薄壁空心高墩超大盖梁施工技术

共12页第1页薄壁空心高墩超大盖梁施工技术1、工程概述湖北沪蓉西高速公路第二十一合同段支井河特大桥全长545.54m，主桥采用1-430m上承式钢管混凝土拱桥。大桥两道大盖梁设置在两岸的过渡墩顶，盖梁中心高度1.5m，梁端高度0.9m；盖梁顺桥向宽6.6m，横桥向宽23.15m，盖梁顶设双向2%横坡，单个盖梁混凝土工程量达203.4m3。同时本桥钢管主拱肋吊装方案设计时，在盖梁顶设置有锚梁。本交界墩盖梁顶面离地高达80余多，施工现场场地狭小，施工条件、难度大，且盖梁结构尺寸和体积均很大，因此施工方案正确、合理地选取对于盖梁正常安全施工至关重要。而施工方案是否合理主要取决于盖梁施工支架形式的合理与否，因此在本交界墩盖梁施工支架形式拟定了以下两种对比方案。2、方案比选2.1方案一：轻型桁架式支架桁式支架方案是采用槽钢制作成单片桁架，一道盖梁顺桥向前后各一片，桁架支撑在墩身预埋工56a牛腿上，前后两片桁架之间上、下均通过工字钢连成整体，以加强其整体稳定性和提高其承重能力。单片桁架主要由弦杆、腹杆及节点板组成，桁架上、下弦杆均采用一组二根[25C槽钢构成箱形截面；腹杆采用[18槽钢，二根一组，口对口拼接；腹杆与弦杆之间焊接采用坡口焊接方式，并在腹杆与弦杆间增设有节点板，节点板采用1cm厚的钢板制作。单片桁架截面高度为145cm，单片桁架长2400cm。一岸前后两片桁架间在上、下弦杆处设置有连接工字钢，连接工字钢采用工32c工字钢。共布置17道，间距60cm；两端悬臂段在靠近墩柱处各布置1根I32c工字钢和8根间距为50cm的双支[12.6槽钢。如图1：图1轻型桁架式支架构造图2.2方案二：贝雷梁式支架贝雷梁支架方案是采用贝雷片拼装成单片贝雷梁，大盖梁顺桥向前后各一道（3组共12页第2页贝雷梁为1道），贝雷梁支撑在墩身预埋工56a牛腿上，前后两道贝雷梁之间上、下均通过工字钢连成整体，以加强其整体稳定性和提高其承重能力。贝雷梁式支架主要由工字钢牛腿、贝雷梁（纵向）、连接工字钢（横向）组成，长度方向每组贝雷梁由8片贝雷片（贝雷片长3m、高1.5m）用连接销子组拼而成，共6组贝雷梁，每侧各3组。贝雷梁顶面铺横向I32c工字钢，共布置17道，间距60cm；两端悬臂段在靠近墩柱处各布置1根I32c工字钢和8根间距为50cm的双支[12.6槽钢。工字钢与贝雷梁之间垫三角木楔进行预拱度调整。贝雷梁底面采用槽钢[12.6连接，间距150cm。如图2：图2贝雷梁式支架构造图2.3方案选定通过对上述二种支架方案的比较，结合本工程特点,综合考虑施工质量、工程造价、施工工期、施工工艺等多种因素,推荐采用贝雷梁式支架方案。贝雷梁式支架相比较轻型桁架式支架具有以下几点优势：2.3.1施工造价贝雷梁式支架中48片贝雷片，每片贝雷片单重270kg，共12.96T，每片岸1800元/片，共需8.64万元，其他局部杆件共16.55T，按5000元/吨共计8.275万元，则贝雷梁支架总费1.915万元。轻型桁架中主杆件[25、[18及节点板共11.5T，考虑加工拼装费用按7000元/吨共计8.05万元，其他局部杆件共16.55T共计8.275万元，轻型桁架总费用16.325万元。2.3.2施工工期组成贝雷梁式支架中贝雷片都是成品可直接从厂家运到施工现场拼装成贝雷架吊运到预埋牛腿上，从拼装到吊运2天就可以完成。而轻型桁架从厂家把单根杆件运到现场进行加工拼装成桁架再吊运到预埋牛腿上需要15天。由此相比贝雷梁式支架操作简单易行、施工速度快、工期大大缩短了。共12页第3页2.3.3经济效益贝雷梁支架所用的贝雷片可多次使用，例如在浇筑完盖梁后重组拼装作为本桥中吊运安装箱梁时所用的扁担梁，而轻型桁架只能在盖梁砼浇筑过程中使用。两者相比贝雷梁支架为我单位在架设安装箱梁过程中省一笔费用。从加工拼装、施工工期及架梁过程中费用考虑贝雷梁支架可节省15万元。2.3.4推广价值贝雷梁支架适用于各种桥梁中的中、小盖梁，可重复利用，易拼装、易拆卸，尤其是陡峭险峻的施工条件。