移动导梁法悬臂灌筑预应力混凝土连续梁工法.doc

移动导梁法悬臂灌筑预应力混凝土连续梁工法中铁十四局集团有限公司 杨少宏 栾昌信 刘运平一、前言随着高等级公路的建设和城市道路改造的迅猛发展，大量涌现出中等及以下跨度的悬臂灌筑连续梁桥，箱梁截面类型多，单幅桥面宽，多跨连续。特别是位于城市内的连续梁桥为适应既有道路等环境条件和满足交通流量的需要，多采用单箱多室、变宽度(与匝道连接处)、平面曲线等多种结构形式，使得采用常规挂篮进行悬臂灌筑施工时，需增加若干片主桁，悬臂灌筑过程中要调整主桁间距、走向等。当桥墩位于深水、山谷或陡坡上时，由于拼装挂篮需要场地较大，因此0#块一般至少要有914m的长度。长度大的0#块不但不便于施工，也容易出现因底模及支架变形沉降而引发的质量问题，而且也不经济。另外，边跨直线段的施工也需要搭设相当数量的支架，再次加大施工成本。为克服这些问题，我公司在总结和吸收国内外各种施工方法和各式挂篮优点的基础上，研制出了一套全新的连续梁悬臂灌筑施工操作系统。该系统用制式器材如万能杆件、贝雷梁片、军用梁等拼装成导梁，布置在箱梁顶面，通过吊带悬挂作业平台，梁段底模和侧模与悬挂平台连成一体，导梁将梁部施工工作面联通到两岸，一个T构施工完成后，导梁连同上横梁通过布置在箱梁上的卷扬机牵引，在滑动支座上一次滑移到下一T构。只需加工少量的小型配件即可满足施工需要，一次性投入少。外模和底模随悬挂的施工作业平台在导梁上一次滑移就位，不需要设平衡重，也不需要反扣轮，安全可靠，一次移位只需3040分钟，立模标高通过前横梁上的千斤顶进行调整。移动导梁法悬臂灌筑预应力混凝土连续梁施工技术科技成果于2001年4月经专家会议鉴定，达到了国内领先水平。2002年获江苏省科技进步三等奖。该技术在江苏省邳州市跨京杭运河高架桥次主桥施工中应用，取得了显著的经济效益和社会效益，工程质量得到业主和社会各界的广泛好评。本文仅以六四式铁路军用梁、六五式军用墩为例叙述该工法。二、工法特点1、本工法利用在移动导梁上悬挂的作业平台完成除墩顶梁段以外的所有梁体的悬臂灌筑施工，避免了因0#块过长给悬臂施工带来的困难，解决了边跨直线段落地支架引发的如水上作业、地基沉降等一系列问题。2、本工法的移动导梁将施工作业场地与两岸连接在一起，方便了器材运输和混凝土泵送管道的敷设，减少了对河道、公路、铁路及城市道路等桥下交通的干扰。3、一个T构合拢后，导梁通过卷扬机牵引，整体滑移到下一T构，实现了快速就位，无需再次拼装。4、本工法利用制式器材组装移动导梁进行悬灌桥梁施工，减少了钢结构件加工数量和零号块、边跨直线段现浇支架数量，因而减少了施工投入，其结构简单，受力明确，操作方便。5、悬灌施工无前倾翻之虞，不仅安全，而且稳妥。三、适应范围本工法适用于中等跨度的铁路、公路单线、双线预应力混凝土连续梁的悬臂灌筑施工，适用于不同桥面宽度和曲线桥。由于悬挂作业平台在移动和作业状态下，均不依赖梁顶提供锚固反力，因此也适用于变宽度的悬臂灌筑梁桥(T构两端重量相当，一端分出匝道桥)。四、施工工艺(一)工艺流程见图1。