建筑行业全预制高架桥钓鱼法施工工法

2/2全预制高架桥钓鱼法施工工法前言钓鱼法施工一般常用于临时钢栈桥（码头）施工，在桥梁永久结构施工还未大规模应用，本工法将填充这一空白。全预制高架桥，是一种将混凝土桥梁上部和下部结构的主要构件在工厂或预制场预制并在现场拼装的桥梁，其少数非预制部分，主要为上、下部结构的连接和桥面铺装。相对于桥梁的现浇施工，全预制施工不仅可以使桥梁有更佳的外观质量，而且可以减低造价底、缩短工期，并且更有益于保护环境。文莱淡布隆跨海大桥连接文莱被马来西亚分割的两块国土，是文莱的港珠澳大桥工程，全线30km。其中CC2标段为韩国大林（Dealim）公司施工，跨越文莱海湾；CC4标段为中建桥梁有限公司施工，位于国家森林公园保护区，为了保护森林公园的环境不受过度破坏，高架桥设计采用全预制结构，采用“钓鱼法”施工。桥梁基础为四根预制管桩，管桩上为预制桩帽，桥面采用五片预制双T梁，所有预制构件均在平台上“零着陆”安装。高架桥总计965跨，包含预制管桩55万延米，预制桩帽1926片，预制T梁9650片，预制体量大，安装工程任务重。工法特点全预制桥梁零着陆施工工法具有以下特点：2.0.1构件的预制、存放、架设采用工厂化生产，标准流水作业，不仅有利于保证产品质量，而且减少了临时施工用地，节约了材料，降低了施工成本。2.0.2利用移动钢平台形成作业面，将预制管桩、桩帽和T梁施工分成三个作业点同时进行，流水施工。2.0.3减少了气候对施工的制约，提高了工作效率，从而加快了工程进度。2.0.4工厂化生产节能，有利于环保，降低现场施工的噪音，减少了粉尘、废水对环境的污染。适用范围3.0.1全预制桥梁，采用履带吊作业安装预制构件；3.0.2施工作业面受限或对环保有很高要求的工程，无法通过修筑施工便道等方式多点展开作业，运输及吊装妨碍交通、受场地和时间影响的桥梁；3.0.3桥跨结构相同或类似，重复作业量大；工艺原理桥梁构件预制是一项较为成熟的技术，一般是先在预制场预制台座上浇筑预制构件的混凝土，待混凝土达到设计或规范要求的强度后，移至存放处集中存放，再倒运至施工现场进行安装作业。文莱淡布隆高架桥CC4标段地处原始森林，对环境要求极高，高架桥从桩基础、桩帽到T梁均为预制结构，预制体量大，安装任务重，且要求施工“零着陆”，采用钓鱼法施工。如果同一台设备先施工桩基再依次施工桩帽和T梁，这样逐步施工时间较长而且构件之间采用湿接缝连接，需要在湿接缝达到一定强度，满足承重要求，才能进行下一步施工，因此一跨的施工周期会长达1-2周，无法满足工期要求。为了解决上述难题，本工程通过增加移动钢平台数量将桩基、桩帽和T梁分到三个作业点同步进行，且各作业点之间的距离可以保证湿接缝的养护时间满足设计要求。工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程本项目预制管桩及T梁均在国内生产，用海船运输至文莱后，采用4艘2-4千吨驳船，从海船倒运至三个工作区拼装。桩帽则在现场预制场生产，采用千吨驳船倒运至作业区进行拼装。淡布隆大桥CC4标段全线共分为四个作业面：P269→P509，P739→P509，P739→969，P1209→P969。四个作业面同步施工，每个作业面初始阶段先在临时钢平台上进行预制管桩施工，完成数跨后利用既有预制管桩作为基础，搭设移动钢平台，履带吊在移动钢平台上前后移动，进行预制管桩、桩帽和T梁的施工。图5-1四个作业面示意图5.2构件预制在施工准备期间，需要为管桩、桩帽及双T梁的预制场选址，大型预制场场地要开阔整洁，功能分区清晰，工厂化施工程度高。购置机械设备，并估算预制构件每月的需求量。本项目的预制管桩预制场有两个，分别在珠海和南通；双T梁预制场在盐城；桩帽则在项目现场预制场生产。根据2.5天一跨的进度计算，每月需要管桩2.5万吨，T梁1.1万吨，桩帽3千吨。5.2.1管桩预制图5-2预制管桩加工主要工艺流程1钢筋笼加工与入模预应力主筋下料至计算长度，然后用端头机进行墩头处理。墩头处理完成后用滚焊机进行骨架滚焊，将螺旋筋和预应力筋组合在一起形成钢筋笼骨架。钢筋笼入模前对模板进行清理并涂抹脱模剂，使用吊车将钢筋笼吊入底模。图5-2预制管桩混凝土入模2混凝土布料混凝土采用龙门吊进行布料，布料时，严格遵循从“中间—两头—中间”的顺序布料，严禁从头到尾直接布料。