预应力连续箱梁挂篮悬臂浇筑施工工法

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预应力连续箱梁挂篮悬臂浇筑施工工法2008-3-19预应力连续箱梁挂篮悬臂浇筑施工工法  宏润建设集团股份有限公司、浙江裕众建设集团有限公司  胡震敏、陈云飞1前言随着道路交通事业的飞速发展，大跨、高墩、结构特殊、造形新颖的桥梁建设项目不断涌现，对桥梁工程施工形成新的挑战，促使相应的施工工艺应运而生，作为桥梁无支架施工方法之一的挂篮施工方法在近几年内得到广泛应用，解决了不少工程难题。我们在上海市长华路长桥新建一期工程、绍兴市群贤路桥梁一标工程、上海市轨道交通9号线一期工程R403标跨淀浦河桥等项目建设中，运用三角形挂篮，安全、优质、快速的完成了现浇预应力连续箱梁的施工，形成了公司的成熟工法，取得了良好的经济效益和社会效益。2工法特点2.0.1模板无须支架施工，桥下不受交通和障碍物影响。2.0.2有利施工质量的控制，特别是对桥梁变形的控制。2.0.3施工活动范围相对集中，便于施工安全管理，对周边环境影响极小。2.0.4施工不受外部因素制约，工期不受干扰。2.0.5节约成本，挂篮设备可重复使用，省去大面积模板支架、基础及障碍物清除等大量费用。3适用范围本工法采用无支架施工，适用于过河桥梁、跨线桥梁等桥跨下无法搭设支架现浇的箱梁施工。4工艺原理预应力连续箱梁挂篮悬臂浇筑施工根据施工图设计划分的节段，从墩顶0#段开始，沿桥跨方向对称，同步往两头逐段进行施工，直到合拢。0#段常采用型钢托梁和钢管支架支模现浇施工。挂篮施工前，应将0#节段与桥墩进行墩梁固结，确保挂篮施工时，梁段不位移，不转动、不倾覆。 挂篮采用型钢组拼而成的三角形稳定结构，具有结构简单、轻巧、受力明确、刚度大、变形小等特点；同时在操作过程中，安装、锚固、移动、拆卸方便，而且安全可靠，稳定性好。三角形挂篮由承重系统、吊挂系统、锚固系统、行走系统、模板系统和张拉操作平台组成。承重系统承载挂篮，模板及节段全部施工荷重；吊挂系统起传递荷载和调整节段模板标高的作用；锚固系统用于挂篮抗倾覆；通过行走系统实现挂篮在节段完成后的空篮前移。详见挂篮设计图。挂篮施工必须遵守对称、平衡施工的原则，同步对称的进行挂篮安装、梁段施工、预应力张拉、挂篮前移、挂篮拆除等。每一段梁必须完成预应力张拉施工后，挂篮才可前移到下一梁段的施工位置。悬浇节段完成后，合拢段施工要遵循先合拢边跨，再合拢中跨的原则。在中跨合拢段施工以前，应先释放梁墩固结，形成单悬臂结构，中孔合拢段完成后，通过张拉，使原来的静定体系向超静定体系转换，最终完成连续梁的施工。 5施工工艺流程 6操作要点6.10#节段托架现浇施工0#节段常位于无法直接搭设支架现浇的水中，故采用托架现浇施工。托架可采用以承台为基础，上铺单层加强贝雷桁架，贝雷桁架的数量与布置根据施工荷载情况确定；在贝雷桁架上铺设工字钢梁，在工字钢梁上搭设Φ48×3.5mm钢管支架形成现浇托架，工字钢梁和钢管支撑的间距通过现浇箱梁支架计算确定。如图6.1-1、图6.1-2所示：           6.2墩梁固结墩梁固结一般采用在桥墩两侧设临时预应力束与临时支墩；临时预应力束一端用P锚预埋于承台内，另一端锚固于0#节段箱梁顶面，通过又拉又压，实现梁墩固结的要求。如图6.2-1所示：                 6.3挂篮设计6.3.1设计荷载：根据现浇节段箱梁的截面尺寸、节段重量，取最不利节段（最重、最长的节段）进行施工设计验算。挂篮设计荷载包括：箱梁节段重、节段模板重、挂篮自重、施工支架重、施工人群荷载、振动器重量及振动力。