深水库区搭设高位膺架现浇多孔大跨连续梁施工工法.docx
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深水库区搭设高位膺架现浇多孔大跨连续梁施工工法
深水库区复杂地层高位现浇多孔大跨连续梁施工工法
1.前言
前窑子水库大桥位于内蒙古自治区和林格尔县境内,桥型布置为2-32m简支T梁+(58.75+96*3+58.75)m连续箱梁,(58.75+96*3+58.75)m连续梁采用钢管桩满堂支架施工,是在国内目前在建铁路跨度最大的水中满堂支架施工,减少施工时间,节约机械费、人工费、材料费,并且保证业主总体工期目标,由于水中地质为砂质黄土,湿陷性黄土,粗圆砾土,粗、细圆砾土以及片麻岩,地质条件极为复杂,且支架高、跨度大,因此支架基础承载力、支架稳定及沉降量是施工类似复杂桥梁需要研究解决的新课题,此课题的研究成功将使该类型桥梁跨度在设计和施工中具有更大的突破。
2.工法特点
2.1施工工艺简单,可操作性强,精度要求高。
2.2通过钢管桩基础作为支架基础替代水中直径1.25m钻孔桩,有效减少施工时间,降低支架材料损失。
2.3钢管桩之间连接采用工字钢进行连接,通过三角钢板进行限位,受力点通过增加弧形钢板,以增强剪力,钢板必须与钢管豁口上底或下底齐平,确保钢板增加剪力作用,保证管桩承载力。
2.4硬撑上下横梁采用I36工字钢,并通过[16槽钢连接,并通过U型螺栓将硬撑与贝雷片连接,且底模槽钢与硬撑进行点焊连接,施工简单,快速。
2.5采用此法钢管桩可重复使用,具有方便施工、工效高、速度快等特点。
3.适用范围
本工法适用于所用铁路专线水中连续梁满堂支架施工,同时也适用于水中简支梁满堂支架施工。
4.工艺原理
通过采用浮吊抛锚限制浮吊移动,且在浮吊前端设置限位架,限位架内空长宽度根据管桩直径而定,对管桩进行精确定位,以及钢管桩基础采用160t振动锤进行振打,进入粗圆砾土岩层,确定管桩承载力满足要求,而后管桩割口,通过工字钢将其连接,使用三角钢板进行限位,三角板连接处全部满焊,避免传统点焊施工缺陷,并增加弧形钢板,增大管桩受力处的剪力,满足承载力要求,直径1000mm钢管桩安装时,采用两台全站仪进行十字测量,满足支架设计标高,再进行安装贝雷片、硬撑、底模安装。
5.工艺流程
5.1施工工艺流程(见图5.1)
图5.1施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1施工准备
根据施工需要,采用C20混凝土进行钢管桩和贝雷梁异形钢桁架加工场地硬化,搭设扩大临时码头,顺桥向加宽施工栈桥,确保材料运输和混凝土运输通道畅通。
5.2.2水中钢管桩基础施工及安装
1、支架采用4根直径630mm管桩+1根直径1000mm管桩类型
每一处将4根钢管桩顶面顺桥向割一豁口,豁口处下部焊接30*30*1cm弧形加强板,上部放置2I28a工字钢,顺桥向两排工字钢间距为1m,工字钢两侧采用15*15*1cm钢板与630钢管桩进行连接,横桥向采用3根2I28a工字钢放置于顺桥向工字钢上,间距440mm,上下工字钢采用角钢进行限位连接,1根直径1000mm管桩下端焊接钢板,钢板与工字钢采用满焊连接,管桩内侧焊接三排加强板,加强管桩下部承载力,外侧焊接6块20*20*1cm三角钢板与工字钢连接;连接详图如下。
图5.2.2-1直径1000mm与直径630mm管桩连接平面图
图5.2.2-2直径1000mm与直径630mm管桩连接立面图
图5.2.2-3直径1000mm与直径630mm管桩连接侧面图
2、支架采用1根直径1000mm管桩+1根直径2000mm管桩类型
