预制节段悬臂拼装法施工技术

1、预制节段悬臂拼装法施工技术赵英爽(中铁四局集团第五工程有限公司 ,江西 九江 332000) 摘要 全面论述了悬臂拼装的施工技术措施 ,重点阐述了浮吊吊装 02 号块 、桥面吊机吊装其它梁节以及合龙施工技术 ,介绍了桥面吊机工作原理 、临时预应力施加及悬拼过程监控等重点措施的施工技术 。 关键词 悬臂拼装 ;吊装 ;桥面吊机 ;合龙 ;监控 中图分类号 TU758115 文献标识码 A 文章编号 100228498 (2008) 0120086205Construction Technology of Preca st Concrete SegmentalCantilever Assembly

2、 MethodZHAO Ying2shua ng( The Fif th Engineering Co. , Ltd. of China Tiesiju Civil Engineering Group , Jiujiang , Jiangxi 332000 , China)Abstract : In this paper , construction technologies of cantilever assembly are discussed. Further , the authoremphasizes that the segments from No . 0 to No . 2 a

3、re lifted by floating cranes and other girder segments are lifted by deck derrick cranes , as well as closure construction technology. Besides , working principles of deck cranes , temporary prestressed loading and monitoring technologies of cantilever assembly are introduced.Key words :cantilever a

4、ssembly ; lifting ; deck derrick crane ; closure ; monitoring所谓预制悬臂拼装施工 , 是将主梁沿顺桥向划分成适当长度并预制成块件 ,再将其运至工地进行安装 ,经施加预应力后使块件成为整体的桥梁施工方法 。随 着社会的发展及公众环保意识的加强 , 悬臂拼装施工 方法越来越受到广大工程技术人员的推崇 。悬臂拼装的主要优点表现在 :1) 施工速度快拼装节段可与下部结构同时施 工 ,拼装占用的施工周期仅有吊装定位和穿束张拉等工序 ,一个节段施工周期仅 1115d 。还可多孔同时施 工 ,施工速度快 。2) 施工质量好悬臂拼装节段在预制场预制

5、 , 布料 、振捣 、养护等条件均较好 , 预制节段的质量容易保 证 。梁的整体 性 在 采 用 环 氧 树 脂 胶 胶 拼 后 也 得 到 改 善 。3) 成桥线形好由于预制节段预制完成后一段时间 ( 存放时间一般为 3 个月以上) ,混凝土收缩 、徐变对 结构内力影响小 ,成桥后梁体线型变化也不大 。4) 桥梁跨越能力提高悬臂拼装施工充分考虑预应力混凝土悬臂结构承受负弯矩能力强的特点 , 将跨 中正弯矩转为支点负弯矩 ,使桥梁的跨越能力提高 。1 工程概况深圳湾公路大桥非通航孔桥上部结构采用预制悬臂拼装的施工工艺 。全桥双幅两联 , 第一联 6 ×72m ,第二联 1 ×

6、;57m + 6 ×69m ,采用等截面预应力混凝土单 箱单室箱梁结构 ,第一联桥跨布置如图 1 所示 ,全桥主梁除墩顶横隔墙采用现浇外 ,其余块件均为预制构件 ,全桥共 566 片预制梁 ,重量 50150t 不等 。墩顶0 、1 、2号块 、边跨梁节和合龙段采用 250t 浮吊吊装 ,其余块件 全部采用 DQP150t 桥面吊机起吊拼装 。图 1 第一联桥跨布置示意 (单位 :cm)悬臂拼装施工工艺流程以第一联为例 ,简述悬臂拼装工艺流程 ( 见图 2) :21) 第 1 步两边跨打钢管桩 , 搭支架 , 吊装第 1跨及第6跨边跨梁段于支架上并完成边跨索张拉 、引1 、引 5 号

