内置劲性骨架H型钢外撑内拉组合体系施工Y型墩工法

施工Y型墩工法在市政桥梁及复线高架桥中，“Y”型墩因其造型美观，可充分利用墩柱两侧空间而被广范应用。针对这种结构形式，目前国内外已经形成了四类具有代表性的施工方法，分别是：劲性骨架法、满堂支架法、平衡塔架法以及综合施工法，但这些方法用钢量大，需对地基进行特殊处理，湖南省长沙县万家丽北路(北延线)捞刀河大桥全长621m,主桥采用(75+110+75)m变截面连续刚构，主墩5～6#墩为Y型墩斜腿板式钢筋混凝土结构，Y型墩与上部箱梁、下部承台固结，墩高16.5m,下部竖直墩身高5m,斜腿轴线与墩中心竖直轴夹角47.726°。中铁十局集团第三建设有限公司结合现场情况，采用了内置劲性骨架H型钢外撑内拉组合体系施工Y型墩，并取得了成功。与传统的满堂支架法、平衡塔架法等相比，不需对地基进行处理，支撑体系直接支承于承2工法特点2.2能大大节约钢材用量，节约地基处理费用。2.3整体结构强度高、刚度大、稳定性好，对环境适应能力强。2.5在浇筑过程中通过主动调整拉力实现对斜腿变形及交岔点裂缝的有效控制，施工质量宜3适用范围适用于Y型墩、V型墩等需在斜面上浇注混凝土的墩身施工。Y型墩施工时，其支撑体系采用内置劲性骨架H型钢外撑内拉组合支撑体系进行施工。在施工承台时预埋钢板，作为Y型墩斜腿支撑架底钢作支撑架，用横向连接件连接形成整体，支撑架拼装完成后安装斜腿模板，安装Y型墩内部劲性骨架和内拉体系，安装钢筋及钢绞线，浇注混凝土。Y型墩与上部连续箱梁的100#块整体分四个节段进行施工：第一步施工直立的墩座部分，混凝土浇步施工斜腿部分，浇筑至墩梁分界线处；第三步施工100#块底板及腹板顶板倒角下30cm处；第四步施工100#块顶板及翼缘板。施工过程中，用MIDAScivil2010对Y型墩第二浇筑段拉杆拉力进行有限元分析，计算出施工所需的拉杆拉力调整值，其中内拉杆为主动受力构件，在浇筑过程中通过主动调整拉力实现对斜腿变形及交岔点裂缝的有效控制，浇筑100#块底板混凝土时采用Y型墩及箱梁100#块施工共分四步进行，见图4.1所示。11.施工Y型墩墩座2.墩座尺寸：(2.6×8.2×7.82)m.3.墩座混凝土方量：166.72m3.21.施工Y型墩墩座2.墩座尺寸：(1.6×8.2×7.51×2)m.3.墩座混凝土方量：197.06m3.31.施工100#块底板41.施工100#块腹板及顶板图4.1Y型墩及箱梁100#块分段施工图5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程(见图5.1)。图5.1Y型墩施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1内置劲性骨架H型钢外撑内拉组合体系Y型墩为多次超静定结构，斜腿应力在100#段及其后梁端的悬臂施工中处于不断的变化状态。为增加斜腿刚度，避免斜腿混凝土出现裂缝，在斜腿中增设劲性骨架，并抵消100#段混凝土施工时对斜腿产生的水平力，防止斜腿根部出现裂缝。劲性骨架距离模板净距离为40cm,墩座部分体内劲性骨架沿线路纵桥向布设，横桥向共设置三道，间距2.1m。劲性骨架采用[14和L63×6(L90×6)型钢组成，劲性骨架弦杆用[14制作，墩座处斜杆用L90×6加工制作，斜腿处斜杆用L63×6加工制作。劲性骨架下端与在承台上预埋钢板直接焊接，骨架型钢连接全部采用焊接。见图5.2-1。EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up3(0),4)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up3(i),0)图5.2-1劲性骨架结构布置图2H型钢外撑内拉组合支撑体系外撑是指Y型墩斜腿外支撑采用H300×150型钢成“Y”字形弯曲弧度，与Y型斜腿模板相互紧贴，横断面一侧并列分配5道，H型钢支撑间有横向连接，保证Y型斜腿整体线型及施工过程中的稳定性。内拉是指在Y型墩座、Y型墩斜腿中部及Y型墩斜腿与主梁100#段连接处各设置每排6道直径40mm的精扎螺纹钢作为支撑补充内拉体系，保证Y型墩斜腿施工的稳定性。模板及支撑体系采用25t吊车安装，人工配合，专用脱模剂脱模，模板位置微调采用小型千斤顶和倒链进行调整。见图5.2-2和5.2-3。图5.2-2外撑内拉组合体系结构布置图图5.2-3拼装完成后外撑内拉组合体系结构图5.2.2竖直部分墩身施工(墩座)2预埋件Y型墩承台施工时，做好支撑架预埋件的预埋工作，预埋件设置见图5.2-4。注：1、本图单位尺寸为m图5.2-4劲性骨架预埋件平面布置图3架立劲性骨架劲性骨架下端与预埋在承台上预埋钢板直接焊接，骨架型钢连接全部采用焊接。采用人工配合16t吊车并在技术人员全程监控下进行安装，以保证安装精度。钢筋、钢绞线及预埋件安装前，确定监控元件的埋置位置，由于斜腿内有预埋波纹管，为了不使波纹管损坏，一切钢筋焊接在波纹管埋置前进行，当普通钢筋与波纹管位置发生矛盾时，适当移动钢筋位置，确保管道位置准确。钢筋绑扎位置主要根据劲性骨架确定，在进行钢筋绑扎前由测钢筋定位主要靠劲性骨架承担，钢筋连接处的连接方法及连接长度满足设计及型墩斜腿内主筋尽量在墩座施工时一次架立，对于纵向主筋为避免一次成型，悬臂太远、太高，可适当留接口，采用直螺纹套筒等强接头的型式。完成后挤压并安装预应力锚固段(包括垫板、锚固螺母及锚下螺旋筋),波纹管的安装采用U形钢筋焊接在体内劲性骨架上定位。墩配合比在设计时，通过选择合适的水泥品种、使用优质的减水剂、粉煤灰、矿粉、降低水泥用施工前准备工作→安装外部支撑→设置预应力临时拉杆→架立斜腿段劲性骨架→绑扎斜腿钢筋、安装及调整临时预应力孔道→立模→对称浇筑Y型墩斜腿段混凝土→监测结构变形及应力→2准备工作斜腿段架立劲性骨架直接施工至进入100#块范围内，以便于钢筋绑扎和钢绞线的定位，并抵消100#段混凝土施工时对斜腿产生的水平力，防止斜腿根部出现裂缝。4钢筋、钢绞线施工Y型斜腿内的钢筋和预应力钢筋在施工墩身竖直段时，主筋及预应力筋均预埋在墩座内，因此在施工斜腿时应接长并调整好主筋及钢绞线的位置，绑扎安装箍筋。对斜腿内的钢绞线位置进行复查。完成钢筋及钢绞线安装后。由于钢筋为沿斜腿方向斜向布置，增加钢筋与斜腿外侧模板面的混凝土垫块数量，按每30cm设置一个控制。临时预应力锚后螺旋筋、波纹管必须定位准确，5支架预压支架和底模安装好后，进行预压，预压荷载为斜腿钢筋混凝土自重的1.2倍，以检验支架的安全性，排除非弹性变形，并测出其弹性变形量，具体设置情况以预压分析结果进行调整。在预压前、预压中和预压后做好记录，预压时间不少于7天，控制值为最后3天内沉降值不大于1mm。单侧斜腿重295t,则两侧总重量为590t,预压重量639t,采用湿砂袋进行加载，按照结构形式分两部分进行预压，先压斜腿，后压倒三角形腹板，且每个部位预压分二次进行加载。