先采用20吨浮吊用90kw振动锤将直径220cm钢管桩夹住并初步振入安放至临时墩桩基设计位置,而后改用160吨液压振动锤将该节钢管桩振至入岩层300kp,深度50cm,再吊装直径100cm钢管桩在同一位置,用两种振动锤先后施工,也振至相同位置;继续向上接长直径100cm钢管桩至设计位置,同时在水面上将钢管桩割口,开口大小为330×470mm,长3米2I45b工字钢穿过开口,将两种直径钢管桩可靠连接起来,并在直径1000mm管桩开口处上部焊接圆弧500×500×10mm加强板,以及在直径2000mm管桩开口处下部焊接圆弧500×500×10mm加强板,工字钢两侧焊接300×150×10mm钢板,直径2000mm管桩内灌砂,保证管桩刚度及稳定性,详尽如下图
图5.2.2-4直径1000mm与直径2000mm管桩连接立面图
图5.2.2-5直径1000mm与直径2000mm管桩连接侧面图
3、支架采用1根直径1000mm管桩+1根直径630mm管桩类型
采用160吨液压振动锤将该钢管桩振至入岩层300kp,深度50cm,在水面上将钢管桩割口,开口大小为340×280mm,长1.5米2I32b工字钢穿过开口,将两种直径钢管桩可靠连接起来,并在直径1000mm管桩开口处上部焊接圆弧300×300×10mm加强板,以及在直径630mm管桩开口处下部焊接圆弧300×300×10mm加强板,工字钢两侧焊接150×150×10mm钢板,详见如下图:
图5.2.2-6直径1000mm与直径630mm管桩连接立面图
图5.2.2-7直径1000mm与直径630mm管桩连接侧面图
5.2.3支架纵横联
支架纵横向连接采用直径φ325mm,壁厚5cm钢管,斜撑采用[18,与1000mm管桩焊接连接。
5.2.4风缆
每隔一跨支架,两侧采用φ15mm钢丝绳风缆对拉,以防风缆拉力对支架顺桥向稳定不利,迎面一侧采用人字形缆风,风缆钢丝绳的水平角不大于30°,根据此原则,混凝土锚抛重量5t,设位置离桥轴线横向距离在80~100m之间,且必须尽量保证风缆绳与桥纵轴线垂直,最大偏角不大于5°。
5.3贝雷梁、异形钢桁架、横向工字钢安装
5.3.1管桩顶横向放置支撑横梁
主墩两侧第一排至第三排支撑横梁采用3I45b或2I56b工字钢,其余横梁采用2I45b工字钢,工字钢上面加2cm厚、27cm宽钢板和2cm厚、15cm宽钢板,下面亦加焊钢板,并采用人字形斜撑对工字钢进行支撑,斜撑焊接在直径1000mm管桩上,具体详图如下图。
每一跨第一孔和第二孔桩顶横梁上布置13片贝雷梁,其余为11片贝雷片,腹板布置13片贝雷片采用4个45花窗,底板下采用3个90花窗,腹板布置11片贝雷片采用3个45花窗,底板下采用3个90花窗,根据检算,贝雷片支撑点上,竖杆承载力较大,为保证安全,对贝雷片竖杆及横杆进行加强,采用[10槽钢,对贝雷片两侧进行加强,具体如下图:
图5.3.1-1直径1000mm管桩与横梁连接平面图
图5.3.1-2直径1000mm管桩与横梁I45工字钢连接正面图
图5.3.1-3直径1000mm管桩与横梁I45工字钢连接侧面图
图5.3.1-4贝雷片与硬撑连接立面图
图5.3.1-5贝雷片安装正面图
上下贝雷片搭接采用高强度螺栓连接,为保证贝雷片整体稳定,上层与下层搭接处增加φ20圆钢拉杆。
图5.3.1-6上下贝雷片连接立面图
现场出现贝雷片竖杆与横梁中心不重合,采用[10槽钢制作三角形支架,三角形一边与贝雷梁竖杆平行,并垂直横梁中心,另一边与贝雷梁纵向平行,第三边与内支撑平行。
5.3.2贝雷梁梁顶设置横向硬撑分布梁
分布梁采用横向I32b工字钢与[16槽钢制作的硬撑,间距150cm一道,硬撑高度随梁高进行变节高度。