6.3.2技术指标：各部件强度、刚度、稳定性验算应满足相应材料力学指标；构件最大充许变形20mm；施工、行走时的抗倾覆安全系数大于2；挂篮总重约最重悬浇节段的0.3～0.4。6.3.3挂篮组成：三角形挂篮由承重系统、吊挂系统、锚固系统、行走移动系统、模板系统及张拉操作平台组成。如图6.3.3-1、图6.3.3-2所示：承重系统：包括2根三角形组合导梁与前、后上下横梁，是挂篮施工的主要受力结构。承重系统的组合导梁均采用大型工字钢焊接组拼而成；在2根三角形组合导梁顶部设型钢横向稳定杆连接，以加强三角导梁间的侧向稳定性。吊挂系统：包括前吊带和后吊带。前吊带的作用是将现浇梁段及施工荷载等传递到主导梁上。后吊带分2种，一种为梁底吊带，一种为后上横梁吊带。梁底吊带作用是将梁段现浇施工荷载等传递到已完成的前段箱梁底板上；后上横梁吊带作用除承担梁段现浇施工荷载外，另一个重要作用是在挂篮移动时，梁底吊带解除后，与前吊带一起将模板系统、张拉操作平台等吊挂在主导梁下，前移至下一梁段的浇制位置。在施工中，通过采用螺旋式千斤顶调整吊带长度，使挂篮能适应梁段高度变化的需要，以确保梁段理想的线形。固系统：位于三角形主导梁的后部，采用在前段已浇成梁体上预埋锚固筋的方式，将挂篮主导梁锚固于已浇梁体上，把已浇梁体的自重转化为挂篮施工时的平衡重抗倾覆。施工中常采用竖向预应力筋作为后锚螺杆，通过压铁固定主导梁。行走系统：包括行走轨道、行走动力、抗倾覆三大部份。行走轨道采用在主导梁与已施工完成的箱梁面之间设置2组16号组合槽钢走道板与Φ50mm的圆钢组成。行走动力利用2只手拉葫芦牵引来实现。抗倾覆则采用在主导梁尾端配置配重，使其能抵抗因前端设有模板系统等而产生的不平衡弯矩，保证挂篮行走的顺利就位。模板系统：包括木模（或钢模）、支承结构和下纵梁。为确保混凝土外观质量和梁体的理想线形，模板设计应以刚度控制为主。如木模系统：面板采用塑面九夹板，围檩采用5×10cm方木，支承结构采用Φ48×3.5mm钢管；下纵梁采用工字钢，下纵梁与下横梁之间采用防滑槽与圆钢限位。张拉操作平台：平台设置在挂篮最前端，采用两排Φ48×3.5mm钢管立焊于下纵梁工字钢上搭设而成，平台搭设高度随梁段高度变化。        6.4荷载试验挂篮制造完成后，在工厂进行结构强度、变形试验。荷载试验应分级加载、卸载，加载量约为挂篮设计承载力的1.2倍，试验材料采用砂袋。通过荷载实验测定挂篮的弹性变形和非弹性变形值，检验各部件的连接情况，测定施工数据，为安装挂篮预留抛高量提供依据，具体的实验方法如下：6.4.1场内制作挂篮加载实验台座；6.4.2场内拼装挂篮；6.4.3主桁架前端分级加载，进行挂篮实际变形观测，做好数据记录，测定变形；6.4.4在实验台上分别对锚、吊结构进行加载实验，安全系数要大于2。通过加载实验测定挂篮非弹性变形值和在满载时的弹性变形值，强度和刚度符合施工规范和钢结构设计规范要求。6.5挂篮安装挂篮在0#节段上拼装前，先在地面进行试拼。拼装时，按构件编号及总装图进行。拼装程序是：行走系统-→三角形组合导梁-→锚固系统-→前后上横梁-→前后吊带-→前后下横梁-→下纵梁-→模板系统。6.5.1在箱梁腹板顶面铺好16号组合槽钢走道板与Φ50mm的圆钢，抄平轨顶面，测量轨道中心距，确认无误后，进行三角形组合导梁安装。6.5.2由于受到起重能力限制，三角架可分片安装，先吊装一片并加以临时支撑后，再吊装另一片，随后安装两片之间顶部的稳定杆。6.5.3用φ32精制螺纹钢筋及扁担压铁将三角架后端锚固在轨道下钢枕上，然后吊装前后上横梁及前后吊带。6.5.4前后吊带安装后，吊装前后下横梁、下纵梁形成施工平台。在平台上搭设模板支架，安装底模、外侧模。