单墩独柱跨铁路40米预制小箱梁的架设工艺.doc

一、项目来源天津城建集团2010年度科技发展项目计划外项目二、项目介绍本科技项目为“单柱墩桥梁跨铁路40米预制小箱梁的架设工艺研究”。该工艺为：利用架桥机架设跨铁路的40米预制小箱梁。本科技项目的工程载体为天津路桥建设工程有限公司承建的咸阳路道路拓宽改造五期工程二合同简阳路立交工程。咸阳路道路拓宽改造五期工程二合同段二冷铁路上跨分离式立交桥梁，工程采用上、下行布置，线起止里程为0000.000J1027.532长1027.532m，共分8联梁，为现浇预应力混凝土箱梁和预制混凝土小箱梁两种结构； J1415为预制混凝土箱箱梁，梁高2m，跨距为40m，桥面宽11m，该孔上跨陈塘庄铁路支线专用线，线路交角55度，陈塘庄铁路支线轨顶标高6.38m，桥跨铁路净空8.1。本科技项目研究40米预制小箱梁的架设工艺三、研究的目的及意义以简阳路立交为载体，将“简阳路立交跨铁路预制小箱梁的架设”作为一项科研课题加以研究，针对本工程的特点：（1）单柱墩40米大跨径预制小箱梁的架设；（2）预制小箱梁上跨铁路，在保证铁路正常运营的情况下，进行要点施工，合理安排施工，保证一天内完成4片梁的架设；（3）积极组织对上梁方案进行专家论证，对架梁过程中可能存在的各个不利因素进行详细而又认真的研究、分析，经过科学的计算并采取相应的有效措施并顺利的完成小箱梁的架设；通过对以上难点、重点问题的解决，顺利的完成了40米预制箱梁的架设，同时积累科研成果，形成完善的整套施工工艺，为今后同类工程的设计及施工起到参考、指导作用。四、国内外发展概况目前跨铁路桥梁施工工艺普遍采用以下两种：1. 搭设门洞现浇法2. 架桥机架设预制箱梁法3. 吊车上梁法五、研究的主要内容（一）架梁施工工艺研究1. 架梁前的准备工作：设备准备、人员准备、技术准备及试运梁工作2. 架桥机的尺寸、型号及各项技术参数与本工程实际的结合3. 架梁施工工艺的研究（二）安全控制研究我项目部组织专家对架梁施工方案进行论证，对架梁过程中可能存在的架桥机及主体结构安全的不利因素进行详细的分析、论证，通过与设计单位的结合、科学的计算，确定不利点，并采取有效的安全技术措施，保证箱梁的顺利架设。并确定安全防护重点、确定安全保证措施以及应急抢救预案六、研究方法与技术路线根据简阳路立交工程的特点，以工程为载体，随工程的进展情况，分别进行科研方案的编写、实施、调整改善、成果总结等几个步骤。首先成立课题研究小组，随工程进展完成研究报告，最后申请鉴定。七、项目研究过程1.1工程地质及结构设计概况1.1.1工程地质概况铁路路基高度约3.4m，顶面宽2.5m，边坡坡度为1：2，路基土质为粘土，原状土为亚黏土，地下水位约2.5m。1.1.2 结构设计概况1、上部结构：为预制混凝土小箱梁，小箱梁为单箱单室共四片，梁高2m，梁底底宽1m；梁重：边梁140t，中梁138t。 2、下部结构：为独柱式桥墩，上接花盆式墩帽，桥墩尺寸为2m1.8m，墩帽尺寸10.3m1.8m;3、基础：设计为钻孔桩基础上接承台，J15承台尺寸6.4m6.4m2m,直径1.5 m钻孔灌注桩4根，桩长49m。 J14承台尺寸12.4m3m3m, 直径1.8 m钻孔灌注桩3根，桩长53m。4、附属结构：含防撞护栏、桥面铺装、防水层、油面层施工。1.2总体安排1、J14-J15预制小箱梁计划在制梁场内生产，然后利用运梁托车车运梁。2、箱梁架设采用NF200/50型架桥机，从14#墩向15#墩架梁。施工准备1.2.1架梁工艺流程测量放线架桥机部件运输、拼装架桥机就位支座安装架桥机过孔运梁入架桥机工作范围预制梁纵向吊运到位梁标高位置调整预制梁安装转入下道工序1.2.2架梁前准备工作1、设备准备1）架桥机装配后要有质监部门检查合格证。2）架桥机各运动部位以及机械结构部件是否安全装置安全可靠，灵敏。2、人员准备架桥队人员应严格遵守安全操作规程。必须服从队长、班长指挥，实行下级对上级负责、汇报制，不越级指挥。