建筑行业刚构桥超高墩临时钢系梁施工工法

刚构桥超高墩临时钢系梁施工工法1.前言1.1我国西南地区地势险峻，地形多为高山沟壑、陡坡，出现了大量高墩甚至是超高墩大跨径连续刚构桥，随着墩身的加高，墩的柔性加大，墩身在竖向和水平力的共同作用下，墩身可能产生较大的水平位移，系梁的设置可增强超高墩刚构桥的稳定性以及减小墩顶的纵向位移。1.2现有的系梁通常为永久性钢筋混凝土系梁，传统的钢筋混凝土系梁具有以下缺点：1.2.1钢筋混凝土系梁均为现浇，需要进行支模、钢筋绑扎、浇筑混凝土、拆模等一系列工序，而在超高墩上进行上述的长时间作业，对作业人员的安全十分不利；1.2.2由于钢筋混凝土系梁工序多，导致施工时间长，施工进度慢；1.2.3钢筋混凝土系梁抗震能力较弱，钢筋混凝土系梁在地震中容易破坏失效，是双肢高墩桥梁的常见震害，并且一旦钢筋混凝土系梁发生地震破坏后，无法修复。2.工法特点2.1预埋钢板外露面采用防锈漆涂刷，解决了雨季污染墩身的问题；2.2采用预埋螺栓连接，系梁的垂直度和直顺度满足要求，工期大幅缩短；2.3将7.4m×1.15m的一整块钢板优化为9块0.35m×1.15m的预埋钢板，焊接预埋筋的钢板嵌入混凝土。每组预埋件重量仅为210kg，操作精度及方便性大为增加，减少工人高空作业的工作时间；2.4预埋钢板上开设12个Φ2.5cm的连接孔，预埋筋上焊接的Φ20mm的六角螺母和套筒组成的紧固件镶嵌人钢板1cm（钢板厚度2cm），与钢板形成整体；2.5悬浇段完成施工后，仅将螺栓拆除即可实现钢系梁的整体拆除，避免了传统焊接钢系梁采用氧气焊割除造成墩身损伤的情况；2.6当钢系梁损坏时，可以将其进行整体更换。3.适用范围适用于刚构桥超高墩临时钢系梁连接施工。4.工艺原理钢系梁单片主梁由两片工字钢通过纵向型钢焊接而成，在地面拼装成型后，吊装至指定位置，通过预埋螺栓与主墩连接，然后使用工字钢将安装好的多片主梁横向焊接，使其连接成整体，从而与主墩形成超静定结构，减小高细比，增强超高墩刚构桥墩身横向刚度，防止墩身失稳。等到刚构桥悬浇段浇筑完毕，超高墩的横向刚度及稳定性满足要求后，再拆除临时钢系梁。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程临时刚系梁主要施工工艺流程图如下：临时刚系梁施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工准备1、环境条件：温度-5℃到35℃空气相对湿度应≤90%，不宜雨中作业。2、技术条件：实行三级技术交底制度，先由总工对项目部技术人员进行交底，后由项目部对作业队班组长进行交底，再由班组长对施工人员进行交底。3、检查机械设备，保证机械设备可以正常运转。5.2.2临时刚系梁现场拼装1、构件预拼拼装前，所有工字钢构件必须进行复检，必须具备足够的刚度与强度，同时确保尺寸满足要求后方可进行拼装。通过水准仪放出拼装轴线，将工字钢放至指定位置，进行构件预拼。2、校正预拼完毕后，使用水准仪或其他测量工具进行精度校正，不得出现位置误差，保证杆件连接时不出现歪扭。校正完毕后，进行定位焊。3、焊接工字钢骨架连接焊接采用手工电弧焊，使用Q235B焊条，施焊前，进行焊接工艺评定，对接焊缝采用全熔透焊缝，焊缝质量等级为一级。为最大限度避免焊接应力导致构件变形，应先施焊完整整个结构节点的打底焊，再施焊整个结构节点的填充焊，最后施焊节点盖面焊。施焊前焊工应做好防风、抗雨、保温的焊前准备工作，在焊接过程中使用同一种方法施焊。5.2.3墩身预埋钢板、高强螺母1、加工预埋钢板预埋钢板施工前，应先确认其形式、位置和数量，然后按照标准要求制作预埋钢板。