预制梁场施工技术方案综述(文章)2006年9月原文[1].doc

武汉天兴洲大桥北岸引桥预制梁场施工技术方案综述摘要：本文介绍了武汉天兴洲长江大桥北岸引桥客运专线双线箱梁预制梁场的场址选择、梁场布置及生产能力分析、台座设计与施工。关键词：客运专线 预制梁场 台座设计及施工 1.工程概况武汉天兴洲长江大桥北岸引桥是武广客运专线的重要组成部分，南接天兴洲长江大桥主桥，北连待建的京武客运专线，处于规划中的京广客运专线大动脉中段。天兴洲长江大桥北岸引桥起点里程DK1178+537.18终点里程DK1180+302.48，全部位于直线上，设计为时速350km的双线有碴轨道铁路，线间距5m。北岸引桥从北往南（前进方向）跨径组合为：1-（32+48+32）m 双线连续箱梁 +2-32m双线简支箱梁+2-24m双线简支箱梁 +24-32m双线简支箱梁+3-32m双线道岔箱梁+5-32.7m双线异形连续箱梁 +15-32m双线简支箱梁,全长 1765.1m 。桥梁位于长江北岸一、二级台地，地势平坦，多为河渠和水塘。全桥除3联现浇连续梁外，预制箱梁共43片，其中32m梁41片，24m梁2片。2.梁场选址2.1 梁场选址原则2.1.1 临时工程量尽可能小。梁场应尽量选在地质条件较好的地点，减少土石方工程量和基础加固工程量，降低工程费用。2.1.2 在满足总工期的前提下，尽量缩小梁场规模，减少临时用地，降低征地拆迁费用。2.1.3 交通方便。2.1.4服从总体实施性施工组织设计。2.1.5少占农田和耕地，尽量利用永久征地，保护和改善生态环境，减少污染。2.1.6充分考虑大型运架设备的作业条件，合理设计架梁方案，注意架梁顺序，尽量避免反向架梁。2.1.7 综合考虑防洪排涝，确保雨季施工安全等。2.2 梁场位置的确定北岸引桥位于武汉市江岸区谌家矶街平安铺村及新建村交界处。地势平坦、交通方便。经现场勘察，初步选择了三个可作为箱梁预制的施工场地，分别为1号场地、2号场地、3号场地。如2-1图所示：1号2号3号 2-1 北岸引桥平面布置图1号场地位于长江大桥北岸引桥3号墩10号墩之间，中心里程DK1178+650.78DK1178+863.68。交通方便，两端地势平坦，但中部6号墩8号墩位于鱼塘内。墩身高度在18.5m22.5m之间。1号场地位于桥梁的北端，架桥机可从北向南依次顺序架梁，运梁和架梁作业比较方便。不足之处是中部有鱼塘，但范围不大，蓄水不深，征地相对容易，征地费用较低。2号场地位于长江大桥北岸引桥19号墩28号墩之间。地势平坦、地表为菜地、黏土。地址条件较好，但墩身高度较高，在22m23m之间，提梁高度较高。2号场地位于北岸引桥中部，架梁时架桥机须中途转头，架梁作业困难。此处为蔬菜基地，征地难度较大，实施比较困难，也不利于保护农田。3号场地位于长江大桥北岸引桥33号墩41号墩之间。地势平坦，墩身高度较低，在16m18.5m之间,优点是提梁高度较低,但对临线滠口左线3号桥施工影响较大，如果在此位置设置梁场，滠口左线3号桥的6号墩12号墩只有在北岸引桥架梁竣工后才能施工，严重地制约了总工期。3号场地位于北岸引桥中部，也存在架桥机中途转头，不利于施工。此处为蔬菜基地，征地难度较大，征地费用较高。综上分析：2、3号方案存在着架桥机中途转头、征地费用高、影响其它桥梁施工等问题，实施比较困难。1号方案虽存在部分鱼塘，但回填土方不是很大，又有较丰富的土源，实施相对容易。故确定1号预制梁场方案。3梁场规划布置3.1梁场布置原则3.1.1 梁场生产能力要与施工总工期相匹配，满足需要的生产能力下，尽可能提高工艺水平，缩小规模，减少投资。3.1.2 梁场布置要紧凑合理，规模适度，总体规划不仅要考虑生产工艺，还要兼顾运架梁设备的安装和拆除。