钢管贝雷梁柱式支架法整体现浇箱梁施工技术

钢管贝雷梁柱式支架法整体现浇箱梁施工技术钢管贝雷梁柱式支架法整体现浇箱梁施工技术 近年来 随着社会的不断发展 城市规模的不断扩大及机动车的快速增长 城 市交通状况也日趋严峻 为缓解城市交通压力 城市立交得到了迅速的发展 城市桥 梁在向主 次干路的连接建设中采用现浇箱梁的比例越来越远大 高架桥现浇箱梁支 架施工质量的好坏对结构的安全性能影响很大 对工程的整体进展制约很大 以重庆 市一横线西段二标张家梁立交桥高墩现浇箱梁施工为例 结合现场实际施工情况 详述钢管贝雷梁柱式支架法整体现浇箱梁的施工工艺 采用钢管贝雷梁柱式支架法 施工不仅施工简便 速度快 而且具有施工安全 操作简单等特点 能取得良好的 效益 可为类似工程的施工提供借鉴 1 1 工程概况工程概况 重庆市一横线西段二标张家梁立交桥 为城市立交桥 立交主线左幅桥长 480 米 立交主线右幅桥长 547 466 米 桥梁共设 8 个匝道桥 总长约 3379 米 合计 115 跨现浇箱梁 全桥上部结构均采用预应力混凝土箱梁 匝道桥部分桥梁位于变 宽段上 部分桥梁纵坡达 5 以上 且桥梁墩柱均较高 最高墩柱达 47 6 米 立交 桥地形复杂 桥梁纵坡较大且密集 匝道桥墩柱高 曲线半径小 梁跨大 最大梁 跨 40 米 施工控制和技术能力要求高 现浇梁施工难度大为主要施工难点 图 1 张家梁立交平面图 2 2工程重点及难点工程重点及难点 本桥合同工期为 24 个月 工期紧 地理条件特殊 施工难度大 主要技术难题 体现在 高墩整体现浇箱梁钢管贝雷梁柱式支架安装控制难度大 施工安全风险高 3 3 施工方案的选择施工方案的选择 根据以往的经验及工地实际情况 本桥整体现浇箱梁采用钢管贝雷梁柱式支架 施工工艺 4 4主要施工技术及关键控制点主要施工技术及关键控制点 4 14 1支撑系统的设计方案支撑系统的设计方案 支撑系统的设计及施工是整体现浇箱梁施工的关键 需具有 足够的刚度和承 载能力 结构受力明确 能准确测定出结构弹性变形和非弹性变形 施工偏差符合 规范要求 便于施工操作 因张家梁立交桥桥墩高达 47 6m 如采用钢管脚手架 需要大量钢管和扣件 且稳定性差 下沉变形量大 使用牛腿方案则难以承受上部荷载 根据桥墩高度 现场施工条件及结构设计情况 经过多方案比选 综合考虑技术的可行及经济性 决定以墩柱周围的岩石作为依托 采用钢管柱支撑系统 其具有结构稳定 刚度大 变形小 承载能力大 适合高墩等优点 且钢管柱支撑施工简便 搭设及拆除周期 快 利于缩短工期 根据箱梁自身特性及地形特点 采取贝雷梁柱式支架配合满堂碗口脚手架法逐 段施工匝道连续箱梁 每跨桥正中间和桥墩旁各布设一个临时钢管墩柱 一跨内共 布 3 个临时墩柱 其中中墩由 2 排 3 列 D800 x8 钢管构成 为缀板式格构承重柱 靠 桥墩的边墩由 1 排 3 列 D800 x8 钢管构成 为独立柱 其稳定性通过附着相邻砼墩柱 提供 临时承重钢管柱底端通过 1 6 cm 的 120cm 120 钢板锚固于独立混凝土基础 内 顶端焊接 2cm 的 120cm 120cm 钢板作顶托 在顶托上搭设横向 2I56 承重梁 纵向 321 贝雷梁和横向 I12 6 分配梁 以构成贝雷梁柱式支架 作为其上满堂脚手 架的基础 为适应箱梁纵坡 横坡和平面弯曲变化剧烈的特点 在贝雷梁柱式支架上搭设 满堂脚手架 如此可以方便的精确调整模板标高和拆卸模架 为箱梁施工线形控制 提供便利 支架结构见图 2 图 3 所示 内内 内内内内内 内90 60cm内内90cm t15mm内内内内 内内6x8cm内内 30cm 内内10 x10cm内内 I12 6内内内 90cm 321内内内 内内2I56 内内内内 内内内 内内内内 内内内 6x8cm内内 10 x10cm内内 内内内内内 I12 6内内内 