7、墩两侧搭设支架 。 浮吊吊装引 1 及引 5 号墩 收稿日期 2007206206 作者简介 赵英爽 (1981 ) ,男 ,云南宣威人 ,中铁四局集团第五工程有限公司助理工程师 ,广州市花都区新华镇三华村华海工业区 2 号宿舍楼 510000 ,电话 : (020) 36863789 2008 No . 1 赵英爽 :预制节段悬臂拼装法施工技术87的丝杆调整平面位置 。由于滑移装置千斤顶工作持续时间长 ,使用普通油顶容易回油 ,起顶后两垂直方向丝 杆的水平顶推很容易损坏油缸和密封圈 , 选择带自锁功能的液压螺旋式千斤顶 ,有效地解决了这些问题 。31112 临时支座处理为保证 0 号块在调整

8、过程中能够适量转动 , 临时 支座浇筑时将其顶部高程降低 40mm 左右 ,0 号块精确对位后再进行灌缝处理 。本桥在 0 号块底板上预留了 灌缝浇筑孔 ,通过预留孔往缝内灌注 C40 高强无收缩混凝土 。31113调坡垫块后浇 由于预制调坡垫块的施工误差与永久支座的施工误差无法消除 ,两者间无法保证密贴 ,故调坡垫块必须 采用后浇法施工 , 即预制 0 号块时暂不预制梁底调坡垫块 ,在底板两调坡垫块中心位置处分别预留 <150mm 孔作为浇筑孔 ,待 0 号块调整就位后 ,在支座板与梁底 间立模 ,通过预留浇筑孔灌注环氧树脂 ,以此保证调坡垫块与梁底的完全密贴 。31114 墩顶与梁底

9、间的缝隙处理对墩梁固结 0 号块 ,由于预制时底板未预制 ,吊装 前须对梁底板作加固处理 。安装前测量人员首先在墩顶面放样 ,按照理论腹板底的位置凿除墩顶混凝土 ,凿 除深度低于设计标高 40mm 左右 ,待 0 号块精确调整就 位后采用环氧树脂胶作灌缝处理 。312 1 、2 号块吊装31211墩旁支架搭设 为保证桥面吊机有足够的工作空间 , 本桥 1 、2 号块均采用浮吊吊装并支撑于墩旁支架上 , 墩旁支架布 置如图 3 所示 。墩旁支架采用 <800mm ×8mm 钢管立柱作为承重结构 ,立柱支撑于桥墩承台上 ,钢管立柱分布于桥墩两侧 , 每侧一排 , 每排两根 , 立柱

10、横向加设的400mm 钢管支撑 , 桥墩两侧支架穿过墩身的两根对拉 杆和支架外围加设12 连接杆连接成整体 。立柱上顺桥向设两排 I56 梁 , 其上横桥向设 2 I32 形成操作平台 主体框架 。31212 1 号块试拼浮吊吊装 1 号块 , 将 1 号块匹配面缓慢靠近已经 精确安装好的 0 号块 , 利用两台导链 ( 垂直方向) 将梁 顶与墩顶支架锁定 ,待 1 号块稳定后 ,由梁顶及梁底各两台导链 ( 水平方向) 拖拉 1 号块进行试拼 , 观察匹配面间缝隙并做好标记 ,检查线形 ( 高程和轴线) ,对偏差 较大的位置需采用环氧树脂垫片做微调处理 。退出 1 号块 ,对匹配面处相抵触的部

11、分进行打磨处理 。再进行试拼 ,若拼缝基本保证在25mm ,放松导链退出 1 号块进行涂胶作业 。图 2 悬臂拼装施工工艺流程示意墩顶0号梁段 ,现浇隔墙 ,将 0 号梁段与墩身临时固结 。浮吊对称吊装引 1 及引 5 号墩两侧支架上箱梁段 ,对称张拉顶板预应力钢束 , 引 1 和引 5 形成单悬臂体 系 。 安装桥面吊机就位 , 悬臂拼装引 1 及引 5 号墩 两侧梁段 。2) 第 2 步悬臂拼装至最大悬臂 ,拆除引 1 、引 5号墩两侧支架 ,搭设引 2 、引 4 号墩两侧支架 。 浮吊吊装引 2 及引 4 号墩墩顶 0 号段 ,现浇横隔墙 ,将 0 号 梁段与墩身固结 。 同样方法施工引

