刚构连续箱梁合拢段施工技术

1、2014年度优秀科技论文（技术总结） 刚构连续箱梁合龙段施工技术刚构连续箱梁合龙段施工技术内容提要：本论文以兴保铁路武家沟河特大桥刚构连续箱梁合龙段施工为例，介绍了直线段、合龙段施工的施工工艺，对其相应的施工工艺进行深入的分析和研究，针对直线段、合龙段施工工艺的施工特点进行阐述，为类似工程提供有效的技术参考。关键词：连续梁直线段、合龙段；墩体验算；托架；预埋件1工程概况武家沟河特大桥起讫里程为DK13+869.47DK14389.40，全长519.93m，桥跨结构形式为（1-24m+2-32m）单线简支T梁+1-（48+4*80+48）m刚构连续箱梁，本桥为单线桥。武家沟河特大桥共计合龙段6个

2、，合龙段分为次边跨合龙段（2个）、边跨合龙段（2个）、中跨合龙段（2个），合龙段长度均为2m，合龙段梁高3.8m，腹板厚0.45m，底板厚0.45m，顶板厚0.4m。全桥共计边跨现浇直线段2个，现浇直线段长度3.7m，顶板宽7.4m，底板宽4.4m，梁高3.8m。图1 武家沟河特大桥2总体施工方案武家沟河特大桥共计合龙段6个，合龙段分为次边跨合龙段（2个）、边跨合龙段（2个）、中跨合龙段（2个），边跨现浇直线段2个。合龙段均采用挂篮进行合龙。3号墩现浇直线段采用墩旁托架法施工， 9号台现浇直线段采用满堂支架法施工。合龙段施工顺序为：先次边跨后边跨再中跨。2.1现浇直线段施工方案武家沟河特大桥3

3、#墩现浇直线段采用墩旁托架进行施工。托架利用原0#块托架，底模及侧模采用0#块模板改制，内模采用竹胶模板。保方台直线段采用满堂脚手架进行施工，先保方台地基换填2米卵石土，再在相应的位置放枕木架设钢管架。钢管类型：50 2.8mm ，立杆步距h：1m。立杆间距：纵距La=0.6m，横距Lb=0.6m。2.1.1 3#墩柱抗倾覆稳定性验算图2 3#墩受力图如上图所示，在F1，F2，F3作用一下，桥墩会产生绕倾覆轴方向的倾覆力矩，在桥墩自重G作用下，又会产生反方向的抗倾覆力矩。2.1.1.1抗倾覆稳定性验算Kt-抗倾覆稳定系数F1-现浇梁体及模板自重（考虑振捣冲击作用）F2-人群和设备自重F3-托架

4、自重G-墩柱自重ejx-力对于倾覆轴的偏心距 表1 3#墩受力情况力(KN)偏心距(m)F1=1556.74e1=0.4F2=40e2=1.724F3=112.5e3=2.5G=14586.7x=2.977计算得Kt=44.6远远大于限值1.5，因此，墩柱不存在倾覆的风险。2.1.1.2 3#墩墩身抗拉强度验算截面内力由于墩身自重会产生压应力，所以选取墩身上部截面进行验算，验算截面如图所示。图3 3#墩截面此截面承受的内力为：竖直向下的轴力N(大小为F1+F2+F3),绕X轴的弯矩M（大小为F1*e1+ F2*e2+ F3*e3），经计算N=1749.24KN,M=972.905KN.m换算截

5、面要算出墩身混凝土的应力，就需要将钢筋混凝土截面换算为均质的混凝土截面即将截面内的钢筋换算成混凝土。C35混凝土弹性模量 钢筋弹性模量 所以 =则钢筋的换算截面面积A=（-1）A故可将钢筋混凝土截面换算成素混凝土截面表2 3#墩截面面积A（mm）9517639.6204惯性矩IX（mm）2.1665E+13抵抗矩WX（mm）0.9848 E+10截面应力换算截面为均质的混凝土弹性体，在轴力N和弯矩M作用下，危险点（y值最大的点）将分别产生压应力和拉应力。所以为压应力,因此，墩身混凝土不会产生受拉破坏。2.1.2保方台直线段满堂脚手架设计2.1.2.1参数信息钢管类型：50 2.8mm 立杆步距

6、h：1m。立杆间距：纵距La=0.6m，横距Lb=0.6m。作业层施工均布荷载标准值：60KN/m2。脚手板：木脚手板，脚手板自重：0.35KN/m2。扣件抗滑承载力折减系数：1。立杆支撑面：脚手架放置在地面枕木上。图4 脚手架搭设体系剖面图图5 脚手架搭设体系平面图2.1.2.2作业层纵向水平杆的计算纵向水平杆在横向水平杆的上面，纵向水平杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算。将纵向水平杆上面的脚手板自重和施工活荷载作为均布荷载计算纵向水平杆的最大弯矩和变形。1.均布荷载值计算作用在纵向水平杆上的荷载值： qk1=（60+0.35）0.2=12.07kN/m；2.强度验算最大弯距 Mmax=0.

