剩余50%混凝土→混凝土养生→混凝土龄期大于5天、强度大于设计强度90%→主梁预应力张拉并压浆→根据监控指令要求进行索力转换、斜拉索第三次张拉→卸挂篮锚杆组、脱模→安装行走滑轮→挂篮前移行走至下一节段→重复以上步骤进行下一节段主梁。
4、挂篮设计
主梁采用牵索式挂篮施工,挂篮由我部委托专业钢结构设计单位“中交武汉港湾工程设计有限公司”进行设计和计算。
1)、设计参数
(1)按照箱梁较重节段混凝土重量为440t;
(2)人群及施工荷载取1.5KN/m2
(3)风荷载
挂篮工作状态风压风速:
13.6m/s
挂篮非工作状态风压风速:
28.6m/s
(4)索力
根据监控单位初步计算,挂篮所受单根最大索力285t计
2)、挂篮设计特点
本挂篮悬浇节段长度6m,桥面宽30.5m,悬浇节段重量达440t,其结构设计上具有如下特点:
(1)本系统为牵索式前支点挂篮,下部承载平台和上部行走主桁及附件组成挂篮浇砼和行走两大受力系统,分工清楚,受力明确,结构简单,很好的实现了桥梁设计要求前支点施工的理念。
(2)挂篮整体刚度好,满足了抗倾、抗风稳定性要求。
挂篮的主要组成部分承载平台为平面刚架结构,构造简单,受力明确,为减少结构尺寸,承载平台将采用碳素结构钢,构件外形尺寸小。
在保证平台刚度和强度的前提下,尽量减轻平台的质量。
挂篮结构及部件采用拼装式,可重复利用。
(3)模板系统主要由底模、侧模、模板支撑架等组成。
全部采用大模板结构,提高砼外观质量,同时有效的控制桥形、缩短施工周期。
3)、挂篮结构形式
建邦大桥主桥设计为中央索面三塔斜拉桥,主梁采用单箱四室预应力混凝土箱形梁结构,标准梁段高3.50m、梁顶面宽30.50m、浇筑长度6.00m。
(1)挂篮结构形式
结合同类工程施工经验,我公司多次召开挂篮设计方案讨论会,通过与会专家讨论,我部确定采用的前支点挂篮结构大体如图4、5、6所示,挂篮总体结构及工艺设计如附图所示。
本挂篮主要由承载平台、牵索系统、行走系统、定位系统、锚固系统、模板系统、定位系统、操作平台及预埋件系统等组成,前支点挂篮自重控制在190t以下(包括模板及挂篮安全防护结构等),挂篮承载能力不小于484t。
(2)挂篮具体结构形式
、承载平台系统
承载平台是挂篮的主体结构,由支承悬浇荷载及模板体系的平面刚架和行走滑梁组成。
结构由主纵梁和前、中、后横梁及行走滑梁组成。
为减小结构自重,承载平台采用箱梁和桁架的组合结构。
主纵梁前端开槽,在主纵梁上设置承力面,适应各节段斜拉索不同角度的变化。
承载平台上平面距主梁底面69mm,分别作为设置模板、张拉机构、止推机构、顶升机构操作空间。
承载平台平面结构如图7所示。
、牵索系统
牵索系统的功能是在挂篮悬浇施工时将斜拉索与挂篮连接起来形成前支点,以降低施工中主梁临时内力峰值;在悬浇完成后,将斜拉索与挂篮分离,实现索力的转换。
图4挂篮侧面结构示意图图
图5挂篮立面结构示意图
图6挂篮1/2承载平台平面结构示意图
图7挂篮承载平台平面结构示意图
牵索系统由前支点调整装置、张拉机构及斜拉索锚具组成。
张拉机构中的张拉千斤顶通过撑脚固定在张拉垫块上。
张拉垫块可沿主纵梁头部轨道上下滑动,因而前支点位置可调,以适应斜拉索平面位置的变化。
前支点定位完成后可由丝杆、螺母锁定。