3.1.3 根据制梁数量、施工工艺、工期要求，合理设置制梁台座、存梁台位及相关配套设施数量。合理布置生产区、存梁区、材料存放区、生活区。3.1.4 梁场布置要使场内交通、供水、供电、防火、防洪排涝、环保尽量合理。根据以上原则，梁场规划布置有制梁区、存梁区、钢筋绑扎、模板存放、混凝土搅拌等生产区、试验室等办公区及生活区等组成。占地面积约为25000平方米。3.2 梁场布置 梁场布置充分考虑了箱梁预制生产工作空间、考虑了箱梁移运、运架设备进场、组装机吊运、车辆交通、钢筋下料及绑扎、混凝土生产、模板存放、箱梁试验、人员办公及住宿以及排水等因素。合理布局，统筹安排，标高统一控制，确保生产和生活的便利性。预制梁场平面布置示意图（3-1）、立面布置图（3-2）和效果图（3-3）如下：3-1预制梁场平面布置示意图3-2预制梁场立面布置示意图3-3 预制梁场整体布置效果图3.2.1 制梁场设在北岸引桥3号墩10号墩长江上游一侧，沿桥梁纵向布置。生产区主要设施有制梁、存梁台位，移梁滑道，龙门吊，钢筋绑扎胎具，内模拼装台位，配电房，供水及排水管道，混凝土搅拌站，工地试验室等。设置2个制梁台位，3个存梁台位，即“23”方式。其中一个存梁台位前期用来做静载试验台位，一个制梁及存梁台位为32m与24m梁共用台位。制梁台位与存梁台位之间设置横向移梁滑道，箱梁由专用横移台车顶升平移。3.2.2 两个制梁台位共用一套内、外钢模板、一套端模板、两套底模板，共用一个底、腹板钢筋绑扎胎位、一个顶板钢筋绑扎台位和一个内模拼装台位，要求加快桥梁生产台座周转，保证产品质量，降低工程造价。3.2.3 配置2座混凝土搅拌站（1座90m3/h，1座120m3/h），4辆混凝土罐车（120拌和站不需罐车，直接采用泵送），2台布料机，修建10KV配电房，给水所等。3.3箱梁预制施工及生产能力分析3.3.1 箱梁预制施工工艺流程（1）箱梁底模在制梁台位上组拼固定，接缝处焊接后打磨平顺，按设计要求预留反拱。（2）外模拼装成整体结构，卷扬机牵引就位，用螺纹千斤顶调整外模标高，用螺栓与底模及制梁台位连接牢固。（3）箱梁底、腹板钢筋在专用胎具上绑扎成型，全液压内模在拼装场地组装成整体结构，用龙门吊及专用吊架把整体内模吊入底、腹板钢筋内。（4）绑扎箱梁顶板钢筋，并与腹板钢筋绑扎固定后，用龙门吊及吊装胎具将整体钢筋及内模吊入外侧模内。（5）混凝土浇筑施工。C50高性能混凝土由混凝土拌和站集中生产，混凝土罐车运输，液压布料杆及混凝土泵输送入模。（6）箱梁混凝土浇注结束后进行养护。（7）施加预应力，对梁体进行预张拉和初张拉。（8）初张拉完毕后，在活动底模处放入移梁台车，移梁台车把箱梁从制梁台座横移至存梁台座。（9）进行终张拉。终张拉结束后，及时进行管道真空压浆，浆体强度达到设计要求后方可进行吊梁、运梁、架梁施工。3.3.2预制梁场生产能力分析北岸引桥制梁场仅承担43孔简支箱梁的预制任务，制梁、存梁台位及相关设备配置相对较少，但可保证每月预制6孔箱梁的施工任务，以满足北岸引桥工期要求。制梁场生产能力分析如下：（1）预制箱梁占用制梁台座、模板的时间 外模脱模、纵移、就位，模型涂油：6小时； 吊装整体钢筋骨架及内模、质量检验：6小时； 安装堵头模板及整理钢筋骨架：6小时； 浇注混凝土（含施工准备及遮盖养生准备等）：12小时； 等强、养生、拆内模（强度要求60）、预张拉：36小时； 等强：18小时； 初张拉（强度要求80）：12小时； 拆外模：6小时； 移梁：6小时；3-4 预制梁施工网络图（单循环）以上分析可知：占用外模时间102小时（4.25天）；占用制梁台位时间108小时（4.5天）；考虑工序之间的衔接及各种不利因素，每孔箱梁占用外模及制梁台座时间按5天计。