3、技术准备（1）吊装前对预制箱梁进行详细检查，避免缺陷梁的使用。保证在架设前对梁体的凿毛、梁体尺寸，钢板位置等进行仔细检查，有问题必须在架设前处理好，以保证架梁施工的顺利进行。（2）运梁和吊梁时，要确认梁体的支点和吊点的中心位置，保证梁体运动中的合理受力。（3）测量放线应放出梁端线、边线，永久支座位置，在墩顶用墨线弹出，标示明确。支座按设计位置安放平稳，确保梁体准确就位，杜绝重复架设。横移轨道为架桥机自带，铺设时应用杂木板及钢板支垫平稳。（4）梁体就位时，做好支座的垫平打砂工作，避免“三条腿”现象，确保支座的均匀受力。（5）吊装过程防止碰撞，做好成品的保护。1.2.3运梁运梁步骤1、预先将1#运梁小车放置在梁端、2#小车放置在梁尾，利用2台200t吊车将预制梁吊装到运梁车上，再由运梁车将箱梁运至架设地点喂入架桥机内进行预制梁架设就位施工。提梁时将预制梁底提升至相邻箱梁顶面20cm以上，以防止运梁过程中挂蹭，损伤预制梁横隔板及翼板预埋钢筋。2、在箱梁上车之前垫好枕木，确保充分满足现场地形和桥梁结构的纵坡要求。运梁小车运行速度可调，同步运梁时控制好小车速度保持前后同步，保证预制梁运输平稳、安全。运梁注意事项：1、制梁场吊车使用钢性吊具抬吊，将梁体放于运梁平车上。由于本工程运梁距离较远，运梁车上梁体两边必须用钢斜撑撑牢，另外一套钢丝绳保护，以防运梁过程中发生梁体倾覆。2、重载运梁必须选用低速档，空载时可使用高速档。3、运梁过程中，两台运梁平车必须有专人监护。运梁示意图如下：1.2.4架桥机的选择本标段预应力箱梁共4片，中梁两片，边梁2片，梁高2m，梁长40m，梁重：边梁140t，中梁138t。选用NF200/50型架桥机。NF200/50型架桥机示意图 200t/50m架桥机主要技术性能参数序号参数单位数值1额定起重量t2002适应跨度m503适应纵坡4%4吊梁起落速度m/min0.755吊梁纵移速度m/min36桥机横移速度m/min211整机功率KW11614适宜桥型直桥、斜桥045度1.2.5架桥机过孔 本工程架桥机共需一次过孔，步骤如下：1、架桥机过孔前姿态：两列主梁、提升车、横移轨道的中心形成垂直线；后拖装置距架桥机尾部18m，中支距J13墩前2m位置；前提升小车停在中支装置上方；后提升小车停在架桥机尾部。在已经浇筑好的桥面上，全面检查架桥机各部，同时做好过孔的准备工作。2、拆除中支装置与纵导梁的U型螺栓，同时启动前支腿、后支腿与副中支腿液压装置，调整好后拖装置的高度，使架桥机具备8个支点同时受力。按照过孔要求将中支装置和横移轨道拉紧固定，用前提升小车将其吊至J14墩前两米位置，前提升小车停在中支装置上方不动。3、后提升小车移至后拖装置上方吊预制梁配重，确认过孔准备工作到位。在后托装置和中支装置之间选择两个连接点，用手拉葫芦将两列纵导梁拉紧。收起前支腿和后支腿，纵导梁由后托装置和中支装置支撑。收起副中支腿千斤顶，拆除衬垫，副中支腿连接在纵导梁下不动。4、启动中支装置上层轮箱和后托装置的电控系统，驱动纵导梁向前平移，后拖装置、后提升小车及副中支腿随纵导梁向前平移，同时启动前提升小车同步后移，前提升小车保持在中支装置上方。5、前支腿前移至J15墩上方偏前，放下前支横移轨道、垫实垫牢，调整前支腿高度并穿轴销牢。放下后支腿支撑起纵导梁，拆除后托装置与纵导梁的连接，并降至最低高度启动其驱动装置，移至副中支腿后方。6、将中支装置上层轮箱用U型螺栓与纵导梁下弦固结，解除下层轮箱与横移轨道的固定装置。再解除后提升小车与配重预制梁的捆绑，将后提升小车移至桥机尾部。前提升小车移到配重预制梁的前端，过孔完成。过 孔 完 成 1.2.6架梁1.2.6.1架设顺序J14J15箱梁架设均由小桩号到大桩号进行，架设施工架桥机1次能完成全部小箱梁的架设。如下图所示，架梁时架设顺序遵循先边梁后中梁的原则。1.2.6.2架设方法1、中梁架设：1）运梁平车载梁至架桥机尾部进行喂梁。