黄梅大桥支架现浇箱梁施工技术总结.docx
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黄梅大桥支架现浇箱梁施工技术总结
笔架山大桥支架现浇箱梁施工技术总结
内容摘要:
重点介绍了钢管柱、贝雷梁组成的排架式支架支撑体系现浇公路箱梁施工技术,阐述了施工方案选择、支架结构验算、支架安装方案等。
关键词:
钢管柱贝雷梁支架现浇箱梁施工技术总结
1.工程概况
笔架山大桥上部构造为现浇连续箱梁,共17孔,全长802米,共二联,跨径为35+14*50+35+32米。
箱梁顶板宽度为12.64米,底板宽6.5米,高2.7米,首跨箱梁浇筑长度44.84米。
桥面纵坡-2.85%,砼435.83立方米。
钢筋67T,钢绞线24.8T,梁体总重量1133T,箱梁为等截面单箱单室后张法预应力箱梁,1#墩高20米,首跨施工尾端箱梁底距地面33米。
采用上行式移动模架自0#台向17#台逐孔现浇施工。
2.施工方案选择
2.1移动模架拼装方案选择
2.1.1移动模架简介
笔架山大桥箱梁采用MSS1800型50米上行式移动模架原位现浇施工,模架主梁为叠合式箱梁结构,主梁单节最大长度为12.6米,宽2.4米,高3.05米,单节最大重量为25T。
移动模架拼装完成总体长度95.32米,高度5.5米,加吊挂总宽度16.6米。
2.1.2施工环境情况
笔架山大桥0#台位于山顶,1#墩位于半山腰,0#台与水口大桥(相邻标段)16#台相距仅为16米,两侧山坡坡面陡峭,山顶距谷底高差达33米,山顶开挖后最大宽度不超过30米,施工场地非常狭小。
地势起伏剧烈,其情况见图一。
图一、笔架山大桥首孔地形图(尺寸单位:
cm)
2.1.3移动模架拼装方案选择
受模动移架外形尺寸、重量限制,只能采用大吨位吊车进行拼装,又受地施工场地影响,在半山腰1#墩位置采用吊车吊装主梁需要填筑大量土石方,且笔架山大桥位于大港河河床上,河床宽度不足20米,如进行填筑,必定堵塞河道和施工辅道,给上游施工标段带来安全隐患。
根据以上情况,经对比分析,确定在山顶开挖山体,形成平台,第一跨箱梁先现浇完成后,移动模架运到平台,采用60T汽车吊在已浇筑完成的箱梁上进行拼装的施工方案。
2.2首跨箱梁现浇施工方案选择
根椐现场地形地貌情况,采用脚手杆满堂支架法施工需在山坡上开挖横向台阶,对原山体破坏较大,又因原山坡陡峭(坡比为1:
1),山体易产生滑坡,在山体上搭设满堂支架脚手,存在施工和结构安全隐患。
其次,采用满堂支架法施工,平均高度为20米,最大高度达40米,根据公路工程安全施工技术规程(JTJ076-95)8.4.10 规定,脚手架高度在10-15m时应设置一组( 4-6根)缆风绳。
每增高10m应再加设一组。
缆风绳与地面夹角为45°-60°。
此法施工需投入大量的劳动力和周转材料,又无后续工程,其施工成本增加。
采用钢管柱和贝雷梁组成的简易支架法施工,对原山体破坏小,施工安全、简洁。
投入劳动力及周转材料小,能够节约施工成本。
3.总体布置方案
原方案在0#台至1#墩间设四排Φ425*6mm钢管支柱式支,经开挖后,1#支架与2#支架间地基高程基本一致,地基距箱梁底部高度为5米,0#台至1#支架之间地基岩面变化很大,采用钢管支架法施工,需开挖台帽下土石方,造成桩基外露,对结构受力不利,又因箱梁施工完成后,箱梁下回填土石方困难,如采用浆砌锥坡防护方式,增加工程成本。
经过分析比较确定,取消1#支架、2#支架,2#支架改用钢筋混凝土基础上直接放置贝雷纵梁,在1#支架与2#支架间先用开山碎石回填后,浇筑20cm厚C20砼,再搭设满堂脚手架的施工方案。
其总体型式布置见图二、图三。