7、10q1la2=0.1012.070.62=0.435kNm；最大应力计算值 =M/W=0.435106/4.64103=93.75N/mm2；纵向水平杆强度验算：实际弯曲应力计算值=93.75N/mm2小于抗弯强度设计值f=205N/mm2，满足要求3.挠度计算最大挠度=0.677qk1la4/100EI=(0.67712.07)6004/(1002.06105116000)=0.443mm；纵向水平杆挠度验算：实际最大挠度计算值:=0.443mm小于最大允许挠度值min（600/150，10）=4mm，满足要求2.1.2.3作业层横向水平杆的计算纵向水平杆在横向水平杆的上面，纵向水平杆把荷

8、载以集中力的形式传递给横向水平杆，横向水平杆按照多跨连续梁进行强度和挠度计算。1.纵向水平杆传递给横向水平杆的集中力计算集中力设计值：F=q1l=12.070.6=7.24kN；2.横向水平杆受力计算横向水平杆按照多跨连续梁进行计算，计算简图如下：图6 应力图图7 弯矩图图8 挠度图计算得到： 最大应力：=196Mpa 最大弯矩：M=-1.1kN.m 最大变形：=0.706mm3.强度验算最大应力计算值=196N/mm2；横向水平杆强度验算：实际弯曲应力计算值=196N/mm2小于抗弯强度设计值f=205N/mm2，满足要求。4.挠度验算最大挠度=0.706mm；横向水平杆挠度验算：实际最大挠

9、度计算值:=0.706mm小于最大允许挠度值min（600/150，10）=4mm，满足要求。2.1.2.4作业层立杆扣件抗滑承载力的计算扣件的抗滑承载力按照下式计算: RRc 其中Rc-扣件抗滑承载力设计值。规范规定直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN。扣件抗滑承载力折减系数1，则该工程采用的单扣件承载力取值为8.000kN，双扣件承载力取值为16.000kN；R-纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值为7.24*2=14.48kN。作业层立杆扣件抗滑承载力验算：R16.000kN，立杆采用双扣件，其抗滑承载力的设计计算,满足要求。2.1.2.5立杆的稳定性计算1.脚手架外围立杆稳定

10、性计算(1).基本数据计算 外围立杆长细比验算依据扣件式规范第5.1.9条：长细比= l0/i = kuh/i查扣件式规范附录C表C-1得：=1.75；立杆的截面回转半径 ：i=1.59cm；=1.1151.75100/1.59=122.72外围立杆长细比验算：实际长细比计算值：=112.12小于容许长细比250 确定轴心受压构件的稳定系数长细比=l0/i=kuh/i=122.72；所以，稳定系数=0.44 (2).外围立杆稳定性计算不组合风荷载时,立杆的稳定性计算=N/(A)f立杆的轴心压力设计值N=1.2NG1k =1.214.48=17.38kN；=17380/（0.44506）=78.

11、06N/mm2；外围立杆稳定性验算（不组合风荷载）：实际抗压应力计算值=78.06N/mm2小于抗压强度设计值f=205N/mm2，满足要求。2.脚手架内部立杆稳定性计算(1).基本数据计算 立杆长细比验算依据扣件式规范第5.1.9条：长细比=l0/i=kuh/i=uh/i（k取为1）查扣件式规范附录C表C-1得：=1.55；立杆的截面回转半径：i=1.59cm；=1.1551.55100/1.59=112.6内部立杆长细比验算：实际长细比计算值：=112.6小于容许长细比250，满足要求！ 确定轴心受压构件的稳定系数长细比=l0/i=kuh/i=112.6稳定系数经过查表得到：=0.503；

12、(2).立杆稳定性计算=N/(A)f立杆的轴心压力设计值N=1.2NG1k =1.214.48=22.08kN；=173760/(0.503506)=68.27N/mm2；内部立杆稳定性验算：实际抗压应力计算值=68.27N/ mm2小于抗压强度设计值f=205N/mm2，满足要求。2.1.2.6立杆的地基承载力计算立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求 pfg地基承载力设计值:地基承载力标准值：fgk=2000kPa；脚手架地基承载力调整系数：kc=0.4,故fg=800.000kPa；立杆基础底面的平均压力：p=N/A=14480/(200*200)=362kPa；p=362kPafg=8

