120米跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法

2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 1 页 共 10 页 120120 米跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法米跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 1 1 前言 前言 余姚双溪口水库大桥为净跨径 120m 上承式悬链线箱形拱桥 该桥为集团公司同类桥的最大跨 径 其支架部分及主拱圈施工不仅难度大 而且存在着很大的施工安全风险 我公司结合以往施工经验 针对大跨上承式钢筋混凝土箱形拱桥技术进行了科技攻关 充分利 用该型拱桥结构特点制定科学合理的施工工艺 解决了施工技术难题 经总结形成本工法 以本工法为核心的 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工技术 获得集团公司优秀论文一 等奖 2 2 工法特点 工法特点 本桥主拱圈采用支架现浇施工法 其中支架部分为在两拱脚段根据原有的地形情况采用在硬化 的地面上直接拼装碗扣式脚手架 中间段采用梁柱式复合体系 其结构构成为 明挖现浇混凝土基 础 钢支架分三层 底层为置于混凝土基础上钢管立柱支墩 中层用万能杆件搭成框架结构形成纵梁 上 层为满布式碗扣式脚手架 拱部利用碗扣式支架调整成拱型 拱架卸落利用碗扣式支架顶的可调托 撑完成 而主拱圈混凝土则采用分环 分段的方法进行施工 即 整个拱圈根据支架的结构体系分 为3个浇筑环 即底板环 腹板环及顶板环 每环浇筑时再分5段对应水平长度分别均为24m 先对 称浇筑拱脚段 再从跨中段向两拱脚方向浇筑 拱顶段浇筑完后 再浇筑1 4段 段与段之间预设 间隔槽 顶板不设间隔槽 间隔槽宽1 5m 根据监控单位的施工加载计算 腹板和底板环两环同时 合拢 使拱圈形成一个开口箱形结构 然后再进行顶板环的分段浇筑及合拢 3 3 适用范围 适用范围 本桥施工方法可适用于大跨径现浇钢筋砼拱桥的施工 4 4 工艺原理 工艺原理 4 14 1 主拱圈施工技术主拱圈施工技术 4 1 14 1 1 主拱圈底模标高的确定主拱圈底模标高的确定 主拱圈的支架现浇过程中 立模标高的合理确定 是关系到主拱圈的线形是否平顺 是否符合 设计的一个重要问题 如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际 而且加以正确的控制 则 最终主拱圈与桥面系线形较为良好 否则最终主拱圈线形会与设计线形有较大的偏差 立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高 总要设一定的预抛高 以抵消施工中产生的各种 变形 挠度 其计算公式如下 模板定位标高 设计标高 运营预抛高 施工预抛高 支架变形 其中支架变形值是根据支架加载试验 综合各项测试结果 最后绘出支架荷载 挠度曲线 进 2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 2 页 共 10 页 行内插而得 根据以往上承式拱桥施工及监控经验 并结合本桥的具体情况 估计在施工过程中影响本桥结 构内力和线形的因素主要有以下几方面 1 施工临时荷载 2 支架变形 3 日照影响 4 主拱圈混凝土浇筑顺序和主梁的安装顺序 5 混凝土浇筑方量的控制 6 混凝土弹性模量和徐变 当上述因素与估计不符 而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时 必然导致在以后 阶段施工中采用错误的纠偏措施 引起误差累积 因此在施工控制过程中 将通过对应力和位移偏 差分析 结构参数敏感性分析 结构参数识别 找出误差原因 确定出设计参数真实值 以此为基 础对该桥进行有效施工控制 为使拱圈最终成形后符合设计和规范的要求 必须在支架上设置预拱度 拱顶预拱度包括拱圈自重产生的拱顶弹性下沉 拱圈温度降低与砼收缩产生的拱顶弹性下沉 