连续梁、连续刚构桥梁施工
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河南科技上中铁大桥局集团一公司张金辉路桥建设ROAD &BRIDGE C ONSTRUCTION大跨度桥梁的施工均采用分节段逐步完成的施工方法,其结构的最终形成,必须经历一个漫长而又复杂的施工过程以及结构体系转换过程。
施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析,是桥梁结构施工控制中最基本的内容和直接依据。
现阶段施工控制中桥梁结构的计算方法主要包括:正装分析法、倒装分析法和无应力状态计算法。
在大跨度桥梁结构的施工控制中,虽然这3种计算方法都能用于各种形式的桥梁结构分析,但由于不同形式的桥梁结构所采用的施工方法不同,因而每种计算方法对于不同形式的桥梁结构分析的侧重点不同,同时也有其特点。
一、现有的3种结构分析方法简述1.正装计算法(正算法)。
正装计算法是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析,它能较好地拟合桥梁结构的实际施工历程,得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和受力状态。
这不仅可以用来指导桥梁的设计和施工,而且为桥梁的施工控制提供了依据。
同时,采用正装计算能较好地考虑一些与桥梁结构形成历程有关的因素,如结构的非线性问题和砼的收缩徐变问题。
正因为如此,正装计算法在桥梁的计算分析中占有重要位置。
对于各种形式的大跨度桥梁,要想了解其结构在各个阶段的位移和受力状态,都必须首先进行正装计算。
2.倒装计算法(倒拆法)。
倒装计算法是按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程来进行结构行为分析的。
倒装计算的目的就是要获得桥梁结构在各施工阶段理想的安装位置(主要指标高)和受力状态。
众所周知,一座大跨度桥梁的设计图,只给出了桥梁结构最终成桥状态的设计线型和设计标高,但是桥梁结构施工中间各状态的标高并没有明确给出。
要想得到桥梁结构施工初始状态和施工中间各阶段的理想状态,就要从设计图中给出的最终成桥状态开始,逐步倒拆计算来得到施工各阶段中间的理想状态和初始状态。
只有按照倒装计算出来的桥梁结构各阶段中间状态(主要指标高)去指导施工,才能使桥梁的成桥状态符合设计要求。
连续梁、连续刚构桥一、等截面连续梁1、等截面连续梁,构造简单施工方便,适用于中等跨径(20~60米),25米以下可选用钢筋混凝土连续梁桥,较大跨径采用预应力混凝土连续梁桥。
小跨径布置一般用于高速公路的跨线立交桥、互通立交的匝道桥、环形立交桥及其他异形桥梁,较大跨径多用于接线引桥。
可采用预制装配或就地浇筑施工。
2、连续梁桥常采用有支架施工法、逐孔现浇法、架设施工法、移动模架法和顶推施工法。
3、等截面连续梁桥的跨径、截面形式和主要尺寸等截面连续梁桥的总体布置及主要尺寸见下表等截面连续梁总体布置及主要尺寸(1)等截面连续梁可选用等跨和不等跨布置。
当标准跨径较大时,为考虑减少边跨正弯矩,可使边跨小于中跨,边跨与中跨的比在0.6~0.8左右。
(2)跨径小于15米,一般选用矩形截面;15~30米可采用T形或工字形截面;大于30米的可采用箱形截面。
钢筋混凝土连续梁桥跨度不大时,可首先考虑采用板式(包括空心板)和T形截面。
当需要采用箱形断面时,也可以采用低矮的多室箱,很少采用宽的单室箱。
(3)等截面连续梁的梁高,一般高跨比采用1/15~1/25。
采用顶推法施工,从施工阶段受力要求考虑,梁高与顶推跨径之比选在1/12~1/17为宜。
(4)截面形式与桥宽关系。
对于小跨径的城市高架桥或立交匝道桥,为求最小建筑高度,常用板式或肋板式截面,而在较大跨径时主要采用箱形截面。
箱梁在横向布置,主要与桥宽有关。
单箱室常用于桥宽在14米以内;单箱双室截面一般用于桥宽12~18米;超过18米的可以采用单箱多室或分离箱。
(5)板厚与梁高。
板式截面分为实体截面和空心截面,实体截面多用于小跨径,且以支架现浇施工为主,板厚约为1/22~1/18L(L为跨径);空心截面的板厚为0.8~1.0米,顶、底板厚度均不应小于8厘米。
