现浇连续箱梁施工技术.ppt

悬浇预应力施工技术 悬臂浇筑法施工从20世纪60年代由前西德首先使用以来 发展至今 已成为修建大中跨径桥梁的一种有效施工手段 日本预应力混凝土工业协会指出 1972年后建造的跨经大于100m以上的桥梁近200座 其中悬臂法施工的桥梁占87 以上 挂篮作为悬臂灌注施工的主要设备已有多种类型 有些国家如日本 法国等已有定型的系列化产品 我国从80年代开始使用这种技术以来 也已取得了巨大的成就 以下分八个方面 讲解悬臂现浇预应力箱梁的施工工艺和施工要点 一 悬臂现浇预应力箱梁的结构型式二 必要的临时固定三 挂篮桁架的装置与稳定要求四 预拱度的设置和悬臂浇筑五 连续梁的预应力施工六 连续梁的合拢与桥垮结构的体系转换七 施工过程中的监控八 施工难点和施工监理注意事项一 悬臂现浇预应力箱梁的结构设计型式 一般的悬臂现浇预应力箱梁大多设计为三垮预应力混凝土变截面直腹板连续箱梁 分为二个边垮 一个主垮 跨径设计根据河道的宽度和地形定 预应力设计是根据连续梁的受力特征布置 施工过程中在合拢前首先是双悬臂梁 顶部受拉 因此应先张拉顶板钢束 边垮是悬臂梁 也是先拉顶板钢束 悬浇预应力箱梁一般为三向预应力 纵向预应力在顶板分段布置 横向预应力起防止桥面板出现纵向裂缝 可降低箱梁顶板厚度加大翼板悬臂 竖向预应力一般用精扎螺纹钢可增强斜截面抗剪能力 防止腹板出现纵向裂缝 总体来说三向预应力能够有效提高混凝土的抗压能力 抑制可能出现各种颓微裂缝 对提高梁体的强度 现 现浇 悬悬浇 悬浇 主跨 边跨 和刚度均有重要意义 有些变截面箱梁不设计竖向预应力 只设计成二向预应筋 纵向预应力弯曲起伏 二 0 块的施工和必要的临时固定悬臂浇筑时0 块 墩顶梁段 均在墩顶托架上现场浇筑 并在施工过程中临时锚固 使0 块能承受桥墩两侧悬臂施工时产生的不平衡力矩 灌注0 段相当于给挂篮提供一个安装场地 为了拼装挂篮或吊机 需在墩柱两侧 采用支撑托架浇筑一定长度的梁段 有时0 段设计较短 墩顶 跨中 跨中 时常将1 段也先现浇 其施工托架将根据墩身高度 承台型式和地形情况 分别支承在墩身 承台或经过加固在地面上 施工托架有扇形 门式等 托架可采用万能杆件 贝雷钢梁 钢筋混凝土 钢管立柱等构件拼接 托架的长度视拼装挂篮 吊机 的需要和拟浇节段的长度而定 横桥面的宽度一般应比箱梁翼板宽出1 0 1 5m 以便设置箱梁边肋的外侧模板 框架顶面应与箱梁底面纵向线型的变化一致 为了搭设托架 有时需在承台施工时就预埋支架牛腿剪力销 如墩身较高 可在墩中设置预埋支撑支架 岸向 门式 扇形 木楔 工字钢垫梁 托架 混凝土垫块 河向 硬木垫块 应设置临时梁墩锚固 临时固结措施或支撑措施 有下列几种形式 1 将O 块梁段与桥墩预埋的钢筋或预应力筋临时固结 待需要解除固结时切断 2 当桥不高 水不深且易于搭设临时支架时 采用支架式固结措施 3 利用临时支柱和预应力筋来锚固上下部结构 4 在桥高水深的情况下 也可采用围建在墩身上部的三角支架作为梁段的临时支撑 并可用沙筒 硫磺水泥沙浆 临时立柱 预应力筋 块或混凝土块作为悬臂施工完毕后转换体系时临时支撑的卸落设备 当采用硫磺水泥沙浆块时要采用高温熔化拆除支承时 必需在支承块之间设置隔热措施 