根据施工网路图（图3-4）可知，外模是制约施工进度的主要因素，根据现有配置，每月可以预制6孔箱梁。 (2)混凝土搅拌、输送设备生产能力 预制箱梁的混凝土由二座混凝土搅拌站供应（1座90m3/h ，1座120m3/h）。根据高性能混凝土施工工艺要求，混凝土搅拌时间宜控制在23min。根据我部混凝土搅拌情况，90站每小时可生产3040m3，120站可生产4550 m3，则2座搅拌站6小时供应量为450540 m3，满足箱梁在6小时内灌注完毕的设计要求。4.台座与基础设计为了保证箱梁预制、运输、吊装、架设时梁体的各项受力良好，基础结构不产生裂纹，设计要求基础的相对沉降小于2mm。为此，须对制梁、存梁台位、龙门吊走行轨道、横移滑道基础等进行加固处理。根据地质资料、基础受力特点及现场施工机具情况，存梁台位、移梁滑道、龙门吊走行轨道基础、制梁台位两端承台采用钻孔桩基础，制梁台位跨中部位采用改良土处理扩大基础。4.1 载荷分析4.1.1 主要施工荷载（1）预制箱梁自重900t；（2）龙门吊自重366t，最大轮压38t；（3）施工临时荷载按0.1t/m2；（4）钢筋及波纹管约为65t；（5）钢绞线重量约为11t；（5）内模重量为65t，底模板35t，侧模板85t；（6）试验梁结构及加固结构200t；4.1.2几种主要工况荷载的组成分析（1）工况一：箱梁浇筑到张拉前，箱梁荷载处于均布荷载状态，标准断面的均布荷载为24.25t/m，加厚断面36.78t/m。（2）工况二：箱梁张拉过程中和张拉后，箱梁处于简支状态，此时模型已经拆除，荷载基本为箱梁自重。 （3）工况三：在箱梁吊装过程中，龙门吊底下基础不但要承担箱梁重量，而且还应包括龙门吊自重和吊装偏心的影响。（5）工况四：箱梁试验时台座荷载要考虑梁体自重及试验结构荷载（200t）等,共计1100t左右。4.2桩基础及承台冠梁设计桩基础的设计首先充分掌握了设计原始资料，包括建筑物类型、荷载、工程地质勘察资料、材料来源及施工技术设备等情况，并尽量了解了当地使用桩基的经验以供设计参考。4.2.1预制梁场范围内的工程地质特征委托铁四院对预制梁场进行了勘探工作。查明了场地的地形地貌、地层岩性、地质构造、工程地质及水文地质条件，为预制梁场设计及方案的确定提供准确的地质资料。根据地质勘察报告，进行钻孔桩设计。梁场范围基本地层岩性及物理力学特征如下：桥址区的地层上部为第四系覆盖层，下伏基岩为白垩第三系东湖群（K-E）砂岩。各岩土层分布情况、特征自上而下分述如下：种植土(Qml)或人工填土：灰褐色，结构松散。层厚0.33.5m。黏土（Q4al）：褐黄、青灰、灰褐色，软塑，层厚4.210.2 m。其基本承载力=120150kpa。淤泥质黏土（Q4al）：青灰色，流塑，层厚2.412.13m。其基本承载力=60kpa。黏土（Q4al）：黏土：褐黄、浅灰、灰绿色，硬塑状态，层厚6.025.55m。其基本承载力=150180kpa。圆砾土（Q4al）：其基本承载力=300kpa。全风化砂岩（K-E）：其基本承载力=250kpa。4.2.2 确定桩的类型、桩径，确定承台及冠梁尺寸（1）根据现场实际和现有施工条件，选用钻孔灌注桩（摩擦桩），桩径均为1.0m，桩长根据承载力大小确定。（2）制梁台位的梁端处采用双排桩基，设置6根桩，用来承担箱梁张拉后梁体一半荷载，3根桩用来承担梁体横移时产生的荷载，桩间距均为3米。横移梁用的滑道、大龙门吊基础采用单排钻孔桩基础，桩中心间距3米，最大轮压加载，冠梁计算结合轮压的作用位置，简化作为五孔连续梁进行计算。（3）制梁台位两端的承台结构尺寸为825cm460cm150cm，横移梁用的滑道、500t龙门吊基础的冠梁结构尺寸为200cm150cmL（冠梁长度）。