3贝雷梁式支架稳定性验算3.1荷载计算3.1.1基本荷载混凝土自重：G1＝203.5×25-2×3.5×5×1.5×25＝3772.5KN3.1.2施工荷载3.1.2.1模板自重（厚21㎜竹胶合板容重r＝0.24KN/㎡）侧模及端模均采用21㎜厚的竹胶合板，水平横向外背楞采用10×10cm，间距30cm布置；竖向外背楞采用双枝10#槽钢，标准间距100cm布置，局部进行了加密。侧模采用拉杆两侧对拉固定，拉杆用φ16钢筋制作，侧模上下各布置一排，水平横桥向间距100cm，竖向层距50cm。两侧端模上拉杆焊接于同片钢筋骨架上，实现对拉。3.1.2.1.1模板验算①侧压力计算混凝土作用于模板的侧压力，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为有效压头高度。通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最大值：p=0.22γct0β1β2ν1/2p=γcH式中：p－新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）γc－混凝土的重力密度（KN/m2）取25KN/m2t0－新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测决定。6hν－混凝土的浇筑速度（m/h）；1m/h共12页第4页β1－外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1；β2－混凝土坍落度影响系数，当坍落度小于30mm时，取0.85；当坍落度在50-90mm之间时，取1；当坍落度在110-150mm之间时，取1.05。p1=0.22γct0β1β2ν1/2=0.22×25×6×1×1.2×11/2=39.6KN/m2p2=γcH=25×1.5=37.5KN/m2取二者中的较小者，p=p1=37.5KN/m2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒混凝土产生的水平载荷标准值4KN/m2，分别取荷载分项系数1.2和1.4，则作用于模板的总荷载设计值为：p=37.5×1.2＋4×1.4=50.6KN/m2②侧模板刚度验算侧模板最大高度为1.5m，面板采用21mm厚的竹胶合板，水平背楞采用10×10㎝方木，间距25㎝，竖向外楞采用双枝10#槽钢，标准间距100㎝。a、面板验算将面板视为支撑在水平背楞上的多跨连续梁计算，板宽度b=24150mm，面板为21mm厚竹胶合板，水平背楞间距为L=250mm。（1）强度验算q1=p×b=50.6KN/m2×24.15m=1221.99KN/m面板最大弯距：Mmas=q1L2/10=（1221.99×250×250）／10=7.64×106N/㎜面板的截面系数；W=bh2/6=24150×212/6=1.775×106㎜3则：σ=Mmas/W=11×106/1.775×106=6.2N/mm2＜[σ]=13N/mm2，满足要求。其中：E－弹性模量，木材取6.85×103N/mm2（2）挠度验算跨中挠度为：w=q1L4/150EI其中I=bh3/12=24150×213/12=18.638×106㎜4则：w=q1L4/150EI=1221.99×3004/150×6.85×103×18.638×106=0.52㎜＜L/400=300/400=0.75㎜满足要求。b、横向外楞方木验算方木作为横向背楞支撑在竖向背楞上，可视为支撑在竖向背楞上的连续梁计算，其共12页第5页跨度等于竖向背楞的间距，最大为L=1000mm。方木上的荷载为：q3=pb=50.6×0.25=12.65N/mmp－混凝土的侧压力b－方木之间的水平距离（1）强度验算最大弯矩Mmas=q3L2/10=12.65×10002/10=1.625×106N/mm方木截面系数：W=bh2/6=1003/6=0.1667×106mm2则：σ=Mmas/W=1.625×106/0.1667×106=9.75N/mm2＜[σ]=13N/mm2，满足要求。