以免损坏支座部件 在编制施工设计 或施工大纲 时 应对临时固定的方法进行详细分别计算 临时固结结构强度计算需考虑一个节段的不平衡力矩 并验算其稳定性 稳定系数不宜小于1 5 O 块梁段浇筑前必须预压 并布置观察点 计算出弹性和非弹性变形 確定底模标高 三 挂篮桁架的装置与稳定要求1 挂篮桁架的设计 挂篮是实施悬臂浇筑施工的主要设备 它是一个能够沿规道行走的活动脚手架 并悬掛在已经完成悬浇施工的悬臂梁段上 用以进行下一梁段施工 如此循环直至梁段浇筑完成 由于梁段的模板安装 钢筋绑扎 管道安装 混凝土浇筑 预加应力及管道压浆等均在其上进行交叉高空作业 且为梁段的承重结构 所以 挂篮设置除应保证强度完全可靠外 还应满足自重轻变形小 行走方便 锚固装拆容易以及各项施工作业的操作要求 并注意安全防护设施 防止物件坠落的隔离措施 四周设置护栏 全封闭 上下层应有专用扶梯以便操作 人员上下挂篮 还要作好航道安全 加强水上管理 施工现场及航道上下游应树立显明标志 挂篮的支承平台除要有足够的强度外 还应有足够的平面尺寸 以满足梁段的现场作业需要 挂篮的设计要求 按照桥梁规范 挂篮质量与梁段混凝土的质量比值应控制在0 3 0 5之间 特殊情况下也不应超过0 7主要设计参数如下 挂篮总量控制在设计限重之内 允许最大变形 包括吊带变形的总和 20mm 施工时 行走时的抗倾覆安全系数 2 自锚固系统的安全系数 2 斜拉水平限位系统 安全系数2 上水平限位安全系数 2 在设计时必须保证有足够的稳定度 刚度和强度安全系数 应验算空载行走状态下的平衡稳定 浇筑砼的倾覆稳定 灌注混凝土时 后锚及纵梁后端已 锚固在已成梁段上 挂篮的计算荷载应包括梁段重 机具设备 施工人员等全部重量 依次确定锚杆及挂篮各杆件内力 挂篮变形主要计算挂篮在最大荷载下挂篮前端的挠度值 包括弹性与非弹性变形 为悬臂施工时挂篮前端的预留下沉量提供依据 主桁杆件的稳定分析 分别计算出平面内和平面外的压杆整体稳定和局部稳定 若各压杆能满足稳定性要求 则桁架整体稳定也能满足 2 挂篮的结构与形式 一般挂篮由主桁架 悬吊系统锚固系统与平衡重 行走系统以及工作平台 底模等所组成 悬臂浇筑混凝土用的挂篮桁架在已完成的梁段行走时应于后端压重稳定 浇筑混凝土时 后端应锚固在已完成的 梁段上 有时施工通过尾部埋在梁肋内的竖向预应力筋来实现 有的是应用锚固螺栓固定桁架尾端以策安全 施工中应经常检查和旋紧锚固螺栓 防止松动 螺帽最好用双螺帽 主桁架是挂篮的主要受力结构 一般系有若干桁片构成两组 可用贝雷钢架 万能杆件或大型型钢等拼成 悬吊系统其作用是将底模架 张拉平台的自重及其上的荷载传递到主桁架 通常以钻有销孔的纲带或两段有螺纹的圆钢组成 张拉平台的悬吊系统可用钢吊带 钢丝绳 链条等组成 行走系统使挂篮整体纵移 可采用滾移式 滑移式等方式 其动力可用电动铰车牵引移位 张拉工作平台设在挂篮的 主桁架前端 用于张拉纵向预应力钢束 管道压浆等操作时的脚手平台 底模架供立模 钢筋绑扎 混凝土的浇筑和养护等工作使用 挂篮的形式有菱形挂篮 三角挂篮及斜拉式挂篮 目前挂篮设备应用已很普遍 朝着系列化 规格化 工厂化方向发展 滑道 底模平台 后吊杆 主梁 立柱 斜拉带 平衡重 内模架 主梁 3 