喂 梁2）1#起重行车垂直起吊梁体，使梁体脱离台车面，临时支撑后支腿，同时检查卷筒、制动。3）1#起重行车和运梁平车配合前移梁体。4）当1#起重行车载梁前移至1/2跨中时，应密切注意导梁变形。（定期测量该处下挠值和水平负弯值）5）当梁体后吊点移至2#天车下时，停车制动。用2#天车吊起梁体后吊点。 6）两台起重行车同时载梁前移至架梁段，徐徐落下，可按指定位置就位；对于边梁要做好临时支护。2、 边梁架设因架桥机纵向移梁时，前后提升小车吊梁处在两道架桥机纵梁中间位置，两道架桥机纵梁间距为5.2m，而边梁中心距边缘仅为1.6米，架桥机吊梁无法横移到位。因此边梁不能一次就位，必须在相邻中梁位置临时落梁，将前后提升小车吊钩由架桥机纵梁移至外侧纵梁位置，再次起吊、横移、就位。边 梁 起 吊落 梁边梁落在中梁的位置第二片边梁落在中梁位置，导绳并准备二次起吊边 梁 就 位边梁架设示意图八、主要技术成果(一) 架梁施工工艺研究（1）本次箱梁为一跨架设，因此在预制箱梁及现浇箱梁施工过程中严格控制结构尺寸，保证预制箱梁能够顺利架设。（2）架桥机的选择；（3）架梁的工艺流程；包括运梁、架桥机过孔、喂梁、箱梁的架设以及相关注意事项（架梁的方法与架梁顺序）；根据预制小箱梁的架设工期计划，对架桥机的拼装验收、小箱梁架设以及架桥机拆除进行了合理安排。通过认真而细致的架梁前的准备工作，优化施工方案，采用机械化、专业化施工，严格质量控制，使工程一次性成活、成优。通过对各个环节的科学分析，实行严密的管理和施工措施，针对工程中可能出现安全隐患的部位和施工过程，实行重点监控，确保万无一失。鉴于本工程的特殊性，我们从各种资源配置着手，按照总体工期要求，实现工期目标。（二）安全控制研究1、首先对架桥机各种不利工况进行分析：（1）、后支腿受力工况分析通过架桥机过孔和喂梁状态分析，在下面情况下后支腿受力最大，当后提升小车在距离中支腿15米时开始提梁如下图所示：计算简化图：计算如下：F1=307KN F2=1353KN F3=372KN经过计算后支腿最不利工况受力为307KN。（2）、中支腿受力工况分析：第一种情况为在边梁加到中梁位置时如下图所示：计算简化图如下：计算如下：14*88*44+400*42=F1*42400*42-14*88*2=F2*42F1=1691KN F2=341KN第二种情况为边梁在准备就位时，这时候边梁靠一侧的单支腿受力，此时为中支腿受力最大且偏载最大时。如下图所示：平面图横断面图计算简化图如下：计算如下：14*88*44+800*42=F1*42800*42-14*88*2=F2*42F1=2090KN F2=741KN经过计算中支腿最不利受力为2090KN2、本桥由于为单柱架梁，根据专家意见现场条件考虑最不利荷载条件下，对架桥机上梁对主体结构的影响进行了科学的计算，验算过程如下：（1）计算条件 J11J14联J14墩支反力，没有上二期，为2650KN； 小箱梁边梁重1600KN，中梁重1500KN； 架桥机总重2800KN； 架桥机纵梁横向距离5.2m；（2）偏载盖梁计算计算模型小箱梁位置加载：1400+1600/2=2200KN，架桥机左边支腿载荷2200KN，右支腿1500KN。强度结果计算计算结论：强度满足受力要求。裂缝计算结果计算结论：裂缝超出规范15%。（3）墩柱强度计算（横向）使用阶段结构重力结构支承反力节点号水平力竖向力弯 矩100.07.82e+03-8.19e+0314#墩柱高度12.7米。