6.5.5利用千斤顶调节吊带，实现调整立模标高。立模标高根据设计提供的节段线形标高和挂篮试验测出的弹性变形及非弹性变形值确定。6.5.6安全检查。安装前对吊带孔位置，锚固钢筋间距，吊耳间距等进行检查，发现问题及时处理。6.6挂篮悬浇施工在钢筋安装前，将已浇梁段端部混凝土接缝凿毛；钢筋伸出节段端头的搭接长度应满足规范与设计要求，接头均采用焊接；竖向预应力筋在肋板内层钢筋帮扎前安装完；上层钢筋绑扎完后，对波纹管道进行一次检查与调整。波纹管接头必须用胶带纸缠绕，再绑扎几道铁丝，加强接头的严密性。砼浇筑前，应按计算要求调整好箱梁底模标高，调整螺旋式千斤顶，并锁定。同时，浇筑混凝土前应对挂篮的状况进行全面细致的检查，并复核标高轴线，对钢筋、预应力管道、锚具安装情况及模板情况作全面检查和验收，并严格对照图纸进行。砼浇筑时，严格按照先浇端部再浇根部的顺序进行。底板、顶板中钢筋布置不多，但波纹管较多，浇筑混凝土以采用振动力较大的插入式振捣器振捣，混凝土易于振实。肋板内预应力管道钢筋密布，砼浇筑时需要特别注意，振捣应密实，设专人监振，杜绝多振或漏振，以确保砼的密实。砼浇筑时，严禁插入式振捣器碰波纹管。砼达到设计强度后，及时进行张拉。张拉前先进行标高观测，做好记录，然后进行张拉。张拉严格按设计要求的步骤进行，张拉完成后再次测梁面标高，做好记录，与张拉前的标高做比较，分析张拉前后的弹性变形。如属正常范围的，则进行压浆。6.7挂篮悬浇施工控制箱梁悬臂现浇施工时，首先应从理论上初步确定梁体底部标高，从而控制梁体挠度。一般梁体的挠度数据应从以下几点进行综合考虑：6.7.1从理论上计算挂篮在各个施工段上，梁体自重+挂篮重+施工人员、机械设备重作用下悬臂产生的挠度值。6.7.2根据各施工段重量，挂篮本身产生的挠度值；其数值可根据挂篮荷载分级试验后的荷载和变形的曲线图可得。6.7.3施工段砼受大气气温影响，产生的挠度值；其中包括砼收缩产生的挠度。6.7.4施工段梁体在预应力张拉后，产生的回弹挠度变化值。6.7.5《施工规范》及设计要求在箱梁合拢前两悬臂端高程误差不大于2cm，中线误差不大于1cm。为此，必须在灌注每节梁段时对挠度进行严格的控制。然而有很多影响箱梁挠度的因素（自重、气温、张拉力、活荷载及挂篮挠度等），比较复杂，使理论计算值与实测挠度值存在偏差。为能正确合理地控制梁体挠度，采取了如下措施：1)、切实做好挂篮的加载试验，测出挂篮的弹性变形值，为各节梁段设置预抛高提供可靠参数。2)、成立专门的观测小组，选有经验的专职测量工程师测量，加强观测挂篮走行前后、混凝土灌注前后、预应力张拉前后6个时态的挠度变化。每节段施工后，整理出挠度曲线进行分析，及时准确地控制和调整施工中发生的偏差值。3)、在灌注混凝土过程中及时测量底板的挠度，发现实际沉落量与预留量不符时，及时调整吊带顶端的千斤顶。4)、合拢前相接的最后2个节段在立模时进行连测，以便互相协调，以保证合拢精度，同时请设计、专业监测单位协同配合，在施工过程中的标高动态控制、立模高度的确定，挠度、变形的监测等等。6.8挂篮移位6.8.1落模一般落模距离不宜太大，约10cm～15cm即可，其步骤由千斤顶均匀对称的放松活动前后吊带。先放松后吊带，使后锚固吊带自重下脱落并卡在后横梁上，使底模脱离梁体；再放松前吊带使底模自重下脱落，要防止后吊带脱落时底模绕前吊点转动。6.8.2移位挂篮前移，必须在张拉压浆完工后待水泥浆终凝后方可移动。首先，在已完成的连续箱梁节段上测出箱梁的中心线，在此基础上准确的放出挂篮主导梁的位置，然后在导梁下满铺型钢走道板。在挂篮移动前，解除挂篮的后锚固。检查挂篮各构件受力状况与配重情况，做好挂篮移动前的准备工作。