墩台水平位移产生的拱顶弹性挠度值 拱架在设计荷载作用下的弹性及非弹性变形 支架基础受载 后非弹性下沉 预拱度 运营预抛高 施工预抛高 支架变形 根据设计和监控单位提供的数据 拱顶处预拱度按全部预拱度总值设置 暂定为15cm 拱脚 处为零 其余各点按二次抛物线分配 即 x 1 4x2 L2 x 任意点 距离拱顶水平距离为x 的预加高度 预拱度总值 x 跨中至拱脚的水平距离 L 拱圈的计算跨径 支架预压完成后 拱顶下沉18mm 与监控单位计算基本吻合 预拱度无需再调整 4 1 24 1 2 主拱圈施工方案的确定主拱圈施工方案的确定 拱圈混凝土施工过程是一个对支架不断加载的过程 考虑拱圈浇筑与支架变形之间的相互影响 关系 为防止支架异常变形 破坏主拱轴线 甚至产生混凝土裂缝 同时遵循 分环分段灌注顺序 应使支架在混凝土灌注过程中发生的变形幅度最小 的施工原则 确定了主拱圈浇筑顺序 见图 1 图中所标数码即为混凝土浇筑顺序 2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 3 页 共 10 页 主拱圈混凝土采用分环 分段的方法进行施工 即 整个拱圈根据支架的结构体系分为 3 个浇 筑环 即底板环 腹板环及顶板环 每环浇筑时再分 5 段对应水平长度分别均为 24m 先对称浇筑 拱脚段 再从跨中段向两拱脚方向浇筑 拱顶段浇筑完后 再浇筑 1 4 段 段与段之间预设间隔槽 顶板不设间隔槽 间隔槽宽 1 5m 根据监控单位的施工加载计算 腹板和底板环两环同时合拢 使拱圈形成一个开口箱形结构 这样对支架和结构比较安全 然后再进行顶板环的分段浇筑及合拢 为了避免支架局部异常变形 采取拱顶两侧对称的方法施工 1 1 说明 图中数字为浇筑顺序 拱圈混凝土分环 分段浇筑 120m 2 1 3 1 1 3 2 3 3 3 1 2 2 2 3 2 1 1 2 1 3 1 1 3 2 3 3 3 第一环底版 第二环腹版 第三环顶版 图图1 1 主拱圈浇筑顺序 主拱圈浇筑顺序 4 1 34 1 3 模板体系模板体系 4 1 3 14 1 3 1 底模底模 在碗扣式脚手架上的可调托撑上纵向铺设弧形工字钢 工字钢与可调托撑之间的三角形空隙用 角钢焊接三角形垫块填充 弧形工字钢上横向铺设10 10 cm 方木 间距30cm 在工字钢上焊接挡 块以防止其下滑 在方木上铺设底模 底模采用厚15mm竹胶板 底模安装的关键是的定位准确计算 和测量 该值是根据AutoCAD 绘图软件计算得出 通过调整弧形工字钢和方木可以放样出理想的拱 架底模线形 模板结构是否合适将直接影响梁体的外观 4 1 3 24 1 3 2 外模外模 面板均采用15mm厚竹胶板 外侧用方木做成框架 2 4m一节 外模包在底模上 下缘根据拱圈 内横向分布钢筋的位置布设拉杆 上缘用圆钢作拉杆 模板因曲线造成的缝隙 用加工后的木条填 塞 再用 即时贴 贴缝 以防漏浆 2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 4 页 共 10 页 4 1 3 34 1 3 3 内模内模 浇筑底板时不需要内模 待混凝土初凝后人工压抹成型 底板浇筑后 用扣件式脚手架及可调 托撑拼成框架 12mm 厚竹胶板作面板或顶板底模形成内模 拱箱内模框架设计应尽量少占净空 以利于内模的拆除 内模顶部设4道10cm 10cm方木纵向背肋 每道框架布置5个竖向钢管 分别用 托撑顶在底板和顶板方木上 用于支撑顶板模板 内侧模每侧设两道10cm 10cm方木纵向背肋 用 于支撑内模面板 横向上下布置二道钢管 利用托撑顶在顺桥向lOcm 1Ocm的方木上 框架纵向间 距90cm 用钢管纵向联接 中间部分不加斜撑 这样 可以减小框架所占空间 便于施工 钢管间 联接用扣件固定 拱箱模板结构见图2 模板的铺设顺序为 第一环混凝土浇筑时为 拱圈底模 外侧模 安装拉筋及分段隔板 设置 横竖带木 第二环混凝土浇筑时 模板铺设顺序为 内外侧模 安装拉杆及横竖带木 第三环混凝土浇筑时 模板铺设顺序为 顶板底模 侧模 安装拉杆及横竖带木 10 10方木 48 5钢管 15mm竹胶板 方木框架 底板混凝土 图图2 2 