墩柱钢筋1（横向）和1（纵向）均为HRB335二级32钢筋，计算结果如下表：矩形截面偏压 考虑抹角 考虑抹角结构重要性系数r01.11.1 1.11.1矩形截面宽b(mm)1800150018001500矩形截面高h(mm)2000200020002000构件的计算长度L0(mm)2540254025402540受拉钢筋保护层厚度as(mm)50505050受压钢筋保护层厚度as(mm)50505050轴力设计值Nd(KN)7820782093849834弯矩设计值Md(KN.m)8190819098289828混凝土强度等级C30C30C30C30钢筋强度等级HRB335HRB335HRB335HRB335对称钢筋（Y/N）YYYY偏心距增大系数1111受压区高度0.5620.5620.5620.562截面受压区高度X(mm)346416416499受压区高度0.1780.2130.2130.256受拉钢筋面积As(mm2)7200600072006000受拉钢筋面积As(mm2)7200600072006000计算信息大偏心大偏心大偏心大偏心计算结论：强度满足受力要求。（4）墩柱强度计算（纵向）（1）架桥机左边支腿载荷2200KN，右支腿1500KN。支座中心线距离墩柱中心线为0.45米，则附加弯矩为：M1=（2200+1500）0.45=1665KN.m（2）箱梁没有上二期，恒载反力为1330KN2=2660KN,则附加弯矩为： M2=26600.45=1197KN.m（3）温度收缩产出的水平力，（13302+2200+1500）0.06=378KN，则附加弯矩为： M3=37812.7=4800.6KN.m(4) 竖向力为N=2200+1500+13302+22.625+4325=8000KN组合一：N=8000，M=M1+M2+M31.4=9582.8KN.m组合二：N=9600, M=M11.2+M21.2+M31.4=10155.2KN.m矩形截面偏压 考虑抹角 考虑抹角结构重要性系数r01.11.1 1.11.1矩形截面宽b(mm)2000200017001700矩形截面高h(mm)1800180018001800构件的计算长度L0(mm)2540254025402540受拉钢筋保护层厚度as(mm)50505050受压钢筋保护层厚度as(mm)50505050轴力设计值Nd(KN)8000960080009600弯矩设计值Md(KN.m)9582.810155.29582.810155.2混凝土强度等级C30C30C30C30钢筋强度等级HRB335HRB335HRB335HRB335对称钢筋（Y/N）YYYY偏心距增大系数1111受压区高度0.5620.5620.5620.562截面受压区高度X(mm)319383375450受压区高度0.1820.2190.2140.257受拉钢筋面积As(mm2)8454774689748495受拉钢筋面积As(mm2)8454774689748495计算信息大偏心大偏心大偏心大偏心计算结论：强度满足受力要求。经过设计计算在保证结构强度满足受力要求安全的情况下，我项目采取以下几项技术保障措施以保证架设施工安全。1、箱梁侧支座间距2米，为保证永久支座的受力安全，经过和设计沟通采取以下措施，在箱梁底包含挂板与盖梁顶均采用临时支座支撑，采用木楔顶紧。2、所有的支腿局部设置分配梁（方木）；3、在现浇箱梁面板上用红油漆标示出腹板位置，把横移倒梁荷载分配到腹板上；4、吊梁次序，首先把一片边梁架设在中梁位置，然后架设另一片边梁，到位后再把第一次的边梁架设到位，最后架设两片中梁；5、由于在架设边梁时为最不利条件，为防止箱梁翼缘板受压破坏造成架桥机整体倾斜，为减轻墩柱受力过大造成裂缝，采取以下措施来保证施工和结构安全：（1）中支腿导梁两边各伸出箱梁翼缘板50cm，在下方用三根600的钢管支撑进行顶撑，保证在架设预制梁时钢管支撑分担压力，以减轻墩柱和箱梁翼缘板受力过大。支撑布置图和基础处理详细如下图：支撑平面布置图： 三道钢支撑竖向每各3米采用120型槽钢进行横向连接，下面和混凝土基础用混凝土预埋钢筋连接牢固，钢支撑拼装时要保证顺直度。支撑受压计算：计算简图如下：计算结果如下：每个钢管支撑的支撑力为450KN。混凝土基础尺寸为长3米、宽2.5米、高0.5米，混凝土标号为C50，钢筋采用螺纹22 ，上下均