张拉千斤顶通过张拉杆、连接器实现与拉索锚具的连接与分离。
、行走系统
行走系统实现挂篮空载前移功能,由三角主桁、牵引机构及尾部行走滑轮组成。
由一台50吨千斤顶通过ф32精扎螺纹钢筋牵引主桁上的滑靴,从而带动挂篮前移(具体参见附件“济南建邦大桥主桥施工挂篮设计施工图”)。
、定位系统
定位系统形成实现挂篮浇注前的初定位及微调定位功能,由顶升机构(参见附件挂篮设计图JBG-JG-02)、主纵梁前、后锚杆组、后横梁锚杆组、止推机构(参见附件挂篮设计图JBG-JG-01)等组成。
通过锚杆组的提升和下放实现挂篮的升降(升降行程0.2米),挂篮顶升到位后可机械锁定,以保证挂篮在施工中顶升支点的定位不变。
止推机构锚固在已成梁段上,其作用是微调挂篮纵向定位位置,并承受挂篮施工中斜拉索的水平分力。
挂篮的竖向标高调整由锚杆及顶升机构完成。
、锚固系统
锚固系统包括主纵梁前后锚杆组、后横梁锚杆组。
主纵梁前后锚杆组设在主纵梁中部,后横梁锚杆组设置在后横梁上,他们的作用是将承载平台承受的施工荷载传递到已浇梁段上,主纵梁后锚杆组设在主纵梁尾部,其作用是平衡挂篮斜拉索初张拉时产生的倾覆力,同时,两组锚杆组亦作为抗风安全锚固点(具体结构参见附件挂篮施工图JBG-MG-00)。
、模板系统
模板系统由底模、侧模、模板可调支撑及模板支撑平台等组成。
侧模与底板底模间部分采用铰连接,用手拉葫芦拉动侧模旋转一定角度,便于脱模。
内模采用满堂脚手支架、定型钢模板结构,由于隔板预留人孔尺寸长宽仅为1.00m,故定型钢模板分块宽度小于0.80m、重量小于60kg,便于人工搬运。
挂篮模板结构图见附件挂篮施工图JBG-MB-00所示。
横隔板侧模之间、主肋内外侧模之间均采用对拉螺栓连接。
在主梁脱模时,先松开对拉螺栓将侧模放置于承载平台上,挂篮前移就位后,再将承载平台提升到设计标高位置,立模,浇筑下一节段砼。
5、挂篮制造、安装及预压
1)、挂篮制造
挂篮钢结构由专业钢结构加工厂生产,制造及验收要求详见挂篮设计、加工图纸中《挂篮制作、安装技术要求》。
2)、挂篮安装
本工程设计为前支点挂篮悬臂浇筑工艺,悬臂浇筑节段长6.00m、宽30.50m,挂篮故承载平台设计尺寸长度达18.40m、宽度31.00m。
由于承载平台自重较大,为减小挂篮安装难度,结合同类工程施工经验,施工时利用0号、1号梁段支架顶面作为安装平台,在平台上利用履带吊、塔吊安装承载平台纵横向钢箱梁,承载平台形成整体后在承载平台上铺设0号、1号梁段底模板、施工0、1号梁段(具体如0号块施工方案所述)。
在支架上施工0号、1号梁段时,注意预埋挂篮行走、锚固及止推埋件。
待支架现浇段施工完成后,安装挂篮桥面上的行走、悬吊系统以及挂篮承载平台上的行走系统,连接挂篮承载平台与行走桁架之间的构件,使挂篮形成整体结构。
挂篮形成整体后前移挂篮至2号梁段位置,利用塔吊安装挂篮底模、侧模板,准备挂篮预压施工。
挂篮安装采用一台250t.m塔吊、一台70t履带吊作业,挂篮设计最大分块重量23t,塔吊最大吊重16t,故大型构件采取70t吊车在钢栈桥上起吊安装。
3)、挂篮预压
挂篮的预压试验是在挂篮安装完毕并前移至悬浇段(2号节段),按照监控要求安装并张拉斜拉索后,模拟主梁标准节段的实际悬浇施工过程来进行的。