模板结构图 模板结构图 4 1 44 1 4 钢筋钢筋 拱圈底模铺好后 测设中线 边线 标高 标出各分段点及横隔板的位置 作为安装其它模板 及绑扎钢筋的依据 拱圈钢筋安装采用在桥下加工弯制 汽车吊吊运至拱架上就地绑扎施工 钢筋 绑扎顺序按拱脚至拱跨 1 4 段 先安箍筋后穿主筋的办法 拱跨 1 4 处至拱顶段先穿主筋后套箍筋 以利施工 主钢筋接头 箍筋及横隔板钢筋连接采用焊接 间隔槽钢筋和箍筋在浇筑前绑扎 注意 在间隔槽位置钢筋的错开长度应满足规范要求 钢筋在绑扎中和骨架成型后 要做好支撑架避免变 形 上层钢筋网采用钢管临时定位 保护层垫块按 80cm 间距梅花型布置 与主钢筋绑扎牢固 钢 2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 5 页 共 10 页 筋在浇筑前要保证其无锈蚀现象 如有则除锈后才能浇筑混凝土 4 1 54 1 5 混凝土浇筑混凝土浇筑 混凝土浇筑时采取水平移动 向拱顶方向推进 腹板浇筑时上下分层的方法浇筑 斜向分层 浇筑拱脚混凝土前 要将其与拱座的新旧混凝土接合处凿毛 混凝土表面应凿毛至露出集料并冲 刷干净 再将接茬面用水湿润再布薄薄的一层1 1 水泥砂浆 分段浇筑长度取4m 6m 分段浇筑时 必须在前一段混凝土初凝前开始下段混凝土 以保证浇筑连续性 混凝土浇筑进行中不得任意中断 因故必须间歇时 间歇最长时间应按所用水泥凝结时间 混凝土的水灰比及混凝土硬化条件确定 拱圈预留间隔槽中混凝土 应待所有各分段混凝土均灌注完毕 且其相邻段混凝土强度达到70 后 方可浇筑 浇筑前要将分段混凝土表面凿毛冲净 残留混凝土清理干净后绑扎钢筋 立好模板 浇 筑过程中为防止混凝土外流 在底板 腹板和顶板拱脚位置设盖板防护 浇筑拱脚混凝土时 应控 制好混凝土的坍落度 防止混凝土向拱脚处滑落 4 1 64 1 6 主拱圈落架主拱圈落架 落架作业是主拱圈现浇的最后一道工序 也是很关键的一道工序 要在主拱圈裸拱形成后 待 混凝土达到设计强度后落架 落架时要严格按程序图进行 卸落无须安装专门的卸架设备 只需有 序地拧松紧固于顶部小横杆的扣件即可方便地完成拱架卸落工作 主拱圈混凝土最低强度达到设计的90 后 即进行主拱圈脱架 由于拱架设计中采用可调托撑 来调整标高和落架 落架点多 落架施工技术难度大 根据计算分析 确定卸架原则 横桥向必须 同时均匀卸落 在纵桥向从拱顶向拱脚逐排卸落 最后使拱圈下底模全部脱离混凝土面为止 形成 裸拱主拱圈完全受力 4 1 6 14 1 6 1 各落架点卸落总量计算各落架点卸落总量计算 各落架点卸落总量由两部分组成即主拱圈裸拱的弹性变形g 与拱架的弹性变形量e 之和 即 g e 由监控单位提供计算数据可得 拱顶最大卸落量达3 6 4 1 6 24 1 6 2 落架步骤落架步骤 支架设计中采用了碗扣式支架顶端设可调托撑 用以调整标高和落架 拱圈落架点各多达1500 个点 每排横向11个可调托撑 纵向共139排 对于如此多的落架点 就不可能达到各点同步均 匀地卸落 为了获得一种合理的卸架顺序 我们将拱架与主拱圈组成的复合体系用多种方法进行计 算比较 确定了落架方案 支架卸落在横桥向必须同时均匀卸落 在纵桥向从拱顶向拱脚逐排卸落 并保持左右两侧同步对称进行 5 5 主拱圈施工工艺流程及主要施工工艺操作要点 主拱圈施工工艺流程及主要施工工艺操作要点 5 15 1 主拱圈施工工艺流程主拱圈施工工艺流程 主拱圈施工工艺详见下图 3 2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 6 页 共 10 页 分段安装主拱圈底模板及钢筋 分段浇筑主拱圈底板混凝土 分段安装主拱圈顶板底模 外侧模及绑扎钢筋 成形监测 卸落架 分段浇筑主拱圈顶板混凝土 绑扎各间隔槽底板 腹板钢筋及 安装各间隔槽底板 腹板模板 支架应力应变监测 支架应力应变监测 支架应力应变监测 拱圈应力应变监测 拱圈应力应变监测 分段绑扎腹板钢筋及安装腹板内外侧模板 分段浇筑主拱圈腹板混凝土支架应力应变监测 主拱圈底板 腹板合龙 形成开口箱形结构 主拱圈合龙 图图 3 3 主拱圈施工工艺流程图 主拱圈施工工艺流程图 