321内内内 2I56内内 D600 x6内内 D800 x8内内内内 C30内内内内 2x2x0 6m 内内内内 V1 内内内内 V2 N 800H60 90306060 90 90 60 90 90 6060 3090 90 9012090120901209012090 200200200 60 300300 90 GG 图 2 钢管柱支架结构横断面图 P56 4 GP6 P67 1 P67 2 P67 3 P67 4 GP7 262 19m 262 19m 262 19m 262 19m 262 19m 260 59m P78 1 226 17m 226 56m 232 33m 233 87m 239 64m 240 51m 259 99m 261 59m 261 59m 251 99m 243 99m 235 99m 3563 3 3441 9 253 59m 2986 1 2832 2 245 59m 237 59m 2255 2168 5 253 59m 245 59m 内 内 600 1500 内 内 400 1500 600 内 内 内 内 内 内 内 内 内 内 4000 G G G G P P6 6 G G P P7 7 图 3 钢管柱支架结构纵断面图 4 24 2 施工工艺流程施工工艺流程 钢管贝雷梁柱式支架法现浇箱梁施工工艺流程参见图 4 图4 钢管贝雷梁柱式支架法现浇箱梁施工工艺流程图 支架的传力途径为 荷载传给模板 碗扣支架 工字钢分配梁 U 型螺栓 贝雷片纵梁 工字钢横梁 钢管立柱 混凝土基础 地基 4 34 3 施工方法施工方法 4 3 14 3 1 设备配置设备配置 钢管贝雷梁柱式支架法现浇箱梁施工的主要设备是塔式吊机和吊车 分别用于 底板 腹板钢筋绑扎 拆除底模 支架 立柱之间连接 洒水 养护 支架预压 箱梁内支架 模板安装 支撑基础施工 钢管立柱安装 支架及底模 侧模安装 钢筋半成品加工 底板 腹板混凝土浇筑 顶板钢筋安装 顶板混凝土浇筑 拆内模 养护 张拉 压浆 封锚 预应力管道及腹板内模安装 双拼工字钢横梁安装 施工准备 贝雷梁分组拼装 吊装 立柱与工字钢限位 工字钢分配梁安装工字钢与贝雷梁扣接 钢管贝雷梁柱式支架的安装及材料 机具的垂直运输 4 3 24 3 2 劳动组织劳动组织 按照支架班组 模板班组 钢筋班组 混凝土班组及辅助班组分别进行合理的人 员配置 4 3 34 3 3 支架基础支架基础 扩大基础采用 C30 素混凝土结构 平面尺寸 2mx2m 厚 0 6m 基础上下层分别设 置一层防裂 20 20cm 12 钢筋网片 扩大基础开挖完成后 需进行地基承载力试验 要求 250KPa 扩大基础底部地 基为相对较软的土层时 地基应作换填处理 换填深度 150cm 换填宽度不少于 250cm 分层厚度为 30cm 换填料分层碾压 压实度 95 换填材料可采用砂砾石 或碎石 满足承载力要求后 预留 1 0 的横向排水坡 扩大基础顶面与立柱钢管交界处 设构造预埋钢板 板厚 16mm 钢板通过 22 构造锚筋连接于基础混凝土 图 5 钢管通过角焊缝固结在预埋钢板上 钢板与钢 管相接位置用六块三角肋板加强 由此实现立柱与基础的可靠连接 图 6 120cm 200cm 120cm 200cm C30混凝土 16mm钢板 22螺栓8个 图5 钢支撑扩大基础预埋钢板图 800mm钢管 8mm 三角肋板 16mm厚钢板 0 2m 0 2m 16mm厚钢板 1 2m 1 2m 图 6 钢管与预埋钢板连接加固图 4 3 44 3 4 支架安装支架安装 4 3 4 1 钢管立柱安装 待扩大基础混凝土强度达到设计强度的 90 后方可进行钢管立柱安装 根据各排支撑柱高度的下料长度 在加工场一次焊接加工成型 立柱钢管顶端 同立柱底座一样设置构造钢板 板厚 16mm 钢板与钢管相接位置用六块三角肋板焊 