如需要布二槽料的管模，则第一槽料一定要均匀布在管模内，第二槽料加在上面以使两槽料能混合均匀。布好料以后安排专人负责两头插料，不得过分插实，导致砂石分离，中间混凝土料不得低于管模，两头不能过高。3合模合模前采用铁锹将料铲起堆好，清理干净两侧模边和套箍表面，放好挡浆草绳。合上上模盖，用风炮拧紧螺丝，螺丝施拧时先拧跑轮旁边的，再按顺序依次施拧完成所有螺丝，确保合模合拢，二次扳手对螺丝松紧程度进行检查和补拧。4张拉准确定位千斤顶位置，保证张拉头对正、扣好，成一水平线，禁止成角度张拉。张拉应平稳、缓慢进行，张拉过程中的停顿次数不得少于3次，张拉达到设计值后，旋紧锚固螺母，并保证不少于30s的稳压后方可卸压。5离心成型离心采用自动离心装置进行控制，将张拉好的管桩放入离心槽中进行离心，离心作用按慢速、低中速、中速、高速四个阶段进行，以保证混凝土密实，离心的时间控制在15min左右。图5-3预制管桩混凝土离心6蒸养管桩离心完成后连模板带桩一起蒸汽养护，养护时间7.5-8h，温度：65-70℃。常压蒸过程：静停2h-升温2h-恒温2-4h7脱模蒸汽养护完成后，混凝土强度可达45-55MPa，吊装、拆模。8自然养护14天以上。图5-4预制管桩养护5.2.2桩帽和T梁预制预制桩帽和T梁为普通钢筋混凝土结构，主要工艺流程如下图所示：图5-5预制桩帽、T梁加工主要工艺流程5.3预制构件的运输本项目在珠海生产的预制管桩采用一艘船运输，每个月运输一次约1.1万吨，江苏南通生产的管桩和江苏盐城生产的T梁采用一艘船运输，每月运输一次约2.5万吨。海船运输至文莱后，在海湾深水区抛锚停泊，考虑到从海湾运输至三个工作区的路线宽度和水深限制，采用4艘左右2-4千吨驳船，从海船倒运至三个工作区。桩帽在项目现场预制场生产后采用千吨驳船倒运至其余作业区。5.4移动钢平台移动钢平台通过临时钢桩帽固定在预制管桩上，再搭设桥面结构，随着工作面向前推进，施工平台从后向前逐跨移动、倒运。临时钢平台荷载包括180t履带吊打桩施工荷载，130t履带吊安装预制桩帽和T梁施工荷载以及预制构件运输车的荷载等，其中两种履带吊施工过程荷载考虑偏载效应。文莱淡布隆高架桥所有施工都在平台上流水作业，为满足工期要求，必须实现移动钢平台的快速安拆。同时高架桥左右幅间的间隙约90cm，为实现吊车、炮车从一幅转移到另一幅，对移动钢平台进行结构设计优化：（1）桩顶连接系把常用的“耳板+销轴”形式优化为“耳板+花篮螺栓”形式，连接更具灵活性和可调节性，有效地避免了由于管桩施工偏位造成的销轴难以插入的问题。图5-6桩顶联接系断面图（2）优化跨间连接节点，普通贝雷片跨与跨之间采用销轴连接，安拆不方便，文莱项目创造性的设计变截面贝雷片，跨与跨之间采用“梳齿板式”结构互相错开，每跨都是完全简支梁，拆装方便。图5-7贝雷片相互错开，形成简支结构（3）在桩顶位置设计变截面贝雷片，降低平台高度，使平台顶与混凝土桥面等高，便于吊车、车辆跨越。在吊车、车辆需要转弯的位置设置贝雷片加密区，有效地解决了吊车、车辆跨越转弯的问题。图5-7移动钢平台断面图（车辆转弯处）图5-8移动钢平台立面图（4）优化平台分块，利用贝雷片和工字钢等型材焊接而成的整体结构，分块整体吊装。平台横向分块，将功能区分为履带吊作业区和炮车行走区，两块区域结构断开，有效地消除了炮车运行对履带吊造成的扰动，同时大大节省了材料。图5-9钢平台功能划分图结构计算采用Eurocode1993极限状态设计法，利用MIDAS/CivilV.8.3.2建模计算，荷载系数：活载1.6，恒载1.4。荷载说明：打桩机（180t履带吊）打桩作业，履带吊回转作业造成履带荷载分布不均匀，根据履带吊厂家提供的履带带压分布情况如图所示：图5-10180t履带吊带压分布图（正前方吊装）图5-11180t履带吊带压分布图（正侧方吊装）建立计算模型：图5-12计算模型图（正前方吊装）图5-13计算模型图（正侧方吊装）计算结果：图5-14计算结果图考虑了履带压力分布不均匀的情况，贝雷梁计算最大应力263MPa，最大挠度11.3mm。均在规范规定范围内。5.5钓鱼法施工平面组织要点左幅施工：一个打桩机位于临时平台上施工桩基，后面一台履带吊位于右幅预制T梁桥面上安装左幅桩帽以及湿接缝施工，同样这台履带吊可以在桥面上向后移动施工左T梁和湿接缝。右幅施工：一个打桩机位于临时平台上施工桩基，后面一台履带吊站在左幅临时平台上安装右幅桩帽以及湿接缝施工，同样这台履带吊可以在临时平台上向后移动施工右幅T梁和湿接缝。