基础及墩身施工墩顶梁段施工安装永久、临时支座搭设墩周支架梁顶、边墩顶支垫拼装导梁拼装悬挂平台下横梁、纵梁安装悬挂平台上横梁铺设底模、侧模在上横梁上整体提升平台至梁底标高钢筋绑扎立内模，标高、模板调整对称灌筑梁段混凝土标高观测混凝土养护张拉、压浆滑移平台至下一梁段边跨直线段悬吊施工边跨合拢段施工悬挂平台落地导梁支点前移一个节段悬挂平台转场导梁移至下一T构提升悬挂平台至梁底标高下一T构施作，直至全桥完成拆除悬挂平台拆除导梁图1 施工流程图(二)导梁导梁用六四式铁路军用梁标准三角和端构架等构件拼装，边墩或已完成T构上的支点用六五式铁路军用墩立柱和垫梁组成，导梁在0#块上不对称摆放。悬臂灌筑时调整支点反力，使T构平衡。导梁支立于墩顶0#块和连续梁边墩上，构成稳定结构。因此，导梁可一次拼装到位，以一端简支另一端悬臂承受施工荷载，见图2。墩顶0#块长度只需34m即可满足导梁的拼装需要，悬吊施工边跨直线段和合拢段时也无需调整导梁位置，导梁设置为简支状态，见图3。悬灌施工时，为了减少灌筑混凝土引起的弹性变形，导梁在T构上的支点应随梁块的灌筑而对称向墩外移动，使导梁成为多支点连续梁。同时，由于导梁在墩顶0#块两侧的不对称，致使上述两对称外移支点的反力不同。这样，导梁就对T构产生了不平衡力矩。消除此不平衡力矩可通过调整支点反力来实现，即通过理论分析调整导梁的支点高度，使T构两端(桥轴向)所受压力相当或相等。边跨合拢后，在固定支座下加滚轴，使其成为滚动支座，落下悬挂平台、调整横梁位置，即可前移至下一孔，见图4。导梁移动时的抗倾覆稳定系数处于变化中，其最小值大于2.0。图2 分节段悬灌施工导梁悬挂平台悬挂平台悬吊系统边跨直线段合拢段边墩图3 边跨直线段、合拢段悬吊施工导梁两平台合并固定支座边墩图4 导梁移动到下一孔导梁滚动支座滚动支座根据箱梁的腹板布置和梁段重量,用两片或多片制式器材拼装的梁片沿桥轴横向摆放，之间用横向联结系保持稳定，见图5。图中以单箱双室连续箱梁为例，用4片双层军用梁作为主受力构架承担悬挂平台的荷载。(三)悬挂平台每个悬挂平台的主体由前下横梁、后下横梁、前上横梁、后上横梁和纵梁组成，所有横梁均用不同长度的六五式军用墩垫梁组合而成，纵梁用25号工字钢或28号槽钢组成，均应根据梁段荷载通过检算确定。纵梁上铺设底模板和侧模板，前、后上横梁放在导梁上。悬挂平台通过前、后吊带悬挂在导梁上，就位后后下横梁通过后锚杆固定在已灌筑梁段的底板上；滑移时，拆除后锚杆，保留横梁两侧吊带，用导链牵引使上横梁沿导梁滑行，带动悬挂平台及模板系统移动；在立模和灌筑混凝土过程中，需调整模板标高时，用前上横梁上的顶升千斤顶调整前吊带长度来实现。中支座边支座边支座横向联结系半后断面 半前断面图5 导梁、悬挂平台横断面图后锚杆导梁导梁前吊带千斤顶上横梁下横梁下横梁后吊带前吊带图6 墩顶梁段悬臂托架法施工图墩顶梁段悬臂托架1m1m桥墩厚度桥墩(四)施工过程及要点1、墩顶梁段施工墩顶梁段作为连续梁悬臂灌筑施工的起步作业段，主要起支撑导梁以及为底模后锚杆提供悬挂点的作用，其长度同时应满足临时支座的安装需要。当设计的0#块过长时，可以将其分成三段：中间一段作为墩顶梁段采用支架、托架现浇，两侧梁段待移动导梁就位后用悬挂平台悬臂灌筑。鉴于墩顶梁段仅悬出桥墩约1m，不需要采用扇形托架，一般也不需要采取支架(托架)预压措施。当桥墩较低，且附近地面有条件时，可采用落地支架。否则，可采用悬臂托架(见图6)或采用预埋地脚螺栓，然后连接三角架等方法。当桥墩较厚时，墩顶梁段长度可设置到短于桥墩厚度的程度，使其仅满足临时支座的设置要求即可。