接加固 钢管柱安装前先在加工场检查平整度及垂直度 其两端中心连线的偏差度控制 在 20mm 以内 经检查合格的钢管柱按部位进行编号使用 采用吊车将加工好的钢管柱吊放到预定位置和标高处 安放在支撑预埋底座上 钢管柱安装时测量技术人员全程旁站观测控制 采取全站仪 或人工吊线法 控制 垂直度 单排钢管立柱焊接完成后及时进行横向平联的焊接连接 采取直径 600mm 壁 厚 8mm 螺旋钢管作为水平撑的措施以增加钢管支架的稳定性 双排钢管立柱焊接完成后 进行纵向平联的连接 采取直径 600mm 壁厚 6mm 螺旋钢管作为水平撑的措施以增加钢管支架的稳定性 钢管立柱横联竖向间距不超过 10m 图 7 钢管柱安装 4 3 4 2 横梁安装 横梁采用 2I56 工字钢 长度为 10m 横梁安装采用吊车吊装进行 横梁传力中心线与钢管立柱中心线重合 横梁需放置水平 为防止工字钢出现 横向滑移现象 在钢管顶面钢板上大小里程侧用小钢板将横梁与钢管柱顶端焊接牢 固 为保证横梁传力重心线与钢管立柱中心线重合 事先在钢管顶钢板上用粉笔标 出横梁工字钢定位线 按定位线对横梁进行定位安装 图 8 横梁安装 4 3 4 3 贝雷梁安装 在钢管柱顶的横梁上设置 321 贝雷梁 贝雷梁在现场进行分组拼装 根据墩身间间距 40m 跨箱梁顺桥向采用 3 15 4 15 3m 标准贝雷梁跨径 在墩 处和跨中 4m 跨处 贝雷梁断开 以适应弯道桥 25m 箱梁顺桥向采用 3 7 5 4 7 5 3m 的非标准贝雷梁跨径 在墩处和跨中 4m 跨处 贝雷梁同样断开 以适应急剧变化的弯道桥 纵桥向布设 10 片贝雷梁 按照 2 片贝雷梁为一组 每组两片贝雷梁间距为 90cm 采用标准支撑架进行连接 增强稳定性 贝雷梁沿顺桥向和横桥向均采用水平布置 箱梁自身的坡度由其上的碗口架调 节 在贝雷梁的适当位置 高程上互相错开 1 6m 以降低上面脚手支架的高度 贝雷梁每一组 7 4 7 个标准节段作为一个吊装单元 最大起重量 4 2t 根 据吊装的具体位置 由一台 50t 吊车吊装 图 9 贝雷梁安装 4 3 4 4 横向 I12 6 分配梁布设 横向 I12 6 分配梁是碗口架的搁置基础 其间距由碗口脚手架立杆的间距确定 I12 6 分配梁标准间距采用 90cm 在箱梁跨中隔墙及端部渐变段部分 采用加密间 距 60cm 分配梁安装完毕后 使用 U 形扣将 I12 6 分配梁与贝雷梁扣接 使之连接成一 个整体 增强分配梁与贝雷梁的稳定性 图 10 横向 I12 6 分配梁安装 4 3 4 5 碗口脚手架布设 碗扣支架搭设前需在 I12 6 分配梁上铺设水平防坠网 水平网挂绳紧挂在分配 梁上 形成防坠层体系 碗口脚手架顺桥向立杆标准间距为 90cm 在梁端 6m 范围内 以及在箱梁跨中 横隔板范围内 局部加密至间距 60cm 横桥向立杆翼板下方处采用 90cm 在底板下 方范围内加密至间距 60cm 碗口架底板处高度为 2 0m 3 2m 翼缘处为 4m 5 2m 立杆底部设扫地杆 立 杆底部布置在 I12 6 分配梁中部 其标高的调节由顶端的顶托实现 碗口脚手架按 要求设置纵横剪刀撑 图 11 碗口脚手架安装 4 3 4 6 模板布置 模板由竹胶面板 木条和方木构成 竹胶面板板厚 15mm 直接铺设在底板横向分布受力木条上 竹胶板与木条采用 铁钉固定 木条横向布置 尺寸 6x8cm 采用统一标准间距 20cm 木方顺桥向布置 尺寸 10 x10cm 标准间距 90cm 局部加密至 60cm 与碗口脚立杆间距一致 图 12 模板布置 4 3 54 3 5 支架预压及预拱度设置支架预压及预拱度设置 4 3 5 1 支架检查 支架搭设完成后 对支架平面位置 顶面高程及预设沉降值等进行全面复核 并对支架安装的牢固性 整体性及安全性进行全面检查和验收 检查支架搭设 安 装 