12、 2 、引 4 号墩处支 架上的箱梁及对称悬臂拼装墩两侧的箱梁 、引 2 及引 4形成单悬臂体系 。3) 第 3 步引 2 、引 4 号墩处悬臂拼装至最大悬臂 。 拆除引 2 、引 4 号墩两侧支架 , 搭设引 3 号墩两侧支架 。 同样方法施工引 3 墩处支架上的箱梁及对 称悬臂拼装墩两侧的箱梁 ,引 3 形成单悬臂体系 。4) 第 4 步先吊装第 1 、6 跨合龙段并浇筑湿接缝混凝土 ,完成边跨合龙 。 吊装第 2 、5 跨合龙段并浇筑湿接缝混凝土 , 完成次边跨合龙 。 吊装第 3 、4 跨合龙段并浇筑湿接缝混凝土 , 完成中跨合龙 。 拆 除边跨及引 3 墩旁支架 ,完成第一联悬臂施工

13、 。3 02 号块梁节吊装施工技术311 0 号块吊装31111 0 号块精确定位0 号块吊装前 ,在墩旁支架上铺设作业平台 , 同时 技术人员首先在墩顶弹出 0 号块安装的基准线 。0 号 块使用 250t 浮吊吊装 。初步对位只需使用吊装设备进 行 ,即可保证 0 号块初步对位误差在 ±5cm 左右 。0 号块精确对位通过精确滑移装置调整空间位置 , 滑移装置通过千斤顶顶升调整 0 号块高程 , 通过两垂直方向88 施工技术第 37 卷位 ,该机械的主要功能是在悬臂混凝土桥梁端 ,把预制节段逐一从驳船上提升至桥面后与已成桥进行对接 。 桥面吊机如图 4 所示 , 设计为无配重自滑

14、式桥面 吊机 。桥面吊 机 通 过 节 段 梁 吊 点 孔 直 接 锚 固 在 梁 段上 ,走行时通 过 布 置 在 下 弦 杆 上 的 千 斤 顶 顶 推 移 动 。 梁段试拼后 ,利用吊机顶部纵向调节液压系统将梁节 顶推开 ,留出涂胶空隙 。调整梁段空间位置时 ,高程通过主框架底纵梁尾部的两台卷扬机调整 , 梁节的横向 偏位和竖向转角通过布置在梁顶的导链手动调节 , 纵 向位置由上弦杆上的千斤顶顶推调整 。体内索穿索 、张拉在吊机前方的工作吊篮内进行 。图 3 墩旁支架设计示意31213涂胶涂胶前应清除匹配面上的灰尘 、污渍等并保证其 干燥 ,匹配面处预应力管道管口必须粘贴密封圈 ,保证管

15、口完全密封 ,防止胶拼后挤出的胶堵塞预应力管道 。 为避免传统环氧树脂胶称量 、搅拌等的麻烦和质量不 易控制 ,本桥拼缝涂胶材料选用 Sikadur31SBAS08 拼装式桥梁构件粘接剂 ,该材料由 A 、B 两组分组成 ,使用时 只需将两组分充分搅拌即可 ,省去了称量 、逐渐掺加配料等繁琐步 骤 , 有 效 的 提 高 了 涂 胶 效 率 及 涂 胶 质 量 。 涂胶前用电动搅拌机将 A 、B 两组分搅拌均匀即可使 用 ,涂胶必须采用双面自上而下均匀涂抹 ,单侧涂胶厚度控制在试拼缝隙宽度的一半左右 , 涂胶工作必须在40min 内完成 。由于 Sikadur 胶体属于有毒材料 ,施工中应注意