Y型墩沉降量观测在堆载试验开始前，外模安装好后布置观测点，观测点位置用红油漆做醒目标注，变形观测点共布置20个，用水准仪进行观测：在支撑支架上每组布设1个点，承台上斜支撑每组布设1个点，共布设20个点。预压时注意测量支架的沉降量，并观测其沉降变化是否稳定。待沉降停6Y型墩斜腿混凝土浇筑每个斜腿使用C50混凝土为196.8m3,混凝土浇筑宜在低温条件下进行，以加速混凝土水化热为避免斜腿在混凝土终凝后未形成强度之前，因自重产生拉应力造成根部内侧裂缝，必须保证混凝土的灌注速度，要求斜腿全部混凝土在8h内灌注完毕。混凝土配置掺用缓凝剂，初凝时间控制在10～12h之间，使支架和拉杆的弹性和非弹性变形在混凝土初凝前完成。由于斜腿斜长16.5m,与竖直轴间夹角38°,为保证混凝土浇筑质量，在模板加工时按照一定距离在Y型墩内侧设置天窗，混凝土泵车出料口应深入模板内，距灌注面应不小于2m,斜向深入内侧，防止混凝土离析和冲击预应力筋管道。灌注时，要对称平衡灌注斜腿混凝土，斜腿两侧混凝土数量偏差不大于0.5m3,灌注标高差不超过15cm。混凝土捣固采用Φ25振动棒振捣，分层厚度控制在0.3m内。混凝土振捣务求密实，禁止漏振、少振。施工过程中，用MIDAScivil2010对Y型墩斜腿段拉杆拉力进行有限元分析，计算出施工所需的拉杆拉力调整值，其中内拉杆为主动受力构件，在浇筑过程中通过主动调整拉力实现对斜腿变形及交岔点裂缝的有效控制。斜腿内完成浇筑后及时进行混凝土表面凿毛，以保证Y型墩与100#块间的连接。混凝土浇筑后即覆盖土工布保温养护，养护时间不少于14天。5.2.4箱梁100#块施工箱梁100#块与“Y”型墩构成稳固的倒三角结构，因此箱梁100#块的施工就是Y构的合拢。100#块支撑系统由2部分组成：已经施工完成并预拉的Y型墩和100#块支架系统，腹板及翼缘板支撑采用φ529×10螺旋钢管，用工字钢I32a和I20a做支撑，顶部利用贝雷架和工字钢对100#2100#块支架预压支架搭设完成后，对整体支架按钢筋混凝土总质量的1.2倍进行预压，预压材料采用混凝土预制块2mx1.5mx0.5m和砂袋组合，混凝土容重按25.0KN/m3计。通过预压观测，3钢筋及预应力管道100#块钢筋种类多、数量大，结构复杂。施工前对所有的钢筋大样进行复核使之与箱梁的尺寸相对应。100#块集中了该桥的大部分纵向预应力束管道，管道预埋时直线段每隔100cm、曲线段每隔40cm以φ8定位钢筋焊接于钢筋骨架上，以保证管道定位准确牢固。为防止水泥浆渗入波纹管，堵塞预应力管道，混凝土浇筑前在纵向管道内插入略小于管道直径的硬塑料管(套管的作用主要是防止漏浆)。同时注意Y墩预应力位置调整和锚垫板安装。4混凝土施工100#块C55混凝土548m3,为防止斜腿和100#块混凝土接茬面出现收缩裂纹，接茬面要充分凿毛，并清除松动混凝土，浇筑前湿润接茬面。100#块浇筑顺序由中间向两侧对称浇筑，先底板及腹板根部，再纵向分布浇筑腹板，水平分层浇筑，最后浇灌顶板。为保证支架纵混凝土浇筑严格按纵向对称施工，要求100#块两端灌注混凝土量差不超过0.5m3,灌注混凝土端在混凝土施工中注意预留挂篮后锚孔。施工过程中，振捣及时到位，特别是接头处更应注意振动棒的插入深度和连续性，确保混凝土密实。拆模后土工布覆盖加强养生，始终保持混凝土湿润状态，养生时间不少于14天。100#块箱梁混凝土达到设计值得90%以后，龄期不少于7天，张拉箱梁预应力，并压浆。