T型或工形肋式截面常用于预制安装,梁高一般取1.0~2.0米,在与腹板相连处的翼缘厚度,不应小于梁高的1/10,腹板厚度不应笑语14厘米。
(一)位移控制1.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥、连续—刚构桥误差限值(m m)(1)成桥后线形(标高) ±50;(2)合拢相对高差±30;(3)轴线按《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 014—89)执行。
2.混凝土斜拉桥误差限值(m m)(1) 索塔轴线偏位 10倾斜度≯ H/ 2500 且≯30(或设计要求)( H 为桥面以上塔高)塔顶高程±10(2) 主梁悬浇主梁时:轴线偏位 10 合拢高差±30 线形±40 挠度±20悬拼主梁时:轴线偏位 10 拼接高程±10 合拢高差±303.悬索桥施工控制误差限值(m m)(1) 索塔同斜拉桥(2) 主缆线形基准索标高 > 0,≤35(虎门大桥);±20(汕头海湾大桥)上下游基准索股高差 < 10(虎门大桥);30(汕头海湾大桥)一般索股标高(相对值) ±10(虎门大桥)主缆线形建议竖直标高±50(3) 索夹安装纵、横向偏位±20(虎门大桥);纵向位置±10,横向扭转 6(汕头海湾大桥)。
(4) 索鞍偏移、高程纵、横向位置±10,标高 + 20~0(虎门大桥);中线偏差 + 2,高程偏差±20(汕头海湾大桥)。
索鞍偏移建议值±5(二)应力控制1.结构在自重下的应力(实际应力与设计相差宜控制在 + 5 % )。
2.结构在施工荷载下的应力(实际应力与设计应力相差宜控制在 + 5 %)。
3.结构预加应力结构预加应力除对张拉实施双控(油表控制和伸长量控制,伸长量误差允许在±6 % 以内)外,还必须考虑管道摩阻影响(对于后张结构)。
4.斜拉桥拉索张力,允许偏差宜为±5 %。
5.悬索桥主缆吊杆拉力、中下承式拱桥吊杆拉力,允许偏差宜控制在±5 % 。
6.温度应力,特别是大体积基础、墩柱等。
连续梁、连续刚构桥梁施工《铁路预应力混凝土连续梁(刚构)悬臂浇筑施工技术指南》TZ324-2010 该标准为推荐性标准,施工单位可选择使用术语连续梁:沿梁长方向有三处或三处以上由支座支承的梁;连续刚构:梁与中间墩刚性连接的连续梁结构;《高速铁路桥涵工程施工技术指南》铁建设[2010]241号术语连续梁、连续刚构、刚构桥,施工方法均可采用悬臂浇筑法,主要的设备为挂篮,施工前根据施工图纸,设计挂篮形式并经过计算。
第117页第13章混凝土连续梁、连续刚构模板、钢筋、混凝土应按照《铁路混凝土施工技术指南》(铁建设[2010]241号)施工要求规范施工连续刚构施工时,挂篮焊接拼装和高空立体交叉作业较多,施工过程中应加强控制各个关键节点的工序质量及安全管控措施。
严格执行现行规范《铁路桥涵工程施工安全技术规程》TB10303-20093.1.6 桥涵工程施工按照《铁路工程施工组织设计指南》(铁建设[2009]26号)的规定编制施工组织设计,加强控制工程、重难点及高风险工程的管理。
重难点及高风险体现在具体的工程条件,如高墩、超高墩连续刚构,或者施工条件极端不利的工程均属于重难点工程范畴,高墩悬臂浇筑采用拼装挂篮,本身高空作业频繁,属于高风险工程,施工时应加强施工过程的管控。
施工时应根据具体的工程条件编制详细的施工组织设计和相应的专项施工方案、安全施工专项方案及应急预案。
3.4.3 施工单位应编制实施性施工组织设计及关键工序的作业指导书,明确施工作业标准和要求。
4.3.1 桥涵工程开工前,应根据设计文件、施工调查报告和承包合同编制施工组织设计。
一般以单独的一座大桥或特大桥为单位工程编制详细的施工组织设计。
详细的规定以《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB10752-2010,3.2工程施工质量验收单元划分;施工时应根据每座桥梁的复杂程度,编制各个分部工程的专项施工方案。