挂篮的载重试验挂篮运至工地后应在岸边试拼 以发现由于制作不精确及运输中发现变形造成的问题 保证正式安装时的顺利及工程进度 挂篮组拼后 应全面检查安装质量 并作载重试验 预压加载最大值为最大浇筑块体重量的1 2倍 即超载预压 加载和卸载要分级进行 以测定各部件变形量 并设法消除其永久变形 以此控制各段箱梁的预拱度 对挂篮底模前吊点 主桁架前支点 主桁后锚点 主桁前吊点等关键点位进行变形观察 其中挂篮底模前吊点在横桥向应同时设置5个观测点位 图5 5某贝雷桁架挂篮的悬浇施工现场 图5 7采用三角挂篮施工的桥梁 图5 9采用菱形挂篮施工的桥梁 其他形式的挂篮 采用三角形混合式挂篮施工的桥梁 挂篮变形相对稳定的标准 1 每级荷载加载后 每隔0 5小时测读一次关键点位的变形 当每隔1小时的沉降不超过1mm 并且连续出现两次时则认为该级荷载下挂篮变形稳定 可进行下一级加载 直至加至最大荷载 2 卸载与观察 加载达到终止加载条件时 停止加载 并开始卸载 卸载每级卸载量与加载时相同 每级卸载后 每隔0 5小时测读一次关键点位的变形 当每隔1小时的变形不超过1mm 并且连续出现两次时 则认为该级卸载挂篮变形稳定 可进行下一级卸载 直至卸载结束 全部卸载结束后 隔3 4小时再测度一次 每次数据测读时应记录加载量级 变形值 测试日期与时间 天气温度 天气情况等 将挂篮预压试验数据整理出挂篮的荷载变形曲线 并且拟合得到 各梁段施工时挂篮竖向变形值 若不注意挂篮行走和混凝土浇筑过程中的安全 则会发生意外甚至人员伤亡 2007年5月8日上午 广州番禺区珠江黄埔大桥东二环工程 发生一起高空挂篮坠落伤亡事故 位于51号桥墩处的高空挂篮突然脱落 4名正在作业的工人从60米高空堕入江中 其中3人死亡 四 预拱度的设置和悬臂浇筑梁段混凝土的悬臂灌筑一般用泵送 塌落度一般控制在14cm 18cm 并应随强度变化及运输和浇筑速度作适当调整 主要注意事项有以下几点 1 箱梁各节段混凝土在灌筑前 必须严格检查挂篮中线 挂篮底模标高 纵 横 竖三向预应力束管道 钢筋 锚头 及其它预埋件位置 认真校对无误后可浇筑混凝土 箱梁各节段立模标高 设计标高 预拱度 挂篮满载后自身变形 后灌筑的梁段应在已施工梁段有关实测记录结果的基础上做适当调整 逐渐消除误差 保证结构线型匀顺 2 各节段预应力束管道在浇筑混凝土前 宜在波纹管内打入硬塑料管作衬填 以防管道被压瘪 管道的定位 钢筋应用短钢筋作成井字型 并与箱梁钢筋网架妥为固定 定位钢筋网架间距应保持在0 5 0 8m左右 以防混凝土振捣过程中波纹管上浮 引起预应力张拉时沿管道法向的分力 轻则产生梁体的内力不合理 重则产生混凝土崩裂酿成严重事故 对于竖向预应力管道 要注意进浆管埋设 不要浇到梁内或漏浆造成管道堵塞 放置预应力管道时要注意和前一节段的管道联结节点严密 线型和顺 箱梁混凝土灌筑完毕后立即用通孔器检查管道 处理万一漏浆等情况出现的堵管现象 3 组装模板并校正中线 外模及框架的长度和高度应能适应各节段的变化 内模由侧模 顶模和内框架组成 应便于拆模和修改 模板安装后应严格测定位置 校对标高 注意预留拱度 校正 中线 模板与前一段的混凝土面应平整密贴 4 钢筋制作要符合桥规和图纸设计要求 底板上下两层钢筋网应形成一个整体 