支架基础采用C20砼扩大基础,基础中预埋钢板与钢管焊接形成排柱式支墩,柱间设置[12.6对扣槽钢系梁。
柱顶设置锲块调整纵坡。
锲块与柱头焊接牢固。
锲块上横向设置2根I30b横梁,横梁上纵向分布12排贝雷梁。
在贝雷梁上横向设置I14横梁,纵向间距0.5米,在I14横梁上纵横向每0.5米间距分布扣件式脚手架,脚手架长1.05米,上托0.15米。
然后横向铺设10*10cm木枋,满铺1.8cm木胶板,1.2cm竹胶板做为箱梁底模。
箱梁腹板外模采用1.2cm竹胶板,内模采用1.8cm木板。
4.支架结构检算
4.1工字钢(I14)横梁验算
4.1.1工字钢横梁设计
贝雷梁上横向设置I14横梁,纵向间距0.5米,单根长度14米。
布置图如下:
图四、工字钢横梁(I14)布置图
4.1.2受力分析
如图四所示,I14钢横梁受力情况较复杂,为简化计算,箱梁腹板下部贝雷梁分部三片,间距45CM,因腹板砼较重,I14工字钢横梁在此处按固定端考虑,箱梁翼板与箱梁中分别计算。
受力简图如下:
4.1.2.1箱梁翼板处I14钢横梁受力分析
a.箱梁翼板处I14钢横梁受力简图(图五)。
图五、箱梁翼板下I14钢横梁受力简图
b.荷载组合
★砼自重:
q1取26KN/m3计算
q11=0.2*0.5*26=2.6KN/m
q12=0.4*0.5*26=5.2KN/m
q13=0.6*0.5*26=7.8KN/m
★模板、支架、脚手架荷载q2=0.439KN/m
底模1.2cm厚竹胶板q21=0.012*0.5*6=0.036KN/m
底模纵向10*10枋木:
q22=13*0.1*0.1*.5/3.5=0.019KN/m
底模横向10*10枋木:
q23=0.1*0.1*6=0.06KN/m
Φ48钢管脚手:
q24=3*4*0.0333/3.07+5*0.0333+0.5*5*0.0333/3.07=0.324KN/m
★工字钢自重q3=0.1421KN/m
q3=14.21kg/m=0.1421KN/m
★施工人员、施工料具运输、堆放荷载q4=0.75KN/m
q4=1.5*0.5=0.75KN/m
★倾倒混凝土及振捣混凝土产生的荷载q5=1KN/m
q5=2*0.5=1KN/m
★荷载组合计算
qa=q11+q2+q3+q4+q5=2.6+0.439+0.1421+0.75+1=4.93KN/m
qb=q12+q2+q3+q4+q5=5.2+0.439+0.1421+0.75+1=7.53KN/m
qc=q13+q2+q3+q4+q5=7.8+0.439+0.1421+0.75+1=10.31KN/m
c.受力分析
★4.1.2.1.3.1弯矩(见图六)
图六、箱梁翼板下I14钢横梁弯矩图
Mmax=5.56KN/m
★剪力(见图七):
图七、箱梁翼板下I14钢横梁剪力图
Qmax=9.69KN
d.抗弯验算
σmax=Mmax/w=5.56/102=0.05451GPa=54.51Mpa<[σw]=145Mpa,满足要求。
e.抗剪验算
τmax=Qmax/A=9.69/21.516*10-4=4.5MPa<[τ]=85MPa,满足要求。
f.挠度图(见图八)
图八、箱梁翼板下I14钢横梁挠度图
ƒ(x)=3.3mm
4.1.2.2箱梁梁中处I14钢横梁受力分析
a.箱梁梁中处I14钢横梁受力简图(见图九)
图九、箱梁中部I14钢横梁受力简图
b.荷载组合
★桥梁自重产生的荷载视为均布荷载,砼自重取2.6t/m3计算。
q1=(0.28*0.5*26*4.5+0.25*0.5*2.5*26+(0.25+0.45)*1*1/2*0.5*26*2)/4.5=7.47KN/m
★模板、支架、脚手架荷载q2=0.324KN/m