悬挂平台后下横梁与墩顶梁段间取消锚杆连接，悬挂平台的后横梁支撑在墩顶(见图7左半部分)或桥墩预埋牛腿上(见图7右半部分)，两侧通过后吊带悬挂在后上横梁上。图7 墩顶梁段无托架、初始悬灌梁段施工示意图导梁墩顶梁段端支点纵梁前上横梁后下横梁前吊带前下横梁后上横梁墩厚B临时支座初始悬灌梁段后吊带2、导梁、悬挂平台拼装墩顶梁段达到设计强度后进行导梁、悬挂平台的拼装，拼装程序：组装军用梁标准三角在墩顶悬臂拼装连接横向联结系吊装前、后上横梁安装吊带地面上铺设前、后下横梁吊装底纵梁安装底模安装侧模板悬挂平台整体提升就位调整立模标高。在地面组装军用梁标准三角，每四个为一组，总重约2T，用塔吊将组装好的军用梁分批吊装，悬臂拼装。底模用组合钢模拼装，上面铺设一层1.5mm冷轧不锈钢板，不锈钢板点焊在铺平的组合钢模上，打磨平整。侧模及翼板用新型竹胶板加工。用1010方木及8槽钢加固，在两侧纵梁上搭设钢管支架来支撑侧模及翼板，两侧模板间用12拉筋拉紧。用钢管扣件及竹排搭设张拉平台及后下横梁施工平台，分别用于预应力张拉、吊带拆装及施工接缝清理。3、悬臂梁段施工悬臂灌筑前，通过导梁悬挂平台预压试验，取得弹性变形和非弹性变形量，并与挠度计算结果相对比，用作立模时参考。预压荷载按设计最大梁段重量的120进行。(1) 使用有限单元法对导梁进行分析计算，确定导梁各支点标高，使作用在T构(桥轴向)两端的支点反力基本相当。(2) 悬挂平台及底模、侧模安装就位后，利用吊带上端千斤顶及后锚点千斤顶调整底模标高，用导链调整横梁的横向位置以修正轴线，直到满足设计和规范要求。(3) 模板经检查合格后，进行钢筋绑扎，同时安装预应力管道，预埋锚杯及锚下钢筋网。(4) 立内模、绑扎顶板钢筋。预留悬挂平台后吊带孔、泄水孔及翼板钢筋。(5) 重新复核轴线及标高，调整合格后，同时对称灌筑T构两端混凝土。(6) 混凝土浇筑后在箱梁顶面覆盖双层草袋，由专人对箱梁内外进行洒水养护。(7) 箱梁混凝土达到设计要求的张拉强度后，进行预应力穿束、张拉、压浆。(8) 拆除后下横梁、后锚点短吊带，松动各上横梁千斤顶，放松前后吊带，使底模下降，并与混凝土梁底分离约2cm。(9) 用钢管及扣件将导梁上的前横梁与后横梁联结，用导链牵引，将悬挂平台移到下一梁段。(10) 将已施工梁端部凿毛，保留箱梁周边3cm宽光面，保证底板及翼缘板新旧混凝土接缝平整、顺直。4、边跨直线段施工将两个平台拼装到一起，在同一平台上进行边跨直线段及合拢段施工。为了使荷载分布均布，在两平台拼接处纵梁相互错开，纵梁另一端支撑在边墩上，使梁段的部分重量转移到墩顶，由于边跨直线段重量较大，施工前需重新进行预压实验。5、合拢与体系转换按设计要求的顺序逐次施工各合拢段，并进行相应的体系转换。在边跨直线段施工后，进行边跨合拢前拆除直线段侧模，减轻施工荷载，同时由于已施工T构在边跨合拢浇筑时单端受力(平台后锚在T构上)，为减少墩身所受不平衡弯矩，在合拢段另一端增加配重，配重大小根据结构受力分析确定，并随施工过程逐步增减。合拢段两端箱梁高差符合规范要求后，先进行合拢段临时锁定。用大型工字钢或槽钢作为劲性骨架，焊接到两端梁段内预先埋设的钢板上，在底板、顶板上对称设置，在设计要求的合拢温度时焊接，操作要迅速。然后在顶板、底板各张拉相应数量的纵向预应力筋。