挂篮移动以葫芦牵引为动力，在挂篮移动前必须检查索具情况；挂篮移动时注意同步前进，每前进50cm作一次观察，防止挂篮有转角引起误差，同时也防止挂篮受扭变形。挂篮移动就位后，收紧吊带。收紧吊带时，前后横梁吊点应均衡同步提升；挂篮前横梁吊带的收紧工作和测量同步进行，先初调挂篮位置，再然后精确定位后，安装限位销。6.9合拢段施工及体系转换主桥合拢段施工原则：遵循先合拢边跨，再合拢中跨的原则。为保证质量，合拢段砼采用微膨胀混凝土，合拢段浇筑完成后，在混凝土初凝前，对与施工缝处采用复振的措施防止混凝土裂纹的产生。6.9.1边跨合拢段施工T构节段悬臂浇筑完成后，准备边跨合拢段的施工，由于T构施工的成果与理想的曲线难免会有些偏差，导致合拢段边跨端部与T构悬臂端的标高出现偏差，因此，在合拢段劲性骨架安装前，对T构悬臂两端应进行对称压重，压重荷载一般为合拢段重量的一半，保证合拢段两端断面标高差不大于1cm。在安装劲性骨架前，对悬臂端标高进行48小时连续观测，绘制时间———挠度曲线，选择合适时间（最低温度时）进行合拢段混凝土浇筑。在日照温差试验结束后，安装悬吊模板，焊接合拢段劲性骨架，安装并绑扎钢筋、波纹管，安装箱梁内部模板。根据试验结果选择时间浇筑边跨合拢段混凝土，同时逐步对悬臂端压重荷载进行卸载，保证卸载重量与混凝土重量基本相同。当边跨合拢段达到设计张拉强度后，张拉底板、顶板预应力束，边跨合拢完成。6.9.2中跨合拢段施工在边跨合拢段施工结束后，应先释放梁墩固结，再进行中跨合拢段的施工。在安装合拢段劲性骨架前，测量中跨合拢段两端端面标高。如不能满足设计要求，应对标高较高断面进行压重，压重重量应确保合拢段两端断面标高满足设计要求。利用挂篮安装悬吊模板，焊接合拢段劲性骨架，并绑扎钢筋、波纹管，安装箱梁内部模板。根据日照温差试验结果选择时间（最低温度时）浇筑混凝土，同时逐步对悬臂端压重荷载进行卸载，保证卸载速度与加载速度基本相同。当中跨合拢段混凝土达到张拉强度后，张拉底板、顶板预应力束，中跨合拢完成。中跨合拢段施工如图6.9.2-1所示：6.9.3体系转换中孔合拢段混凝土达到设计的100%以上，进行连续梁全桥钢束的张拉，钢束的张拉从底板的正弯距束开始，完成最终的体系转换。6.10挂篮拆除一般情况下，水上施工的挂篮需采用船吊进行拆除，陆上施工的挂篮则采用汽吊进行拆除。拆除的顺序和安装的顺序相反，同样设专人指挥，严格保证安全。挂篮拆除须提前报请有关部门批准，临时封堵梁下交通。 7材料与设备 表7-1 主要材料与设备一览表序号名称规格单位功率数量备注1自制挂篮 套 4 2吊车QY50台50T2 3贝雷桁架3.0m×1.5m片 40 4电焊机BX-300台20KW4 5对焊机VN-40台100KW1 6插入式振动器ZN50台2.2KW10 7附着式振动器BL—11台5.5KW4据现场而定8卷扬机JK5台 4 9手拉葫芦5T，10T台 6 10混凝土输送泵HB30D台 2 11千斤顶YCW250台 4张拉纵向预应力12千斤顶YCQ25台 4张拉横向预应力13千斤顶YC60A台 4张拉坚向预应力14油泵ZB2×2/49台 10 续表7-1 主要材料与设备一览表序号名称规格单位功率数量备注1干湿温度计203支 2 2全站仪SET-2B台 1 3经纬仪J2台 2 4水准仪DSZ3台 4  8质量控制8.0.1建立质量控制体系，明确每道工序的事前交底，中间验收及最后验收环节的要求，严格执行质量三级验收制度，及时尽早发现问题及时整改，防患于未然，确保工程中每个分项直至每个工序环节的施工质量。8.0.2节段钢筋按节段长度进行下料，下料应准确无误。绑扎钢筋和连接波纹管时要注意其标高的控制，尽量保证和顺一致，并有足够保护层。