5.3.3底模
硬撑上安装[12槽,通过点焊连接,槽上铺6mm钢板,组成底模系统。
5.4单桩预压
单桩预压有两种方法:
第一种利用直径200cm钢护筒的抗拔力通过千斤顶反压试验检测直径100cm钢管桩的承载力。
如图5.4-1所示
图5.4-1千斤顶反压试验立面图
第二种通过卷扬机吊起浮箱,内部增加水重,以及上部增加混凝土锚碇,进行加载,达到加载重量后,停止,进行观测支架沉降量,卸载时,通过减少锚碇,水重,进行卸载,完成反压试验。
根据管桩承载力,本次管桩需180墩重量,浮箱未灌水时单个重3.84t,6个共重23t;每个浮箱灌水16t左右,6个共重96t;锚碇每个重4.5t左右,12个共重54t;I30工字钢约100m,共重约3.7t;两台卷扬机及8个6门滑轮,8个卸扣重约2.1t。
图5.4-2卷扬机反压试验立面图
5.5预拱度设置
根据监控单位提供预拱度要求,通过调整硬撑高度,对梁体预拱度进行设置。
根据监控单位给提供最大预拱度值为45mm,而根据单桩试验测得数据,水中支架立柱下沉量为20mm左右,其中非弹性沉降量13mm左右,弹性沉降7mm左右,因此在最大预拱值位置处,硬撑高度比设计低25mm,以保证张拉后满足设计要求。
5.6梁体施工
连续梁0#段长度54m,由于长度过长,施工时,风力、施工荷载等因素影响支架整体稳定性以及施工质量影响,根据锯齿块及支架临时支墩的位置,进行分段,腹板及顶板锯齿块钢筋绑扎、端头模板安装、混凝土浇筑施工难度大,为保证锯齿块施工以及后期张拉质量,按照此原则进行分段,其次根据支架立柱位置承载力原则,由于第一排立柱安装于承台顶面上,立柱无非弹性沉降,在此位置进行分段,确保前后浇筑砼无挫台,保证了连续梁线性美观。
根据以上原则将梁端分为三次浇筑,先浇筑梁体中间13.3m,而后再浇筑两次20.35m。
图5.6-1梁体分段断面图
5.7预应力张拉
5.7.1张拉注意事项
梁体纵向预应力张拉前,梁体混凝土达到设计值的90%后,且必须保证张拉时梁体混凝土龄期不小于6天;梁体张拉时,张拉总吨位必须包括锚口损失力及锚下垫板喇叭口处钢束弯折摩阻损失且锚下控制应力不得超过1860Mpa控制应力的75%;张拉过程中,预施应力采用双控,预施应力值以油压表读数为主,与预应力伸长量进行校核,实际延伸量与计算延伸量允许-6%~+6%的误差;预应力张拉必须保持对称张拉,最大不平衡束不超过1束。
5.7.2张拉顺序
连续梁A0、A1、A2混凝土浇筑完成后,混凝土强度及龄期达到设计要求,进行张拉,张拉顺序先腹板束,后顶板束,从外到内左右对称进行,同一施工节段的预应力按纵向→竖向→横向的顺序张拉,梁体边跨中跨合龙纵向预应力张拉分三期进行张拉,等混凝土强度及龄期满足要求后,张拉第一期预应力束,而后拆除全桥支架,启动3#、4#、5#、6#永久支座,且3#、6#墩纵向临时锁定,完成第一次体系转换,张拉第二期预应力束,而后等次中跨浇筑完成,强度及龄期满足要求,张拉次中跨第一期预应力束,拆除3#、6#墩支座纵向临时锁定,完成第二次体系转换,张拉次中跨剩余预应力束及边跨和中跨第三期预应力束。
5.8劳动力组织(见表5.8)
劳动组织表表5.8
序号
工种
人数
备注
1
技术员
5
负责现场支架技术工作
2
施工员
4
负责现场施工工作
3
安全员
3
负责现场安全工作
4
专职电工
2
负责现场整个电力线路
5
司机
8
负责现场吊装工作
6
焊工
30
负责现场支架焊接工作
合计
52
6.材料与设备
本工法无需特别说明的材料,采用的机具设备见表6。
机具设备表表6
序号
名称
规格
单位
数量
用途
1
吊车
25t