高墩翻模属于墩台身专项施工方案,空心高墩、实体墩台模板设计应单独编制模板设计计算书及设计图纸,作为方案的附件;模板验算时需要用到的数据《铁路混凝土施工技术指南》铁建设[2010]241号模板工程第10页至第15页模板设计《钢结构设计规范》GB50017,《木结构设计规范》GB50005,4.2.6 模板及支架的刚度应符合:结构外露表面和直接支承混凝土重力的模板计算挠度不得大于构件跨度的1/400;承台尺寸较大时,模板承受混凝土侧压力较大,应对模板刚度、强度进行验算,确定采用的模板类型及型式,采用钢模板强度、刚度较大,考虑到起重吊装设备及基坑支护方式,应灵活选择模板类型;以清江特大桥为例:6#墩位于清江右岸,(K32+642清江特大桥工程地质断面图),桥区由于采砂、筑钉坝等原因造成河流较急,地下水位松散孔隙潜水为主,水流丰富,施工时采用填土围堰,帷幕注浆对基坑进行防水加固,施工时采用放坡开挖,开挖深度超过10m,属于深基坑,开挖面积较大;大型机械设备,包括混凝土泵车、吊车履带、吊汽车吊施工时均不方便,承台模板采用组合钢模板,由定型钢模板组拼成四块大模板,施工时应验算模板刚度及强度;如果采用竹木模板,则应经过结构计算确定模板方案,竹木模板优点是重量轻,对于放坡开挖基坑可以选择相对更小的吊装机械且较经济。
桥墩跨江跨河时,且桥墩位于江中或河中时,应选择合适的围堰进行基础施工,如果采用钢壁围堰,则需要经过设计计算并且需要编制专项施工方案,附结构计算书,承台模板验算和墩身模板计算式相同。
深基坑支护施工应编制专项施工方案,根据地质条件和现场实际情况采取合适、合理的支护方案,并对支护工程进行设计计算,并绘制施工图;承台大体积混凝土施工专项方案,对体积特别大,施工时必须采取措施降低混凝土内部温度,或者必须分段分层浇筑混凝土的基础承台,应编制温控方案并采取温控措施,具体措施以埋设冷却水管,浇筑完混凝土后,进行循环通水降温,并定时测温,根据实时温度数据指导养护工作;冷却水管的布置,应绘制详细的布置图。
4.4 施工作业指导书4.1.1 桥涵工程中的分部、分项工程以及工艺复杂或技术难度大的工程,应结合工程特点和实际情况,编制施工作业指导书,并按照施工作业指导书组织施工。
施工作业指导书的编制应符合现行规范《铁路建设项目施工作业指导书编制暂行办法》的规定。
4.4.3 桥涵工程施工作业指导书编制范围应包括:混凝土工程施工(包括模板、钢筋、混凝土、预应力工程)、钻孔桩施工、深基坑开挖支护及降排水、承台施工、墩台施工、梁部工程施工、防水层及保护层施工、桥面系及附属设施施工等;根据每个工程的具体情况,应该细化到每道关键工序,如高墩翻模关键工序为模板及支架,主要内容为模板的设计和验算;钢筋工程,钢筋连接采用机械连接方式,如滚扎直螺纹套筒连接,钢筋接头性能应符合现行行业标准《钢筋机械连接技术规程》JGJ 107-2010,作为最常见的一种接头形式,施工前应编制详细的钢筋加工作业指导书,包括焊接和机械连接。
如果设计对接头性能有要求,则应该在指导书中明确相应接头的制作标准(如岳宜高速公路设计说明中明确要求采用I级接头)。
混凝土工程,高墩施工重难点在空心薄壁墩墩身混凝土浇筑,空心墩顶段施工,钢筋密集,浇筑混凝土时应加强振捣,墩身、墩顶预埋件较多,浇筑混凝土时小心仔细,严格控制预埋件位置偏差,0#块梁段钢筋密集、预应力管道、纵横竖向预埋件交错布置,施工时应派专人浇筑混凝土。
连续刚构桥梁0#块支架法或托架法施工,应编制专项施工方案,另外,临时工程较复杂也必须编制专项施工方案或作业指导书,如高墩施工,还需要编制塔吊施工专项方案,塔吊基础施工方案,并且编制基础计算书和塔吊基础布置图和基础配筋图;人行通道,供人上下墩身的通道,应有专门单独设计图纸,如果采用定型制作标准杆件,还需要详细的安装操作说明书及安装图纸,施工时应根据现场实际情况,灵活布置人行通道的位置,必要时还需要设计其他的临时支撑设施,并验算结构安全性。
大型的临时结构工程,如悬臂浇筑挂篮,需要经过专门的设计和计算,如连续梁悬臂浇筑,临时支座设计与计算,由设计单位设计计算好后,出施工图纸,也可以用不同的施工方法,但必须经过严格的验算,并出施工图纸和专项施工方案及应急预案。
《铁路桥涵工程施工安全技术规程》TB10303-2009,对于桥梁现浇施工的要求:7.2 支架法制梁7.2.2 支架结构应具有足够的强度、刚度和稳定性,杆件应力安全系数应大于1.3,稳定性安全系数应大于1.5。