8.0.3预应力波纹管应严格按设计的形状和位置架设于钢筋骨架中，并通过定位钢筋定位，在曲线段应另设防爆裂筋。8.0.4为保证预应力波纹管不发生堵管现象，预应力孔道在节段砼浇筑之前穿入橡皮管（长于节段1m）；浇筑砼时，橡皮管不停转动，防止漏浆堵管。8.0.5节段砼浇筑时，应特别注意加强振捣和严格遵循下料、振捣顺序，设专人监振，杜绝多振或漏振，以确保砼的密实，避免出现麻面、露筋和砼离析等缺陷。8.0.6本工法施工实施时，施工质量主要依据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）执行。9安全措施9.0.1施工现场设立专职安全员，对现场进行重点监控；班组设立兼职安全员。9.0.2挂篮安装严格按照设计安装程序进行组拼，各栓接部件严格按要求采用高强螺杆和螺母，挂篮的后锚螺杆由于是最关健的受力杆件因此必须要具备质保书和试验报告，确保其强度和抗拉力满足设计要求。9.0.3安装时，严格按技术人员的交底进行安装，在正式启用前，项目工程师和质量员必须全面检查其安全状况。9.0.4挂篮投入使用前，必须对挂篮进行荷载实验。9.0.5挂篮行走时，严格按照指挥员要求进行操作，杜绝违章作业。9.0.6严禁在六级以上大风、暴雨、雷电天气施工作业。9.0.7水上作业时，对工人进行水上作业专项安全教育，在作业平台上挂救生圈，作业人员穿救生衣。9.0.8高空作业时，临边围护应按规范要求搭设钢管支架和安全围护，上下作业面采用登高爬梯；高空作业人员必须配带安全带，要规范和正确、合理利用安全带，确保真正防护作用。9.0.9在桥位上下游各100m～200m处设置限高标志、警示标志及告示牌，防止过往车辆（或船只）与挂篮发生碰撞事故。10环保措施10.0.1以预防为主，加强宣传，全面规划，合理布局，改进工艺，节约资源，争取最佳经济效益和环境效益。10.0.2严格遵守国家和地方政府部门颁布的环境管理法律、法规和有关规定。10.0.3采取合理的施工组织措施，合理安排施工机械作业，高噪声作业活动尽可能安排在不影响周围居民及社会正常生活的时段下进行。10.0.4加强施工管理，实行文明施工，对环境有污染的废弃物需排放时，必须经过处理。10.0.5挂篮底部采用钢管支架搭双层防坠架，每层上铺竹笠片，下罩密目安全网，以防建筑垃圾掉落，污染环境。11效益分析使用本工法与其他施工方法相比较，可有以下的直接效益：11.0.1相比使用高大承重支架而言，人员操作安全，易于掌握，劳动强度低，经济效益好。11.0.2使用快速吊落模板，可比原卸落模板的方法最少可减速少10个工日／挂篮，合拢段充分的利用挂篮的模板，每个T构可节省1.05万元，可节约大量的时间和资金，具有较好经济效益。11.0.3在穿越高架道路、河流、通航河道的施工时，则可保证交通通行，大大减少了因施工所引起的道路中断，具有明显的社会效益和经济效益。12、应用实例12.0.1本工法应用于上海市长华路长桥新建一期工程，长华路长桥采用三跨预应力钢筋混凝土箱梁，跨越淀浦河，跨径布置为26.5m+47m+26.5m，箱梁总宽13m。施工质量达到优良，工程安全无事故，受到业主、监理单位的一致好评。12.0.2本工法应用于绍兴市群贤路桥梁1标工程施工，主桥桥型为三跨变截面预应力混凝土连续箱梁，跨径布置为50m+80m+50m。施工质量达到优良，工程安全无事故，受到业主、监理单位的一致好评。12.0.3本工法应用于上海市轨道交通9号线一期工程R403标段淀浦河桥（42m+68m+42m三跨预应力混凝土连续梁）施工，施工质量达到优良，工程安全无事故，受到业主、监理单位的一致好评。