16、加 强劳动保护 ,搅拌 、涂胶均须戴专用手套 、穿工作服 ,避免胶体直接与皮肤接触 。施工用具及时用丙酮清洗 ,若清洗不及时 、彻底 ,固化后将无法清洗 。施工完成的 容器不得直接抛入大海 ,防止有毒胶体污染海洋 。31214临时预应力张拉涂胶完成后采用与试拼一致的方法完成胶拼 , 注 意在梁节接触前应将两节段梁通过导链基本对齐 , 防止由于梁体错位而带动波纹管密封圈偏移 。为保证胶拼面始终处于受压状态 , 本桥通过两台千斤顶同时张 拉梁顶 、梁底的临时预应力精轧螺纹钢筋控制施工阶段接缝处压应力大于 015MPa ,张拉控制力为 5412t 。张拉过程中应及时清理梁缝挤出的胶体 。4桥面吊机吊

17、装梁节施工技术411桥面吊机工作原理本桥除 0 、1 、2 号块和合龙块采用浮吊吊装外 , 其 余块件全部采用 DQP150t 节段悬拼提梁机对称吊装就图 4 悬拼吊机工作示意412 梁段吊装及拼装驳船将待拼梁节运至吊机下方 , 仔细核对梁节编 号及起吊方向 , 确认无误后将桥面吊机吊具下放至梁顶面 ,吊具对位 ,人工穿吊杆 ,锁紧并预提至 3m 左右高 度 ,同时驳船驶离作业区域 100m 左右 ,静置 5min 左右 无异常现象后 ,同时启动两台卷扬机提升梁节至桥面 。提升时尽量对称平衡起吊 , 设一指挥员统一指挥两台 吊机同时起吊 ,严格控制起吊速度不超过 016mmin 。在待拼梁节顶

18、板处安装两台 10t 导链 ,导链固定在已拼梁节上 ,吊机缓慢起吊梁段进行试拼 ,注意试拼过 程中剪力键 咬 合 时 用 力 不 宜 太 大 , 需 缓 慢 移 动 对 位 。 梁段试拼经测量验证无误后 , 利用吊机顶部纵向调节液压系统将梁段往前顶推 50cm 左右的涂胶空间 ,在两 片梁间放置安装涂胶简易平台 , 所有预应力管口贴好 密封圈后自上而下均匀涂抹 Sikadur 胶 。413 临时预应力张拉临时预应力拉杆布置如图 5 所示 , 顶板采用预留 孔安装钢锚座 , 底板采用混凝土座 。张拉前先安装顶板钢锚座 ,用 <32 精轧螺纹钢和配套螺母将钢锚座锚 固于顶板 ,保证钢锚座固定

19、牢固 ; 穿对拉螺杆 , 锚具外 露拉杆长度不少于 96cm。梁段胶拼吻合后张拉拉杆 ,先对称张拉翼板上的两对拉杆 , 再同时对称张拉梁中 线附近的四对顶底板拉杆 ,边张拉边拧紧螺母 ,张拉控 制力为 5412t 。临时张拉拉杆保证每 3 个梁段连续设置 ,第 4 个梁缝处拉杆可拆除倒用 ; 张拉后拼缝挤出的 胶体需及时整修 。 2008 No . 1 赵英爽 :预制节段悬臂拼装法施工技术89合龙 。拼装合龙块对预制和拼装精度要求极高 。本桥采用全桥一次性合龙的施工方法 ,其顺序是 : 先边跨 ,后次边跨 , 再次中跨 , 最后中跨 。现以第一联 为例 ,简述本 桥 的 合 龙 顺 序 : 悬