合拢段混凝土在低温时开始浇筑，在温度上升前完成浇筑，并掺加早强剂，混凝土提高一个强度等级。混凝土灌筑后，覆盖并洒水养生，箱梁内外设专人负责。边跨合拢张拉灌浆后，及时拆除临时锁定型钢，在悬挂平台四角用导链牵引，将平台落到船上或汽车上转场。解除临时支座锚固，使T构形成单悬臂，完成初次体系转换，移动导梁进行下个T构施工，最后进行中跨合拢，完成末次体系转换。体系转换过程中要注意对称均匀地拆除临时支座，防止对永久支座产生突然冲击，并进行过程观测，掌握箱梁线型的变化，供后续合拢段施工时参考。6、导梁整体移动移动导梁时，使用卷扬机及滚动支座。滚动支座用整体轴套式滑动轴承，灰口铸铁轴承座与钢板底座通过螺栓连接。将滚动支座安装到位后，用千斤顶将导梁顶起，拆除导梁与桥面之间的支承，同步放松千斤顶，将导梁平稳的落到滚动支座上，并调整好各滚轴的高度。将卷扬机固定在已完成T构的墩顶位置，通过T构端部转向滑轮用钢丝蝇与导梁联接，收紧卷扬机钢丝蝇，将导梁向前缓缓拉动，移动过程中要做好中线观测，出现偏移及时用导链进行纠正。在导梁前移过程中，其悬臂一端将出现较大的下挠。导梁有沿纵向滑动的趋势，在移动过程中，使用导链将导梁尾部与梁体挂锚，随着导梁向前移动逐步松动导链，在导梁前端移到下一个T构墩顶0#块范围时，用千斤顶将导梁垫起，将导梁放到滚轴上。导梁拖移到预定位置后，用千斤顶顶起，拆除滚轴，安装导梁支点，将悬挂平台重新安装到导梁上，进行下一T构施工。导梁从已完成T构移到下一T构约需要5个小时。7、线形控制在施工准备阶段，针对连续钢桁梁的结构特点，计算各阶段施工荷载，结合计划施工周期，使用桥梁结构分析综合程序6.5版计算预应力悬臂梁施工各阶段梁体受到的影响，主要包括3个方面，即：梁体自重+施工荷载+预应力张拉引起的内力和变形，体系转换、支座沉降产生的变形，由混凝土收缩、徐变和预应力损失产生的内力和变形。通过对导梁和悬挂平台的预压试验，并结合导梁挠度计算结果，确定导梁及悬挂平台系统自身的变形，确定立模标高。HN=H0+1+2HN-N号块梁段端部立模标高H0-N号块梁段设计标高1-N号块施工中导梁及悬挂平台自身的变形2-预应力箱梁N号块设计预留拱度在已施工T构O#块中心位置设置水准仪，对施工各阶段进行观测。各梁段立模标高的计算结果，要与施工中的检测结果进行对比，出现误差，查找原因，逐步修正计算参数，保证合拢精度。五、机具设备表1 主要机具设备表序号名 称规格型号单位数量说 明1导梁制式器材片数量根据跨度、箱梁断面和分段重量确定2塔吊个1导梁拼装和垂直运输3滑移平台型钢组合个2根据梁段重量采用工字钢和槽钢4混凝土拌合站JS500座2根据施工组织设计选择5混凝土运输车SQH5270GJBA台4自拌合站往输送泵运输混凝土6混凝土输送泵HB-60台1将混凝土送到模板内7倒链5t个6悬挂平台的滑移与垂直升降8混凝土弹性模量测定仪台1各T构通用9钢筋切断机GQ40台1钢筋加工10钢筋弯曲机GW40台1钢筋加工11钢筋调直机GT4-14台1钢筋加工12交流电焊机BX1-401台4钢筋焊接13插入式振捣器ZN-50台6混凝土振捣14慢速卷扬机JM5台2导梁移动15千斤顶YCD-2000台4根据设计预应力种类和型号选择16千斤顶YC-60台4张拉竖向预应力筋17油泵ZB22/49台8张拉作业18自动安平水准仪005台1挠度和变形观测19灰浆搅拌机UJW200台1制水泥浆20注浆泵UBL3台1预应力孔道压浆21水泵8J353台2混凝土养护作业22驳船艘2水上施工时布置塔吊六、劳动力组织表2 