受力的整体性 均匀性 保证支架的整体强度和刚度 确保支架在施工过程中 的安全可靠 具体检查项目及内容为 1 支架搭设是否按要求的平面尺寸 各杆件尺寸及间距是否按设计要求 2 支架基础是否坚实 平稳 牢固 可调托撑底板是否与基础连接密贴 保 证支架及各杆件受力的整体均匀性 3 支架各杆件是否连接牢固 斜杆 剪刀撑是否按要求进行设置 4 支架顶纵 横梁及模板之间应密贴并连接为整体 5 支架周围隔离 警戒措施是否齐备 施工专用上下通道及安全防落网是否 设置完全 保证施工安全无事故 6 支架周围上下通道是否规范 必须确保夜间施工安全 7 现场施工人员已接受安全教育培训并通过考核 4 3 5 2 支架预压 支架搭设完成经检查合格后方可进行加载试压实验 以获取支架的非弹性变形 和地基沉降等数据 为立模标高提供依据 同时可检验支架结构的承载能力 从而 确保混凝土梁体的浇筑质量和安全 加载材料使用库存钢筋 也可用砂袋或预制构件 加载时按分级加载进行 每 级持荷时间不少于 12h 4 3 5 3 加载方式 考虑施工安全及设计要求 预压重量为箱梁自重的 120 并按预压重量的 60 80 100 分 3 级进行加载 单跨自重为 848 6t 3 级预压荷载值分别为 611t 814t 1018t 加载时注意加载重量的大小和加荷速率 使其与地基的强度增 长相适应 待地基在荷载作用下 达到一定固结度后 特别是在加载后期 更要严 格控制加载速率 防止因整体或局部加载量过大 过快而使地基发生剪切破坏 同 时尽可能使预压的加载顺序与实际施工混凝土浇筑顺序一致 因为翼板本身重量较 轻 可根据实测的预压效果 对翼板的预拱度作相应的调整 预压方法 用钢筋堆载 预压前钢筋应过磅 将分块梁截面段 采用等量荷载 换算的方法确定加载位置和加载大小 由于箱梁分两次浇注 先浇注底板和部分腹 板 安装内顶模 绑扎顶板钢筋后再浇注顶板 所以加载按截面面积进行等量荷载 计算 4 3 5 4 监测点布置 为了加载后掌握地基和支架的变形情况 需要在预压前先布好沉降观测点 沉降观测点设在两个层面 下层在钢支撑扩大基础上 上层在箱梁底模板上 图 5 2 5 1 下层按每个钢支撑扩大基础布置一个测点 上层依据钢支撑的跨度布置 形式 顺桥向分别在钢支撑主跨跨中及支座处布设 横桥向则在中腹板和 2 个外腹 板处布点 图 5 2 5 2 从而形成一个立体观测网 图 13 支架沉降观测点横断面布置图 图 14 支架沉降观测点纵断面布置图 4 3 5 5 支架沉降监测记录与计算 预压采用三等水准测量 每天安排专人负责进行沉降观测 并做好沉降观测记 录 1 预压荷载施加前 监测并记录各监测点初始标高 在首次加载前先观测一 次 作为起始观测值 以后每加载完毕观测一次 全部加载完毕 每 2 小时观测一 次 一天之后每 6 小时观测一次 若每次观测每点下沉量均不超过 1mm 即认为支架 已经稳定 然后根据观测值绘制出支座预压变化 时间 下沉量 关系曲线 2 每级荷载施加完成后 应先停止下一级加载 并应每间隔 12h 对支架沉降 量进行一次监测 当各监测点 12h 的沉降量平均值小于 2mm 时 可进行下一级加载 3 全部预压荷载施加完毕后 每间隔 24h 应监测一次 并记录各监测点标高 计算沉降量 当各监测点最初 24h 的沉降量平均值小于 1mm 或各监测点最初 72h 的 沉降量平均值小于 5mm 时 则支架预压合格 4 对支架的代表区域预压监测过程中 当沉降量超出规定允许的范围时 应 查明原因后对同类支架全部进行处理 处理后的支架应重新选择代表性区域进行预 压 达到合格为止 4 3 5 6 预压时间和卸载 自加载完毕 确认支架已经稳定 即可卸载 卸载顺序与加载顺序相反 原则 是后加载先卸 先加后卸 分级分批卸载 同时在卸载过程中 每批卸载后都应再 次观测一次支架变化 并绘制出支架卸载 