2
台
吊装
2
浮吊
10t
1
台
吊装
3
浮吊
20t
1
台
吊装
4
振动锤
160t
1
台
管桩施工
5
焊机
20
台
各种材料连接
6
汽车泵
48m
2
台
混凝土浇筑
7
砼运输车
10m3
4
台
砼运输
7.质量控制
7.1沉桩开始时,可依靠桩的自重下沉,然后吊装振桩锤,使夹具与桩顶连接牢固,开启振动锤使钢管桩下沉。
采用DZ160t的振动锤,10min进尺小于3cm时,即认为合格。
7.2沉桩时打桩力度应保持一致,每次打桩间隔时间应保持一致,不可连续击打。
每次振动持续时间过短,则土的结构未被破坏,过长则振动锤部件易遭破坏。
振动的持续时间长短应根据不同机械和不同土质通过试验决定,一般不宜超过10min~15min。
7.3振动锤与桩头夹具必须保证与桩头夹紧,无间隙或松动,否则振动力不能充分向下传递,影响钢管桩下沉,接头也易振坏,在振动锤振动过程中,如发现桩顶有局部变形或损坏,要及时修复。
7.4测量人员采用两台全站仪十字测量,指挥精确定位,在钢管桩打设过程中要不断的检测桩位和桩的垂直度,并控制好桩顶标高。
下沉时如钢管桩倾斜,及时牵引校正。
7.5桩身垂直度:
小于1﹪。
7.6钢管桩施打时要注意桩顶标高的控制。
当钢管桩进入极为缓慢或施沉困难时,则不能强行施沉,以免钢管偏位或变形,要分析其原因,若桩尖遇到异物时,采用长臂挖机等设备进行清除以满足施工要求。
钢管桩施工的平面位置、倾斜度必须满足设计要求。
7.7考虑到该地区地质情况,在施工过程中如遇到钢管桩不能顺利振沉、钢管桩已振沉但深度未达到设计要求时,遇到类似的的情况,进行单桩反压试验,如果承载力满足要求,无需处理,如果承载力达不到要求,采用更大振动锤或者在旁边另安装一根等措施,以保证承载力满足要求。
7.8接桩时,为保证接桩质量,进行焊缝探伤试验。
7.9连续梁支架立柱各个加强部位的加强板必须与豁口齐平,以保证管桩加强作用。
7.10混凝土脱模强度不得小于2.5Mpa。
根据当时气候条件,混凝土凝结情况,确定脱模时间,脱模后对模板要进行防锈处理。
7.11节段砼强度大于10MPa(一般在2~3天)后,进行凿毛。
凿毛要求凿除砼表面的砂浆和松弱层,并露出坚实新鲜砼面,并在浇筑下一阶段砼时对其表面进行充分润湿。
7.12由于混凝土浇筑时,支架会产生沉降,为保证各张拉后梁段与下一梁段不出现挫台,采用吊挂系统,将梁段交接处硬撑提起,吊挂于已张拉的梁段端头上。
7.13连续梁预应力管道施工时,管道内部安装内衬管,比设计管道直径小5mm,以避免预应力管道堵塞,影响预应力张拉质量。
8.安全措施
8.1严禁在已沉好的桩上系缆。
8.2起吊设备起吊时,严禁起吊超过规定重量的物件,不得用来运送人员。
起重吊装用的钢丝绳,经常进行检查,发现扭结、变形、断丝、磨损、腐蚀等现象达到破损限度时,必须及时更新。
8.3连续梁每个主墩都安装了54m高塔吊,为保证雨天施工安全,在塔吊顶上安装避雷设施,引线至地面。
强风、浓雾恶劣气候不得从事高处作业。
强风暴雨后,对高处作业设施逐一进行检查,发现有松动、变形、损坏等现象,立即修理完善。
8.4连续梁支架安装时,安装竖向爬梯,爬梯使用φ16钢筋焊接而成,且两侧焊接护栏。
8.5连续梁梁体边缘处,焊接1.2m高防护栏杆,并且安装绿色防护网;梁体侧模立杆外侧及立杆下部安装绿色防护网。
8.6各种施工机械必须制订相应的、详细的操作规程,并严格执行。
夜间作业时,设置足够的照明设备。
8.7进入施工现场必须配戴安全帽者;高处作业必须系安全带以及穿戴救生衣。
8.8施工机械、车辆超坐载人以及无“特种作业人员操作证”、“驾驶证”、驾驶他人施工机械、车辆者。