底模1.2cm厚竹胶板q21=0.012*0.5*6=0.036KN/m
底模1.6cm厚木胶板q22=0.016*0.5*6=0.048KN/m
底模横向10*10枋木:
q23=0.1*0.1*6=0.06KN/m
Φ48钢管脚手:
q24=1.2*9*0.0333/4.5+2*0.0333+0.5*9*0.0333/4.5=0.18KN/m
★工字钢自重q3=0.1421KN/m
q3=14.21kg/m=0.1421KN/m
★施工人员、施工料具运输、堆放荷载q4=0.75KN/m
q4=1.5*0.5=0.75KN/m
★倾倒混凝土及振捣混凝土产生的荷载q5=1KN/m
q5=2*0.5=1KN/m
★荷载组合计算
q=q1+q2+q3+q4+q5=7.47+0.324+0.1421+0.75+1=9.6861KN/m
c.受力分析
★弯矩(见图十):
图十、箱梁中部I14钢横梁弯矩图
Mmax=0.74KN.m
★剪力图如下(见图十一):
图十一、箱梁中部I14钢横梁剪力图
Qmax=4.77KN
d.抗弯抗剪验算
由4.1.2.1.4,4.1.2.1.5验算过程可知,满足要求。
e.挠度(见图十二)
图十二、箱梁中部I14钢横梁剪力图
ƒ(x)=0.2mm
4.2贝雷梁结构验算
纵梁采用12排贝雷钢梁。
4.2.1荷载组合
4.2.1.1桥梁自重产生的荷载视为均布荷载,砼自重取2.6t/m3计算:
q1=435.83*26/34.84=325.246KN/m。
4.2.1.2模板、支架、脚手架:
q2=39.99KN/m
底模1.6cm木板:
q21=0.016m*7m*6KN/m3=0.672KN/m
底模1.2cm竹胶板:
q22=0.012m*7m*6KN/m3=0.504KN/m
外模1.2cm竹胶板:
q23=0.012m*(6.14+4.2)m*6KN/m3=0.744KN/m
蕊模2cm木板:
q24=0.02m*(1*2+2.7*2+5.5)m*6KN/m3=1.55KN/m
木材(共需81立方米):
q25=81*6/44.84=10.84KN/m
Φ48钢管脚手(共需60T):
q26=600/44.84=13.38KN/m
I14工字钢:
q27=12.64m*(16.88kg/m)/0.5m=426.7kg/m=4.267KN/m
4.2.1.3贝雷梁自重单层单节270kg:
q3=270/3.0*12=1080kg/m=10.8KN/m
4.2.1.4施工人员、料具、运输、堆放荷载:
q4=1Kpa
4.2.1.5振捣砼产生的荷载:
q5=2.0Kpa
4.2.1.6倾倒砼荷载:
q6=2.0Kpa
4.2.1.7荷载组合
贝雷梁所受均布荷载为:
q=q1+q2+q3+q4+q5+q6=381.036KN/m
4.2.2受力分析
4.2.2.10#台至1#墩间贝雷梁荷载计算
a.0#台至1#墩间贝雷梁计算简图(见图十三):
图十三、0#台至1#墩间贝雷梁受力简图
b.弯矩图(见图十四):
图十四、0#台至1#墩间贝雷梁弯矩图
Mmax=4787.41KN.m
M中max=2957.42KN.m
c.剪力图(见图十五):
图十五、0#台至1#墩间贝雷梁剪力图
Qmax=2429.99KN
Ra=1837.6KN
Rb=4768.49KN
RC=1395.65KN
4.2.2.21#墩外侧雷梁荷载计算
a.计算简图(见图十六)
图十六、1#墩外侧雷梁受力简图
b.弯矩(见图十八)
图十八、1#墩外侧雷梁弯矩图
Mmax=2223.33KN.m
c.剪力(见图十九)
图十九、1#墩外侧雷梁受力简图
Qmax=1314.21KN
Ra=1468.22KN