4.2.3 桩基及承台设计计算（1）桩基计算及取值根据铁路桥涵和地基设计规范(TB10002.5-99)的规定进行列表计算：公式式中：为桩基础的容许承载力，为实际计算载荷设计桩长根据计算桩长加长取整的原则确定。根据不同的工况和地质情况，计算确定出预制梁场不同部位钻孔桩的桩长，预制梁场桩基础的计算结果汇总见下表：4-1 预制梁场桩基础设计桩长汇总表序号部位桩长（m）桩数备注1门吊基础20.0 65223.0 263制梁台座及滑道20.0 46415.0 14525.0 156存梁台座36.0 4729.0 6825.0 2936.0 2合计180 （2）桩基不均匀沉降计算及控制沉降设计及控制理论参照建筑桩基技术规范（JGJ 9494），采用等效作用分层总和法对各桩基在最不利工况下的沉降进行检算，要求单桩最终沉降量，相对沉降量。为了更加直接有效的控制重要结构物如制梁台座、存梁台座的沉降，施工中采取了1.2倍设计载荷的预压，通过预压消除塑性和非弹性变形，确保了预制梁体的良好受力性能。制梁台座和存梁台座在实际工程中的沉降 根据实际预压及箱梁预制的情况，制梁台座桩基范围最大沉降3mm，不均匀沉降1mm，中部扩大基础最大沉降4mm。存梁台座最大沉降2mm。 （3）承台（冠梁）设计移梁滑道及500t门吊基础冠梁设计计算。参照钢筋混凝土承台设计规程，对冠梁进行抗弯、抗冲切、承台斜截面受剪、圆柱墩下承台局部受压等主要项目进行检算，符合规范要求。4.3 扩大基础设计及控制制梁台位中部在预制箱梁时承受均布荷载，张拉预应力后制梁台座端部受集中力，跨中部分不受力。制梁台位中部均布荷载集度不大，故采用扩大基础，基底宽度按5.2m。箱梁荷载梁端加厚截面为36.78t/m，钢模板荷载8t/m，混凝土条形基础荷载为5.25t/m，混凝土扩大基础基底应力： =(36.78+8+10.15)/5.2=10.56t/m2=104kpa。 经换填1m厚三七灰土，并分层碾压密实，地基承载力可达180250kpa，可满足预制箱梁施工要求。5.制梁场分部工程施工简介5.1 制梁场土方施工与场地硬化5.1.1 土方施工 严格按照铁路正式路基的标准进行场地的土石方施工，分层碾压，按要求作压实度试验。对于6#墩8#墩之间的月亮湾鱼塘，先将塘水抽干，挖机挖运淤泥。充分晾晒后，将生石灰与塘底的软土强制搅拌、碾压封底，再进行土方填筑施工。 5-1 鱼塘挖淤处理 5-2 土方施工做压实度试验5.1.2 地面硬化梁场地面回填土达到设计标高，且制梁、存梁台位、移梁滑道、龙门吊轨道施工完毕后，清除场地内的杂物，平整、压实地坪，浇筑C25混凝土。一般地坪混凝土厚15cm，场内交通道路混凝土路面厚2025cm。满足重载车辆通行及和装卸大型设备。5.2 制梁、存梁台位、滑道、龙门吊基础工程5.2.1 制梁台位地基工程（1）制梁台位两端采用桩基础。（2）制梁台位垮中地基处理（见图：）。跨中标准断面采用地基处理及条形基础结合的处理方式，具体为1米厚的三七灰土基础，20cm的钢筋混凝土垫层，35条条形基础（50120cm）。首先根据设计标高开挖至基坑底标高，进行三七灰土拌制及碾压；然后再浇筑20cm混凝土垫层；再制作条形基础。基础处理完毕后，进行地基承载力及沉降预压试验，检验基础强度和刚度。5-3 制梁台座纵断面构造图5.2.2 32m、24m梁存梁台位基础工程存梁台座采用4根钻孔灌注桩结构形式（每端两根桩之间设有钢筋混凝土系梁，以增加存梁台座的强度和刚度），灌注桩顶放置板式橡胶支座，必须保证支座的平整，必要时可以通过垫薄钢板来调整平整度，满足设计要求。5.2.3 龙门吊走行轨道基础及横移滑道基础工程采用钻孔桩基础结构，设置条形冠梁，冠梁浇筑预埋钢轨固定钢板,采用双轨。小龙门吊基础采用扩大基础结构形式，铺设固定轨道，并采用单轨结构