试验选用的最大荷载为挂篮浇筑最重节段混凝土荷载的1.10倍,其加载方式为以堆码袋装砂、辅以腹板位置加堆钢筋来实现。
通过挂篮模拟主梁混凝土浇注全过程的加载预压试验,得出挂篮的弹性变形和非弹性变形,其非弹性变形已经消除,弹性变形通过预抬标高来予以调整。
(1)压载平台
采用拼装完成后标准节段主梁外侧模板及底模顶面作为预压的承载平台,箱梁底模、翼缘板底模、斜腹板模板按设计图纸安装到位并加固牢固,然后在模板形成的平台上堆载砂袋,对于纵横隔板、腹板等混凝土集中部位堆载砂袋不能满足荷载要求时则采用钢筋加载压重。
(2)观测点的布设
A、挂篮上观测点布设
在单套挂篮上按照前中后三个断面、每个断面5个观测点来设置预压沉降、位移观测点。
观测点横断面设置位置为箱梁中心、箱梁底板外边缘、箱梁翼缘板外边缘,纵向为前横梁断面、后横梁断面、分段中心断面,单套挂篮预压共设15个点。
为确保牢固,每一个观测点用型钢焊设在底模上,并伸出堆载压重物体一定的高度,以利于沉降、位移观测。
B、已浇主梁段上观测点的布设
在0号、1号梁段前横隔梁相应的截面上各设5个观测点,该观测点可用短钢筋头埋在砼里,预压施工时与挂篮挂上测点同步观测,以了解0、1号梁段变形、位移情况,确保结构安全。
同时,挂篮预压观测点设置时,应满足监控单位提出的各项设置、观测指标要求。
(3)荷载分级
预压荷载分三级,即50%、100%、110%的标准节段砼的重量,对应的压载重量分别为220t、440t、484t(注意:
在压载至50%荷载后应按照监控要求进行前支点斜拉索第二次张拉)。
(4)压(卸)载顺序
每级荷载均按先中间、后两边的原则对称加载,同时主塔两侧对称均衡加载,预压完成后卸载顺序按照与加载顺序正好相反的程序进行(注意:
在卸载至50%荷载后应按照监控要求进行前支点斜拉索放张)。
(5)数据整理分析
根据测量成果,挂篮预压数据分析主要利用第一个工况(荷载为零)和中间标准工况以及最后一个工况(卸荷后荷载为零),其它工况数据作为校核。
计算公式为:
非弹性变形=初始状态值-卸荷后状态值,弹性变形=“100%”荷载时总变形值-非弹性变形值。
各点的变形量均为相对于挂篮上下游主纵梁前端两观测点的变形差值。
通过比较每点相对的变形差值,来计算出该点的弹性变形量和非弹性变形量。
(6)压载试验所需材料和设备
A、预压所需材料
预压采用大型编织袋装砂子作为压载物,根据0号梁段预压经验,单个砂袋装满砂后重1.70t左右,每对挂篮预压按照600个沙袋配备,另准备钢筋200t备用。
预压袋装砂采用塔吊起吊就位,预压荷载具体分布位置、测量观测点设置方案在施工前报请监理工程师审批后实施。
6、挂篮行走与定位
用全站仪测放出本次行走终止线和桥轴线,确定挂篮在纵桥向的位置。
在牵引前移的过程中,遵循对称、同步、均衡的原则,尽量保证挂篮整体平移,随时纠正挂篮的偏位。
1)挂篮行走步骤
A、安装承载平台前下放吊杆组后,解除承载平台前悬吊锚杆组;
B、把挂篮上的索力转换到已浇主梁上,实现索力转换,拆除张拉千斤顶与斜拉索的连接;
C、解除主桁后锚固,安装主桁行走滚轮和行走反压滚轮,主桁在导链的牵引下前移;
D、三角架主桁行走到
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