预埋钢板的原材料应确保合格，加工前必须要检查其合格证，进行必要的力学性能试验，同时外观质量必须合格，表现无明显锈蚀现象，预埋钢板按照螺栓预埋孔布置方式进行打孔。临时钢系梁预埋钢板打孔2、墩身放置预埋钢板预埋钢板与锚筋焊接，焊接采用双面焊，焊缝应均匀饱满，焊接时如发现钢板焊穿、钢板凹陷等质量问题时，需查明原因并及时清除焊接缺陷，采用手工焊接时，贴角焊缝的高度要符合标准规定。施焊时应特别注意控制电流量，防止烧伤钢筋。预埋钢板位置不应突出混凝土表面，位置偏差经复核需符合规定。临时钢系梁预埋螺母连接临时钢系梁预埋件3、预埋钢板防锈处理采用人工打磨方式进行钢板表面除锈，使钢板表面光洁无异物。采用喷涂法对预埋钢板表面进行防锈蚀涂料的涂刷，解决雨季污染墩身的问题。4、墩身预埋高强螺母将需要使用的高强六角螺母与墩身预埋钢筋通过双面焊连接，通过试验保证其力学性能达到设计要求。5.2.4系梁安装使用起吊设备将预制好的钢系梁构件起吊至指定位置，定位连接钢板与预埋螺母的相对位置，校正准确后，使用定制的具有足够强度与长度的高强螺栓与预埋好的螺母连接。5.2.5焊接横向支撑采用焊接方式用小型工字钢将已完成安装的多组钢系梁进行横向连接，增加其整体刚性，使其可以整体受力。5.2.6成品保护焊接部位在焊接完毕后需及时补涂防腐涂料，同时对安装过程中出现破损使钢材表面外漏的位置补涂防腐涂料，最大限度的保护钢材不被雨水侵蚀，以免造成锈蚀，降低钢材的强度。钢系梁完成后，严禁在其上面悬挂、焊接、堆置任何构件，以免造成钢系梁的变形，影响其功能。5.2.7拆除待悬浇梁合拢后，松开螺母，将临时钢系梁吊装拆除，整个过程无需烧焊，操作便捷安全。6.材料与设备主要施工材料与设备配置计划表序号材料设备名称数量用途1汽车吊1钢系梁预拼2塔吊1钢系梁安装3手工电弧焊4骨架焊接4切割机4预埋钢板加工5打孔机2预埋钢板加工7.质量控制7.1质量控制措施7.1.1焊接工艺质量控制措施1、焊接前应进行焊接工艺评定，根据评定报告确定焊接工艺。2、焊工必须具有作业许可证书，在证书许可范围内施焊。3、现场进行手工电弧焊时，风速大于8m/s，应采取防风措施方能施焊，雨中或相对湿度大于90%又无防护措施时，不得施焊。4、钢系梁焊接时，先焊接下翼缘，再焊接上翼缘。7.1.2高强螺栓质量控制措施1、定制高强螺栓入场时，需抽样进行破坏性试验，保证其强度符合设计要求。2、螺母与预埋锚筋焊接时，需双面焊且焊缝应均匀饱满，保证其连接强度。焊接件也应进行破坏性试验，确认其强度能满足使用要求。3、高强螺栓应自由穿入螺栓孔。4、高强螺栓连接副终拧完成后1h、24h内应进行终拧扭矩检查，确保其符合规范要求。7.2质量验收标准7.2.1工字钢焊接的允许偏差：工字钢焊接的允许偏差（mm）项目允许误差检查数量检查方法备注翼缘板拼接缝合腹板拼接缝间距≥200全数观察和用钢尺检查翼缘板拼接长度≥2倍板宽腹板拼接长度≥600截面高度3.0按构件数抽查10%且不低于3件钢尺、角尺、塞尺等截面宽度3.0腹板中心偏移2.0翼缘板垂直度不应大于3.07.2.2高强螺栓连接的质量验收：高强螺栓连接验收标准项目验收标准检查数量检查方法备注初拧、复拧扭矩符合设计要求及JGJ82规范规定全数检查扭矩扳手标定记录终拧后螺栓丝外露2-3丝节点数5%不小于10观察检查螺栓连接摩擦面干燥整洁，没有外观质量问题全数检查观察检查施拧顺序符合设计要求及JGJ82规范规定全数检查螺栓施工记录8.安全施工保证措施8.1组织保证措施根据项目部安全生产责任制的规定，成立以项目经理为第一责任人、安全总监为分项安全责任人的安全生产领导小组，监督和指导各职能部室的安全生产行为，领导各级生产人员贯彻、落实安全生产方面的各项规章制度和保证措施，确保安全生产。