图5-15桩基、桩帽和T梁三个作业点示意图预制构件桩基、桩帽和T梁安装以及相关湿接缝施工完成后，进行临时平台的倒运，右幅临时平台的最后一跨倒运至第一跨前，左幅也是最后一跨倒运至第一跨，进入下一个标准循环的施工流程。图5-16临时平台的倒运示意图每个作业面，左右幅包含两个打桩作业点、两个安装桩帽作业点和两个T梁的作业点。安排两套打桩设备（每套包含一台180t履带吊、一台打桩锤）打桩，和两台130t履带吊分别施工左右两幅的桩帽、T梁，每台130t履带吊的工作内容包含桩帽的安装、桩芯钢筋的安装、桩芯混凝土的浇筑、T梁的安装、T梁湿接缝钢筋安装、T梁湿接缝浇筑等施工工序。相同的施工工序在左右两幅两个履带吊的工作范围内安排错开，便于资源的调配。左右幅工作内容基本相同、工期一样，因此可以保持统一步调。第一个作业点是施工桩基，四根桩基施工周期较长，第二个作业点是安装一片桩帽和湿接缝，第三个作业点是安装五片T梁和湿接缝，这两个作业点工作内容较少，可以采用一台履带吊完成。经过分析比较，第一个作业点的四根桩基的安装控制工期，考虑到移动平台的拆除时间，一个标准循环的工期理想状态为2.5天，考虑天气等不利因素，一个循环为2.5-3.5天。图5-172.5天钓鱼法施工流程示意图在一个标准施工循环为2.5天的情况下，在安装T梁之前桩芯混凝土的养护时间是4天（例如，PN+11S桥墩桩帽，桩芯混凝土在第2天上午浇筑，第6天上午需要安装（PN+10～PN+11）S跨T梁，因此养护时间是5.5天），在桥面行走运输车之前T梁湿接缝的养护时间是5.5天（例如，（PN+8～PN+9）S跨，湿接缝混凝土在第2天下午浇筑，第8天上午需要运输车辆通行，因此养护时间是5.5天）。相关的混凝土配合比会提前进行试验，满足上述时间施加荷载的要求。考虑机械设备故障和天气影响，当实际施工时间长于2.5天，是2.5天-3.5天时，上述湿接缝的混凝土的养护时间会更长，早期强度也能确保也能满足施工要求。采用临时平台的方式将桩基、桩帽、T梁三种预制构件的施工平摊到三个作业点进行，将逐步施工改为同步施工，将1-2周的施工周期缩短为2.5-3.5天，满足了工期计划要求。材料与设备6.1材料表6-1材料表序号材料名称数量1预制管桩7554根（约24000节）2预制桩帽1926片3预制T梁9650片4移动钢平台56跨（5200吨）6.1机械设备表6-2机具设备表序号设备名称规格型号数量1履带吊180t8台2履带吊130t8台3发电机400kW12台4发电机200kW7台5龙门吊50t4台6驳船1000t4艘7发电机300kW7台8混凝土罐车6立方8台9液压振锤16t8台10液压振锤20t8台11电焊机BX1-50040台质量控制为了确保工程质量，组织施工人员，进行全面质量管理意识教育，认真学习技术规范和质量评定标准，熟悉掌握技术规范、设计图纸、施工工艺。实行工序质量控制，由质量部负责对每道工序进行自检，并提出质量标准，控制方法和检查验收的内容，使每个施工人员明确质量目标，以确保工程质量在施工过程中处于受控状态。建立严格的奖罚制度与质量责任制度，推行工程质量责任制。对违反操作规程、程序，使用不合格材料等影响工程质量的除坚决返工外，还要对当事人进行处罚，对严格按照要求施工，工程达到优良的给予奖励。安全措施认真执行相关安全规范或标准，并结合具体情况，制定安全生产基本保障措施。把安全作业环境及安全施工措施需要费用列入工程概算，用于施工安全防护用具及设置的采购和更新、安全施工措施的落实和安全生产条件的改善。设置安全部，配备专职安全生产管理人员，负责对安全生产进行现场监督检查。施工人员进场必须穿戴安全鞋、安全衣及安全帽，并在预制场入口、临时用电设施、履带吊等施工起重机械等处设置明显的安全警示标志。施工现场的安全防护用具、机械设备、施工机具等必须有专人管理，定期进行维修和保养，并建立相应的资料档案。环保措施淡布隆大桥CC4标段全线位于淡布隆国家森林公园，原则上不允许机械设备下地施工。仅三个进场的施工区域可以修筑钢栈桥等临时设施，限制修筑施工便道，必须采用高强度土工布铺底、填筑大粒径碎石，部分区域铺设木材加强承载力。在文莱淡布隆大桥的所有施工过程中，施工时建立的临时设施在工程结束后都需要拆除并恢复原状，全线施工过程中禁止机械设备下地，所有机械设