二个节段之间钢筋连接要预留够焊接长度 顶板底层横向钢筋最好采用通长筋 钢筋与管道相碰时只能移动 不得切断钢筋 5 桥墩两侧梁端悬臂施工进度应对称平衡 浇筑混凝土时必须从悬臂端开始 两个悬臂端应对称 均衡浇筑 6 可视箱梁截面高度情况采用一次或二次浇筑 采用一次浇筑时 可在顶板中部留一洞口以供浇筑底板混凝土 待浇好底板后立即补焊钢筋封洞 并同时浇筑肋板混凝土 最后浇顶板混凝土一次完成 浇筑肋板时 两侧肋板应同时分层进行 浇筑顶板及翼板混凝土时 应从外侧向内侧一次完成以防发生裂纹 混凝土浇筑宜从挂篮前端开始 以使挂篮的微小变形大部分实现 从而避免新旧混凝土之间产生裂隙 当箱梁截面较大节段混凝土数量较多 每一个节段可分二次浇筑 先浇筑底板到肋板的倒角以上 再浇肋板上段和顶部 其接缝按施工缝要求处理 凿毛 清理 7 前一节段的端面必须凿去水泥砂浆和软弱层 用水冲洗干净 再浇下一节段 8 混凝土标号一般为C50 要求做好试配 作好初凝和终凝 以及塌落度损失试验 留好自然 养护 同条件养护试块 待混凝土达到要求的强度后方可进行预应力筋的张拉 混凝土应尽量采用早强措施 使混凝土的强度尽早达到预施应力的强度要求 缩短施工工期 加快施工进度 9 冬季施工必须按冬季施工规定执行 最好在梁段混凝土的悬臂浇筑一般用泵送 坍落度一般控制在14 18cm 并应随温度变化及运输和浇筑速度做适当调整 其主要注意事项如下 10 箱梁各节段混凝土在浇筑前 必须严格检查挂篮中线 挂篮底模标高 纵 横 竖三项预应力管道 钢筋 锚头 人行道及其他预埋件位置 认真核对后方可浇筑混凝土 其标高中线的误差标准的制定 应较现行规范混凝土梁的浇筑尺寸允许误差扣除模板变形等影响的数字为小 冬季施工前合拢 11 对于边垮 现浇箱梁的浇筑 由于在陆地上 可用满堂支架搭设 但必须在底板安装后进行超载或等载预压以消除非弹性变形 计算弹性变形 确定预拱度 12 砼浇筑必须配备备用设备 防止因设备故障引起砼供应中断 13 应注意箱梁底板厚度 肋板厚度控制 腹板几何尺寸对保证梁板截面惯矩和抗扭强度极为重要 要防止芯模爬升 必须设置反压装置 防止芯模在浇筑过程中横向偏移 14 注意防止裂缝 作好收面和养护工作 防止出现温度裂缝 夏季要避开高温施工 避免出现冷缝 五 连续梁的预应力施工1 张拉预应力钢材应采取张拉力与伸长值双控制 预应力钢材的最大张拉力不得超过设计规定 施工前应先对梁体的砼强度测定 达到设计要求方可张拉 锚具要经过检测 千斤顶和压力表按规定的期限和使用次数要进行配套校验 得出张拉力与油表读数的关系曲线 并作相关的钢绞线力学试验 实测其弹性模量 理论伸长量要根据实测的弹性模量进行换算 锚具和千斤顶必须配套使用 并计算出每束的理论伸长量 计算理论伸长量时必须考虑管道摩阻和曲线的影响 最好能实测锚口和管道的摩阻损失 确定K值和 值 K 还和施工水平有关 在施工中加以调整 K值从0 0015 0 0025 值从0 2 0 35 4 各节段预应力管道在浇筑混凝土前 宜在波纹管内插入硬塑料管做衬填 以防管道被压瘪 管道的定位钢筋应用短钢筋作成井字型 并与箱梁钢筋网架妥为固定 定位钢筋网架间距应保持在0 5 0 8m左右 以防混凝土振捣过程中波纹管上浮 2 