20、 臂 拼 装 中 间 墩 上 的 梁 段 ,形成单 T 结构 ;浮吊吊装合龙段并以钢横梁将其悬 吊于合龙口 ;边跨支架搭设 , 浮吊吊装边跨梁段 ; 按照 先边跨 、后次边跨 、最后中跨的顺序浇筑合龙段湿接缝 混凝土 ,完成整个结构体系 。512合龙段空间位置的调整合龙段采用浮吊吊装 , 通过钢横梁临时悬挂于合 龙口 。为达到精度要求 , 合龙前须对合龙段的空间位 置进行调整 ,施工中采用调整 0 号块精确对位的精确 滑移对位装置调整合龙块空间位置 。合龙段微调时 , 首先安装 4 台滑移装置和 2 根扁 担梁 ,使用滑移装置上的千斤顶将梁段顶起 ,并将合龙 段调整成设计的纵横坡 , 锁定螺旋

21、千斤顶 。然后人工 使用扳手拧动丝杆来调整梁段的水平位置 , 当合龙段 纵横坡及平面位置调整合格后 , 缓慢落顶使合龙段落至设计高程 。由于悬臂拼装时合龙口处的两悬臂端存 在相对偏差 ( 本桥技术规范规定 :高程允许偏差 ±2cm ,水平相对偏差 ±2cm) , 故合龙块调整精度除保证定位精度外 ,还需确保与合龙口两侧顺接以防止合龙索局 部弯曲引起较大的应力损失 。513合龙口的临时锁定 合龙口处两悬臂自由端在外界温度改变后会发生顺桥向位移 ,受到日照影响引起的顶底板表面温差也 会使悬臂端产生高程方向的位移 。因此合龙口混凝土浇筑前必须进行临时锁定 , 防止在合龙索张拉前因

22、两悬臂自由端的变形而导致合龙口混凝土开裂 。 本桥合龙口锁定采用“撑2拉”锁定 , 如图 6 所示 。该方式利用合龙口两侧 10 号块上拼装时预留的钢锚座张拉精轧螺纹钢来施加拉力 ,同时设型钢内支撑 。 合龙口锁定选择在稳定的低温时段进行 。首先安装型钢内支撑 , 然后对称张拉顶底板精轧螺纹钢 。张图 5 梁段接缝处拉杆布置 (单位 :cm)414体内预应力张拉 预制悬拼梁节是通过施加预应力后使梁节联结成为整体的施工方法 。本桥体内预应力穿索及张拉均在 桥面吊机前方的工作吊篮内进行 ,13 号块采用人工穿索 ,其余梁节采用卷扬机牵引穿索 ,卷扬机设在所架 梁附近的墩顶面 , 通过梁面设置的转向

23、滑轮牵引钢丝 绳拖动钢绞 线 完 成 穿 索 。张 拉 油 顶 固 定 在 工 作 挂 篮上 ,张拉时严格按照张拉顺序对称进行 ,两端张拉必须 对称同步进行 ,千斤顶顶升 、降压速度相近 。为保证张 拉的同步性 ,张拉由专人指挥 ,分级施加预应力 。预应力按照 设 计 吨 位 的 15 % 逐 级 加 载 , 每 级 加 载 时 间 为30s ,在 0115con (con 为设计张拉应力) 及 110con 荷载级时应持荷 3min 。加 载 流 程 为 : 0 0115con 013con 0145con 016con 0175con 019con 110con 。 张拉伸长值与理论伸长值

24、之差控制在 ±6 %范围内 ,每端钢丝回缩量控制在 6mm 以内 。张拉采用应力应变双控 ,以张拉力控制为主 ,伸长值作为校核 。张拉 完成后用砂轮机切割露出锚头部分的钢绞线 , 并及时作封锚处理 。415体内索压浆 由于悬拼不可避免的将出现梁缝处预应力管道相互串孔等现象 ,根据悬拼的实际情况 ,本桥技术规范允 许每个 T 构梁拼装完成后再 及 时 组 织 体 内 T 构 索 压浆 。与上述方法一致 , 完成一个 T 构梁节的安装并张 拉完所有体内索即可开始压浆 。压浆前检查孔道确保无杂物 ,孔道必须通畅 。为避免压浆串孔 ,采用两台压 浆机同时压一个 T 构索 , 并按照先长索后短