13、00.000kPa；地基承载力满足要求。2.1.3直线段工艺流程其工艺流程为：托架安装铺设平台安装支座锁定临时支座并设置预偏量布置墩顶及铺设底模安装外模及支架安装底腹板钢筋及预应力管道安装内顶板模及支架安装顶板钢筋安装内腹板模及拉杆安装端隔墙模板及拉杆安装预埋件及预留孔检查、调整浇筑砼、养护。直线梁段砼采用一次灌筑成型。1、托架安装现浇直线段托架采用0#块托架，现浇直线段内模支撑采用钢管架，模板固定采用对拉杆与外模连接，见下图所示：图9 现浇直线段施工示意图2、预压现浇直线段托架及底模支架均采用0#块托架，施工时均对托架进行预压和验算（见附件）。直线段施工时，由于墩身高度较大，无法采用支架施工

14、，现场采用托架进行现浇直线段的施工。由于现场采取托架无配重不平衡施工，在浇筑混凝土时，施工及浇筑混凝土产生的荷载会对墩身造成偏心受压，产生一定倾覆，因此需要检算墩身的抗倾覆能力（计算见附件）。3、支座安装永久支座安装前对支座垫石进行检查，支座安装标高按设计要求控制，并控制两个方向的四角高差不大于2mm，以保证平面两个方向的水平；安装时，支座顺桥向中心线与主梁中心线重合或平行，梁底支座安装部位的混凝土应平整、干净。支座预偏量按监控单位要求留设并锁定。4、模板安装现浇直线段底模板及侧模板采用现场现有模板改制，内模板采用15mm光面竹胶模板，内模板支撑采用48mm钢管支架，内模板与外模板固定采用对拉

15、杆。5、钢筋、预应力管道安装及预埋件现浇直线段钢筋及预应力管道安装要求与悬灌段相同，此处不再重复。施工中注意预埋件和预留空洞的位置和数量，不得遗漏，以免影响边跨合龙段的施工。5、混凝土浇筑、养生现浇直线段混凝土采取一次性浇筑完成，浇筑时间控制在5小时之内。混凝土浇筑时，浇筑顺序为底板-腹板-顶板。混凝土浇筑时应先浇筑两端部位，然后由两端向中间浇筑。混凝土振捣时，一定要加强对预应力管道部位、张拉端锚后位置以及劲性骨架预埋件位置混凝土的振捣。混凝土浇筑完成后应及时洒水覆盖养护，养护时间不少于7天。6、模板、托架的拆除内、外模板在混凝土强度达到规范要求后即可拆除，底模板及托架在边跨合龙完成之后即可拆

16、除。7、现浇段水平临时约束措施边跨直线段水平临时约束措施，采用活动支座锁定进行临时约束，安装边跨活动支座时，锁定连接杆。在边跨合拢口临时锁定后，应立即解除边跨一侧活动支座的约束（即边墩上活动支座的连接杆），临时锁定力应大于边跨现浇段梁段与底模、活动支座之间的摩擦力。 2.2合龙段施工方案2.2.1合龙顺序、合龙时间及温度按照设计要求合龙段施工顺序为：先次边跨后边跨再中跨。合龙段均采用两支挂篮对接，进行立模，绑扎钢筋和预应力管道等工作。合龙施工温度为515，一般选择一天当中温度最低的时候进行。根据现场温度统计合龙时间选择在晚上22：00至凌晨6：00这段时间进行，并根据合龙当天实测温度进行调整。

17、2.2.2合龙总体方案次边跨合龙方案：悬灌段施工完成后采用两支挂篮对接，通过外施劲性骨架锁口，并预张拉合龙束，浇筑合龙段混凝土。边跨合龙方案：次边跨合龙段完成后，施工A10号段，采用两支挂篮对接，通过外施劲性骨架锁口，并预张拉合龙束，浇筑合龙段混凝土。中跨合龙方案：悬灌段施工完成后，采用两支挂篮对接，通过对中跨施加顶推力和外施劲性骨架锁口，并预张拉合龙束，浇筑合龙段混凝土。2.2.3合龙段施工工艺1、次边跨合龙次边跨合龙段施工顺序：悬灌段9#段施工，并预埋劲性骨架预埋件及吊杆预留孔两支挂篮对接模板安装安装底板钢筋及预应力管道安装底板劲性骨架安装腹板、隔板钢筋及预应力管道安装内模、顶板钢筋、顶板