安全生产的日常工作由安全员负责。在安全员的指导下，组织全体上岗人员进行岗前安全教育，特种作业人员必须经过培训合格后，持有效证件上岗，杜绝盲目指挥冒险作业。组织机构框图如下：安全生产领导组织机构框图8.2安全保证措施1、为施工服务的临时道路按批准的施工组织设计或设计说明施工。经竣工检查合格后，方可使用。单车道根据车辆需要和地形条件，设置会车道。2、维修临时道路应在施工地段的两端设立安全警告标志；夜间施工设灯光警告标志。3、动力电源和照明电源分开布设。现场所有用电设备的安装、保管和维修应由电工专人负责。4、各种机械要有专人负责维修、保养，并经常对机械的关键部位进行检查，预防机械故障及机械伤害的发生。5、高空作业时，必须拴好安全绳，严禁在同一安全桩上拴几根安全绳和在一根安全绳上拴几个人。在施工现场内作业，必须戴安全帽。9.环保及文明施工措施9.1环保措施1、施工前制定相应的预防水土污染和水土流失，运输车及作业场地及时清除和冲洗，以保证车辆和场地清洁。2、施工期间配备专用的洒水车进行喷洒，净化大气环境，防止扬尘污染。3、工地垃圾随时清理，不用材料、工具和机械及时退场，保持现场整洁；各种原材料和施工机具、工具堆放整齐，保证施工现场干净、整洁。4、优选电动机械，对噪音较大的机械设置围挡等消音装置，控制施工噪音。5、选用合适的施工机具，避免不必要的电力和油料消耗。9.2文明施工措施1、成立以项目经理为第一责任人的文明施工领导小组。对施工现场的文明施工进行监督、指导、检查，对违反文明施工的行为，责令限期整改或停工整顿。2、施工队长负责施工区域内的文明施工管理。3、合理布置施工场地。做到临时设施规划统一，机具材料堆放整齐，道路畅通，施工有序，生产安全，达到工程质量全优，技术资料齐全，竣工文件详实美观，并及时提供。4、施工场地布置，生产房、生活房修建，适宜地形布置合理,整齐有序，便于施工。机具、材料堆码整齐、场地整洁，无脏乱差现象。5、料场整洁，料具堆码整齐、稳定，各类物资分类堆放，并有明显标志。储备数量适宜，做到工完料净。6、施工区标牌醒目，生活区干净整洁，各类规章制度健全。7、所有工点及生活区排水畅通，建立必要卫生设施。10.效益分析10.1通过本工法在刚构桥超高墩的使用，可以减少工人高空作业时间，降低了风险，合理有效的缩减了工期，提高了位置的精准程度，能充分发挥临时钢系梁的性能。10.2采用此工法施工缩减了工期，提高了劳动效率，综合效益明显提高。经济效益比较（以开屯大桥应用为例）施工工艺焊工（个）工期（日）人工费（元/日）机械设备费（元/日）材料量（吨）材料单价（元/吨）合计高强螺栓连接474003000226500/预埋钢板焊接8224003000506500/比较减少4个缩短15天5920015000节约材料28t18200025620011.应用实例贵州省雷山至榕江高速公路工程PPP项目第三分部起讫桩号ZK19+091/YK19+118～ZK33+118.28/YK33+143.28，全长14.03km。项目位于贵州省黔东南州雷山县，设计为双向四车道，整体式路基宽度为24.5m、分离式路基宽度为12.25m，设计行车速度80km/h，桥隧比70%。采用临时刚系梁施工工艺的刚构桥3座，分别为开屯大桥（主桥跨径为81m+81m，主墩高度78m）、干南大桥（主桥跨径为66m+120m+66m，主墩高度72m）、永乐大桥（主桥跨径为66m+120m+66m，主墩高度60m）。刚构桥主墩均设置临时刚系梁。贵州省雷山至榕江高速公路工程PPP项目第四（1）分部起讫桩号ZK33+118.28/YK33+143.28～ZK38+308/YK38+290，全长5.2km。项目位于贵州省黔东南州榕江县，设计为双向