完成Y构的合拢施工，之后拆除现浇支架，卸除临时预应力钢筋及内撑杆，采用同标号混凝土填实5.2.5Y型墩整体线形控制在Y型墩分阶段浇筑混凝土的过程中，第二、第三阶段混凝土重量和施工荷载形成沿斜腿轴线和垂直斜腿轴线的两部分分力，沿斜腿轴线荷载由肢腿传递到Y形墩竖直段墩柱上，而垂直斜腿轴线的荷载则会引起Y型墩斜腿的较大变形。通过内拉杆及外支架两处构件构成的“外撑内拉组合支撑体系”对变形予以控制，支撑体系撑于承台上，H型钢外支撑架刚度相对较大，稳定性好，并在斜腿混凝土内部设置劲性骨架，使斜腿具有较大的刚度，配合“外撑内拉组合支撑体系”控制其变形；在混凝土浇筑过程中采用对称浇筑法，使支架及模板平衡受力；在施工过程中，对5.2.6Y型墩裂缝控制Y型墩施工过程中可能出现混凝土开裂的位置主要有两处：①100#段底板大体积混凝土浇筑后的温度变化及收缩；②Y型墩斜腿交岔点处由于偏心力矩导致的混凝土拉裂。通过分层浇筑混1预留后浇带的施工方法为防止100#段底板大体积混凝土浇筑后的温度收缩裂缝，采取了预留后浇带的施工方法，先浇100#块底板靠近两侧斜腿顶部的混凝土，往100#块底板中心线靠拢，预留一定长度的后浇带，以此防止一次性浇筑大量的混凝土导致的温度收缩开裂，(如图5.2-5所示)。染)第一次浇筑图5.2-5预留后浇带浇筑100#块底板混凝土2混凝土分层浇筑技术为防止Y型墩斜腿交岔点，因第三次浇筑混凝土重量太大，产生较大的力矩，导致混凝土拉首先采用分层浇筑混凝土，第一次浇注，混凝土的自重为260t,一侧为130t,钢架和拉杆组合足可以承受混凝土重量且不会变形，当浇注100#块底腹板时，Y形腿的混凝土已达到C50强度，受力时，可以看成是刚体，100#块底腹板的自重压力，加载到Y型腿端头，由拉杆、钢架传给Y形墩的合力和混凝土压力的合力，使得Y形腿受力的合力为轴向方向，Y形墩受力为轴向压力，Y腿内侧不至于受弯矩过大而导致混凝土开裂。其次，浇注过程中，在拉杆上贴上应变片，随时监控拉杆应变和受力状态，当拉杆应变过小时，说明拉杆未起到受拉作用，则随时预紧拉杆，给模板体系主动拉力，组成支架拉杆整体的组合体系。3主动调节内拉杆拉力主动调整拉杆拉力的作用是使得拉杆拉力产生的结构变形与浇筑混凝土导致的结构变形，恰好抵消，对于应力而言，则恰好使得局部拉应力不超过设计限值。在分层浇筑混凝土的前提下，分批次调整内拉杆拉力，对第三浇筑阶段进行有效控制。据前述有限元分析的结果，给出了在保证交岔点区域不开裂的前提下，各次浇筑混凝土时的拉杆拉力，实际施工时按照此要求对钢拉杆拉力进行分批调整。在交岔点区域预埋混凝土应变传感器(如图5.2-6所示),在施工过程中对应变进行实时监测，并校核拉杆张拉效果，保证应力不超过抗拉强度，防止混凝土开裂。第三次浇筑第三次浇筑图5.2-6传感器预埋位置示意图4施工中防裂的具体措施由于斜腿较长、箱梁箱壁较薄，在自身荷载、施工及车辆人群等荷载、温度及风荷载作用下受力较为复杂，施工中斜腿、箱梁容易出现局部裂缝，必须采取有效措施加以控制：①严格按照设计图纸规定绑扎钢筋，设立钢筋保护层。防止间距不均匀、保护层过厚或过薄而引起混凝土表面局部开裂。必要时，在主筋外侧设置防裂网片钢筋。②斜腿、梁体开设孔洞的位置周围应布加强筋，防止混凝土徐变过程中应力集中造成孔洞周③在混凝土配合比设计时，初凝时间应在15小时左右，以防初凝时间过短，在浇注顶板时，底板混凝土已初凝，使底板开裂。④严格控制混凝土骨料质量，控制好水泥用量及用水量，充分均匀拌制，控制好混凝土坍落度，供应优质混凝土。