18、纵向预应力管道及顶板劲性骨架锁定劲性骨架、并张拉临时预应力束浇筑合龙段混凝土并同时卸载次配重、养生混凝土强度达到设计要求，撤换临时束为永久束，边张拉合龙段预应力束边拆除劲性骨架、孔道压浆拆除挂篮。2、边跨合龙边跨合龙段施工顺序：现浇直线段、边跨不平衡段10#段施工，并预埋劲性骨架预埋件及吊杆孔移动挂篮模板安装 安装底板钢筋及预应力管道安装底板劲性骨架安装腹板及预应力管道安装内模、顶板钢筋、顶板纵向预应力管道及顶板劲性骨架 锁定劲性骨架、并张拉临时预应力束 浇筑合龙段混凝土、养生混凝土强度达到设计要求，撤换临时束为永久束，边张拉合龙段预应力束边拆除劲性骨架、孔道压浆拆除墩旁托架及支座临时约束。3

19、、中跨合龙中跨合龙施工顺序：悬灌段9#段施工，并预埋劲性骨架预埋件及吊杆预留孔两支挂篮对接模板安装安装底板钢筋及预应力管道安装底板劲性骨架安装腹板、隔板钢筋及腹板预应力管道安装内模、顶板钢筋、顶板纵向预应力管道及顶板劲性骨架施加3000KN对顶力锁定劲性骨架、并张拉临时预应力束浇筑合龙段拆除劲性骨架、预应力孔道压浆拆除挂篮完成体系转换。2.2.4施工方法2.2.4.1预埋件与预留孔连续梁最后一个悬灌段施工时，应注意预埋合龙段劲性骨架钢板。2.2.4.2模板及吊架安装合龙段底模板利用0#块钢模板改制，侧模板利用现浇直线段模板，内模板采用15mm厚竹胶板。图10 劲性骨架2.2.4.3配重次边跨合

20、龙时在悬臂段采用砂袋配重，边跨、中跨合龙不进行配重，合龙段配重随混凝土的浇筑数量逐渐卸载配重砂袋。2.2.4.4钢筋及预应力管道安装合龙段钢筋及预应力管道安装施工方法同悬灌梁钢筋、预应力管道的安装。为节省时间，加快工期，合龙段钢筋与预应力管道及预应力筋的安装同时进行。需要注意的是：混凝土浇筑前，将钢绞线全部穿入波纹管道，为防止浇筑砼时波纹管堵塞，出接口处缠绕胶带包裹外，还应逐根检查波纹管是否电焊花烧伤的孔洞；钢筋安装时纵向钢筋一端焊接，另一端待劲性骨架锁定后再进行焊接。2.2.4.5顶推1）千斤顶的设置顶推通过劲性骨架施加顶推力，劲性骨架单端焊接固定，另一端通过在顶底板设置牛腿作为顶推后背。武

21、家沟河特大桥的合龙是在8月下旬晚上进行，合龙气温为515。顶推目的是使桥墩产生一个预偏位来抵抗因合龙温差、结构后期收缩、徐变等因素引起的桥墩水平位移。为避免产生横桥向弯矩，千斤顶应横桥向均衡对称设置，顶开时也应同步进行。武家沟河特大桥的千斤顶设置如图所示，分别在中跨合龙口的顶板设置1#、2#千斤顶，底板设置3#、4#千斤顶，顶推利用合龙段劲性骨架作为支撑，施加3000kN顶推力。顶推时4个千斤顶同步分级加载。图11 合龙顶推锚示意图 图12千斤顶布置示意图2）顶推的控制顶开有两种控制方法，即以顶开力控制和以顶开量双控。从理论上讲，两种控制方法应该是一致的，即顶开力与顶开量一一对应。但由于实际结

22、构与理想结构的差异等因素的影响，顶开力控制与顶开量控制不能完全对应存在一定的偏差时以顶开量控制为宜。3）顶推的实施为保证合龙顶推时桥梁的安全，合龙顶推采用力和位移值双控，以位移值控制为主。武家沟河特大桥在夜间22点进行合龙顶推锁定，温度为515。顶推过程中遵循同步、逐级加载的原则。施加顶推力时按照025%50%75%100%的顺序分四级加载，分级加载时保证箱梁位移的足够时间。测量中跨各墩悬臂端部水平位移和高程变化情况，同时量测千斤顶活塞行程，以便与位移观测值相校核。在顶推的同时，注意观察墩梁结合部，防止出现异常情况。当加载至3000kN时，两墩墩顶相对位移若尚未达到计算位移值，经监理、设计和监