Rb=1961.14KN
4.2.3贝雷梁结构验算
4.2.3.1贝雷梁抗弯验算
贝雷梁单层单排容许弯矩:
[W]=788.2KN,由以上内力分析可知,最大弯矩为:
Mmax=4787.41KN.m<12[W]=9458.4KN.m,满足要求。
4.2.3.2贝雷梁抗剪验算
贝雷梁单层单排容许剪力:
[Q]=245.2KN,由以上内力分析可知,最大剪力为:
Qmax=2429.99KN<12[Q]=2942.4KN,满足要求。
4.2.3.3贝雷梁挠度检算
贝雷梁弹性模量E=2.1Gpa,贯性矩I=250500cm4,0-1#墩间贝雷梁挠度图见图二十:
图二十、0-1#墩雷梁挠度图
ƒmax=4.7mm< 1#墩外侧贝雷梁挠度图见图二十一: 图二十一、1#墩外侧雷梁挠度图 ƒmax=2.2mm 4.3钢管桩墩结构验算 钢管桩采用ø425*6mm螺旋焊管,其轴向容许应力为[δ]=140Mpa。 截面面积为78.97964cm2。 杆件受力按轴心受压考虑。 由以上计算可知各支架处所受轴向压力为: 3#支架5根钢管: N3=4768.49KN, 4#支架3根钢管: N4=1395.65KN, 5#支架3根钢管: N5=1468.22KN, 6#支架10根钢管: N6=1961.14KN。 4.3.1钢管抗压强度计算 δ3=N3/A=4768.49/(5*7897.964)=0.12GPa=120MPa<[δ]=140Mpa,满足要求。 δ5=N5/A=1468.22/(3*7897.964)=0.062GPa=62MPa<[δ]=140Mpa,满足要求。 4.3.2钢管稳定性计算 钢管按一端固定,一端铰支计算,μ=0.7。 钢管i=148.15mm。 4.3.2.13#支架钢管稳定验算: 自由长度L0取8米计算。 λ=μl0/i=0.7*8000/148.15=37.8,查表得φ=0.9 δ=N3/A=120MPa<0.9[δ]=126Mpa,满足要求。 4.3.2.25#支架钢管稳定验算,自由长度取12米计算。 λ=μl0/i=0.7*12000/148.15=56.7,查表得φ=0.838 δ=N5/A=62MPa<0.838[δ]=117Mpa,满足要求。 5、支架施工 5.1支架基础施工 支架基础采用C20砼,条形扩大基础,扩散角按45度计算,厚度1米,宽度2.4米,长度14米。 基坑开挖时,因地形起伏较大,地基应挖至岩石面,以避免山体表面浮土滑坡产生对支架结构稳定的危害。 地基岩面横向起伏较小时,采用小爆破进行整平。 起伏较大时,基础可做成台阶形状。 如山体坡面浮土较厚,开挖易造成结构危险时,可采用桩基础。 基坑开挖成形后,根据不同地形地质情况分别对基础进行配筋计算。 基础砼施工采用泵送砼,施工结束时,及时预埋钢管桩柱底预埋钢板,并注意平面位置的准确性。 5.2钢管柱施工 钢管柱安装前,先完成柱头柱脚的加工制作。 基础施工完成后,复测预埋钢板的高程,精确计算每根钢管的加工长度。 钢管柱单根最大重量约为2.5T(有砼内衬),最大高度24米,安装采用25T汽车吊。 分在4#支架、6#支架处修筑施工便道,如图二十二: 图二十二、支架吊装示意图 钢管柱焊接成型后,25T汽车吊单根安装就位,在4#支架处完成3、4、5#支架共11根钢管柱安装,在6#支架处完成6#支架共10根钢管柱安装。 安装时,调整好平面位置和柱身垂直度后,柱底与预埋钢板四周满焊焊牢。 吊装过程中,专人指挥,经常检查钢丝绳损坏情况,确保施工安全。 5.3楔块与工字钢(2I40b)横梁安装 楔块与工字钢横梁安装前,先搭设双排脚手架,做为安装操作平台。 安装时,先将楔块安放在柱顶,然后吊装工字钢横梁放到楔块上,调整楔块使其中心线与工字横梁中心线重合后与工字钢横梁点焊。 