时间 回弹 变化关系曲线 4 3 5 7 预拱度设置 卸载过程可一次性卸载 并沿混凝土结构纵横向对称进行 全部卸载 6h 后进行 观测 卸载完成后记录观测值以便计算支架及地基综合变形 根据观测记录 整理 出预压沉降结果 根据支架变形值设置预拱度 并通过调整碗扣支架顶托的标高来 控制箱梁底板和翼板的沉降值 检查无误后 即进入下一步工序 在卸载全部完毕后 在支架顶面上予以调整支架标高 消除非弹性变形 预留 弹性变形上拱度 综合考虑支架预压所得的数据 对支架弹性变形 根据测量结果分析 贝雷梁弹 性变形小于 20mm 非弹性变形 根据测量结果分析 非弹性变形小于 5mm 进行分析 同时根据分析结果指导后面梁体段箱梁施工 同时预拱度设置还应包含设计图纸给定 的梁体本身预拱度设计值 根据预压成果分析 后续箱梁施工中预拱度最大按照 25mm 进行考虑 根据断面所在的位置按照二次抛物线函数进行合理分配 图 15 支架预压 4 3 64 3 6 钢筋及预应力管道安装钢筋及预应力管道安装 4 3 6 1 钢筋安装 钢筋在后场加工 然后运输至现场利用塔吊进行吊装 人工配合安装 钢筋安装根据混凝土浇注次数及工艺需要 分两次进行安装 一次安装底板及 部分腹板钢筋 第二次绑扎剩余腹板及顶板钢筋 4 3 6 2 预应力管道及预应力筋安装 纵向预应力管道均采用圆塑料波纹管 波纹管按设计图定制 且具有一定的强 度 在搬运和浇筑混凝土过程中不损坏 不变形 不漏浆 钢束管道位置用定位钢筋固定 定位钢筋牢固焊接在钢筋骨架上 同时应注意 主筋避免采用点焊 如管道位置与骨架钢筋相干扰 保证管道位置不变 将钢筋稍 加移动 锚具垫板及喇叭管尺寸要正确 喇叭管的中心线要与锚具垫板严格垂直 喇叭管和波纹管的衔接要平顺 不得漏浆 并杜绝堵孔道 波纹管接头要连接牢固 纵向波纹管道一次安装到位 在接缝左右各 10 长度 范围内缠一层黑胶布 在黑胶布上包三层塑料薄膜 再缠一层胶布 并用 20 铁丝 捆绑数道 以防漏浆 预应力管道安装完成后进行预应力筋安装 图 16 普通钢筋及预应力管道安装 4 3 74 3 7 混凝土施工混凝土施工 梁体混凝土为 C50 混凝土 汽车泵泵送直接入模 混凝土泵送设备的选择与布置 根据施工现场地形条件综合考虑选用泵车或拖 泵 混凝土灌注和振捣 第一次浇注梁体内腹板上倒角位置 第二次浇注剩余部分 混凝土 浇注时先底板 再腹板 最后顶板的浇注顺序进行 图 5 2 7 1 浇注过 程中制作与梁体同条件养护的试件 并详细标记试件所代表的梁体部位 注注 1 3 腹板腹板 底板中部底板中部 腹板腹板 顶顶板及翼板板及翼板 图 17 箱梁浇筑作业顺序图 混凝土浇筑作业注意事项 图 18 箱梁混凝土浇筑作业 混凝土浇筑作业注意事项 混凝土浇注要连续进行 混凝土入模时避免大量混凝土集中冲击钢筋和预应力管道 以防管道偏位 断裂 混凝土振捣宜采用 70 型插入式高频振捣器为主 50 型振捣器为辅 预应 力管道密集处采用 30 型振捣器 并尽量避免振捣棒与预应力管道 锚垫板接触 防止管道破裂或锚垫板偏位 各次混凝土的间隔浇注时间宜控制在 7d 内 同时托架应采取措施 减少托架 对纵向墩间混凝土的收缩约束 箱梁的梁端锚垫板的螺旋筋位置应加强振捣 可在大直径振捣棒捣固完成后 由小振捣棒二次振捣 混凝土灌注时必须有备用设备 防止设备故障造成混凝土灌注中断而出现冷 接缝 混凝土浇注至墩顶两侧时 宜采用对称浇注 防止墩身偏心受力 混凝土灌注过程中随时监测底板标高 当实测标高低于设计标高超过 10mm 时 进行调整 混凝土的养护 根据施工现场自然条件 混凝土的养护采用土工布覆盖洒水养 护 洒水次数根据能保持混凝土处于湿润的状态来决定 混凝土浇水养护时间符合规 范有关规定 4 3 84 3 8 预应力筋张拉及灌浆预应力筋张拉及灌浆 箱梁共设两种预应力筋 即纵向预应力束及横向预