⑤模板设计时要保证其有足够的刚度，避免混凝土浇注过程中模板变形产生裂缝。⑥混凝土养护要及时，对V型斜腿，箱梁顶板、内箱及外腹板采取不同措施，减少箱内外温差，防止温度应力产生裂缝。⑦预应力施工，必须在混凝土达到规定强度后才能进行，避免混凝土强度不够造成梁体局部开裂。张拉时应计量准确，防止加力过大或过小，引起梁体应力变化造成裂缝。⑧必须严格按照设计规定的张拉顺序，施加预应力，防止由于施张顺序不当，引起箱梁应力变化，造成裂缝。⑨预应力张拉后，管道要及时压浆，以使预应力尽早均匀分布，以防锚下预应力长期集中，造成锚下混凝土开裂。⑩箱梁的侧模板必须在混凝土达到规定的强度后才能拆模，以防过早拆模引起箱梁开裂。5.3劳动力组织劳动力组织详见表5.3-1所示表5.3-1施工人员配置表工种1支腿拼装作业队技术员负责技术指导以及协调生产2支腿拼装吊装指挥人员负责指挥作业3负责吊车及挖机等设备操作4技术员负责测量、质检等技术工作5试验人员负责相关试验工作6领工员负责现在施工安排7施工人员15人负责支撑组装、焊接、锚固等工序施工35人主要机具设备及Y墩劲性骨架构建材料见表6.1、表6.2所示。表6.1主要机具设备材料表序号规格型号备注1汽车吊台22汽车吊台23汽车吊台14台15输66台1监控变形数据7台1张拉8台1测量检测9台2测量检测自动安平水准仪台1测量检测电脑联想台1收集数据数码照相台1表6.2Y墩劲性骨架主要材料用量表(1处)编号总重kg8636666总量7.1本工法执行下列规范和标准：《万家丽北路(北延线)捞刀河大桥——桥梁工程》施工图纸及相关资料。7.2质量保证措施7.2.1加强技术交底，熟悉操作工艺，Y型墩和100#块施工前，逐级认真进行工艺流程技术交底，避免无序操作，各选派一名优秀副经理和一名技术主管全程负责。7.2.2支撑架和模板出厂前必须由项目部技术人员进行验收把关，重点检查焊接质量是否满足要求，现场安装时由专人指挥，厂家派专人指导，安装完毕经验收合格后方可进行预压及下道工序的施工。7.2.3劲性骨架必须按设计施作，连接全部采用焊接，安装要在技术人员全程监控下进行，以保证安装精度。7.2.4为防止箱梁底板超厚，在底板混凝土浇筑完成后，在底板上设置反压模板，使底板混凝土不致上翻。7.2.5箱梁竖向高频焊管锚垫板顶底口用黄油密封并用棉纱塞死，以防漏浆。7.2.6设专(兼)职试验人员严格按照规范要求做好各类原材料、半成品预制构件、混凝土、砂浆等抽检和复检工作，认真把好质量关。7.2.7对所有施工用的测量仪器，要按计量要求定期到指定单位进行校定，施工基线、水准点、测量控制点，要定期复测。7.2.8钢筋焊接操作人员必须持证上岗，加强对焊接质量的监督考核，钢筋配料卡必须经过技术主管审核后，才准下料，下料成型的钢筋，应按图纸编号顺序挂牌，堆放整齐，并采取防锈7.2.9混凝土浇筑前，应对支架、模板、钢筋和预埋件进行检查，模板内的杂物、积水和钢筋上污垢应清理干净。遇到高温、干燥天气需在混凝土浇注前1小时对模板及钢筋洒水冲洗，降低模板及钢筋温度。7.2.10混凝土浇筑时，要严格控制分层厚度，最大不超过30cm,同时要严格控制混凝土自由下落高度，最高不能超过2m,超过2m,要使用串筒或溜槽，以免混凝土产生离析。下料要均匀，防止下料太集中，层厚太大，避免冲击波纹管和造成振捣困难，导致结构产生蜂窝、麻面等缺陷。7.2.11在混凝土浇注过程中应设专人对支架，模板、钢筋和预埋件进行检查。预应力张拉采用电脑全程控制的智能张拉系统，千斤顶及油表严格配套标定、配套使用。