然后调整两侧钢管柱垂直度。 调整完成后,移动楔块与柱头中心线重合并点焊。 最后调整好中间钢管柱柱头与楔块位置并点焊。 再一次进行位置校正与调整,验收合格后,进行柱头与楔块、楔块与工字钢横梁的焊接,要求满焊所有焊缝。 5.4贝雷梁安装 因受场地限制,贝雷梁分组、分段进行安装。 首先安装2-3#支架间贝雷梁,贝雷片2排及3排一组组装成贝雷梁,25T汽车吊就位于1-2#支架平台上,单组吊装贝雷梁至2—3#支架。 然后安装3-6#支架间贝雷梁,贝雷片单片组装成排,吊车就位于4#支架位置,安装附杆,单排吊装与3#支架处贝雷片连接、就位。 5.5I14钢横梁安装 I14钢横梁加工制作完成后,吊到贝雷梁上,按0.5米间距布置完成后,底部用3道纵向钢脚手杆焊接连接成整体。 5.6脚手架施工 箱梁底板处脚手架纵向横向间距均按0.5米布置,施工前,进行放线,用墨线弹出纵横向脚手架安装位置。 脚下手杆高度1.05米,上托0.15米,纵向、横各拉接杆两道。 翼缘板处纵向间距按0.5米布置,横向每侧布置3根脚手杆。 脚手架外侧应设置剪刀撑,翼缘板处横向每0.5米设置一道剪刀撑。 5.7模板安装 脚手架安装完成后,在上托上横向铺设10*10cm枋木,然后满铺木胶板一层,再满铺竹胶板一层。 最后安装侧模模板和翼缘板模板。 6、支架预压 支架预压采用砂袋,随机抽取10袋装完后的砂袋进行称重,称其平均重量做为砂袋标准重量进行加载。 加载总重为1.1倍箱自重,共重1247T。 加载顺序模拟砼浇筑过程。 在每处支架位置和两支架中间位置横向设置3处沉降观测点。 加载前逐点进行高程测量,加载后,每天观测一次。 预压时间为7天。 卸载后再进行一次高程测量,计算沉降量、弹性变形、塑性变形及模板调整高程。 最后通过升降管托调整模板高程,其调整高程计算如下: 调整高程=设计高程+弹性变形+预拱度 其中: 弹性变形=沉降量-塑性变形 沉降量=预压前高程-预压后高程 塑性变形=预压前高程-卸载后高程 7、施工安全措施 a.构件吊装前及吊装过程中,经常检查绳索情况,发现损坏及时更换。 b.施焊时,电焊机应安设在干燥、通风良好的地点,周围严禁存放易燃、易爆物品。 电焊机应设置单独的开关箱,作业时应穿戴防护用品,施焊完毕,拉闸上锁。 遇雨天,应停止露天作业。 把线、地线不得与钢丝绳、钢管、金属构件等接触,不得用这些物件代替接地线。 c.在高空焊接时,必须系好安全带。 焊接周围应备有消防设备。 d.悬空高处作业必须设有可靠的安全防护措施。 e.从事高处作业人员要定期或随时体检,发现有不宜登高的病症,不得从事高处作业。 严禁酒后登高作业。 f.高空作业人员不得穿拖鞋或硬底鞋。 所需的材料要事先准备齐全,工具应放在工具袋内。 g.高空作业与地面联系,设专人负责。 h.高度超过10米作业时,必须挂安全网,系安全带,戴安全帽。 参考文献: 1、路桥施工计算手册/周水兴,何兆益,邹毅松.北京: 人民交通出版社,2001.5 2、公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86/交通公部公路规划设计院: 1987.1.1 3、新编金属材料手册/滕志斌,忻元华,滕博,岩编.北京: 金盾出版社,1994.12 4、桥涵施工技术规范JTJ041-2000/路桥集团第一公路工程局.北京: 人民交通出版社,2006.3.1 5、公路工程安全施工技术规程JTJ076-95/黑龙江省公路桥梁建设总公司.北京: 人民交通出版社,1995.10.1
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