（2）挠度验算方木截面惯性矩：I=bh3/12=1004/12=8.3333×106mm4跨中挠度：w=q1L4/150EI=16.25×10004/150×6.85×103×8.33333×106=1.9mm＜[w]=1000/400=2.5mm满足要求。③拉杆验算拉杆承受的拉力为F=P*A=P*a*b式中：P：新浇注混凝土对侧模板的压应力，取50.6Kpa。a：对拉螺杆横向间距，本模板设计最大为1.0m。b：对拉螺杆竖向间距，本模板设计最大为0.5m。F=（P*a*b）/2=（50600×1.0×0.5）/2=25300/2=12650N对拉螺杆选用φ12的圆钢。其容许拉应力为：[f]=12900N＞F=12650N，满足要求。3.1.2.1.2模板及背楞自重①模板自重侧模面积：A＝(12×150×2315-12×23.15×2315/2-12×332.5×36.9)×2＝30.82㎡两端侧模面积：A＝6.6×0.9×2＝11.88㎡变截面处面积：A＝3.325×6.6×2＝43.89㎡墩柱之间的底模面积：A＝9.5×6.6＝62.7㎡则：模板自重G2＝(61.64+11.88+43.89+62.7)×0.24＝43.2KN共12页第6页②模板外背楞重两侧模横向外背楞采用100×100㎜的方木（容重r＝5KN/m3），间距25cm布置；竖向外楞采用双枝10#槽钢间距100cm布置。则，侧模外背楞重为：方木：g1=（23.25×4+16.5）×2×0.12×5=10.91KN槽钢：g2=（10×1.9+4×1.45）×4×10=19.84KN两端模横向外楞也采用100×100㎜的方木，布置间距同侧模；竖向外楞采用双枝10#槽钢间距120cm布置。则，端模外背楞重为：方木：g3=（6.6×3）×2×0.12×5=1.98KN槽钢：g4=（6×1.45）×2×10=3.48KN底模横向外楞采用100×100㎜的方木，标准间距25cm布置，纵向外楞利用前后贝雷片间的上连接杆件工32c工字钢，间距60cm布置。则，端模外背楞重为：方木：g5=（6.6×3）×2×0.12×5=1.98KN模板外楞总重为：G3=g1+g2+g3+g4+g5=54.842KN3.1.2.2三角支架、连接工字钢总重：G4=7612.4-1872.4+1724.6+（42.5+41.3+9）×8=11951.8㎏=119.518KN3.1.2.3施工人员、施工料具运输及堆放荷载均布荷载取：q=1.0KN/㎡G5＝1.0×6.6×23.15＝152.8KN3.1.2.4动荷载倾倒砼时产生的冲击荷载为2.0KPa,振捣砼时产生的荷载为2.0KPa，由于两者不同时发生计算时取其最大值，采用振捣时产生的荷载：振捣时所振捣的面积为2×6.6＝13.2㎡（2m一段）。则：G6＝2×13.2＝26.4KN3.1.3风荷载基本风压ω＝k1·k2·k3·ω0＝1×1.42×1.4×300＝596.4N/㎡3.1.4荷载组合3.1.4.1永久荷载永久荷载是作用在结构上的不变荷载。如盖梁钢筋混凝土、模板、贝雷梁式支架等共12页第7页自身结构重量。即G永久荷载＝G1+G2+G3+G4+G5=4142.86KN3.1.4.2可变荷载可变荷载是施工过程中对结构上的可以变化的荷载，如动荷载、风荷载。即G可变荷载＝26.4KN3.1.4.3荷载组合G总=1.2×G永久荷载+1.4×G永久荷载式中：1.2----永久荷载安全系数1.4----可变荷载安全系数G总=1.2×G永久荷载+1.4×G永久荷载＝1.2×4142.86+1.4×26.4＝5008KN3.2贝雷梁式支架稳定性验算3.2.1贝雷梁式支架技术参数贝雷梁式式支架采用贝雷片现场拼装，共6组（长24m），每组8片（每片长3m、高1.5、单重270kg），采用销子连接，3组为一道即桥墩前后各一道（3组），贝雷梁式支架几何特性（表1、表2）表1贝雷梁支架几何特性表W（cm3）I（cm4）单排单层不加强3578.5250497.2加强7699.1577434.4三排单层不加强10735