7.2.12在纵向及横隔墙内横向波纹管内插入比波纹管内径小3～5mm的芯棒，在混凝土浇筑到初凝时，往返抽动或旋转芯棒，当混凝土初凝后拔出，保证管内通畅。8.1建立完善的施工安全保证体系，加强作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。设专职安全员和班组兼职安全员对作业人员进行焊接、高空、安装等作业安全培训。执行安全生产8.2进行全面的、针对性的安全技术交底，提高全体员工的安全意识，切实树立安全第一的8.3抓好现场管理，坚持文明施工，保障人身、机械和器材的安全，施工危险地段要设置安8.4定期根据施工需要发放和检查施工所用的各项安全机具设备和劳动保护用品。8.5加强安全检查制度，安全检查必须有准确记录，对不符合安全要求的严格执行处罚。8.6严格按有关规定安装线路及设备，用电设备安装地线。8.7所有施工设备和机具在使用时均必须由专职人员负责进行检查，定期维修、保养，确保状况良好，各技术工种必须经过培训，持证上岗操作，杜绝违章作业。大型机械的保险、限位装8.8张拉作业区，无关人员不得进入，张拉时千斤顶两顶的对面及后面严禁站人，作业人员应站在千斤顶的两侧，经常检查张拉设备，工具(如千斤顶，油泵，压力表，油管，顶楔器及液控顶压阀等)是否符合施工及安全的要求。8.9张拉操作中若出现异常现象(如油表震动剧烈、漏油、电机声音异常，发生断丝，滑丝等),应立即停机进行检查。8.10所有进入施工现场的人员必须戴好安全帽，并按规定配戴劳动保护用品，或安全带等安8.11在作业区边缘应设置护栏或架设护网，且不低于1.2米，并要稳固可靠，施工作业搭设的扶梯、工作台、脚手架、护身栏、安全网等，必须牢固可靠。人员上下通行要由斜道或扶梯上8.12作业用的料具应放置稳妥，小型工具应随时放入工具袋，上下传递工具时，严禁抛掷。8.13脚手架拆除时，应经技术部门和安全员检查同意后方可拆除并按自上而下，逐步下降进8.14施工平台应挂配醒目的安全警示牌，夜间施工必须有充足的灯火照明。9.1在工程施工中严格执行《建设工程环境保护管理条例》(中华人民共和国国务院令第253号)及其它国家和地方的相关文件和规范。9.2成立专门的环保领导小组机构，采取必要的措施，进行专项治理。9.3降低施工噪音。采用定型大钢模、竹胶板等模板体系，避免使用小型组合钢模，从而减9.4采用先进、低噪声机械、设备，以减少其产生的噪声。加强对机械的经常性保养，尽量大于55dB的机械尽量不安排在夜间施工。9.5减少施工粉尘。生活区内场地进行硬化、绿化。作业人员配备必要的劳保防护用品。施工通道、混凝土搅拌站设专用车辆、专人经常进行洒水处理。路面施工注意保持水分，以免扬尘。易于引起粉尘的细料或粉散料运输时应用帆布、盖套覆9.6合理处置施工废弃物。冲洗集料或含有沉淀物的操作用水，应采取过滤、沉淀池处理等10.1内置劲性骨架H型钢外撑内拉组合支撑体系的新方法施工Y型墩提高了施工水平，整体10.2能大大节约钢材用量，节约地基处理费用等。以万家丽捞刀河大桥为例，采用本方法施工与原设计方案——膺架法相比，节约钢材用量90.1吨；与备选方案——索塔法相比，节约资金需要的作业人员少，可提高设备利用率，能显著缩短施工工期，有效降低施工成本，经济效益明10.3在浇筑过程中通过主动调整拉力实现对斜腿变形及交岔点裂墩斜腿、交岔点以及100号梁段底板的施工质量。提出的“内置劲性骨架H型钢外撑内拉组合支撑体系”