7.2.6 支架应采用不小于1.1倍施工总荷载进行预压,预压应分级加载、分级卸载,以消除支架非弹性变形,并检验支架的稳定性;7.3 连续梁、连续刚构挂篮悬臂浇筑7.3.1 挂篮设计除应符合强度、刚度和稳定性要求外,还应符合规定:挂篮总重量的变化不应超过设计的10%;梁段混凝土浇筑及行走时的抗倾覆安全系数、自锚固系统的安全系数,均不小于2.0;挂篮底模悬吊系统使用精轧螺纹钢筋作吊杆时应采取防护措施;《铁路预应力混凝土连续梁(刚构)悬臂浇筑施工技术指南》TZ324-20101.0.3 铁路预应力混凝土连续梁(刚构)施工应严格执行设计文件,全面贯彻设计意图,达到设计要求的安全使用功能。
1.0.4 铁路预应力混凝土连续梁(刚构)施工应有健全的质量保证体系,对施工质量实施全过程控制。
1.0.5 铁路预应力混凝土连续梁(刚构)施工应编制专项施工方案,明确安全保证措施,并按有关规定经审批后实施。
(施工组织设计和专项施工方案必须经总监理工程师审批同意后方可实施,施工前做技术准备工作时应按照相关规定编制施工组织设计和专项施工方案。
)3.1.1 连续梁(刚构)悬臂浇筑的一般施工方法:连续梁墩顶梁段与桥墩实施临时固结,连续刚构墩顶梁段与桥墩整体浇筑,形成T构施工单元。
采用挂篮在T构两侧按设计梁段长度,对称浇筑混凝土;边跨非对称梁段一般采用支架法现浇施工。
托架:墩顶梁段及附近梁段施工时,利用墩身预埋件与型钢或万能杆件拼制连接而成的支架;支架:墩(台)顶梁段及附近梁段施工时,根据墩(台)高度、承台型式和地形情况分别支承在承台或地面上的用型钢或万能杆件等拼制成的支架。
3.2 实施性施工组织设计连续梁(刚构)桥梁施工组织设计施工前应对0#块支架(托架)现浇施工编制专项施工方案和作业指导书、技术交底书。
采用的挂篮型式设计必须进行结构安全性、稳定性、刚度、强度进行逐一验算,并附有计算书。
设计图纸中已经划分好,每段梁体重量均已给出,施工挂篮前可使用该数据进行验算;如岳宜高速跨堤岸连续梁桥设计图纸给出了每一节段梁体重量(节段主要参数表,包括:节段名称、节段长度、节段体积、节段重量等,施工时作为验算挂篮的主要参数);跨清江主桥主跨及边跨,箱梁横断面参数表中没有给出主跨及边跨每一节段重量,设计说明:悬臂浇筑节段最大重量为73.2T,计算模型中挂篮等施工荷载按60T计算,施工中挂篮、模板等施工荷载应严格限制在设计荷载内(挂篮和模板重量控制在50T以内)并严格控制挂篮变形,合理设计挂篮前后支点和吊带构造以减小其弹性变形,施工时若挂篮等荷载超过计算所采用的值时,建议验算结构安全性。
主桥预应力筋施工顺序:纵向预应力筋、竖向预应力筋、横向预应力筋,横、竖向预应力筋可滞后2个梁段,注意竖向预应力筋作为挂篮的后锚点时挂篮产生的拉应力应小于500kN/根;具体施工顺序为:挂篮浇筑1号节段,砼强度90%后张拉纵向预应力钢束,挂篮前移,浇筑2号节段砼,张拉1号节段竖向预应力筋,张拉1号节段横向预应力钢束,砼强度90%后张拉2号节段纵向预应力钢束,挂篮前移,浇筑3号节段砼,二次张拉1号节段竖向预应力筋,依此循环直到合拢段施工完成。
竖向预应力筋施工中在主跨合拢后应进行二次张拉,张拉完成后将露出梁顶面部分切割掉(不得用电弧高温烧掉),再将因避让预应力筋而弯折的梁段主筋掰回,清除张拉槽内的杂物再浇筑混凝土。
主梁0号块采用在承台上搭设支架现浇。
现浇之前,必须对支架进行120%荷载预压(边跨支架现浇段其支架荷载预压采用相同的方法预压),以消除支架非弹性变形,防止主梁产生过大位移而开裂;0号块原则上应一次浇筑完成,施工时应注意保温,控制箱梁内外及混凝土内外温差,防止出现温度和干缩裂缝。
3.3.1 挂篮模板的结构形式、几何尺寸,应能适应梁段长度及高度、腹(隔)板厚度等变化和已浇筑梁段紧密搭接要求。
岳宜高速清江特大桥连续梁或连续刚构桥梁采用预应力砼变截面箱梁形式,箱梁为分离的单箱单室截面,顶宽12.75m,底宽6.8m,两侧翼缘宽2.7m,每幅桥面为单向2%的横坡,底板采用变厚度布置,底板上缘曲线按1.8次抛物线变化;箱梁梁高、底板厚自根部至跨中按1.8次抛物线变化,其中,梁高抛物线方程式为Y=0.0033644x1.8+2.7,梁底板顶面抛物线方程式为Y=0.0026242x1.8+2.38,x表示相对变化起点的距离,Y表示相对变化起点高度。