5 25 2 主要施工工艺操作要点主要施工工艺操作要点 5 2 15 2 1 间隔槽的施工间隔槽的施工 主拱圈各段均浇筑完成后焊接暂时断开的纵向钢筋进行间隔槽的施工 先进行拱脚段与中间段 间隔槽的施工 再进行拱顶段与中间段间隔槽的施工 最后完成拱脚处间隔槽的施工 实现整个拱 圈合龙 在拱顶混凝土强度达30Mpa 且气温达到8 时浇注间隔槽混凝土 按施工组织安排 由于 主拱箱间隔槽合龙作业将在十二月份进行 结合该地区的气温实际情况 采取以下措施来严格控制 间隔槽的合龙温度 一是科学安排作业时间 在自然温度最低的凌晨零时至6时合龙 二是集中人力 物力 最大限度地缩短合龙的浇注时间 一般控制在4h之内完工 通过采取上述措施 有效地控制 合龙温度 5 2 25 2 2 主拱圈落架主拱圈落架 主拱圈落架采取如下程序 分三步进行 见图4 第一步 卸落拱顶第5号钢管支墩至第7号钢管支墩范围内的支架 63 84号杆卸落量2cm 卸 落第2 号 第10号 钢管支墩至第4 号 第8号 钢管支墩范围内的支架 52 63 84 94号杆卸 落量为1cm 2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 7 页 共 10 页 第二步 再次卸落拱顶第5号至第7 钢管支墩范围内的支架 63 84 号杆卸落量1cm 再次卸 落第52 63 84 94号杆卸落量0 5cm 第三步 从拱顶开始到拱脚全部卸落各立杆 卸落量均大于1cm 要求模板与主拱圈求模板与主 拱圈完全脱离 落架第一步 落架第二步 落架第三步 图图4 4 主拱圈支架卸落程序示意图 主拱圈支架卸落程序示意图 主拱圈脱架后 即进行支架拆卸 支架拆卸与拼装过程逆向 所用方法和设备一致 6 6 材料与设备 材料与设备 6 16 1 主要材料主要材料 钢材 采用宁波新丰钢铁有限公司的钢材 支架除单位自有部分 另部分租赁 水泥 采用宁波舜江水泥厂 42 5 级水泥 黄砂 采用福建闽江的优质中砂 碎石 采用余姚当地碎石厂生产的 5 31 5 规格级配碎石 外加剂 选用江苏博特新材料有限公司生产 JM 10 泵送剂 6 26 2 主要机具设备主要机具设备 表表 1 1 主要机具设备表主要机具设备表 序号设备名称规格型号单位数量备注 1 砼搅拌机 JS500500L2 自有 2 空压机 VY12 712m33 自有 3 电焊机 DD83525kw10 自有 4 切筋机 GQ 6010kw5 自有 5 弯筋机 GW 4010kw4 自有 6 装载机 ZL303m31 自有 7 吊车浦元 QY2525 吨 1 租赁 8 汽车输送泵 1 租赁 9 变压器 S9 M 200200KVA1 自有 10 发电机 120kw120kw1 自有 11 水准仪 S3 台 1 自有 12 全站仪徕卡 702台 1 自有 2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 8 页 共 10 页 6 36 3 劳力组织劳力组织 本项目主要人员有 支架拼装工 30 人 钢筋工 10 人 木工 10 人 混凝土工 30 人等 特种操作工 电工 金属焊接工 吊车工 汽车输送泵工等 人数 时间 年 月 10 20 30 40 50 60 70 80 0 06 306 606 906 1207 307 607 907 1208 3 图五 劳动力分配动态图 图图 5 5 劳动力动态分布图劳动力动态分布图 7 7 质量控制 质量控制 7 17 1 质量控制标准质量控制标准 余姚双溪口水库大桥在建设过程中严格执行 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 公路 桥涵地基与基础设计规范 JTJ024 85 公路路基施工技术规范 JTJ033 95 钢结构工程施 工质量验收规范 GB50205 2001 公路工程技术标准 JTG B01 2003 公路工程水泥混凝土 试验规程 JTJ051 93 公路工程金属试验规程 JTJ055 83 公路工程质量检验评定标准 土建工程 JTGF080 1 2004 公路工程施工安全技术规程 GBJ017 88 