劳动组织序号作业组主要工作内容人 数技术人员技术工人普通工人1技术组施工组织设计导梁支垫高度调整现场观测指导32测量试验组选定配合比测量导梁和悬挂平台的变形量测试T构挠度变化253导梁平台组导梁组拼平台组拼、滑移和标高调整导梁整体移动2104钢筋模板组钢筋的加工和绑扎制作并安装预应力筋梁段模板的制作、安装、调整和拆除26205混凝土组混凝土拌合、运输、振捣与养护14206张拉压浆组预应力张拉与孔道压浆184七、质量控制1、工程施工所用的各种原材料、机具设备的试验、检验和验收均按现行规范及有关标准进行。2、施工前根据施工方案进行结构受力分析，计算各施工阶段梁体在自重、施工荷载、预应力张拉、混凝土收缩徐变、体系转换等条件影响下产生的内力和变形，同时根据预压试验及导梁计算成果，获得导梁自身挠度值，综合确定各阶段立模标高。3、在施工过程中，根据悬灌周期、实际施工荷载等的变化情况，进行数据跟踪调整。4、悬臂灌筑过程中，将悬挂平台的弹性变形进行分次调整，每次调整值不大于5mm。5、用全站仪和精密水准仪进行施工同步观测，获取梁段线形实际变化规律，重新对计算参数进行修正，使计算值与实测值逐步趋近，以指导施工，确保合拢精度。6、成立专门的观测小组，负责各施工阶段观测，收集数据，调整立模标高、指导施工。7、悬臂施工前将桥轴线精确标定到各墩顶，重新在顶部贯通轴线和标高。同时在桥中轴线两侧分别放出两条平行轴线，在施工中用这两条平行轴线进行相互校核。8、在各墩墩顶0#块上各设置两个水准点，作为各梁段观测基点，并经常联测。9、在一个悬灌循环中，在混凝土灌筑前后、纵向预应力张拉前后、悬挂平台移动前后共进行6次观测，并经常对前面已施工梁段进行复测，积累各阶段梁段挠度变化，合拢段张拉及体系转换都会引起梁段线型变化，进行重点观测，在观测标高的同时，利用各墩顶的中线点进行轴向监测。10、对观测的结果使用专用表格记录，进行统计分析，绘制影响曲线，校核立模标高。11、梁体尺寸和线性、混凝土质量等的检测与控制按现行规范要求进行。八、安全措施1、施工前编制安全施工细则，做到施工前预防，全过程控制，施工现场悬挂醒目的安全警示牌，禁止非施工人员进场。2、根据起吊重量、高度、回转半径等各项参数，合理选择塔吊，并经检算，确认能满足施工需要。3、导梁悬拼时，在跨中搭设钢管排架作为临时支点，并通过梁体竖向精轧螺蚊钢筋将导梁临时锚固在墩顶箱梁上，操作人员必须系好安全带。4、在导梁顶升和下放过程中，控制千斤顶操作同步，动作要慢，确保导梁的稳定，防止各片梁间的联接杆件受力扭曲。5、检算在各种工况下，导梁和T构的稳定和受力变形情况，确保安全。6、在导梁前移过程中，导梁悬臂一端将出现较大的下挠变形，受设计纵坡的影响，导梁有沿纵向自行滑动的趋势，为保证导梁走行安全，在移动过程中，使用4个5T导链将导梁尾部与梁体挂锚，随着导梁向前移动逐步放松导链。九、效益分析1、利用制式器材拼装导梁和悬挂平台，提供了安全可靠的施工环境，减少了钢材加工量，节约了资源，取得了一定的社会效益。2、0#块分两次施工，墩顶梁段现浇长度大为缩短，边跨直线段采用悬吊施工，避免了地基处理和支架搭设，减少了支架和模板等器材的