8.9桥梁施工的特种作业人员,通过安全技术培训,并经考试取得合格证后,方可上岗工作,其他人员也要求进行安全技术培训和考核。
8.10起重作业前检查绳扣、挂钩、钢索、滑车、吊杆等部件,确认良好后方可作业。
作业时,安排专人指挥,同时注意起吊范围内设备的安全,严禁任何人攀登吊立中的物件和在起重物下通过、停留及作业。
8.11起吊设备时,严禁起吊超过规定重量的物件,不得用来运送人员。
其中吊装的钢丝绳,定期进行检查,凡发现有扭结、变形、断丝、磨损、腐蚀等现象达到破损限度时,及时更新。
8.12连续梁侧模采用木模板与φ45钢管组成,因此在安装及拆除时,不得将多余钢管及扣件放置于支架上,避免掉落,误伤施工人员。
8.13连续梁施工现场位于水库上方,为保证人员落水后,能够采取及时有效救援措施,现场必须设有潜水员,配有冲锋舟及快艇等设备。
9.环保、节能措施
9.1防止大气污染
施工现场进行防尘保护,设置相应的钢筋及焊渣废料专用收集槽,施工场地周围设置围蔽措施。
9.2防止水污染
施工过程中和完工后,要采取措施,及时清理废料,回收施工材料,做到工完料清。
9.3防止噪声污染
在施工现场严格遵照《中华人民共和国建筑施工场界噪声限制》来控制噪声,选用低噪音设备,采取消音措施降低施工过程中的施工噪音。
9.4确保工人身体健康
工人施工时必须佩戴劳保用品,按照规定使用劳动保护用品,预防职业病发生。
10.效益分析
10.1经济效益:
水中大跨度满堂支架采用钢管桩作为基础,且管桩无需浇筑砼,可以二次利用,操作简单,节约时间,节省费用达800万左右,安全可靠,极大地提高了工作效率,保证了工期要求。
10.2社会效益:
采用大跨度满堂支架施工,提高施工进度,保证业主要求总体工期,项目完成后,将形成一套安全、可靠、经济、先进,并适合铁路专线大跨度连续梁施工工艺,为以后的铁路施工同类型桥梁施工积累经验
11.应用实例
中铁三局承建的大准至朔黄铁路重点工程1标(前窑子水库大桥)线路起讫里程为DK6+124.87~DK6+608.33,全长483.46米,桥型布置为2-32m简支T梁+(58+3×96+58)m连续箱梁。
该桥共设8个墩台,其中3#、4#、5#、6#墩位于水库中,且为连续梁主墩,桥梁基础最大水深达10m,桥位处河床覆盖层为透水性强的砂质黄土,且覆盖层薄而不均。
总建设工期12月,与其它水中桥相比,前窑子水库大桥有施工难度大、工期短、施工方法复杂等特点。
针对该桥水中地质为砂质黄土,湿陷性黄土,粗圆砾土,粗、细圆砾土以及片麻岩,地质条件极为复杂,且支架高、跨度大等特点,科研小组在项目开展过程中,建立较为系统的满堂支架计算模型,系统研究支架荷载及计算参数,提出了大跨度满堂支架设计方案,解决了因水中地质条件复杂,必须进行钻孔桩基施工的方法,通过采用钢管桩基础代替钻孔桩基础的施工方案,在施工方面对综合施工技术及设备配套进行了深入的研究,优化了施工过程控制,积极采用新技术、新工艺、新设备、新材料,保证了工程质量、进度和谐统一,并探索出一套经济可行、技术先进、质量保证、进度超前、安全可行的施工方案、方法、工艺及长大桥物流组织模式。
创造了从支架(支架使用钢材4069t)到梁体(梁体混凝土7965.3m3)4个月完成施工记录,确保了大准至朔黄铁路建设的总体目前,经建设单位(神华准池铁路有限责任公司)、设计单位(中铁第五勘察设计院集团有限公司)、监理单位(上海天佑工程咨询有限公司)、监控单位(中南大学)对连续梁施工效果判定,支架沉降及稳定性良好,连续梁施工质量良好。
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