等技术规范 使质 量达到以下标准 120m120m 现浇钢筋混凝土拱圈实测项目现浇钢筋混凝土拱圈实测项目 项次检 查 项 目规定值或允许偏差 1 混凝土强度 MPa 在合格标准内 板拱10 2 轴线偏位 mm 肋拱5 跨径 30m 20 3 内弧线偏离设 计弧跨径 30m 跨经 1500 高度 5 4 断面尺寸 mm 顶 底 腹板 10 0 5拱宽 mm 板拱 20 7 27 2 质量保证措施质量保证措施 施工中除执行上述标准外 强调如下措施 2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 9 页 共 10 页 1 混凝土浇筑时采取水平移动 向拱顶方向推进 腹板浇筑时上下分层的方法浇筑 斜向分 层 浇筑拱脚混凝土前 要将其与拱座的新旧混凝土接合处凿毛 混凝土表面应凿毛至露出集料并 冲刷干净 再将接茬面用水湿润再布薄薄的一层1 1 水泥砂浆 分段浇筑长度取4m 6m 分段浇筑 时必须在前一段混凝土初凝前开始下段混凝土 以保证浇筑连续性 2 混凝土浇筑进行中不得任意中断 因故必须间歇时 间歇最长时间应按所用水泥凝结时间 混凝土的水灰比及混凝土硬化条件确定 3 浇筑拱脚混凝土时 应控制好混凝土的坍落度 防止混凝土向拱脚处滑落 4 拱圈预留间隔槽中混凝土 应待所有各分段混凝土均灌注完毕 且其相邻段混凝土强度达 到70 后方可浇筑 浇筑前要将分段混凝土表面凿毛冲净 残留混凝土清理干净后绑扎钢筋 立好 模板 浇筑过程中为防止混凝土外流 在底板 腹板和顶板拱脚位置设盖板防护 8 8 安全措施 安全措施 由于余姚双溪口水库大桥主拱圈的施工属于高工作业 针对本项目的特殊性 工程伊始就成立 以项目经理为组长 项目总工程师为副组长的安全领导小组 按照 管生产必须管安全 谁主管 谁负责 的原则逐级签订安全生产包保责任状 由于桥位区属亚热带季风气候区 濒临东海 受海 洋的调节湿润多雨 多台风 季节变化明显 因此 我项目部针对各种不同的情况制定不同的安全 技术措施 管理措施 现场应急措施等 如 防洪应急预案 防台应急预案 9 9 环保措施 环保措施 余姚双溪口水库大桥在建设施工过程中特别注重绿色施工 就是针对影响工程施工的 人 机 料 环 法 进行优化 尽量减小建筑施工过程对周边环境的影响 做到环保施工 项目经理部上 场初期就成立环境保护领导小组 由项目经理部主管生产副经理任组长 负责组织做好工地环保工 作 由项目经理部总工程师任副组长 负责环保技术措施的制定 交底工作 现场设环保监督员 负责施工现场日常环保监督检查工作 发现问题及时解决 首先 在人员管理方面 应加强施工企业的自身建设 使管理水平不断提高 不断趋于科学合 理 并加强企业管理人员的培训 提高他们的综合素质和环境保护意识 制定有效的现场管理措施 如在施工机械及工地办公室的电器等闲置时关掉电源 安装适当小流量的设备和器具 采用节水型 器具等措施以降低用水量 有效利用基础施工阶段的地下水 总之在施工过程中 把绿色环保管理 与全面质量管理和安全管理等过程有机地结合起来 做到既注重质量安全 又重视绿色环保 质量 绿色两不误 其次 在施工机具方面 应重视设备的选择和放置位置 在施工过程中 大部分的噪声污染都 是由施工机具产生的 如搅拌机 空压机 振捣棒等等 选择科技含量高的环保施工机具 不但能 提高效率 保证工程质量 更能减小产生的噪声污染 在总图布置的选择上 应将产生较大污染的 设备尽量远离临时生活区和周边的住宅 以免给周边居民带来影响 给工程施工造成不必要的麻烦 2009 年度参评三级工法 120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法 第 10 页 共 10 页 第三 在施工材料的选择上 应多采用节能环保的材料 如在非承重的结构墙 可以采用轻集 材料及轻集混凝土 减少自重 节省原材料 对于主体混凝土结构 可以采用高强 高性能的材料 如绿色高性能混凝土 减少水泥和混凝土的用量 利用大量工业废渣 如粉煤灰等 减少固体废 弃物污染 还可以采用商品混凝土 减少水泥浪费和粉尘污染 第四 在施工现场 主要的污染源包括噪声和其他建筑垃圾 从保护周边环境的角