同一截面中各预应力钢材的张拉顺序及张拉力应按设计规定分批张拉 并作好记录 若达不到规范要求的 6 必须查找原因方可张拉 若出现滑丝 断丝等现象应查明原因 予以排除或纠正后方可继续张拉 3 根据不同预应力材料及张拉控制力的要求 选择不同张拉机具 一般横向预应力要采用YCW30型千斤顶单根单端张拉 竖向预应力筋采用YC 60型栓拉杆千斤顶单端张拉 4 同一截面中各预应力钢材的张拉顺序及张拉力应按设计规定分批张拉并作好记录 如无设计规定一般上下左右对称张拉 先长束后短束 每块体纵向束拉完后及时进行竖向束和横向束张拉 5 对于竖向精轧螺纹钢 每次张拉完毕后认真测出回缩量 如果回缩量偏大 还要重新张拉再次将螺母打紧 直到满足控制应力 满足伸长量要求为止 6 对于长束必须在曲线顶部没排气孔 防止堵管 保证压浆饱满 7 张拉完毕后及时压浆最多不超过14天 水泥浆严格按配合比制作 减水剂和膨胀剂预先称重包好 并作好压浆时的水泥浆试块 8 压浆的孔道在压浆前用压力水冲洗通畅 并将水压出 进浆口必须装有可靠阀门 关闭出浆口后应保持不小于0 5Mpa的稳压期且不小于2min 确保孔道浆液饱满 9 预应力钢材的切断必须使用切割机 禁止使用电弧或氧炔焰切割 禁止其它工种将预应力钢材通电或任意用电弧切割 10 锚具垫板安装必须与钢束轴线垂直 垫板中心与管道中心一致 11 张拉程序按0初应力 con 持荷2min锚具 六 连续梁的合拢与桥垮结构的体系转换在合龙段施工过程中 由于昼夜温差影响 现浇混凝土的早期收缩 水化热影响 已完成梁段混凝土的收缩徐变影响 结构体系转换及施工荷载等因素影响 必须采取一定的措施 以保证合拢段的质量 合拢段的临时锁定支撑 锁定力应大于释放任何一侧各墩的全部活动支座的摩擦力 连续梁合拢段长度一般以2m左右为宜 合拢前应调整两端中线标高 将合拢跨一侧墩的临时锚固改换成活动支座 合拢宜在一天中最低气温时完成 并用草袋等覆盖 并加强接头混凝土养护 为保证合拢段施工时混凝土始终处于稳定状态 必要时浇筑之前可在各悬臂端加与混凝土重量相等的配重 式称压重 加卸载应对称梁轴线进行 连续梁桥采用悬臂施工法在体系转换时 为保证施工阶段的稳定 一般边跨先合拢 释放梁墩锚固结构 由双悬臂状态变成单悬臂状态 最后跨 中合拢成连续梁受力状态 在这个体系转换过程中 施工应注意以下几点 1 结构由双悬臂状态转成单悬臂受力状态时 梁体某些部位的弯距方向发生转换 所以在拆除梁墩锚固前 应按设计要求 张拉一部分或全部布置在梁体下部的正弯距预应力束 2 梁墩临时锚固的放松 应均衡对称进行 确保逐渐均匀地释放 在放松前应测量各梁段高程 在放松过程中 注意各梁段的高程变化 如有异常情况应立即停止作业 找出原因以确保施工安全 3 用悬臂法施工的连续梁的梁跨体系转换工作 应在合拢纵向连续预应力钢材张拉 压浆完成及临时固结解除后进行 4 在结构体系转换中 临时固结解除后 将梁落在正式支座上 并按标高调整支座高度及应力 支座应力的调整以标高控制为主 应力作为校核 5 合龙段施工要点a 合龙段长度选择 合龙段长度再满足施工操作要求的前提下 应尽量缩短 一般采用1 5m 2 0m b 合龙温度选择 测试分析气温与梁温的相互关系 以确定合龙时间并为选择合龙段锁定方式提供依据 一般宜在低温合龙 