25、索的顺序 压浆 。每索压完后均需饱压 2min 左右以保证压浆饱满度 。5 合龙施工技术511 合龙顺序的选择悬臂拼装施工时 , 合龙段一般采取现浇和预制两 种方法 。本桥 合 龙 段 在 预 制 场 预 制 后 运 至 桥 位 处 吊装 ,通过现浇合龙段两侧 15cm 长的湿接缝完成结构的图 6 合龙段临时锁定装置90 施工技术第 37 卷拉力主要通过计算合龙临时温度应力而得 , 临时温度应力按升温 20 、降温 10 计算 , 边跨和次边跨张拉 力均为 1 000kN , 次中跨和中跨张拉力分别为 2 000kN和3 500kN 。为保证钢内支撑与两侧预制梁面密贴 , 在钢支撑 内部设微调

26、丝杆 , 先用环氧树脂胶将接触面钢板粘贴在梁面上 ,再拧紧微调丝杆调节螺栓 ,待环氧树脂胶达到一定强度后拆除微调丝杆并焊接内支撑钢骨架 。514合龙段湿接缝混凝土浇筑 合龙段湿接缝混凝土采用早强低收缩的高强度混凝土 ,为避免混凝土自身收缩引起裂缝 ,在混凝土中加 入适量的膨胀剂 。为满足设计的温度要求 ( 混凝土浇筑后到合龙索 施工前降温不超过 10 ) ,合龙段混凝土浇筑选择在夜间低温时段进行 。浇筑湿接缝混凝土前须将接触面凿 毛 ,并用清水将结合面粉尘清洗干净 。合龙索波纹管 安装必须密 封 不 露 浆 , 接 触 面 管 口 采 用 密 封 圈 密 封 。浇筑湿接缝前 1h 左右用清水润

27、湿接触面以防止浇筑 后接触面吸水而产生裂缝 。湿接缝混凝土选择在夜间温度较低时段进行 , 注意浇筑时振捣棒不得碰到合龙 索波纹管和型钢内支撑 , 浇筑完成后用麻袋覆盖洒水养生护 7d 以上 。515 合龙索张拉湿接缝混凝土强度达到设计强度的 80 %以上 , 立 即张拉合龙索 。张拉时先长索后短索 、上下对称进行 。合龙索张拉完成后 48h 内及时压浆 。516 体系转换在施工过程中 , 悬臂 T 构变成了单悬臂梁或连续 梁的过程称为体系转换 。本桥合龙索张拉完成后立即解除合龙口另一侧的墩顶临时固结预应力 ( 一侧的临时固结已在合龙口锁 定后解除) , 完成体系转换 。解除临时固结预应力时 ,

28、先将墩顶 0 号块上临时固结的精轧螺纹钢均衡对称的解除 ,然后凿除临时支座 ,完成整跨的体系转换 。6 悬拼过程监控611悬拼线型监控 悬拼过程的线型监控包括待拼梁节的高程、轴线 、扭转等三部分 。为便于悬拼过程节段的线型监测 , 在 箱梁预制过程中 , 每个节段的接缝位置均按照监控要求埋设有相应预埋件 。在各节段拼装就位后 , 立即进行轴线 、扭转测量 , 并根据测量结果 , 及时预测下一节 段的调整方法 。节段悬拼过程中 , 要求竖向和横向偏 离设计线型 25mm , 否则应进行调整 , 总体要求线型基本平顺 ,无明显转折 ,拼缝平整密实 。微量线型调整的方法采用加垫预制环氧树脂垫片来调整 , 加垫厚度根据线型偏差实际情况计算确定 。612悬拼应力测试 悬拼过程中的应力测试主要是测量控制截面的应力变化 ,以检测结构内力是否在安全范围内 ,确保施工 过程中结构的受力安全 。应力测试采用钢弦传感器 , 在每个墩 0 、1 号块接缝之间安装 5 个观测点 , 进行应力测量并与各工况下计算的控制截面应力进行对比