23、控三方人员研究后确定是否继续加载。当两墩墩顶相对位移达到计算位移值时即使顶推力未达到3000KN后停止加载，顶推完成。2.2.4.6劲性骨架锁定劲性骨架的作用是在浇筑合龙段混凝土前锁定合龙段两侧的箱梁，防止合龙段混凝土在施加预应力之前开裂。劲性骨架采用事先在两端连续梁悬灌段（9#段）梁底板及顶板预埋的钢板与4根加工的钢板劲性骨架焊接，劲性骨架焊接时先焊接一端，另一端在顶推完成之后再焊接。图13 钢板劲性骨架2.2.4.7临时预应力束张拉每个合龙段共设4处劲性骨架，在劲性骨架锁定后，预先对称张拉临时束每根至642.5mpa。待混凝土浇筑浇筑完成，满足设计张拉条件后，拆除临时束换永久束，并张拉至设

24、计值。图14合龙段锁定示意图2.2.4.8混凝土浇筑及养生合龙段锁定完成后，即可进行合龙段混凝土的浇筑。合龙段砼采用C55无收缩砼，砼坍落度（指砼到达浇筑点时）宜为16cm20cm。合龙段混凝土浇筑应在4小时内完成；浇筑混凝土时应对混凝土加强捣固，特别是在波纹管密集的地方。为保证已浇筑的混凝土在规定龄期内达到设计强度，并防止混凝土产生收缩裂缝，混凝土浇筑后应立刻进行养护工作。根据山西保德县地区当地的气象条件，合龙段混凝土采用洒水保湿自然养护，养护期限不少于7天。养生覆盖材料采用土工布，养护期间，必须保证混凝土表面湿润。养护洒水频率以能保证使混凝土表面保持充分潮湿为度。2.2.4.9预应力筋的张

25、拉、压浆合龙段混凝土强度及弹模达到设计强度的100%，弹性模量达到设计值的100%且混凝土龄期不少于7天后，即可对合龙束进行张拉，张拉一次到位。张拉时遵循以下原则：先张拉长束，后张拉短束；先张拉外侧束，后张拉内侧束。张拉采用张拉力和伸长量双控，以应力控制为主，并用伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值控制在6%以内。预应力筋张拉完成后,立即进行压浆。2.2.4.10 体系转换体系转换在次边跨合龙后进行，解除4号和8号墩的临时固结，启用永久支座。2.2.4.11托架拆除（1）拆除时按照“先木方及底模，后钢桁梁；先非承重结构，后承重结构；先小杆件，后大杆件；先外部悬空杆件，后其它杆件”的原则

26、即安装的反程序进行。拆除前先降砂筒，以创造底模及分配方木与分配型钢的的拆除空间。（2）节点板及螺栓的拆除螺栓的拆除按与其相连的杆件拆除顺序拆除，销钉需要经过敲打拆除时，必须做好防落措施。节点板较重，可事先用钢缆绳套住拆除。（3）组合杆件的拆除杆件较重，拆除时应先用钢缆绳套住以防坠落。吊移时，用卷扬机配合慢速吊放，同时，塔吊配合二次吊移，并注意不要撞碰成品砼构件表面与栈桥。2、安全保障措施A、过程安全1）、按技术要求进行整个托架的拆除工作，所有高处作业人员应严格按高处作业规定执行和遵守安全纪律、拆除工艺要求；2）、拆除现场必须设警戒区域，张挂醒目的警戒标志。警戒区域内严禁非拆除人员通行或在托架下

27、方继续组织施工。3）、如遇强风雨雪等特殊气候，不应进行托架的拆除，夜间拆除作业，应具备良好的照明设备。4）、拆除托架杆件时不允许猛烈的敲打和强扭等方法进行。对于悬空杆件应用卷扬机或塔吊为主进行拆除，拆除时为保证杆件的平稳应设置缆绳辅助完成。5）、不允许分立面拆除或上下二步同时拆除，认真做到一步一清。B、设备安全1）、仔细检查吊运设备包括钢缆绳是否安全可靠，吊运设备固定可靠。2）、拆除所需的施工机械设备安装后必须按规定进行验收，合格方可使用，做好验收记录，验收人员履行签字手续。验收内容主要是：a、安装位置是否符合施工要求，安装是否坚固，机械是否稳固。b、传动部分是否灵活可靠，离合器是否灵活，制动器是否可靠，限位保险装置是否有效，机械的润滑情况是否良好。c、电气设备是否安全可靠，电阻摇测记录应符合要求，漏电保护器灵敏可靠，接地接零保护正确。d、安全防护装置完好，安全、防火距离符合要求。e、机械