遇夏季应在晚上合龙 并用草袋等覆盖 并加强接头混凝土养护 使混凝土早期结硬过程中处于升温受压状态 c 合龙段混凝土选择 合龙段混凝土要求早强 最好采用微膨胀混凝土 并需作特殊配比设计 浇筑时应认真振捣和养生 d 合龙段的锁定 应迅速 对称的进行 先将外刚性支撑的一端与梁端部预埋件焊接 或栓接 再将内刚性支撑顶紧并焊连 尔后迅速将外刚性支撑另一端与梁连接 临时预应力束也应随之快速张拉 这种锁定措施是在箱梁顶 底板的底面预埋钢板 将外刚性支撑焊接 或栓接 在其上 并在箱梁顶 底板中沿纵向设置内刚性支撑支顶共同锁定合龙段 因内刚性支撑仅能抗压且吸收部分预应力 且用钢量较多 故已不多采用 e 为保证合龙段施工时混凝土始终处于稳定状态 必要时浇筑之前可在各悬臂端加与混凝土重量相等的配重 或称压重 加 卸载应对称梁轴线进行 f 为防止合龙段混凝土出现裂缝 合龙段预应力筋张拉应在其强度 龄期 弹性模量达到设计要求后 及时张拉 采取边解除锁定边张拉的办法 张拉完即压浆 七 施工过程中的监控施工控制是施工技术的重要组成部分 并始终贯穿于桥梁施工中 设计图纸要求是施工的目标 在为实现设计目标而必须经历的施工过程中 将受到许许多多确定和不确定因素 误差 的影响 对施工状态进行实时识别 监测 调整 纠偏 预测 便于施工系统处于控制之中 对设计目标安全 顺利实现是至关重要的 在悬臂浇筑施工中 通过理论计算可得到各施工阶段的理论主梁标高值 但施工中存在许多 误差 这些误差将不同程度地对成桥目标地实现产生干扰 并可能导致桥梁合拢困难 成桥线形及内力与设计要求不符合等问题 为确保桥梁施工安全 桥线形与内力状态符合要求 在施工中必须实施有效的施工控制 施工控制的目的是确保结构的安全和稳定使成桥后的轴线和桥面线形达到设计要求 并使结构内力分布与设计理想的内力状态基本吻合 监控的基本内容是按照设计图纸的要求 严格控制每一施工阶段箱梁的竖向饶度及其横向偏移 若有偏差并且偏差超出允许误差范围时就必须立即进行误差分析 并确定调整方法和调整值 为下一阶段更为精确的施工作好准备工作 对于箱梁每一个当前悬臂施工节段 施工单位应对以下4个 情况的高程控制测量 测量标高测点处桥面标高及对应的底模标高 混凝土浇筑前 浇筑箱梁混凝土后 纵向预应力钢束张拉前 纵向预应力钢束张拉后 挂篮移走就位后为了控制施工线形 对当前施工梁段平面中线坐标进行测量 合拢段是施工重点 施工悬臂的合拢精度为 箱梁平面中线位置误差不大于10mm 悬臂端高程差不大于15mm 合拢段施工的高程观测按以下5个工况实测浇筑混凝土前浇筑混凝土后 张拉部分纵向预应力钢束 拆除临时支撑后 张拉完所有预应力钢束后作好记录表格 高程数据统计表 立模标高表 建立箱梁施工测量网 为预应力混凝土箱梁悬浇施工服务的测量控制网应一次建立在各墩承台上 而后再根据施工进度安排将承台上的控制点转移到各主墩顶的梁段上 左右幅共计施工控制水准点12个 所有基准点其使用期为箱梁整个悬浇浇筑施工期 应对所有基准点和测量加以保护 不得损坏和覆盖 八 施工要点和施工监理注意事项1 监理需认真审核施工单位施工方案 审批支架和挂篮设计计算 2 施工单位必须建立质保体系 每一道关键工序配备相应技术员和质检员 向有关的监理工程师报验